高频课设报告.doc

武汉理工大学高频电子线路课程设计报告课程设计任务书学生姓名： 石成 专业班级： 通信0701 指导教师： 刘新华 工作单位： 信息学院 题 目:调频接收机 初始条件：+Vcc=1.6V,10.7MHz中频变压器2只，FS2204或MC3361 1只。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.培养学生知识的综合应用能力；电路的设计能力；电路的连接操作能力；电路的调试能力；故障的排除等方面的能力；2.工作频率f=10.7MHz,输出公路P=0.25W（R=4），灵敏度10V。课程设计的内容要求用A4纸打印，且页数不得少于20页3.学习电子技术设备的制作与调试。时间安排：第18周理论讲解，时间：礼拜四7、8节第19、20周理论设计、实验室安装调试地点：鉴主15楼通信工程专业实验室指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录摘要IAbstractII1 设计任务与要求11.1设计要求11.2 调频接收机组成框图12 方案设计与论证22.1 调频接收机基本原理22.2 各模块方案选择与论证32.2.1 设计方案的比较32.2.2 各方案的论证53 单元电路设计与参数计算63.1总体电路框图63.2单元电路设计63.2.1高频功率放大电路63.2.2混频器电路73.2.3其他部分电路83.2.4整机电路104部分仿真电路114.1混频电路114.2中频放大电路124.3鉴频电路144.4低频功率放大电路155元器件清单176小结与体会187参考文献1922摘要高频电子线路课程设计是继通信电子线路理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用orcad、multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。通过本课程设计与调试，提高动手能力，巩固已学的理论知识，能建立无线电调频接收机的整机概念，了解调频接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算调频接收机的单各元电路：输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级。初步掌握调幅接收机的调整及测试方法。AbstractHigh-frequency electronic circuit design is following the course communication electronic circuits, after the theoretical study and experimental teaching another important aspect of practical teaching. Its task is to master and have the students basic knowledge of electronics circuit design and unit capabilities, to enable students to make comprehensive use of high-frequency electronic circuits of knowledge, actual high-frequency system design, installation and transfer measurements, using orcad, multisim and other related software for circuit design and improve the comprehensive ability to apply knowledge, analyze problem-solving abilities and electronic technology, practical skills to enable students to understand the high-frequency electronic communications technology applications in the industrial production status and development trends.Over the course design and debugging to improve hands-on capacity, consolidation of the theories of knowledge, can establish the concept of the radio FM receiver machine to understand machine FM receiver circuit relationship between the various units and mutual influence, thus able to correct design to calculate a single FM receiver circuits each element: input circuit, high-frequency amplification, mixer, IF amplification, Kam-frequency and low-frequency power amplifier stage. Initial master FM receiver adjustment and testing methods.武汉理工大学高频电子线路课程设计报告1 设计任务与要求1.1设计要求1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。如调频广播收音机的频率范围为88108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88108MHz2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。调频广播收音机的灵敏度一般为530uV。3选择性接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）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。调频收音机的中频干扰应大于50dB。