无线调频接收机毕业设计.doc

河南机电高等专科学校毕业设计论文 1 河南机电高等专科学校 毕毕业业设设计计论论文文 论文题目 无线调频接收机论文题目 无线调频接收机 系 部 电子通信工程系 专 业 通信技术 班 级 2004 级 2 班 学生姓名 邹检生 学 号 0445231 指导教师 李福勤 2007 年 06 月 21 日 河南机电高等专科学校毕业设计论文 2 摘 要 本设计以无线通信作为入口 介绍了目前流行的几种无线接收机体系结构 采用超外差式作为本设计接收机的体系结构 并通过很好的选择元器件 设计了 一款无线调频接收机的电路 通过本设计深入的了解了无线通信系统的组成 无 线接收机作为用户终端 对产品的实用等功能有系统的理解 从而对无线通信系 统 特别是用户接收终端 的设计 开发 生产和调试的技巧 方法都有很大的 认识 本设计着重分析了无线调频接收机的电路原理 并运用集成电路 TDA7021T 设计了一款外围元件少接收性能优良的调频接收机 其接收频率覆 盖范围广 包括电视伴音的 56 25MHz 72 25MHz 校园广播的 75MHz 87MHz 及普通商用调频广播 88MHz 108MHz 且接收性能好 电路整洁 操作简单方便 实用 关键字 无线通信 超外差式 调频 接收机 河南机电高等专科学校毕业设计论文 3 ABSTRACT This design takes the entrance by the wireless communication introduce the present popular several kinds of wireless receivers system structure uses super heterodyne architecture took this design receiver the system structure and through the very good choice primary device has designed a section wireless frequency modulated receiver electric circuit Through this design thorough understanding wireless communications system composition the wireless receiver had taken the user terminal is practical and so on the function to the product has the system the understanding thus to the wireless communications system specially is user receives terminal the design the development the production and the debugging skill the method all has the very big understanding This design has emphatically analyzed the wireless frequency modulated receiver circuitry and using integrated circuit TDA7021T has designed a section periphery part few receptivity fine FM receiver Its receive frequency cover scope is broad including aural56 25MHz 72 25MHz campus broadcast 75MHz 87MHz and ordinary commercial FM broadcast 88MHz 108MHz Also receptivity good electric circuit neat the operation simple is convenient practical Key words Wireless communication super heterodyne FM Receiver 河南机电高等专科学校毕业设计论文 4 目 录 毕业设计任务书 摘要 绪论 1 第 1 章 无线通信系统基础 3 1 1 通信系统分类 3 1 1 1 模拟通信系统 3 1 1 2 数字通信系统 4 1 2 无线电波段的划分和无线电波的传播 5 1 2 1 无线电波段的划分 5 1 2 2 无线电波的传播 6 1 3 无线接收机的体系结构 7 1 3 1 超外差接收机体系结构 7 1 3 2 零一中频接收机体系结构 8 1 3 3 低一中频接收机体系结构 9 1 3 4 宽带双一中频接收机体系结构 9 第 2 章 无线接收机系统方案的选 择 11 2 1 选择的方案 11 2 2 方案的论证 11 2 2 1 无线模拟通信系统 11 2 2 1 1 无线通信与有线通信的辩证 11 2 2 1 2 模拟通信系统与数字通信系统的辩证 12 2 2 2 超外差接收机体系结构 11 第 3 章 