高频电子线路课程设计-调幅接收机1.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目 ： 调幅接收机 初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用分离元件或集成电路设计一个调幅收音机2、接收频率范围 5351625 khz3、采用3v 电池供电；采用耳机或喇叭放音；4、接收 am 波段的无线广播清晰、可靠，无明显杂波；5、立体声解码电路作为本设计的发挥部分；6、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结等）。时间安排： 二十周一周，其中4天硬件设计与制作，3天调试及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学高频电子线路课程设计报告目 录目 录1摘 要iabstractii1 方案比较11.1 采用分立元件搭建的电路11.2采用芯片cxa1600构成电路22 超外差式收音机的设计42.1 超外差式收音机工作原理图42.2 各模块设计42.2.1 输入回路42.2.2 变频级52.2.3 中放级62.2.4 检波电路72.2.5 低频放大级82.2.6 功率放大级92.2.7 输出电路102.2.8 立体声解码电路103 电路仿真123.1 已调信号的产生123.2 变频级仿真133.3 中放级仿真143.4 检波级仿真143.5 功率放大级仿真154总电路图165 元件选择和清单176 心得体会187 参考文献1920摘 要调幅制无线电广播分做长波、中波和短波三个大波段，我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。本文介绍了一种3v低压全硅管六管超外差式调幅收音机。该收音机由输入回路、变频级、中放级、检波电路、低频放大级和功率放大级组成，还讨论了立体声解码电路的有关设计。本电路的功能是由直流电驱动，接收处理5351625khz的无线电波，将调制后的无线电信号还原成音频信号经扬声器播放收听。本设计的特点是适合家用，干扰小，信号清晰、可靠，无明显杂波。关键词：调幅 超外差 收音机abstractmodulation system radio wave, medium-wave and divided into three big band, our short-wave only two big band mw and short-wave radio. this paper introduces a kind of low silicon tube 3v all six of the radio shidiao specialized superheterodyne tube. this radio frequency level by input circuit, and put, detection circuit, the low frequency amplifier and power amplifier level, also discussed the relevant design stereo decoding circuit. this circuit is by the dc drives, receiving 535 1625khz radio waves, will be modulated radio signal reductive into audio signal by listening to the speaker system. this design feature is suitable for home, little interference, signal, reliable, and clear no obvious clutter.keywords: am specialized superheterodyne radio1 方案比较无线电波是一种能量传播的形式。无线电广播，就是由发射机产生强大的经过调制的高频电流，通过发射天线，在天线周围产生电磁波向外传播。无线电波从频率上可划分为长、中、短波。我国的广播一般是中波和短波。我们要收听的信号就是中波调幅信号。无线电信号的接收可分为：输入，高频放大，混频，中频放大，检波，低频放大等几个步骤。分析可知，可采取以下几种解调方法。1.1 采用分立元件搭建的电路该方法采用最基本的电子元件如电容、电阻、晶体管、中周等搭建超外差收音机电路。超外差式收音机：是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。如果把收音机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频率465khz（仅是载波频率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。和直接放大式相比较，超外差式收音机具有灵敏度高而工作稳定，选择性好而失真度小等优点，在实际生活中有着广泛的应用。它将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率（在我国为465khz），然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。在收音机内制造个振荡电波(通常称为本机振荡)，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。这个过程就是变频。变频仅仅是载波频率变低了，并且无论输入信号频率如何变化最终都变为465khz，而音频信号(包络线的形状)没变。