4频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为200KHz。1.2调频接收机组成框图图1 超外差式调频接收机组成框图2方案设计与论证2.1调频接收机基本原理调频（FM）收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音频功率放大器组成。在超外差式的调频收音机中，鉴频通常在中频频率上进行。在调频信号的产生、传输和通过调频接收机前端电路的过程中，不可避免地会引入干扰和噪声，它们对FM信号的影响，主要表现为调频信号出现了不希望有的寄生调幅和寄生调频。要消除由寄生调幅所引起的鉴频器的输出噪声，通常在末级中放和鉴频器之间不需要此限幅器。由此可见，限幅与鉴频一般是连用的，统称为限幅鉴频器。但若调频信号的调频指数较大，它本身就具备抑制寄生调制的能力。FM混频信号由FM中频回路进行选择，提取以中频10.7MHz为载波的调频波。该中频选择回路由10.7MHz滤波器构成。中频调制波经中放电路进行中频放大，然后进行鉴频得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。如图所示。 调频波的表达式：数学表达式 瞬时频率 瞬时相位 最大相移 信号带宽 谐振频率： 回路空载Q值： 因此通频带： 2.2各模块方案选择和论证2.2.1设计方案的比较方案一：集成电路调频/调幅收音机 由两块集成电路构成的调频/调幅收音机电路如图二所示。其中，IC1为TA7335P，具有对调频广播信号进行放大，与本真信号差拍混频的功能。IC2为FS2204(或ULN-2204)，具有对调频中频信号进行放大、鉴频，对调幅信号进行高频放大，与本真信号差拍混频，对条幅中频信号放大、建波、低频放大、功率放大等功能，因此，用FS2204芯片还可以构成单片调幅收音机。图2 集成电路调频/调幅收音机电路方案二：基于FS2204的实验电路设计中输入耦合贿赂直接采用6.5MHz电视伴音中频变压器，本机振荡器为17.8MHz的晶振与三极管T2组成的考毕兹电路。三极管T1与中频变压器组成混频器，输出10.7MHz中频信号；FS2204集成电路完成10.7MHz中频信号的放大，鉴频及音频功率放大；FS2004为单电源工作方式，输出端接电容C15，组成OUL电路。电路如图四所示图3基于FS2204调频接收机电路方案三：MC3361调频接收机MC3361是单片窄带调频接收芯片，主要用于对10.7MHz的中频信号进行第二次混频。MC3361构成的调频接收机电路如图三所示。MC3361的内部由振荡器、混频器、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、扫描控制器与静噪开关电路等所组成。MC3361也可以用来构成任意频率的调频收音机，只要在图 所示的电路基础上，在第一中频10.7MHz输入信号的前端加第一本真与第一混频级，使其输出10.7MHz的中频信号，即可接收任意频率的调频信号。图4 MC3361构成的10.7MHz调频接收机电路2.2.2 各方案的论证方案一采用两个芯片构成调频/调幅收音机电路，具有较好的信号放大和对本真信号差拍混频的功能，但成本较高且电路复杂，不利于制作和调试。且设计无需调幅功能。方案二选用FS2204作为窄带调频接收芯片，混频效果较好，且内部又扫描控制器与静噪开关等。但成本较高。综上所述，选择方案三，使用MC3361构成的调频接收机实验电路。3单元电路设计与参数计算3.1 总体电路框图天线高频放大输入回路混频中频放大低频功放本机震荡图5 总体工作原理图一般调频接收机的组成框图如图3-1所示。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为f1，再经高频放大级放大进入混频级。本机振荡器输出的另一高频 f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。混频级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。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。3.2单元电路设计3.2.1高频功率放大电路高频功率放大电路如图4-1所示, 他不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。其具体的工作原理如下：从天线ANTA1接收到的高频信号经过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路，选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号，经晶体管QA1进行放大，由CA3、TA1初级组成的调谐回路，进一步滤除无用信号，将有用信号经变压器和CB1耦合进入ICB1(MC3361).图6高频功率放大电路.3.2.2混频器电路下图是一种简单点频接收实用混频放大器电路，其中三极管T1实现频率变换：图7 混频电路将接收到的信号与三极管T2和晶体组成的本机振荡的输出信号进行混频，由和C选频网络选出中频信号，其原理是，利用三极管集电极电流ic与输入电压ubc之间的非线性关系实现频率转换。变换后的调制参数（调制信号和偏频）保持不变，仅仅改变载波频率，因为高频调制信号从基级输入， 本机振荡信号从发射极输入。这种电路的特点是：信号的相互影响较小，不容易产生牵引现象，但是要求本振的输出电压幅值较大，以便使三极管工作在非线性区，实现频率转换。 混频管T1的静态工作点由R1、R2和R3决定，为使三极管工作在非线性区，静态工作点IcQ不能太大，否则非线性作用消失，混频增益会大大的下降，但也不能太小，一般选在0.3mA左右较为合适。三极管T2晶振JT组成的本机振荡器电路称为电容反馈三点式振荡电路，又称“卡毕兹”电路。电路的反馈系数F=C7/C5。振荡频率主要 由晶振的频率决定，因此频率稳定度较高。分析表明，振荡频率的表达式为式中，为晶振的等效电容，与频率有关，对于频率为几十兆赫的晶振，约为几毫亨；为谐振回路中的总电容，由晶振的等效电容与外接电容共同决定。3.2.3 其它部分电路在本实验中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路全部由MC3361实现MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路，主要应用于语音通讯的无线接收机。