电子元器件的选 择 13 3 1 电阻器的选择 13 3 1 1 电阻器的分类 13 3 1 2 电阻器的主要技术指标 13 3 1 3 电阻器的标志内容及方法 14 3 1 3 1 文字符号直标 14 3 1 3 2 色码标志法 15 河南机电高等专科学校毕业设计论文 5 3 1 4 几种常见电阻器的结构 特点及应用 15 3 1 4 1 薄膜类电阻器 15 3 1 4 2 合金类电阻器 16 3 1 4 3 合成类电阻器 16 3 1 4 4 敏感电阻器 16 3 1 5 本设计中选择的电阻器 17 3 2 电容器的选择 17 3 2 1 电容器的分类 17 3 2 1 1 固定电容器 17 3 2 1 1 可变电容器 18 3 2 2 电容器容量的标志方法 18 3 2 3 电容器的合理选用 18 3 2 4 本设计中选择的电容器 19 3 3 电感器的选择 19 3 3 1 电感器的基本参数 20 3 3 2 三种常用的固定电感器 20 3 3 3 本设计中选择的电感器 21 第 4 章 接收机电路原理分析与设 计 22 4 1 接收机电路的调制方式的选择 22 4 2 调频接收机的电路构成 22 4 3 典型调频接收机电路原理分析 23 4 3 1 调谐器电路分析 23 4 3 2 中频部分电路分析 26 4 3 3 低频放大部分电路分析 27 4 4 本设计接收机电路分析 28 4 4 1 IC 介绍 28 4 4 2 工作原理分析 29 4 4 3 IC 外围电路的设计 29 第 5 章 PCB 电路板设计 30 第 6 章 样机的调 试 31 第 7 章 结论与展 望 32 致谢 33 河南机电高等专科学校毕业设计论文 6 参考文献 33 附录 34 河南机电高等专科学校毕业设计论文 7 绪论 随着现代高新技术的快速发展 无线通信已经是被公认了的最好的通信方式 同时无线通信又分为无线模拟通信和无线数字通信 无线模拟通信是原始的无线 通信 是它打开无线通信的大门 虽然刚出现的时候还有很多不足 但是为后来 的无线通信事业产生了巨大的推动力 无线数字通信 它是在无线模拟通信的基 础上发展起来的 比无线模拟通信有很多优点 加上技术上的成熟 所以近些年 来无线数字通信得到迅速的发展 在无线通信快速发展的同时 无线通信技术得到了迅速发展 从过去的调幅 AM 调频 FM 调相 PM 到幅度键控 ASK 频移键控 FSK 相移 键控 PSK 再到正交振幅调制 QAM 交错正交相移键控 OQPSK 高斯 最小频移键控 GMSK 等 当然还会有更先进的技术出现 在无限模拟通信技 术中就数调幅 AM 调频 FM 调相 PM 这三种了 而用的最广泛的有 调幅 AM 和调频 FM 在日常生活中的中波广播就是运用调幅 AM 调制 技术 普通的调频广播就是运用了调频调制技术而得名的 而在接收终端 目前 市场上的产品可谓是五花八门 作为用户手中的产品 其实用是最重要的 终合 的来看 其主要拥有的功能有数字显示 数字调谐 电脑存储电台 时钟控制功 能 短时录音功能等 本设计的无线接收机只是无线模拟通信的一个终端 用于接收采用调频调制 的广播信号 校园广播信号 电视伴音信号等 还可以用来组建个人无线单向通 信网络 本设计课题作为本人对无线模拟通信系统的理解的切入点 可以说是比 较合适 因为本设计涉及的大部分技术都已经接触过的 也是无线模拟通信系统 很成熟的技术理论知识 而且许多知识也是某些课程学习的重点 所以这样一方 面可以检验本人对课程知识的掌握情况 达到检测学习情况的目的 另一方面 为走上工作岗位作一定的铺垫作用 介于此目的 本设计也有所开放性的地方 如可以根据自己的能力进行电路设计 可加入其他一些本设计没做要求的实用性 电路 如电源指示等等 在本设计中需要解决的问主要有以下几点 1 接收机接收的的频率范围要宽 55MHz 108MHz 2 接收机接收信号的灵敏度要5V m 3 接收机接收信号的选择性46dB 4 接收机接收信号的信噪比60dB 5 接收机输出的音频信号功率100mW 河南机电高等专科学校毕业设计论文 8 要解决这些问题最主要的是选择的元器件要满足要求 然后在电路优化方面 下功夫 本设计选择集成电路 TDA7021T 作为本接收机系统电路的核心 其主要 参数均满足以上要求 有接收信号频率范围 1 5MHz 110MHz 灵敏度4V m 选择性46dB 信噪比60dB 虽然这些性能都达标了 但是由于电路的外围元 器件的影响而可能有些参数受到影响 所以在选择集成电路时特别重要 要选择 由一定宽余量的集成电路 另外外围元器件的选择也特别重要 很可能由于外围 电路元器件选择不当有达不到要求 这样就会功亏一篑 所以在降低成本的同时 要对元器件慎重选择 另外在音频输出功率方面 仅由该芯片不能达到要求 所 以本设计另外设计了一由三极管构成简单的共发射极放大器 在调谐振荡的频率 范围时 由于要求调谐的频率范围较宽 本设计出来采用接收范围宽的集成电路 TDA7021T 而且在调谐时还采用双可调系统 即谐振电路的电感 电容值的大 小均可调 这样就可以达到本设计的接收频率范围宽的要求 河南机电高等专科学校毕业设计论文 9 第一章 无线通信系统基础 通信是人类社会生活的重要组成部分 广义地说 凡是在发信者和收信者之 间 以任何方式进行消息的传递 