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。若要求超外差式收音机得到更高的灵敏度，在调谐回路与混频之间还可以加入高频放大级然后再去混频。转贴于 51论 文根据超外差收音机的原理，本设计分成以下几个模块：调谐回路、变频回路（包括本振电路、混频电路和选频电路）、中频放大（中放）回路、检波及agc回路、低放级回路、功放级回路。此方案的优点是：经济，易于分块调试，可以对收音机的各个模块有详细的学习。缺点是电路比较繁琐。1.2 采用芯片cxa1600构成电路cxa 1600是日本sony 公司推出的一种双极硅单片调幅收音机集成电路。它是工作在极低中频（55 khz)条件下的新型集成系统。该芯片主要由射频放大器、本地振荡器、混频器、有源带通滤波器、中频放大器、中频检波器、音频功率放大器以及音量控制、自动增益控制、过载自动增益控制电路构成。它包括了调幅收音机中从天线获得的高频信号的放大到检波后的音频功率放大的所有信号处理与变换功能。其典型应用电路为图1-1所示：图1-1 cxa1600典型应用电路该芯片的工作过程是：来自于电台的信号经天线回路选台后得到的某电台的高频已调波送入芯片8脚进行高频放大，放大后的高频信号与本振产生的高频信号在混频器里进行混频产生中频已调信号。带通滤波器对混频后的信号进行选频放大,滤掉中频以外的信号, 再经中频放大器放大到一定幅度后进行中频检波。 检波后的信号分两路：一路送入音频功率放大器进行功率放大，从4脚输出, 经隔直耦合电容后去推动扬声器发出悦耳的声音；另一路信号送自动增益控制电路, 将获得的随输入信号成线性关系的直流电平去控制中放和高放的增益，使输出音量几乎不随接收信号的强弱而变。此外，电路一旦出现过载现象，过载自动增益控制电路对高放增益作相应的调节。采用cxa 1600制作调幅收音机的主要优点是：中频极低(约55 khz)；不需要外接任何滤波器；工作电压范围宽(1.8至4.5v)；内置功放和电子音量控制；外围元件很少；不需要调试工作点和中频,安装方便。主要缺点是：价格贵；芯片集成度高，不利于学习am解调的相关原理。2 超外差式收音机的设计2.1 超外差式收音机工作原理图由方案比较部分的介绍可知，该收音机的原理框图如下图所示:图2-1 超外差式收音机原理图 图中，高频放大器由一级或多级小信号调谐放大器组成，用来放大电磁波在天线上感生的有用信号；同时，利用放大器中的谐振回路抑制其他频率的干扰信号。由于谐振放大器的中心频率随所接收信号的频率的不同而变化，因此，高频放大器必须是可调谐的。混频器是将已调信号不失真地变换为中频已调信号的变换电路，本机振荡器产生的高频震荡信号的频率是载波频率和中频频率之和。由于载波频率是随接收信号的不同而变化的，所以，本振频率是跟踪载波频率同步变化的，以使得中频信号是固定值。中频放大器用来放大中频调幅信号，由于中频频率已固定，因此中频放大器的选择性和增益可以设计得很好，并使选择性、放大性等性能得到极大的提高。检波器滤去高频分量，得到反映信息的调制信号。最后经过功率放大器向扬声器提供必要的推动功率。2.2 各模块设计2.2.1 输入回路磁性天线感应来的信号送到谐振回路l1ca，由于l1ca谐振回路调谐在欲接收信号的回路上，因此其他的干扰信号将被抑制。输入回路的设计如图2-1所示：图2-2 输入回路输入回路由电感线圈和可变电容构成。由于本振频率是跟踪载波频率同步变化的，因此该处的可变电容要ca和后面的可变电容cb联调。磁性天线采用5mm13mm55mm的中波磁棒，初级用线经017毫米的漆包线绕100圈，次级用同规格的线绕10圈。这样就把磁棒天线接收到的信号耦合到了cd端，继而送到高频放大器bg1的基极。t1是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，当改变ca时，就能收到不同频率的电台信号。此时的输出信号可以近似视作： （公式1-1）2.2.2 变频级三极管混频电路实际是利用基极与发射机的二极管特性实现混频，再利用它的放大作用，将选频回路接在集电极。本机振荡和混频合起来称为变频电路。变频级的作用是对接收来的高频信号进行变频，将频率变为465khz的中频信号。vt1、t2、cb等元件组成本机振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高465 khz的等幅高频振荡信号。由于c1对高频信号相当短路，t1的次级lcd的电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由t2、cb控制，cb是双连电容器的另一连，调节它以改变本机振荡频率。t2是振荡线圈，其初次级绕在同一磁芯上，它们把vt1的集电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，本机振荡的电压由t2的初级的抽头引出，通过c2耦合到vt1的发射极上。混频电路由vtl、t2、t3的初级线圈等组成，是共发射极电路。其工作过程是：输入调谐电路接收到的电台信号，通过tl的次级线圈送到vtl的基极，本机振荡信号又通过c2送到vt1的发射极，两种频率的信号在vt1中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465khz的信号，这就是中频信号。混频电路的负载是中频变压器，t3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，它的谐振频率是465khz，可以把465khz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过t3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。c1是高频旁路电容，选103瓷片电容。