调频接收机的设计与制作正文.doc

引言社会发展到今天，现代化的通讯工具在我们的生活中显得越来越重要。调频接收是在发射信号中取出需要接收的信息信号。它一般由接收天线，选频电路，检波器和输出变换器四部分组成。无线电的发送是以自由空间为传输信道，把需要传送的信息变换成无线电波传送到远方的接收点。调频接收机是发射机输出功率越强，发射信号的覆盖范围越大，通信距离也越远。但发射功率也不能过大，发射功率过大，不仅耗电，影响功放元件寿命，而且干扰性强，影响通话效果，还会产生辐射污染。接收机的接收灵敏度越高，通信距离就越远。天线的增益，在天线与机器匹配时，通常情况，天线高度增加，接收或发射能力增强。无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传来的无线电信号接收下来，并在接收端接收从天空中来的电磁波。在同一时间，接收天线不仅接收到所需接收的无线电信号，而且也接收到若干个不同载频的无线电信号与一些干扰信号。为了选择出所需的无线电信号，在接收机的接收天线之后要有一个选频电路，其作用是将所要接收的无线电信号取出来，并把不需要的信号滤掉，以免产生干扰。利用一个并联LC回路的谐振特性就能够实现选频。通过选频电路选频，将选出所需要的高频调幅波，从而送给检波器。检波器检出原始的已调制信号，再送给扬声器使其发声。1 绪论1.1选题的意义社会发展到今天，信息传输在人类生活中占据重要的地位。接收机的功能是恢复用于调制发射机的原始的调制信号。该过程称作解调，实现这一恢复功能的电路称作解调器。鉴频器是将已调制信号变换成原始的调制信号还原成声音。由于热、大气和人为干扰及传输和电路失真的影响，已调信号对调制信号来说，通常增加了失真与附加噪声。对于模拟解调器，我们希望能够使失真和噪声最小，这样输出信号波形就会尽可能地接近原始信号了。数字解调的作用是产生或恢复出与发射机输入同样类型的数字输出，且具有尽可能少的误差和正确的信号速率。因此，模拟与数字信号解调器的性能测量方法是不同的。通常，数字解调器可在调制解调器中单独配制，也可与数字调制器一起构成发射机。 此次毕业设计主要设计出一个能够用于接收来自发射机发射出来的高频信号，使其在功率放大电路中放大后使扬声器发出声音。系统中的发射机单元采用调频方式实现音频信号的调制，而接收机单元对调频信号进行解调，恢复出原始的音频信号。该通信系统由发射机单元和接收机单元组成。一人在发射机单元对着话筒讲话，另一人在接收机单元通过扬声器便可听到较清楚的话音。1.2 课题研究的主要目的毕业设计的主要目的是：学习角度调制的原理及调频接收电路的设计；学习单片调频接收机MC3362在调频接收电路中的应用；以及调频接收系统的工作原理，高频电路的调试与原理框图的设计。 本论文系统地介绍了此课题的设计思路、工作原理，并对电路板的设计以及电路调试过程中出现的问题进行了简单的分析，从而掌握了最基本的调频接收机电路和调试。本课程设计的目的充分发挥了我的主动性、自行设计电路、自拟实验方案，最后完成电路设计、实验、测试的全部工作。1.3. 技术发展的现状 信号传输通常应满足两个基本要求，一是希望传送距离远，二是要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰。依靠声音在空气中直接进行远距离传送，显然是不行的。其原因是声音在空气中传播的速度很慢，而且衰减很快，不能实现远距离传送。再则，人耳能听到的声音的频率在20HZ到20KHZ的范围内，若将声音直接传送，多路声音就会混在一起，接收时就难以分辨，不能实现选择功能。为了把声音传送到远方，常用的方法是将声音变成电信号，在通过发送设备将它发送出去。电信号是与声音同频率的交变电磁振荡信号，可以利用天线向空中辐射出去。电磁波在空气中的传播速度很快。在天线高度足够的条件下是能够实现远距离传送的。但是无线电波通过天线辐射，天线的长度必须和电磁振荡的波长相近，才能有效地把电磁振荡波辐射出去。 无线电接收过程正好和发送过程相反，它的基本任务是将通过天空传来的电磁波接收下来，并从中接收从空中来的电磁波。在同一时间，接收天线不仅接收到所需接收的无线电信号，而且也接收到若干个不同载频的无线电信号与一些干扰信号。为了选择出所需的无线电信号，在接收机的接收天线之后要有一个选频电路，其作用是将所要接收的无线电信号取出来，并把不需要的信号滤掉，以免产生干扰。利用一个并联LC回路的谐振特性就能够实现选频。通过选频电路选频，将选出所需要的高频调幅波，送给鉴频器。鉴频器的任务是从已调波信号中取出原调制信号。