都可称为通信 实现消息传递所需设备的总和 称为通信系统 以电信号为消息载体的通信系统 称为现代通信系统 1 1 通信系统分类通信系统分类 通信系统的基本组成如图 1 1 所示 图 1 1 通信系统的基本组成框图 由通信系统的基本组成可以知道 根据信道的不同可以分为有线通信和无线通信 有线通信是指通过明线 对 称电缆 同轴电缆 光纤等信道进行传输 无线通信则通过长波的地波传播 短 波的电离层反射 超短波或微波的视距传播 含微波中继和卫星中继 以及各种 散射等进行传输 根据信息源产生的基带信号的物理特征 将通信系统分为模拟通信系统和数 字通信系统 1 1 1 模拟通信系统模拟通信系统 模拟通信系统可用如图 1 2 所示的通信系统模型表示 发送端的信息源将要 传送的话音 音乐和图像等连续变 化的模拟信息 转变成连续变化的 原始电信号 这种原始电信号是具 有频率较低的频谱分量 一般不能 直接在信道中传输 这种频率较低 的携带信息的原始电信号称之为基 图 1 2 模拟通信系统模型 河南机电高等专科学校毕业设计论文 10 带信号 为了实现信息的传输 必须把基带信号变换成频率较高且适合在信道中 传输的高频电信号 这种变换过程通常称之为调制 实现调制功能的电路称之为 调制器 调制后的电信号称之为已调信号 已调信号是携带信息且适合在信道中 传输的高频电信号 在接收端 必须将信道送来的已调信号再变换成基带信号 这一变换过程称为解调 实现解调功能的电路称之为解调器 解调输出的基带信 号 还必须由模拟终端重新恢复成连续变化的模拟信息 话音 音乐和图像等 例如通过喇叭和显像管播放声音和图像等 在无线模拟通信系统中 传输媒介是自由空间 根据电磁波的波长或频率范 围 电磁波在自由空间的传播方式不同 且信号传输的有效性和可靠性也不同 由此使得通信系统的构成及其工作机理也有很大的不同 1 1 2 数字通信系统数字通信系统 数字通信系统是把数字信号作为载体传送消息的通信系统 传输的信号是 离散 或 数字 的 数字通信系统是一种传输数字信号的系统 或者说是利 用数字信号来传输信息的通信系统 其基本组成框图如图 1 3 所示 图 1 3 数字通信系统的原理框图 图 1 3 中的信息源产生和发出信息信号 如果信息原来是非电量的 则信息 源还必须将其变换成便于通信系统传输的电信号 受信者是通信系统的终端没争 用来接收信号并还原出原来的信息 发送设备包含信源编码器 信道编码器和数 字调制器 接收设备包含数字解调器 信道译码器和信源译码器 前者的任务是 把信源输出的消息变换成便于在信道上传送的信号 后者完成相反的过程 即把 信道输出的信号变换成接收者需要的消息 信源编码器的作用是将信源输出的信 号变换成适合于数字通信系统处理和传输的数字信号 如果信源输出的信号是模 拟信号 则信源编码器首先应对其脉冲编码调制 PCM 简称为编码 信源译 码器的作用与信源编码器相反 其功能是还原出信息信号 河南机电高等专科学校毕业设计论文 11 信道编码与译码在通信系统中是成队出现的 信道编码器处于系统的发送端 信道译码器处于接收端 它们的作用是解决数字通信的可靠性问题 编码器输出 的信号 即编码脉冲序列 是数字基带信号 可以直接在市话电缆等有线信道中 传输 我们称这类系统为数字基带系统 但是对于大多数的无线及微波信道 卫 星信道 光缆及高频电缆信道等 它们共同的特点是具有带通信道特性 为了使 基带信号与带通型信道匹配 则数字调制与解调是必需的 这样的系统也称为数 字调制系统 将数字基带信号调制到高频信号上的过程称为数字调制 它的主要 功能是提高信号在信道上的传输效率 或是达到信号复用的目的 或是减少传输 引起的失真 解调是调制的逆过程 是从已调信号中恢复出原来数字信号的过程 利用调制技术来传输数字信号的方式称为频带传输 基带传输与频带传输都属于 数字信号传输的范畴 另外 同步系统是数字通信系统的重要组成部分 所谓同 步 是指通信系统的收 发双方具有统一的时间标准 它们的工作 步调一致 与模拟通信相比 数字通信有很多优点 但是数字通信也有其不足之处 主 要有两点 一占用系统的频带 即信道频带 较宽 二是在数字运信系统中必须 具备有同步系统 从而使系统的结构较复杂 1 2 无线电波段的划分和无线电波的传播无线电波段的划分和无线电波的传播 1 2 1 无线电波段的划分无线电波段的划分 目前无线电通信系统使用的频率范围从几十千赫到几十吉赫 这样宽广范围 的高频信号 在信号的产生 放大 发送和接收方法等方面就大不一样 特别是 不同频率的无线电波的传播特点更不相同 为了便于分析和应用 习惯上将无线 电的频率范围划分为若干个区域 称为频段 也称波段 无线电波在空间传播的速度与光速相同 为 高频信号的频率 8 3 10 cm s 与其波长的关系为 f Hz m c f 无线电波段可以按频率划分 也可以按波长划分 表 1 列出了按波长划分的 波段名称 相应的波长范围及相应的频段名称 表 1 波段的划分 波段名称波长范围频率范围频段名称 超长波100 10 km3 30 kHz甚低频 VLF 长波10 1 km30 300 kHz低频 LF 河南机电高等专科学校毕业设计论文 12 中波1000 200 m0 3 1 5 MHz 中频 MF 短波200 10 m1 5 30 MHz高频 HF 超短波 米波 10 