通信电子线路课程设计-超外差式调频接收机设计.doc

淮海工学院课程设计报告书 课程名称： 通信电子线路课程设计 题 目： 调频接收 系 （院）： 通信工程系 学 期： 2010-2011-1 专业班级： 通信082 姓 名： 学 号： 评语：成绩：签名：日期： 超外差式调频接收机设计绪论通信电子线路是电子信息类专业必修的一门专业基础课，是电子信息类专业十分重要的主干课程之一，是一门理论和实践紧密结合的课程，而该课程设计是其实践性的一个体现，是集基本技能、技能训练、理论知识的综合与应用，是对通信电子线路课程的巩固和提高，是培养具有较强的理论水平，又有足够的实践能力的高等技术应用型专门人才的重要手段之一。通过该课程的学习，可使学生综合能力、实验技术、创新思想得到全面提升。1 课程设计目的通过课程设计，使学生增强对通信电子技术的认识和理解，学会查寻资料、比较方案,学会电子线路的设计和计算；初步掌握调频接收机的调整及测试方法；进一步提高分析解决实际问题的能力、创造一个动脑动手、独立开展电路实验的机会，锻炼分析、解决通信电子电路问题的实际本领；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。2 主要技术指标 工作频率范围接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。频率范围为5351065kHz。 灵敏度接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。要求调频灵敏度为1030uV 选择性接收机从各种信号和干扰中选出所需信号的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示，dB数越高，选择性越好。要求中频干扰大约40dB。 频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。要求通频带为200KHz。 输出功率接收机的负载输出的最大不失真功率称为输出功率。要求输出功率 0.2W。3 调频接收机的工作原理图如下包括输入选频网络、高频放大、变频、中频放大、解调、低放和低频功放等。混频器高频放大中频放大检波器低频功放本机震荡天线调谐回路扬声器其工作原理是：天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频得到f1，再经高频放大器放大输入混频器。本机振荡器输出的另一高频 f2也输入到混频器，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率的信号。混频器的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。4 单元电路设计4.1 高频功率放大电路高频放大器一般由一级或多级放大器组成，用来放大天线上感生的有用信号；同时，利用放大器中的谐振系统抑制天线上的感生的其它频率的干扰信号。因谐振放大器的中心频率随接收信号频率不同而变化，所以，高频放大器必须是可调谐的。对高频放大器的要求是：（1） 工作稳定：放大器可能产生正反馈，它将影响放大器的稳定工作，且严重时，会引起振荡，使得放大器变成振荡器，进而完全破坏了放大器的正常工作。（2）选择性好，有一定的通频带。（3）失真小，增益高，并且工作频率变化时增益变动不能过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。设计电路图如下：图1：高频功放原理图其仿真图如下： 图2： 高频功放仿真图定性分析：天线接收的调频信号经R6、C2选频网络选出有用信号f1，再经Q4、Q2、Q1、Q3等组成的电路放大，获得比较大的增益，然后通过耦合电容输出高频放大信号f2。定量分析：首先，计算调谐回路允许通过的信号频率,，然后计算电路的增益，原始信号电压幅度为1mV，公式：，由仿真结果知，该电路电压幅度放大75倍。4.2 混频器混频器是一个变频电路，一般用相乘器，高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端，得到一个差频。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。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。通常将这个过程 ( 混濒和本振的作用 ) 叫做变频。从频谱观点上来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移设计电路图如下： 图3：混频器电路原理图其仿真图如下： 图4：混频器仿真图图3是二极管混频电路的原理图，图中V1、V2为输入信号源，V1、V2为本振信号源，R3为中频信号的负载。为了保证二极管工作在开关状态，本振信号V2的功率必须足够大，而输入信号V1功率必须远小于本振功率。实际二极管环型混频器组件各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。定性分析：此次采用的二极管双平衡混频器，v3端输入高频已调信号f2，v4端输入本振信号f3，v0输出中频信号f4。由图可见，当v4在正半周时，加在D1、D4管上电压为正值，D1、D4管导通，而加在D2、D3管上电压为负值，D2、D3管截止。同理，当v4在负半周时，D2、D3管导通，D1、D4管截止。定量分析：先设v3=，v4=，当D2、D3管导通时，消去可得，相应的开关函数为，因而上式可写成下列一般形式，同理，当D1、D4管导通时，因此，通过负载的总电流为，相应的输出功率为，因而混频损耗为。 