音频信号送给耳机将电信号转换成声音。这样就完成了全部的接收过程。此外，为了提高鉴频器的电压传输系数，通常希望送给鉴频器的高频信号电压达到1V左右。这就需要在选频电路与鉴频器之间增加高频放大器，将通过选频电路的高频信号进行放大。增加高频放大器后，送给鉴频器的高频信号幅度增大，鉴频器的电压传输系数增大。但是鉴频器输出的音频信号通常只有几百毫伏，要推动功率大一点的扬声器是不行的。因而，在鉴频器之后要进行音频电压放大和功率放大，然后去推动扬声器。它的特点是灵敏度高，输出功率也较大，特别适合于固定频率的接收。此接收机被称为直接放大式接收机。 但是，这种接收机是将接收到的高频信号直接放大后在检波，它的缺点是对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性（区分不同电台的能力）变化较剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高。所以，我选用超外差式接收机。 超外差式接收机主要特点是：把被接收的已调波信号的载波角频率先变为频率较低的，且固定不变的中间频率，而其振幅的变化规律保持不变。然而利用中频放大器加以放大送至检波器进行检波，解调出与调制信号线性变化的输出电压。随后通过低频电压放大，功率放大，由扬声器还原为原来的声音。因为中频放大器的中心频率是固定不变的，而且接收机的主要放大倍数由中频放大器承担。所以，整机增益在接收频率范围内，高端和低端的差别就会很小。对于调谐来说，仅对混频的选频输入回路和本机振荡器进行同步调谐。将高频信号的载波频率降低为中频的任务是由变频器来实现的。变频器是由混频器和本机振荡器组成。变频的工作过程：当许多高频信号通过天线进入混频器的输入回路时，由于输入回路调谐于fc,并具有选频作用。超外差式接收机由于有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较高的放大倍数，而且选择性也很容易得到满足。1.4 本课题研究背景通信、广播电视、导航、雷达、遥测遥控等是利用电磁波来转送信息的。与振幅调制一样，角度调制也是无线电传送信息的重要方式。（1）角度调制电路的分类与功能角度调制是高频振荡的振幅Um保持不变，而角度却以一定的关系随调制信号u(t)改变。如果振荡的瞬时角频率随调制信号作线性变化，则已调波称为调频波。这种调制称为频率调制，常用FM表示；如果振荡的瞬间相位随u(t)作线性变化，则已调波称为调相波。这种调制称相位调制，常用PM表示。这两种调制都表现为高频振荡波的总瞬时相角受到调制，故将FM和PM统称为角度调制。 频率调制电路的功能是使高频振荡电路在调制信号u(t)的控制下，输出振幅不变而瞬时频率随调制信号u(t)线性变化的调频波。相位调制电路的功能是使高频振荡电路在调制信号u(t)的控制下，输出振幅不变而瞬时相位随调制信号u(t)线性变化的调相波。（2）角度调制的特点与用途与振幅调制相比，角度调制具有抗干扰能力强和较高的载波功率利用系数等优点，但占有更宽的传送频带。调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等；调相主要用于数字通信系统中的移相键控。角度调制是频率调制和相位调制的总称。角度调制是使正弦载波信号的角度随着基带调制信号的幅度变化而改变。也就是说，比如在调频信号中，载波信号的频率随着基带调制信号的幅度变化而改变。调制信号幅度变大时，载波信号的频率也变大（或变小），调制信号幅度变小时，载波信号的频率也变小（或变大）；而在调相信号中；载波信号的相位随着基带调制信号的幅度变化而改变。调制信号幅度变大时，载波信号的相位也变大（或变小），调制信号幅度变小时，载波信号的相位也变小（或变大）；实际上，在某种意义上，调频和调相是等同的，所以我们都称之为角度调制；而在这种调制方式中，载波的幅度保持不变（这就是FM叫做恒包络的原因）。有两种基本的方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。（3） 调角波的基本性质无论是调相波还是调频波,它们的总瞬时相角和瞬时角频率都同时受调制信号u(t)调变。调相波与调频波的差别是调相波的瞬时相位的变化与调制信号成线性关系,调频波的瞬时角频率与调制信号成线性关系。由单音频调制的调频波,其频谱具有以下特点:1） 调频波的频谱不是调制信号的频谱的简单搬移,而是由载波分量和无数对边频分量所组成。2） 奇数项的上、下边频分量振幅相等,极性相反；偶数项的上、下边频分量振幅相等,极性相同。