1 m30 300 MHz甚高频 VHF 分米波100 10 cm0 3 3 GHz特高频 UHF 厘米波10 1 cm3 30 GHz超高频 SHF 毫米波10 1 mm30 300GHz极高频 EHF 微 波 亚毫米波1 0 1 mm300 3000GHz超极高频 光波 100 1m 3 300 THz 1 2 2 无线电波的传播无线电波的传播 无线电波的传播是无线通信系统的一个重要环节 无线电波传播方式大体可 分为三种 沿地面传播 沿空间直线传播 依靠电离层传播 电磁波沿地面传播的示意图如 图 1 4 所示 由于地面不是理想的 导体 当电磁波沿其表面传播时必 将有能量的损耗 这种损耗随电波 频率的升高而增加 因此 通常只 有中 长波范围的信号适宜于沿地 面传播 不过因为地面的导电特 图 1 4 电波沿地面传播 性比较稳定 不会在短时间内有很大的变化 所以电波沿地面的传播比较稳定 传输距离也比较远 故可用于导航和播送标准的时间信号 电磁波沿空间直线传播的示意图如图 1 5 所示 频率超过 30MHz 以上的超 短波主要沿空间直线传播 由于地球表面是弯曲的 这种传播的距离只能限制在 视线范围内 所以传播的距离是有限的 但可以通过架空天线 中视广播以及雷 达 导航系统中 继或卫星等方式来扩大传播距离 电磁波直线传播方式主要应 用于中继通信 调频和电视广播以及雷达 导航系统中 图 1 5 电波的空间直线传播 图 1 6 电波依靠电离层的传播 河南机电高等专科学校毕业设计论文 13 频率在 1 5 30范围的短波主要依靠电离层的折射和反射进行传播 如图 MHz 1 6 所示 由于地球的表面的大气层 受到太阳的照射 大气层上部的气体将发 生电离而产生自由电子和离子 被电离了的这一部分大气层称为电离层 电磁波 到达电离层后 一部分能量被吸收掉 一部分能量被反射和折射到地面 频率较 低的电波容易从电离层反射到地面 频率较高的则容易穿过电离层 不能返回地 面 利用电离层反射可以实现信号的远距离传输 所以短波通信常用于远距离无 线电广播 电话通信以及中距离小型移动电话等 1 3 无线接收机的体系结构无线接收机的体系结构 无线接收机的功能是在强干扰和噪声存在的情况下能成功解调所需要的信号 接收功率是发射机与接收机之间的距离和周围环境的函数 因此 接收机输人端 的射频功率在各个地点都互不相同 可以从几 飞瓦 即W 到fW 15 10 微瓦 这要求系统应具有一个很大的动态范围 除了考虑大的动态范围和W 噪声之外 接收机还需要考虑把成本降到最低和把功耗降到最小 1 3 1 超外差接收机体系结构超外差接收机体系结构 超外差体系结构自从 1917 年由 Armstrong 发明以来 已被广泛采用 超外 差接收机双变频体系结构如图 1 7 所示 通过观察一些主要接收机节点的无线电 频谱 可以很好地理解该结构的工作和频率变换 位于低噪声放大器 LNA Low Noise Amplifier 前面的射频滤波器用于衰减带外信号和镜像干扰 使用可调的 振荡器 全部频谱就被下变频到一个固定的中频 IF Intermediate Frequency 在 下变频模块之前使用一个外部镜像干扰抑制滤波器 可以使镜像干扰被大大削弱 达到一 图 1 7 超外差接收机双变频体系结构 河南机电高等专科学校毕业设计论文 14 个可接受的水平 在下变频之后使用中频滤波器可以正常进行信道选择 也可以 对后面的各个模块降低动态范围要求 在确定接收机的选择性和灵敏度方面 中 频的选择是很重要的 因为超外差体系结构通过适当地选择中频和滤波器可以获 得极佳的选择性和灵敏度 所以被认为是最可靠的接收机拓扑结构 由于有多个 变频级 DC 补偿和泄漏问题不会降低接收机的性能 但需要付出一些成本以获 得充分的性能 镜像干扰抑制和信道选择所需要的外部高 Q 带通滤波器增大了成 本和尺寸 由于在第一中频分级实现信道选择 所以要求本机振荡器 LO 具有 一个外部缓冲器 以得到较好的相位噪声性能 1 3 2 零一中频接收机体系结构零一中频接收机体系结构 在集成的射频接收机中 消除片外元件的设想促使零一中频接收机体系结构 的出现 零一中频接收机体系结构如图 1 8 所示 图 1 8 零一中频接收机体系结构 这是一个用于直接序列扩频系统的直接变频 零一中频 接收机 该系统包 括锁相环 PLL Phase Locked Loop 接收信号强度指示器 RSSI Received Signal Strength Indicator 和片上滤波器 完成频域内相应的下变频处理过程 在该拓扑 结构中 全部射频频谱下变频到 DC 高滚降低通滤波器 high Roll off low pass filter 用来实现信道选择 该拓扑结构消除了镜像干扰问题 因此无须使用外部 高 Q 镜像干扰抑制滤波器 零一中频结构消除片外元件 使得该体系结构更具集 成性 该体系结构要求较低的镜像干扰抑制 并且镜像干扰抑制滤波要在片内完 成 由于只有一个本振用于下变频信号 所以减少了混频处理 总之 该体系结 构在节约成本 减小芯片面积和功耗方面是极佳的 然而 随时间而改变的 DC 补偿 本振泄漏和闪烁噪声引起的问题会妨碍信号的检测 通过使用适当的数字 信号处理器 DSP 或自动归零功能 DC 补偿问题可以得到纠正 因为在下变 频之前没有提供滤波功能 