片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。 MC3361集成电路采用16脚双列直插式封装。它具有较宽的电源电压范围(29V)，能在2V低电源电压条件下可靠地工作，耗电电流小(当Vcc=3.6V时，静态耗电电流典型值为2.8mA),灵敏度高(在2.0V输入时典型值为3dB)，音频输出电压幅值大。它的内电路结构框图如图1所示。IC内设置有双平衡双差分混频器、电容三点式本机振荡器、六级差动放大器构成的调频455kHz宽带中频限幅放大器、双差分正交调频鉴频器、音频放大器及静噪控制电路。 图 8 MC3361的内部电路MC3361的内部振荡电路与Pin1和Pin2的外接元件组成第二本振级，第一中频IF输入信号10.7MHz从MC3361的Pin16输入，在内部第二混频级进行混频，其差频为：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中频信号。第二中频信号由Pin3输出，由455kHz陶瓷滤波器选频，再经Pin5送入MC3361的限幅放大器进行高增益放大，限幅放大级是整个电路的主要增益级。Pin8的外接元件组成455kHz鉴频谐振回路，经放大后的第二中频信号在内部进行鉴频解调，并经一级音频电压放大后由Pin9输出音频信号。Pin12Pin15为载频检测和电子开关电路，通过外接少量的元件即可构成载频检测电路，用于调频接收机的静噪控制。MC3361内部还置有一级滤波信号放大级，加上少量的外接元件可组成有源选频电路，为载频检测电路提供信号，该滤波器Pin10为输入端，Pin11为输出端。Pin6和Pin7为第二中放级的退耦电容。3.2.4整机电路 图9 整机电路图4.部分仿真电路4.1混频电路是一种简单点频接收实用混频放大器电路，其中三极管T1实现频率变换将接收到的信号与三极管T2和晶体组成的本机振荡的输出信号进行混频，由和C选频网络选出中频信号，其原理是，利用三极管集电极电流ic与输入电压ubc之间的非线性关系实现频率转换。变换后的调制参数（调制信号和偏频）保持不变，仅仅改变载波频率，因为高频调制信号从基级输入， 本机振荡信号从发射极输入。这种电路的特点是：信号的相互影响较小，不容易产生牵引现象，但是要求本振的输出电压幅值较大，以便使三极管工作在非线性区，实现频率转换。电路图如下：图10 混频器电路图11 模拟混频器仿真输出4.2中频放大电路中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。图中B1、B2为中频变压器，它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换的作用，因此，中频变压器是中放电路的关键元件。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。QL值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之,通频带愈宽，选择性愈差。电路图如下：图12 中频放大电路图13 中频放大仿真波形4.3.鉴频电路实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类,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波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,然后将调相调频波与原调频波进行相位比较,通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成,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换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。图是双失谐回路鉴频器的原理图。它是由三个调谐回路组成的调频-调幅调频变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。初级回路谐振于调频信号的中心频率 ,其通带较宽。次级两个回路的谐振频率分别01 、02 ,并使01 、02 与c成对称失谐。即:01 - c = c - 02 。当输入调频信号的频率为c 时,两个次级回路输出电压幅度相等,经检波后输出电压0 = 01 - 02。当输入调频信号的频率由c向升高的方向偏离时, 22回路输出电压大,而11 回路输出电压小,则经检波后01 02 ,则0 = 01 - 02 02 ,则0 = 01 - 02 0 。电路图如下： 图14 鉴频电路图15 鉴频电路仿真波形4.4低频功率放大电路变压器耦合单管功率放大电路，图中Rb1、Rb2和Re组成分压式电流负反馈偏置电路，Ce是发射极旁路电容器，RL为放大器的负载电阻，T1和T2是输入和输出变压器，统称为耦合变压器。其作用一方面是隔断直流耦合交流信号，另一方面用来变换阻抗，使负载能够获得最大的功率。三极管V常被称为功放管。通常功率放大器的负载RL小于三极管集电极所需最佳负载RL，阻抗不匹配。根据变压器变换阻抗原理，T2的初、次级阻抗关系为：RLn2RL式中，n是变压器的匝数比，只要合理地选择变压比n，即可使负载RL通过T2在它的初级得晶体管所需要的最佳负载阻抗RL。图16 变压器耦合单管功率放大电路等效电路图如下：图17 低频功放仿真电路图图18 低频功放仿真波形5元器件清单序号名称规格数量备注1天线12电容2pF13电容15pF14电容62pF15电容100pF26电容510pF17电容0.001F28电容0.01F39电容0.02F210电容100F411电容220F112可变电容205pF113变压器214电阻330115电阻510116电阻820117电阻1.8k118电阻2.2k119电阻3.3k320电阻15k121电阻22k222电阻30k123电阻80k124集成电路FS2204125三极管3DG1002高频小信号放大26扬声器8/4W127晶体振荡器17.8MHz128滑动变阻器01k129滑动变阻器047k16 小结与体会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。实际接线中有着各种各样的条件制约，不可能与理想情况完全一致，。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法通过