3） 载波分量和各边频分量的振幅均与mf有关。mf越大,有效边频分量越多。这与调幅波是不同的,单频调制下,调幅波的边频数目与调制指数ma无关。 4） 对于某些mf值,载波或某边频振幅为零。因为调角波的频谱中包含有无限多对边频分量,从理论上看它的频谱宽度应该无限大。但是在实际应用中,常将频谱宽度看成是有限的,这是因为当m(mf或mp)一定时,随着边频对数n的增加, Jn(m)的数值虽有起伏,但总的趋势是减小的。特别当nm时, Jn(m)的数值很小。并且，其值随着n的增加而迅速下降。因此，在忽略振幅很小的边频分量时，调角波实际占有的有效频谱宽度就是有限的。工程上通常规定,凡是振幅小于未调制裁波振幅10%(或1%,根据不同要求而定)的边频分量均可忽略不计,保留下来的频谱分量就确定了调角波的频谱宽度。在高质量通信系统中,常以忽略小于1%未调制载波振幅的边频分量来决定频谱宽度。（4） 调频方法 因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调频电路的性能指标，一般有以下几个方面的要求：A 具有线性的调制特性。即已调波的瞬时频率与调制信号成线性关系变化。 B 具有较高的调制灵敏度。即单位调制电压所产生的振荡频率偏移要大。 C 最大频率偏移与调制信号频率无关。 D 未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度。 E 无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类。一、 直接调频原理直接调频的基本原理是利用调制信号直接线性地控制载波振荡的瞬时频率，使其不失真地反映调制信号变化规律。一般来说，要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，也就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路参数的数值，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，这样就能够实现直接调频。 1） 改变振荡回路的元件参数实现调频在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容C。在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感电容或电阻的数值就能实现调频。 调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。若将这样的可控参数元件或电路直接代替振荡回路的某一元件或者直接并接在振荡回路两端，这样振荡频率就会与可控参数元件的数值有关，用调制信号去控制这样元件的参数值，就能够实现直接调频。2） 控制振荡器的工作状态实现调频 在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。 若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。直接调频电路：根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性, 可以将调制信号作为压控振荡器的控制电压, 使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化, 压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然, 这是实现调频的最直接方法, 故称为直接调频。 最常用的直接调频电路是变容二极管调频电路。二、间接调频原理实际上u（t）是调制信号为u(t) 的调频波,因此,调频可以通过调相间接实现。通常将这样的调频方式称为间接调频,其原理方框图如图1.1所示。这样的调频方式采用频率稳定度很高的振荡器(例如石英晶体振荡器)作为载波振荡器,然后在它的后级进行调相,得到的调频波的中心频率稳定度很高。如图1.1所示：缓冲器调相器 载波振荡器调频波 积分器调制信号 图1.1 间接调频原理方框图间接调频的方法是：先将调制信号u积分，再加到调相器对载波信号调相，从而完成调频。 因此, 将调制信号积分后调相, 是实现调频的另外一种方式, 称为间接调频。 或者说, 间接调频是借用调相的方式来实现调频。 三、调频波的解调（鉴频）1）定义：从调频波中还原出瞬时频率随调制信号作线性变化的过程。