所以高线性混频器可用于避免失真 河南机电高等专科学校毕业设计论文 15 1 3 3 低一中频接收机体系结构低一中频接收机体系结构 集成的片上带通滤波的概念引出了低一中频接收机拓扑结构 在该体系结构 中 中频处于低频率 典型为几百 kHz 因此需要低 Q 信道选择滤波器 图 1 9 是低一中频体系的基本结构 该结构可以完成相应频域下的变频处理 射频频 谱首先被多相滤波器放大并滤波 在滤波器输出端产生综合信号 该信号随后下 变频到正交低一中频 典型的是 1 2 个信道带宽的数量级 该正交下变频处理利 用了综合混频器 综合混频器只混合正射频频率和一个负本振频率 因此实现了 主动的镜像干扰抑制 图 1 9 低一中频接收机体系结构 低一中频体系结构适于集成 因为在混频器之后使用低 Q 带通滤波器就实现 了镜像干扰抑制和信道选择 不像零一中频体系结构 低一中频体系结构对于寄 生的 DC 补偿 本振泄漏和 IM2 是不敏感的 该体系结构也能灵活地以多种方式 处理信号 在信号路径中实现非对称多相滤波器以加强镜像干扰抑制 会产生插 人损耗和引起噪声降低 此外 当该拓扑结构用于宽信道带宽应用时 会导致电 流消耗的增加 另外 还需要良好相位噪声的可变高频本振 增加了合成器的设 计难度 1 3 4 宽带双一中频接收机体系结构宽带双一中频接收机体系结构 宽带双一中频接收机是加州大学伯克利分校 UC Berkeley 的研究者提出的 一种很吸引人的方法 是将零一中频和外差体系结构结合起来以优化功耗和性能 其功能框图如图 1 10 所示 它可完成相应的下变频过程 该方法类似于超外差体 系结构 使用多个中频级 第一中频处于高频 几百 MHz 使用固定的 LO1 将 全部射频频谱首先下变频到一个高中频 该方法有利于集成 可降低成本 而且 固定的 LO1 使低相位噪声高频合成器的设计容易 并可以降低功耗 因为第一中 河南机电高等专科学校毕业设计论文 16 频固定为高频 所以反馈分频器要求较低的分频比 这样能成进 LO1 的整体相位 噪声性能 该拓 扑结构尽管不存 在本振泄漏问题 但仍然没有解决 DC 补偿和 IM2 失真问题 在中 频和射频之间 该体系结构也存在信号串扰现象 因此使用低通滤波器进行信道 选择 而不使用电流消耗大的带通滤波器 从而可得到 55dB 的镜像干扰抑制 图 1 10 宽带双一中频接收机体系结构 河南机电高等专科学校毕业设计论文 17 第二章 无线接收机系统方案的选择 2 1 选择的方案选择的方案 由第一章的内容介绍了各个系统方案 本设计从现有技术状况出发 结合实 际的条件决定选择以下方案 1 无线模拟通信系统 2 超外差接收机体系结构 2 2 方案的论证方案的论证 2 2 1 无线模拟通信系统无线模拟通信系统 在这主要要两个方面的辩证 一是无线通信与有线通信 一是模拟通信与数 字通信 2 2 1 1 无线通信与有线通信的辩证无线通信与有线通信的辩证 在现实的生活中 我们很明显的发现无线通信要比有线通信更多优点 主要 表现在以下几个方面 1 设备成本方面 有线通信因为要架设明线 电缆等 需要比无线的耗资更大 并且随通信距 离的增大而增加 2 设备维护方面 有线通信因为传输的信号是通过明线或电缆等传输的 所以当通信系统出现 故障时 就不仅是发射或接收设备出现故障的原因 而且还可能是传输用的电缆 或明线的故障 3 通信距离方面 在有线通信系统中 想要增大通信距离时 必须得增加大量的成本设备 而 在无线通信中 只须在通信的发射设备上增加它的发射功率或在接收设备上增加 接收灵敏度就可以 所以在一样的成本状况下 无线通信要比有线通信的通信距 河南机电高等专科学校毕业设计论文 18 离远得多 2 2 1 2 模拟通信系统与数字通信系统的辩证模拟通信系统与数字通信系统的辩证 在模拟通信系统和数字通信系统中 数字通信系统占有很多的优点 比如数 字 通信的抗噪声性能好 传输的信息种类多 易实现通信的自动化和智能化等 但 是数字通信也有其不足之处 1 占用系统的频带 即信道频带 较宽 以电话为例 一路模拟电话仅占 4 KHz 的带宽 而一路数码率为 64 Kbit s 的数字电话却要占 64KHz 的带宽 可见 数字通信的频带利用率比模拟通信差得 多 可以认为数字通信的许多优点是以信号频带为代价而换取的 2 系统的结构 在数字运信系统中必须具备有同步系统 从而使系统的结构比较复杂 其系 统设备也比较复杂 从而使使用和维护也增加难度 综合上面的分析 然后结合现实的技术状况 本设计从设备电路简洁出发 选择模拟通信系统 2 2 2 超外差接收机体系结构超外差接收机体系结构 在 1 3 节中着重介绍了目前技术比较流行的各接收机体系结构 而由于在上 一节中考虑成本和技术的原因选择了无线的模拟通信系统 所以为了整合技术上 的统一从而达到成本上的节约 技术上的成熟以及设备电路上的简洁 本设计选 用目前市场上技术较为成熟的超外差接收机体系结构 结合前面无线模拟通信系 统 选择超外差接收机体系结构能达到以下几个效果 1 节约设备成本 2 成熟的技术支持 3 设备电路简洁 河南机电高等专科学校毕业设计论文 19 第三章 电子元器件的选择 电子元器件作为构成电子电路的基础 在本设计的无线接收机的电路结构中 也必须用到电子元器件 所以下面就着重介绍一下电子元器件 