变频级电路如图2-3所示：图2-3 变频级电路经过此变频电路后，输出465khz的中频信号。2.2.3 中放级 中放电路的作用是将变频级输出的微弱的信号进行放大，便于后面进行检波。在本中放级电路中，还加入了自动增益控制电路，以控制强台的噪声。中放级电路设计如图2-4所示。中周t3谐振于465khz，可将变频后的信号耦合送入中放管vt2中，vt2对信号进行放大。中频放大后的信号经另一个谐振于465khz的中周t4送入检波管。晶体管部分接入使谐振阻抗及q值只有少量下降，保证了足够的电压放大倍数和选择性指标。 在vt2的基极加有自动增益控制电路。用检波后的直流分量控制中放的放大倍数：检波后的agc控制电压通过120k的电阻r3加到vt2的基极做负反馈，以控制强台的噪声。其工作过程是：外信号电压增加导致vb3减小，影响ib3增加，则ic3减小，因此vc3减小。通过电阻r3 使得vb2减小，导致ib2减小，最后ic2减小，输出信号电压也减小。图2-4 中放级电路大电容c3可滤除检波后的音频电流，c4是旁路电容。与直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。2.2.4 检波电路 本题的检波电路由检波三极管构成。由于有前级的中频放大器，信号已经足够大，可以推动检波三极管工作。检波电路如图2-5所示：大信号检波后的输出电压有高频分量、直流分量和低频分量。其中高频分量经旁路电容c5旁路到地；直流分量被c6和可变电阻组成的阻容耦合电路隔开，所以检波器的输出电压只能是低频分量。这个分量随输入调幅波的包络线规律变化，即调制信号。检波电流有两项：直流分量在电阻r3上产生与本级输入电压成比例的电压，作为上级的自动增益控制信号。音频分量的振幅与载波电压成正比，与输入电压成线性关系，失真很小。图2-5 检波电路原理图2.2.5 低频放大级 此处的低频放大指的是功率放大级的末前级，功能是对低频信号进行放大，也是收音机音量的控制处。其电路如图2-6所示：图2-6 低频放大级电路图音频信号通过阻容耦合方式送入vt4。vt4的工作电流由r5和电位器共同控制，调节电位器r5即为调节音量。2.2.6 功率放大级 功率放大级的作用是产生足够大的功率，以便推动喇叭工作。本设计采用乙类推挽功放。工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利于提高效率，但存在严重的失真。如果用两个管子，使之都工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，另一个在副半周工作，同时使这两个输出波形都加在负载上，从而在负载上得到一个完整的波形，这样就能解决效率与失真的矛盾。 因此，采用如上图所示的互补对称电路：音频信号经vt4放大后由变压器将波形分为两个半周分别交由vt5,vt6推挽放大，放大后的信号通过c9合并在一起，推动后继的扬声器电路。图2-7 功率放大级2.2.7 输出电路图2-8 输出电路输出部分包括8欧姆的喇叭，用以显示工作的发光二极管，和3v的直流电源，如图2-8所示。2.2.8 立体声解码电路本立体声解码电路采用la1816芯片的一部分，la1816是日本三洋公司生产的单片am/fm立体声收音集成电路，适用于低电压收音机、随身听收放音机中。图2-9 la1816内框图本设计只用到该芯片的部分功能，原电路图中检波后的信号从15脚输入即可。图2-10 立体声解码部分电路图tda2822是双声道小功率集成功放。la1816输出的信号经tda2822功率放大后输出。左右声道信号从喇叭ls1,ls2输出即可。3 电路仿真3.1 已调信号的产生本设计采用两个信号源和一个模拟乘法器合成接收的已调信号。其中，调制信号频率为600hz,载波信号为60khz。电路如图3-1所示：图3-1 已调信号的产生电路两路信号经过乘法器相乘后得到的信号如图3-2所示：图3-2 已调信号波形3.2 变频级仿真 变频级的作用是将已调信号变为465khz的中频信号。变频级的仿真电路如图3-3所示。调用multisim软件中的spectrum analyzer(即频谱分析仪)接在变频级的输出，观测输出信号的频谱。分析可知，600khz的信号变频后得到两个频率的信号：465khz和1665khz，因此在频谱图上会有两个频率。图3-3 变频级仿真电路如图3-4所示，设定好频谱仪的坐标轴范围为200khz到1.5mhz，中心频率为850khz，精度为约7khz。频谱仪上显示了两个不同的频率。移动标尺，测得图3-4 变频后的频谱较低的频率为465.445khz，如图3-4的左下角所示。移动标尺到右侧，测得较高的频率为1665khz。3.3 中放级仿真中放级首先通过中周t3选出465khz的频率，滤除1665khz的频率。输入10mv的中频信号，然后用vt2进行放大如图3-5所示。图3-5 中放级仿真电路放大后产生的波形为：图3-6 中放后波形由图可知，中放后波形略有失真。中放后电压幅度约为1.8v，可见中放级增益约68db。3.4 检波级仿真 三极管检波后的波形如图3-7所示：图3-7 三极管检波后的波形由图形可知，有些干扰的波形没有滤掉。3.5 功率放大级仿真乙类推挽功放的电路图如下图所示：图3-8 乙类推挽功放、 功放的输出结果如图3-9所示：图3-9推挽功放输出波形4总电路图5 元件选择和清单可变电容器ca，cb采用cmb-223型的密封双连电容。磁性天线采用5mm13mm55mm的中波磁棒，初级线圈用线经017毫米的漆包线绕100圈，次级用同规格的线绕10圈。t2是振荡线圈，型号为lfl0-1。t3是第一放用中周，型号为tfl0-1，t4是第二中放用中周，型号为tfl0-2。t2、t3、t4在出厂前均已调在规定频率465khz。t5是输人变压器，型号是e14。vtlvt4是高频小功率三极管，v