2）实现鉴频的方法： 调频波波形变换包络检波 FM 图1.2 鉴频方法调频波的基本性质：调频（FM）：载波的幅度不变，而瞬时角频率随调制信号u作线性变化。 数学表达式 设载波为；调制信号为； 其瞬时角频率 ； ：载波角频率，即调频波中心角频率 ：调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的频率变化，单位rad/s.V或Hz/V ：调频波最大角频偏，表示FM波频率摆动的幅度，调频系数，是调频时在载波信号的相位上附加的最大相位偏移，单位为rad。则 四、调频波的频谱特点：1、调频波的频谱结构中：包含载波频率分量（但是幅度小于1，与 有关。）；还包含无穷多个旁频分量； 各旁频分量之间的距离是调制信号角频率 W ；各频率分量的幅度由贝塞尔函数 决定；奇次旁频分量的相位相反。2、调频波的频谱结构与调制指数 关系密切。 愈大，则具有一定幅度的旁频数目愈多，这是调频波频谱的主要特点。（与标准调幅情况不同，调频波的调制指数可大于1，而且通常应用于大于1的情况。）3、频率调制不是将信号的频谱在频率轴上平移,而是将信号各频率分量进行非线性变换。因此，频率调制是一种非线性过程，又称为非线性调制。4、各频率分量间的功率分配。因为调频波是一个等幅波，所以它的总功率为常数，不随调制指数的变化而变化，并且等于未调载波的功率。调制后，已调波出现许多频率分量，这个总功率就分配到各分量。随 的不同，各频率分量之间功率分配的数值不同。五、调频波的指标： 1、频谱宽度 调频波的频谱从理论上说是无限宽的。但实际上，如果略去很小的边频分量，则它所占据的频带宽度是有限的。根据频带宽度的大小，可以分为宽带调频和窄带调频。调频广播多用于宽带调频，通信多用于窄带调频。2、寄生调幅 调频波是等幅波，但实际上在调频过程中，往往引起不希望的振幅调制，这成为寄生调幅。显然，寄生调幅应该越小越好。3、抗干扰能力 与调幅制相比，宽带调频的抗干扰能力要强的多。但在信号较弱是，则宜于采用窄带调频。82 单元电路设计2.1 MC3362简介 MC3362是MOTOROLA公司设计、生产的单片集成低功耗双变频FM接收机，该芯片内部集成有振荡器、混频器、正交检波器、表头驱动电路、载波检测电路以及第一、第二本地振荡器缓冲输出和一个用于FSK检波的比较器电路。作为包含从天线输出到音频前置放大器输出所有主要电路的MC3362，它的低压工作的双变频电路设计，使其用于窄带话音及数据链路系统时 ，具有功耗低、灵敏度高、镜频干扰抑制效果好等优点。 MC3362芯片具有以下特点： 输入带宽宽：用芯片内部振荡器作为本振时为200 MHz，用外部信号作为本振时为450 MHz；是完整的双变频系统；工作电压低：直流Vcc=2.07.0V；功耗电流小：Vcc=3.0V时，其典型值为3.6 mA；灵敏度高：对于信噪比为12dB时，输入典型值为0.7V；具有数据整形比较器；接收信号强度指示器(RSSI)动态范围为60dB；所需外围元件少；用MOTOROLA公司的MOSAIC工艺制造。2.1.1 引脚说明 MC3362为16引脚的大规模单片集成低功耗双变频FM接收机，这里仅通过简单介绍它的外部引脚排列及其功能，说明这种接收机的内部构成。MC3362引脚排列情况如图2.1所示。 1 242 233 224 215 206 197 188 179 1610 1511 1412 13第一混频器输入 第一混频器输入 第二本振输出 变容二级管控制 第二本振发射级 第一本振回路第二本振基极 第一本振回路第二混频器输出 第一本振输出电源 第一混频器输出 第二混频器 输入限幅器去耦 第二混频器输入限幅器去耦 接地表头驱动 比较器输出载波检测 比较器输入正交线圈 检波器输出图2.1 MC3362引脚排列图 MC3362各引脚功能说明如下： 脚6是电源（Vcc）正端，脚16（Vee）是电源负端，也是公共地端。脚1和脚24是第一混频器信号输入端，可以平衡输入，也可以不平衡输入。如果不平衡输入，脚24电容器高频旁路。脚20、21、22、23是第一本振的相关引脚。其中脚20是第一本振信号输出端；脚21脚22是第一本振的选频电路连接端；脚23是可变电容控制端，内部是一个变容二极管，从脚23输入控制电压，内部是一个变容二极管，从脚23输入控制电压，可改变第一本振的频率。脚19是第一混频器的输出端。脚17182345是第二混频器的相关引脚，脚1718是第二混频器的输入端，输入的是第一中频输出的已调信号。