并进行选择 3 1 电阻器的选择电阻器的选择 电阻器是电子电路中应用最多的元件之一 它在电路中起限流 分流 降压 分压 负载和匹配等作用 3 1 1 电阻器的分类电阻器的分类 电阻器的分类有很多 具体分类情况有以下几种 按结构形式可分为 一般电阻器 片形电阻器 可变电阻器 电位器 按材料可分为 合金型 薄膜型和合成型 按用途可分为 普通型 允许误差为 等 5 10 20 精密型 允许误差 2 0 001 高频型 亦称无感电阻 功率可达 100W 高压型 额定电压可达 35KV 高电阻型 阻值为 10 100 M 熔断型 亦称保险丝电阻器 敏感型 阻值对温度 压力 气体等敏感 3 1 2 电阻器的主要技术指标电阻器的主要技术指标 1 额定功率 额定功率 电阻器在电路中长时间连续工作不损坏 或不显著改变其性 能所允许的最大功率称为电阻器的额定功率 电阻器的额定功率是它在电路中工 作允许消耗功率的限额 不同类型的电阻器有着不同系列的额定功率 2 标称阻值 标称阻值 阻值是电阻器的主要参数之一 不同类型的电阻器 阻值范 围不同 不同精度的电阻器其阻值系列不同 河南机电高等专科学校毕业设计论文 20 3 精度 精度 实际阻值与标称阻值的相对误差称电阻精度 也称允差 普通电 阻的精度可分为 等 精度电阻的精度可分为 5 10 20 2 1 等十多种系列 在产品设计中 可根据电路的不同要求选用0 05 0 001 不同精度的电阻器 4 温度系数 温度系数 所有材料的电阻率 都随温度变化而变化 电阻器的阻值同 样如此 在衡量电阻器温度稳定性时 常使用温度系数 0 21 121 1 T RR C R tt 式中 为温度为 时的电阻值 为温度为时的电阻值 金属膜 合金 1 R 1 t 2 R 2 t 膜电阻 具有较小的正温度系数 碳膜电阻具有负温度系数 5 非线性 非线性 流过电阻中的电流与加在两端的电压不成比例变化时 称非线 性电阻 一般金属型电阻线性度很好 非金属型电阻线性度差 6 噪声 噪声 噪声为产生于电阻器中的一种不规则电压 它包括热噪声和电流 噪声两种 任何电阻器都有热噪声 降低电阻器的工作温度 可以减少热噪声 电流噪声与电阻器内的微观结构有关 合金型无电流噪声 薄膜型较小 合成型 最大 7 极限电压 极限电压 电阻器两端电压增加到一定值时 会发生烧毁现象 使电阻 器损坏 根据电阻器的额定功率可计算电阻器的额定电压 当所加电压升高到一 定值不允许再增加时的电压 称为极限电压 它受电阻器尺寸及结构的限制 3 1 3 电阻器的标志内容及方法电阻器的标志内容及方法 电阻器有多项技术指标 但由于表面积有限和对参数关心的程度不同 一般 只标明阻值 精度 材料 功率等项 对于 1 8 1 2W 之间的小电阻器 通常只 标注阻值和精度 材料及功率通常由外形尺寸及颜色判断 电阻器参数的标志方 法通常用文字 符号直标或色带标出 3 1 3 1 文字符号直标文字符号直标 1 标称阻值 阻值单位 欧 千欧 兆欧 吉 k M G 欧 遇有小数时 常以 k M 取代小数点 如 0 1标为1 3 3标为 k 3k3 2 7标为 2M7 M 2 精度 普通电阻精度 三种 在电阻标称值后 标 5 10 20 明 J K M 符号 精密电阻器的精度等级 可用不同的符号标明 如 E X Y 河南机电高等专科学校毕业设计论文 21 3 功率 通常 2W 以下的电阻器不标 通过外形尺寸既可判定 2W 以上 功率的电阻器用数字标出 4 材料 2W 以下的小功率电阻器 电阻器材料通常也不标出 对于普通 碳膜和金属膜电阻器 通过外表颜色可以判定 通常碳膜电阻器涂绿色 棕色 金属膜电阻器涂红色 棕色 2W 以上的功率电阻器大部分在电阻体上以符号标 出 3 1 3 2 色码标志法色码标志法 小功率电阻器较多情况使用色标法 特别是 0 5W 以下的碳膜和金属膜电阻 器更为普通 色标的基本色标及基本意义如表 2 表 2 色标的基本色标及意义 第一环第二环第三环第四环第五环名称 第一位数第二位数第三位数应乘倍数精度 棕111101 红222 2 102 橙333 3 10 黄444 4 10 绿555 5 100 5 蓝666 6 100 2 紫777 7 100 1 灰888 8 10 白999 9 10 黑000 0 10 金 1 10 5 银 2 10 10 3 1 4 几种常见电阻器的结构 特点及应用几种常见电阻器的结构 特点及应用 3 1 4 1 薄膜类电阻器薄膜类电阻器 1 金属膜电阻器 型号 RJ 真空条件下 在陶瓷表面上蒸发沉积一层金属 薄膜或合金膜形成的金属膜电阻器 特点 工作环境温度范围广 5 125 0C 温度系数小 噪声低 体积小 与碳膜电阻器相比 相同体积下 额定功率相差 一倍左右 本类电阻器在稳定性要求较高的电路中广泛应用 2 金属氧化膜电阻器 型号 RY 高温条件下 在磁体上以化学反应形 式形成以二氧化锡为主体的金属氧化层 该种电阻器的膜层厚度比金属膜和碳膜 河南机电高等专科学校毕业设计论文 22 电阻器均厚得多 并与基体附着力强 它有极好的脉冲 高频和过负荷性 机械 性能好 坚硬 耐磨 在空气中不会再氧化 化学稳定性好 但阻值范围窄 温 度系数比金属膜的大 外形和金属膜电阻器相似 3 碳膜电阻器 型号 RT 这是一种应用最早 最广泛的薄膜型电阻器 