4.3 本地振荡器本地振荡器用来产生频率为f3=f2-f4的高频振荡信号。因f4是中频，为固定值，而f2是随所接收信号变化而变化，故，振荡器的振荡频率f3也应是可调谐的，而且它必须跟踪f2，而且此振荡器必须是独立的，还要输出稳定频率的正弦信号。设计电路图如下：图5：本地振荡器其仿真图如下： 图6：振荡器仿真图定性分析：此次设计的电容三点式振荡器，从v0端输出正弦振荡信号，晶体管发射极接电容C1、C2，基极和集电极之间接电感L1。定量分析：，起振条件：，平衡条件：，工程上振荡角频率近似为，若选择C1C，C2 C，则f0与C1及C2近似无关，这样，与C1,C2并联的分布电容如C11及C22对频率的影响很小了，频率稳定得以提高。由仿真结果知，该振荡器频率为1/0.25us=4Mhz。提高振荡电路的稳定度有以下两种方法：（1）提高回路的Q值。Q值高，可使频率稳定。为此应尽量减小损耗而加大特性电阻。 （2）减小负载的影响。减小振荡回路和负载间的耦合程度能减弱负载的影响，但这时传送到负载上的振荡信号也很小了，因此振荡要求更强。故在振荡器和负载之间加一级射极输出器可以改善负载对振荡器的影响，因为射极输出器之输入阻抗较高，隔离作用比较好，同时不增加振荡功率的要求。4.4 中频放大电路、鉴频电路中频放大器由多级固定调谐的小信号放大器组成，用来放大中频调频信号。中频放大器有两个用途：（1）提高增益，由于中频低于信号频率，晶体管的参数和回路谐振电阻等比较大，故易于获得较高的增益。超外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制临近干扰信号。鉴频器是一个将输入调频信号的瞬时频率转换为相应解调信号输出电压的变换器。一般将该变换器的变换特性，即解调输出电压随瞬时频偏的变化特性称为鉴频特性。本次设计中采用的是相位鉴频器。a.鉴频器的中心频率f0:鉴频器的中心频率f0对应于鉴频特性曲线原点处的频率。b.鉴频带宽Bm:是指鉴频器能够不失真地解调所允许输入信号频率变化的最大范围。c.鉴频器的线性度:是指鉴频特性曲线在鉴频带宽内的线性特性。设计电路图如下 ：图7：中频放大与鉴频器组合电路原理图其仿真图如下： 图8：中频放大与鉴频电路仿真图定性分析：混频输出的中频信号f4从v5端输入中频放大器，经Q1、Q2两级放大电路放大后，输出中频放大信号，该信号再进入变容二极管相位鉴频器，所谓相位鉴频器，即先将输入调频波通过具有合适频率的线性网络，使得输出调频波的附加相移按瞬时频率的规律变化，而后相位检波器将它与输入调频波的瞬时相位进行比较，检出反映附加相移变化的解调电压。由图可知，该鉴频器为耦合回路叠加型鉴频器，图中，初次级回路电感线圈是互相屏蔽的，没有互感耦合。他们是通过电容C5耦合的。则，在初级回路上的电压v1通过C5在次级回路产生电压v2，同时，又通过隔直电容C12经L2中心抽头直接与v2/2合成加到上、下包络检波器上。该电路的另一特点是两个二极管包络检波器采用并联型电路，他们的负载均为100欧姆，采用这个检波器时，二极管电流中的平均分量已经由负载构成通路，这样，就可以省掉高频扼流圈。但该电路的缺点是线圈中心抽难以难以做到严格对称，从而产生误差。4.5 低频放大器低频放大器由小信号放大器和功率放大器构成，因鉴频器检出的调制信号较弱，故其用以来放大携带有调制信息额调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。设计电路图如下： 图9：低频放大电路原理图其仿真图如下： 图10：低频放大仿真图电路参数：R1=60k, R2=10k, R3=10k, R4=2k, R5=8.2k, C1=50uf, C2=10uf, C3=1uf定性分析：此次设计的放大器是发射极接电阻的共射级放大器，从v0端输出放大的携带信息的调制信号。R1、R2为偏置电阻，C1、C2为耦合电容，C3为旁路电容，R5为负载。定量分析:若忽略基区宽度调制效应的影响，电流增益为 电压增益为4.6 整体电路图 图11：整体电路图5 心得体会做完了这份报告有种苦尽甘来的感受！感觉身心疲惫的自己终于解脱了，这几周的艰难奋斗换来了最后的丰硕的结果，心里却是美滋滋的，回想起过去的这些天，每天早出晚归，奔走于三点一线之间，不停的在寻找好的方法去解决遇到的难题，在不断探究讨论和实践中，终于修成正果，那种满足感无法用言语去表述！本来关于这方面的知识自己学的很差，什么都搞不懂，不知撞墙碰壁多少次才得到了一点点小的成果，有时候一个小小的细节就会影响最终的结果，很多次自己都想放弃了，可是自强心不允许自己那么做，因此自己对自己说，一定要坚持下去，自己一定行的，于是在不断的自励中渐渐向成功迈进！当看着别人很快做好了，还没有任何头绪的我心急如焚，翻着书看着电脑还不断问着旁边的同学，错误的结果更加让我失落，吃不好睡不着。可是自己就是不甘心，不停的搜查资料不停地实践，在电脑上不断尝试不断调整，功夫不负有心人，渐渐地我找到了方法，找到了诀窍，于是失去的信心都找回来了！我更加有动力去做剩下的部分，于是就这样一直做下去，完成了这份报告！虽然最终运行仿真的结果不是很理想，但是自己已经觉得很满足，因为这是自己努力的结果！不仅如此，通过这次对调频接收机的设计与制作，让我了解了设计电路的过程，也让我了解了关于调频接收机的原理与设计理念，关于电子线路的很多我不懂得知识都在这次的实践中弄明白了，所以自己觉得在这次的课程设计中收获很多，我想这也是这份报告想要教会我们的地方吧！在不断尝试和实践中找到正确的结果，然后弄懂自己不懂得问题，最终收获自己努力的成果！6 参考文献1