脚2是第二本振内部放大器的集电极输出端，脚3是第二本振内部放大器的发射极引出端，脚4是第二本振内部放大器的基极引出端。通过外接晶体或选频电路，内部放大器与外接选频电路构成第二本振电路。第二本振信号与脚17脚18输入的第一中频信号同时加到第二混频器，产生第二混频信号由脚5输出给第二中频选频滤波器。脚5是第二混频信号的输出端。脚789是限幅放大器的相关引脚，脚7是限幅器输入端，限幅器的作用是当输入电平一旦达到一定数值以后，其对应输出是平的增量迅速减小或保持不变。脚89是限幅妻退耦滤波端。脚10是电表驱动指示端，由于限幅器消耗电流大小与信号强度有关，通过电流表可以知道信号强弱情况。脚11是第二中频载波检测端。脚12是外接相移网络线圈端子，第二中频已调信号和被移相了的第二中频信号加到乘法器进行鉴频，产生音频信号或数据输出。该信号经过放大，由脚13鉴频输出端输出。脚14是比较器输入端，脚15是比较器输出端。5 2.1.2 内部原理 图2.2 MC3362内部电路MC3362 内部电路图如图2.2所示：它是由两级混频器和两个本振源组成的两级变频，经限幅放大送给鉴频器实现调制解调，通常第一混频级的第一中频选为10.7MHZ，可选用中频频率为10.7MHZ三端陶瓷滤波器作为第一中频的滤波器。第二混频级的第二中频选为455KHZ，可采用中心频率为455KHZ的三端陶瓷滤波器作为第二中频的滤波器，而第二本振信号源应选为10.245MHZ，这样能保障第二混频器输入信号载频为10.7MHZ时与本振频率10.245MHZ相差为455KHZ。发射机和接收机借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除放大外，最主要有调制、解调。（1）调制：由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律而变化。调制信号：携有信息的电信号。载波信号：未调制的高频振荡信号。已调波：经过调制后的高频振荡信号。（2）解调：调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。（3）调制的作用：将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其它电台发送的信息和各种干扰。接收机的组成如图2.3：高频功率放大器第二中频第一混频第二中频第二混频鉴频第一本振第二本振低频放大 图2.3 接收机原理框图（1）高频功率放大器：由一级或多级小信号谐振放大器组成，放大天线上感生的有用信号；并利用放大器中的谐振系统抑制天线上感生的其它频率的干扰信号。是可调谐的。（2）混频器：两个输入信号。频率为fc的高频已调信号，本机振荡器产生的频率为fL的本振信号。将频率为fc的高频已调信号不失真的变换为载波频率为截fI的中频已调信号。（3）本振信号：主要用晶体滤波器来完成。用来产生频率为fI的高频振荡信号。（4）中频放大器：由多级固定调谐的小信号放大器组成，放大中频信号。（5）检波器：实现解调功能，将中频调幅波变换为反映传送信息的调制信号。（6）低频放大器：由小信号放大器和功率放大器组成，放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。超外差接收机：包括混频器，本机振荡，中频放大器等组成。在这种超外差式接收机中，有用信号在不同频率上进行放大，提高了接收机接收微弱信号的能力，还采用了谐振系统提高选取有用信号的能力。2.1.3 典型电路设计本接收系统的信息传输过程：外来调频信号经天线送到高频调谐放大器进行选频放大，放大信号经集电极调谐回路的次级送到MC3362的第一混频器的输入端，再与第一本振信号进行混频。经放大后送给中心频率为10.7MHZ的三端陶瓷滤波器选出载频为10.7MHZ的调频信号送给第二混频器，第二本振信号的本振频率为10.245MHZ，它也送给第二混频器与载频为10.7MHZ的调频信号进行混频，经中心频率为455KHZ的三端陶瓷滤波器选出载频为455KHZ的调频信号送限幅放大器进行限幅放大，放大后的调频信号送给由相移网络和乘法器组成的鉴频器进行鉴频，从脚13送出解调后的音频信号经低通滤波器送给由LM386组成的音频功率放大器进行功率放大，最后送给扬声器还原成声音。若输入信号为数据调制的调频波，则脚13送出为解调的数据信号，经耦合电容送给脚14经比较器整形从脚15输出。2.2 变频电路变频电路是一种频率变换电路。它的功能是将已调波的载波频率变换成固定的中频载波频率，而保持其调制规律不变。