它由碳氢化合物在真空中通过高温热分解 使碳在瓷质基体面上沉积成导电膜而 制成 体积比金属膜电阻器大 温度系数为负值 此外 最大特点是价格低廉 在各类电阻器中是最廉价的一种 因此 在电子产品中被广泛使用 3 1 4 2 合金类电阻器合金类电阻器 1 精密线绕电阻器 型号 RX 在测量仪表或其它要求精高的放大电路 中 可采用精密线绕电阻器 这种电阻器一般精度为0 01 最高可达 或更高 温度系数小于 长期工作稳定性高 阻值范围可在 0 010 005 6 10 0C 10M之间 但本类电阻器由于工艺为线绕 因而分布参数大 不适宜在高 频电路中使用 2 功率型线绕电阻器 型号 RX 这种电阻器额定功率在 2W 以上 阻 值范围为 0 15到数百 k 精度等级5 20 最大功率可达 200W 本类 电阻器防潮 防线圈松动 通常在绕制后 将其外层用玻璃釉 也称珐琅 加以 保护 功率电阻器又分固定式和可调式两种 可调式即从电阻体引出一滑动头 可对阻值进行调整 便于整机调试中使用 3 精密合金箔电阻器 在玻璃基片上 粘结一块合金箔 用光刻法蚀出一 定图形 并在刻好的图形上涂一层环氧树脂保护层 引线及封装后即制成合金箔 电阻 该电阻器具有自动补偿电阻温度系数的功能 能在较宽的温度范围内保持 极小的温度系数 因而具有高精度 高稳定性 高频高速响应的特点 弥补了金 属膜和线绕电阻器的不足 3 1 4 3 合成类电阻器合成类电阻器 合成型电阻器是将导电材料与非导电材料按不同比例合成不同的电阻率 再 制成电阻器 这种电阻器最突出的优点是可靠性高 如 优质实芯电阻器的可靠 性通常要比金属膜和碳膜电阻器高出 5 10 倍 因此 尽管它的电性能较差 噪 声大 线性度差 精度低 高频特性不好等 但因其高可靠性 仍在一些特殊 领域内广泛使用 如宇航工业 海底光缆等 合成型电阻器种类较多 按电阻体形式分为实芯电阻器 漆膜电阻器 按粘 接剂种类分为有机型 如酚醛树脂 和无机型 如玻璃 陶瓷等 按用途分为 通用型 高阻型 高压型等 河南机电高等专科学校毕业设计论文 23 3 1 4 4 敏感电阻器敏感电阻器 敏感电阻器也称半导体电阻器 这类电阻器根据不同材料和制作工艺可以对 温度 光通 湿度 压力 磁通 气体浓度等物理量起敏感作用 通常有热敏 压敏 光敏 湿敏 磁敏 气敏 力敏等不同类型的电阻器 利用这些敏感电阻 器 可以构成能检测相应物理量的探测器及无触点开关等 各类敏感电阻器按其 输入输出关系可分为 缓变型 和 突变型 两种 敏感电阻器广泛应用于测试 技术和自动化技术等各类领域 3 1 5 本设计中选择的电阻器本设计中选择的电阻器 由于本设计涉及的功率不大 又出于对接收机成本的考虑 选择五环的碳膜 电阻器 3 2 电容器的选择电容器的选择 电容器在各类电子产品中是一种不可缺少的基本元件 它是一种储能元件 当两端加上电压后 极板间的电介质在电场的作用下将被极化 在极化情况下的 介质两边 可以储存一定量的电荷 储存电荷的能力用电容量表示 基本单位是 法拉 F 由于法拉的单位太大 通常用微法 F 和微微法 pF 表示 3 2 1 电容器的分类电容器的分类 电容器的种类很多 按其结构可分为固定电容器 可变电容器和半可变电位 器 3 2 1 1 固定电容器固定电容器 电容器的容量不可变 其种类主要有 1 纸介容器 型号 CZ 它是以纸作为介质 以金属箔作为电容器的极 板卷绕而成的电容器 其特点为容量范围宽 耐压范围宽 3 6V 30KV 成 本低 但体积大 因而只适用于直流或低频电路中 2 涤纶电容器 型号 CL 为有机薄膜电容器 在结构上与纸介电容器 基本一致 但体积小 适用于直流电路中 3 聚丙烯电容器 型号 CBB 与涤纶电容器类似 适用于高压电路中 4 苯乙烯电容器 型号 CB 为高精度电容器 适用于高频电路中 5 瓷介电容器 型号 CC 它可分为低压 高压电容器 低压小功率常 见的有瓷片 瓷管 瓷介独石等类型 其特点为体积小 重量轻 价格低 在普 河南机电高等专科学校毕业设计论文 24 通电子产品中应用广泛 6 云母电容器 型号 CY 云母电容器具有损耗小 可靠性高 性能稳 定 容量精度高等优良电参数 广泛适用与高频和要求高稳定度的电路中 7 电解电容器 型号 CD 以金属和电解质作为电容器的两极 金属为 正极 电解质为负极 它是一种通用型电解电容器 额定电压在 6 3V 500V 之 间 容量为 0 33 4700F 8 钽电解电容器 型号 CA 由于钽及其氧化膜的物理性能稳定 因而 它比铝电解电容器的漏电小 寿命长 温度 频率特性好 适用于要求较高的电 路 3 2 1 2 可变电容器可变电容器 1 微调电容器 这种电容器的特点是用螺钉调节两极金属片的距离以改变 电容量 适用于振荡或补偿电路中 2 可变电容器 可变电容器的介质有空气 有机薄膜等 通过旋转动传与 固定片之间距离来改变电容器的容量 可变电容器常由一组或几组同轴单元组成 分别有单连 双连 三连等 各组单元之间有金属板隔开 以防寄生耦合 3 2 2 电容器容量的标志方法电容器容量的标志方法 1 直标法 直标法 单位 F 法拉 mF 毫法 F 微法 pF 皮法 2 数码表示法 数码表示法 一般用三位数表示容量的大小 单位为 pF 前两位为有 效数字 后一位表示倍乘 即乘以 i 为第三位数字 若第三位为数字 