也就是说它是一个线性频谱搬移电路，对于调幅波，调频波或调相波通过变频电路后仍然是调幅波，调频波或调相波，只是其载波频率变化了，其调制规律是不变的。能完成这样功能的电路称为变频电路。在高频电子线路中，常常需要将信号自某一频率变成另一个频率。这样不仅能满足各种无线电设备的需要，而且有利于提高设备的性能。在超外差式广播收音机中，把接收到的外来信号频率变为465MHZ的固定中频，则需要一个变频器。这样就可以大大减小变频器产生的组合频率干扰和副波道干扰，提高接收机的抗干扰能力。如果一个振幅较大的振荡电压V0（使器件跨导随此频率的电压做周期变化）与幅度较小的外来信号V0同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可此二信号的差频或和频，完成变频作用。如果此器件本身既产生振荡电压又实现频率变换（变频），则称为自激式变频器或简称变频器。如果此非线性器件本身仅实现频率变换，本振信号由另外器件产生，则称为混频器。包括产生本振信号的器件在内的整个电路，称为自激式变频器。输入回路非线性器件滤波器本机振荡器图2.4 变频器的组成通常将输入回路，非线性器件与带通滤波器三部分称为混频器，而混频器和本机振荡器两部分共同组成变频器。下图为二次变频电路原理框图。高频功率放大器第二中频第一混频第二中频第二混频鉴频第一本振第二本振 图2.5 二次变频原理框图图中，表示调幅波变频波形图。混频器上加入了两个信号如果载频1.7-6MHZ和频率为2.165-6.465MHZ的等幅波，经混频器变频后，输出频率0.465MHZ的中频调幅波。输出的中频调幅波与输入的高频调幅波调幅规律完全相同，即载波振幅的包络形状完全相同。唯一的差别是载波频率不同。混频电路原理框图如图2.6。混频器 载波信号 中频载波 本振信号图 2.6 混频电路原理框图2.3 鉴频器鉴频是调制的逆过程。是将已调载波信号中原始的调制信号还原出来的过程。实现调频信号解调的鉴频电路分为三类：第一类是调频调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频拨变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变化成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。图中为相移鉴频器的方框原理图。它是由进行调频调相调频波形变换的移相器，实现相位比较器的乘法器和低通滤波器组成。相位鉴频器是根据第一类鉴频方法，利用回路的相位频率特性来实现调幅调频波变换的。移相器乘法器（鉴相）调制信号低通滤波器 图2.7 相移乘法器方框图 2.4 选频网络设计输入选频回路，简称输入回路，它的作用是从空间的各种无线电波中选出所接收频段的信号，并完成天线与高频放大器之间的匹配，使所接收的信号得到最大能量的传播。本设计要求接收部分所接收的频率值为36.00MHz，输入选频回路电路原理图如图所示。即在MC3362的1脚接上一个LC回路，由于所需要的中心频率为36.00 MHz由式2.1计算。 （2.1）图2.8 选频网络设计图其频率特性如图所示： 图2.9 选频网络频率图 2.5陶瓷滤波器简介 本设计中使用的是三端陶瓷滤波器。在锆钛酸铝陶瓷片的一个面上被覆两个银层作输入和输出的电极，另一面被覆一块银层作公共电极，经直流高压极化后，具有压电效应。若将交流电压加在陶瓷片的输入端上，陶瓷片将做相应的机械振动。这种机械振动能产生交流电势，从另一端子输出。一定的片子形状大小，具有一个固有机械振动频率。如果外加交流电压的频率等于陶瓷片的固有机械振动频率时，压电效应最强，输出最大，其它频率则传输系数减小。因此其作用和谐振回路相同，具有滤波特性。它的体积小巧，谐振频率稳定，接入电路后不需要再作调整，而且选择性好。其衰耗特性曲线如图2.10所示： 图 2.10 10.7MHz陶瓷滤波器衰耗特性曲线陶瓷滤波器的基本形状决定了它的谐振频率。用于调频中频10.7MHz用的陶瓷片大约为67mm左右，厚2mm左右。低频455KHz用的陶瓷滤波器大约为98mm左右，厚5mm左右。陶瓷滤波器矩形系数好，故应接在混频级上，它可以先将干扰信号滤掉，提高双信号选择性。同时陶瓷滤波器相当于集中滤波器，使后级可少用调谐中放，改用直接耦合放大。陶瓷滤波器本身不需要调节，使调频中放调解容易得多。2.6音频功率放大器LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。LM386的特性：静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电；工作电压范围宽，4-12V or 5-18V；外围元件少；电压增益可调，20-200；低失真度；2.6.1引脚说明 LM386的外形和引脚的排列如图2.11所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10f。 增益 旁路 电源 输出 设定 电容 8 7 6 5 LM386 1 2 3 4 增益 反相 同相 设定 输入 输入 地 图2.11 LM386管脚图集成功率放大电路的主要性能指标除最大输出功率外，还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽、输入阻抗、输入偏置电流、总谐波失真等。 LM386电源电压为412V，因此，对于同一负载，当电源电压不同时，最大输出功率的数值将不同。已知电源的静态电流（可查阅手册）和负载电流最大值（通过最大输出功率和负载可求出），可求出电源的功耗，从而得到转换效率。 2.6.2 内部电路LM386内部电路原理图如图2.12。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。 图2.12 LM386内部电路原理图第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。 T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差动放大电路的放大管；T5和T6组成镜象电流源作为T1和T2的有源负载；T7为共射放大级；T8、T9和T10为准互补输出级。第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。 电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。32.6.3 音频功率放大器电路图设计图2.13 音频功率放大器的设计此电路的电压增益内置为200。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。调节10K电位器，可使扬声器音质达到最佳，效果更好。尽管LM386应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电，断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作都会带来的瞬间冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。1、通过接在1脚，8脚间的电容（1脚接电容+极）来改变增益，断开时增益为20DB。因此用不到大的增益，电容就不要接了，不光省了成本，还会带来好处噪音减少，何乐而不为？2、 选好调节音量的电位器。质量太差不要，否则受害的是耳朵。阻值太大不要，10K 最合适，太大也会影响音质。3、 尽可能采用双音频输入/输出。好处是：“+”，“-”输出端可以很好地抵消共模信号，故能有效抑制共模噪声。4、 第7脚的旁路电容不可少。实际应用中，7端必须外接一电解电容接地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流基准电压的上升，下降速度，有效抑制噪声。在器件上电，掉电时噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，这个电容可千万别省。5、 减少输出耦合电容。此电容的作用有二：隔直+耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈和耦合音频的交流信号。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小，宽度变窄；太低还会使截止频率提高。6、 电源的处理，也很关键。如果系统中有多组电源。由于电压不同，负载不同以及并联的去耦电容不同，每组电源的上升，下降时间必有差别。3 总体电路设计3.1系统组成 无线调频接收系统主要分为发射和接收两大模块，经过方案比较与论证，无线调频接收部分的系统框图如图3.1所示，有接收、音频输出两部分部分组成。高频信号原始信号接收部分音频放大3.1无线调频接收框图3.2 电路设计 目前，绝大多数无线电接收机都采用超外差式接收机。超外差式接收机是传统的接收机结构，在处理信号过程中使用中频信号，因此又称为中频接收机。