9 则10i 乘 如 479 代表 47pF 223 代表 22pF 0 022F 还有如 1n 1 10 1 10 3 10 代表 1000 pF 6n8 代表 6800pF 另外 有时在数字前冠以 R 如 R33 表示 0 33F 有时用大于 1 的四位数字表示单位为 pF 如 2200 表示 2200pF 有时小 于 1 的数字表示 单位为F 如 0 22 为 0 22F 3 色标表示法 色标表示法 这种表示法与电阻器的色环表示类似 颜色涂在电容器的 一端或从顶端向引线排列 色码一般只有三种颜色 前两位环为有效数字 第三 环为倍率 单位 pF 如红红橙 表示 22000pF 4 误差的表示法 误差的表示法 1 直接标在电容器上 2 用罗马数字 标在电位器上分别表示 5 10 20 3 用英文字母表示法 如 I K M 和 N 分别表示 和 5 10 20 用 D F G 分别表示 例如 标有 224K 表示30 0 5 1 2 河南机电高等专科学校毕业设计论文 25 22pF 其允许误差为 4 1010 3 2 3 电容器的合理选用电容器的合理选用 电容器种类很多 性能各异 选用时应考虑如下因素 1 类型选用 类型选用 应用在高频电路中的电容器要求其高频特性好 云母 高频 瓷介等 在电源滤波 去藕 低频级间耦合等电路中 选用电解电容器 2 耐压值的选用 耐压值的选用 选用电容器的额定电压一般高于电路中施加在电容器两 端电压的 1 2 倍 对于电解电容器 一般应使线路的实际电压相当于所选额定电 压的 50 70 这样才能充分发挥电解电容器的作用 如实际工作电压低于其 额定电压的一半 反而容易使电解电容器的损耗增大 3 容量及精度选用 容量及精度选用 在确定容量时 根据设计电路计算的容量值 选定一 个靠近的系列容量值 在确定精度时 要考虑电路对精度的要求 不要盲目追求 电容器的精度等级 还要考虑价格 以降低系统成本 4 体积 体积 相同耐压及容量的容器可以因介质材料不同 使体积相差几倍甚 至几十倍 在产品设计中 特别是在印刷电路中 更希望小体积的电容器 单位 体积的电容量称为电容器的比率电容 比率电容越大 电容器的体积越小 在满 足电路要求的前提下 应尽量选择比率电容大的电容器 3 2 4 本设计中选择的电容器本设计中选择的电容器 在本设计中 由于在滤波 谐振选频等电路中不得不用到电容器 且在高频 电路中 所以本设计中要用到两种电容器 一是电解电容器 一是普通电容器 本设计的选择决定如下 1 电解电容器 电解电容器 本设计选用的电解电容器为普通铝电解电容器 前面讲过 钽电解电容器的性能很好 但是由于其市场价格较高 而且不易购买到 所以选 用普通的铝电解电容器 就可以满足本设计系统的要求 2 普通电容器 普通电容器 本设计选用的普通电容器是瓷片电容器 由于本设计中涉 及有高频电路的滤波 震荡等电路 所以要求电容器的高频特性要好 这样可以 选用云母电容器 但是由于其价格较贵 所以本设计选用价格稍低的瓷片电容器 其高频性能虽不如云母电容器 但也满足本设计系统的要求 且体积小 重量轻 价格低的优点 3 3 电感器的选择电感器的选择 河南机电高等专科学校毕业设计论文 26 电感器是用漆包线在绝缘骨架上绕制而成的一种能够存储磁场能的电子元件 又称电感线圈 电感器在电路中 有通直流阻交流 通低频阻高频的作用 而广 泛应用于调谐 振荡 耦合 匹配 滤波等电路中 电感器有 固定电感器和可 变电感器 带磁芯和不带磁芯电感器 3 3 1 电感器的基本参数电感器的基本参数 1 电感量 电感量 电感量是流过电感器的电流在线圈中产生的磁链与该电流的比值 这个量可 以反映电感量存储磁场能的本领 在交流电路中 电感量可以反映电感器在交变 电流的作用之下产生感应电动势的能力 电感量的大小与电感的线圈的匝数 几 何尺寸 磁芯的导磁率有关 匝数越多 导磁率越高 则电感器的电感量就越大 磁芯电感器的电感量要比不带磁芯电感量大得多 电感的实用单位是亨利 H 常见的有毫亨 微亨 它们之间的关系是mHuH 1H 3 10mH 6 10uH 2 品质因数 品质因数 Q 值 值 电感器线圈中储存能量与消耗能量的比值称为品质因数 又称 Q 值 即 wL H Q R Q 值高表示电感器的损耗功率小 效率高 在高频电子线路中 总是希望电 感器 Q 值大些好 但电感器的 Q 值受到导线的直流电阻 骨架的介质损耗等多 种因素的限制 一般为 50 300 3 固有电容 分布电容 固有电容 分布电容 线圈匝与匝之间的导线 通过空气 绝缘层和骨架而存在着分布电容 此时 屏蔽罩之间 多层绕组层与层之间 绕组与底板之间也都存在着分布电容 这样 电感实际可等效成一个电感和一个电阻串联后再和一个电容并联的形式 分布电容影响电感器的有效电感量及其稳定性 并会使电感器的损耗增大 品质因数降低 稳定性变差 因而分布电容越小越好 4 额定电流 额定电流 电感器长期工作不损坏所允许通过的最大电流 称为额定电流 它是高频 低频扼流线圈和大功率谐振线圈的重要参数 河南机电高等专科学校毕业设计论文 27 3 3 2 三种常用的固定电感器三种常用的固定电感器 1 小型固定电感器 小型固定电感器 小型固定电感器又称色码电感器 是根据不同电感量及工作电流的要求 用 不同直径的漆包线绕在磁芯上 再用环氧树脂密封而成