它具有成熟的理论基础和实践背景，获得了广泛的应用。MC3362低功率双变频FM接收机正好适合与本次的接收部分的设计。在音频输出部分选用LM386音频功率放大器来完成音频输出部分。电路设计如图3.2：图3.2 接收电路图3.2.1 工作原理一般来说，调频接收的接收灵敏度和发射功率都能有效地增加通信距离，且提高前者更为显著。 本机接收部分采用了低功耗双变频FM接收机MC3362做接收。用功率放大器LM386作功放，超外差式二次变频，接收灵敏度较高，通信距离比较远。发射部分也采用了调频发射专用集成电路MC2833做前级发射部分，从而使发射机的调试更加简单，接收更加灵活。整机由接收和发射两部分组成，两部分除天线和阻抗匹配电路外，其它电路都是相互独立的。本课题主要做的工作是对讲机的接收部分，使用的主要芯片是MC3362低功耗双变频FM接收机和LM386音频功率放大器，将接收来的信号处理成音频信号经功率放大器发送出去。 由天线接收到的高频无线电信号经匹配电路匹配并滤除频带以外的干扰信号，经MC3362的1脚，通常接来自于接收天线的高频信号fS；第一本振信号f1L可由片内第一本振回路产生，此时24端通过电容耦合接地，也可由外部的 信号源提供，这时通过电容耦合接到24端，外部的信号源频率可高达450 MHz。1脚的接收信号fS和24端的第一本振信号f1L，通过片内的第一混频器混频，产生fSf1L频率分量。当第一本振信号f1L由片内产生时，22、23端间接LC 和内部振荡电路一起构成自由振荡的LC回路，并且可和外接的锁相环(PLL)电路构成频率合 成器，以产生所需的第一本振频率，这时的最高第一本振频率为200MHz。当第一本振信号由内部产生时，第一混频器输出端(19端)输出来自1脚接收信号和24端的第一本振混频信号 fSf1L。19端外接10.7 MHz陶瓷滤波器，取其差额fS-f1L分量作为第一中频信号f1L(f1L=10.7 MHz)，送第二混频器输入端和第二本振信号f2L在第二混频器中混频。第二本振信号f2L和第一中频信号f1I在片内 第二混频器中混频，在5端上输出f1If2L。当第一中频信号f1I=10.7 MHz、第二本振信号f2L=10.245 MHz时，得第二中频f2L=f1I-f2L=455 kHz，因此在第二混频器输出端(5端)需接一455 kHz的陶瓷滤波器，以便将f1If2L中的差频分量f2I(f2I=f1I-f2L=455 kHz)取出。 fS=36.00MHz第一混频fSf1L第一中频f1I=fS-f1L第二混频f1I-f2L第二中频455KHz鉴频 f1L=46.7 MHz f2L=10.245 MHz 第一本振第二本振 图3.2原理框图输入的高频信号fS36.00MHZ第一本振信号f1L46.7 MHZ第一中频信号f1I10.7 MHZ第二本振信号f2L10.245 MHZ第二中频信号455KHZ 3.2.2 元器件的选择： 1、晶振的选取：假设发射频率定为36000MHz，由于本电路发射机采用的是三倍频的频率，因此，前级振荡电路中的标称值应为361003120333MHz。在接收机中，第一本振频率应为所接收到的信号频率再加上第一中频频率，即36100+10746800MHz。由于第一本振电路由外围电感和电容组成，所以尽量选择较小的电容。接收机第二中频为455kHz，所以， 107一045510245MHZ。因此，在接收部分中可分别选用10.7MHZ、 10.245MHZ、 455KHZ的三端陶瓷滤波器。在这里要提出，10.7MHZ三端陶瓷滤波器不能选用晶体滤波器来代替，首先它是一个带通滤波器，要滤除频率以外的干扰频率，所需带宽要宽，但是晶体的频率带宽相对较窄，不能选用晶体滤波器。2、其它元器件的选择：在连接MC3362典型应用电路中，外围元器件中的电容，电阻可按给定的电路来连接。但是，在选择第一本振频率36MHZ+10.7MHZ=46.7MHZ时，就应该慎重选择电容和电感。在多次实验中，得到经验，选择电容为51PF的电容，电感自己绕，但是还必须在21脚上接一个4.7K的下拉电阻，这样才能保证第一本振频率为46.7MHZ，完成第一混频。4 装配与调试由于调频接收机的工作条件相对较差，在没有外界信号干扰的条件下才能正常调试。在电路板上连接电路时，引脚应尽可能的短，以防止杂散电容的分布，避免不必要的耦合。电位器，天线插座安装时注意一定要紧固，防止松动，避免对电路的干扰。芯片要牢固定在电路板上，防止不必要的多余调试。 将所有元件插好，仔细检查无误后即可通