短波调频接收机.doc

短波调频接收机摘要：采用天线接收外来短波，应用超外差式方法对外来信号进行处理，并通过功率放大器放大音量，以便得到清晰准确的信息。由一个调谐回路作为输出电路，并以一个调节可变电容来选择不同频率的信号，由本机振荡、混频和选频三部分电路组成变频电路，将输入的不同频率的高频信号变换成固定的465kHz的中频信号，由一个二极管检波器进行检波，再由低放电路和OTL电路进行功率放大，最终得到准确有用的信息。利用超外差式方法来处理短波信号，具有易得到足够大而且比较稳定的放大量，频率特性的选择性较好，容易调整等优点。关键词：超外差；中频放大；限幅器；检波；音频功放Short-wave FM receiverAbstract：Use of foreign short-wave antenna, external application of superheterodyne method of signal processing, and volume through the power amplifier in order to get clear and accurate information. By a tuned circuit as the output circuit, and adjust the variable capacitor to select a different frequency signal, by the local oscillator, mixer and the selected frequency inverter circuit composed of three parts of the circuit will enter the high-frequency signals of different frequencies converted into fixed The 465kHz IF signal by a diode detector to detector, and then from low-amp circuit and the OTL power amplifier circuit, and ultimately accurate useful information. Methods used to deal with short-wave superheterodyne signals are easy to get large enough and put a lot more stable, better frequency selectivity, easy to adjust and so on.Keywords: specialized superheterodyne, intermediate frequency amplifier, the limiter, detection, audio power amplifierII目 录1 绪论11.1 无线接收机的发展概况11.1.1 无线接收机的历史11.1.2 我国无线接收机的发展及状况11.1.3 无线接收机的调制方式21.2 短波的基本介绍21.3 超外差式接收机31.4 超外差式接收机的系统分析42 超外差式接收机电路分析52.1 输入回路52.2 变频回路72.2.1 混频电路62.2.2 选频电路72.3 中频放大电路82.4 限幅器92.5 检波电路102.6 自动频率微调控制电路102.7 音频功放电路112.7.1 低频放大电路112.7.2 低功率放大电路122.8 整机电路图133 结论14参考文献15谢辞16附录171 绪论1.1 无线接收机的发展概况1.1.1 无线接收机的历史 人类自从发现能利用电波传递信息以来，就不断研究出不同的方法来增加通信的可靠性通信的距离、设备的微形化、省电化、轻巧化等。接收信息所用的接收机，俗称为收音机。目前的无线电接收机不单只能收音，且还有可以接收影像的电视机、数字信息的电报机等。随着广播技术的发展，收音机也在不断更新换代。自1920年开发了无线电广播的半个多世纪中，收音机经历了电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机的三代变化，功能日趋增多，质量日益提高。20世纪80年代开始，收音机又朝着电路集成化、显示数字化、声音立体化、功能电脑化、结构小型化等方向。1947年，美国贝尔实验室发明了世界上第一个晶体管，从此以后，开始了收音机的晶体管时代。并且逐步结束了以矿石收音机、电子管收音机为代表的收音机的初级阶段。1956年，西德西门子公司研制成了超高频晶体管，为调频晶体管收音机创造了必要的条件。1959年，日本索尼公司生产了第一代调频晶体管收音机。1961年，美国研制了集成电路。随后，1966年，日本利用这一技术设计了世界上第一台集成电路收音机，开始了收音机工业的又一场技术革命，从此收音机向着小型化、系列化、集成化、低功耗、多功能的方向发展。1.1.2 我国无线接收机的发展及状况1936年至1949年，我国开始了广播电台的建设工作，并在1940年12月30日年建立了我国第一个广播电台延安新华广播电台，同时开始了新华社第一次口语发布新闻。1947年3月14日，延安新华广播电台第一次转移到瓦窑堡播音，之后又分别转移到太行山区的涉县、西柏坡的张胡庄最后迁入北平，改名为北平新华广播电台后又改名为中央人民广播电台。1948年11月20日，中共中央宣传部确定了新中国广播事业由国家经营的原则。1949年10月1日，我国人民广播第一次实况转播了开国盛典。在这期间，我国广播电台受到多次的技术及设备障碍，但都被一一克服，为抗日战争的胜利做出了巨大的贡献。1950年至1977年，在这期间我国广播电台逐渐在全国建立，并多次和国外电台进行广播合作，中央人民广播电台开始使用多种语言播报并制作多种频道节目。1952年4月1日，全国第一座农村有线广播站吉林省九台广播站建成并播音。1958年3月17日，天津无线电厂装配成功第一台样机，诞生了我国第一台黑白电视机。同年5月1日，我国第一座电视台北京电视台开始实验广播。1978年4月18日，北京广播电台正式更为“中国国际广播电台”。 1979 1998年6月25日，原国家广播电影电视部改组为国家广播电影电视总局。同年的50周年国庆，CCTV用高清电视直播庆典，开启了我国高清电视的发展新纪元。在这个改革开放历史大转变期间，我国广播电视事业开始走向多元化，开始引进国外影片和国外电影人合拍电影，确定电视生产标准，在全国建立起了大大小小的电视台，有线、地面、卫星等传输方式都在不断的完善和发展。各种电影电视奖项和影视院校及单位都相继开展和确定，为我国广播电影电视行业创造了辉煌高峰。从2000年开始，我国开始向数字化迈进，南宁有线电视网络公司开通了国内第一家有线数字电视系统。随后我国开始了对有线数字电视的研究和探索，并于2003年开始了我国有线数字化的整转，还制订了我国数字化的发展目标及进程。除此之外还诞生了各种下一代新网和新业务，如NGB、三网融合、CMMB、高清付费频道等相关网络新媒体与业务。目前我国广播电影电视事业正向一个全业务、全高清、全网络、全媒体的数字化方向发展。1.1.3 无线接收机的调制方式调制就是对信号源的信息进行处理，将其加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。将音频信号加载在高频载波信号（通常用正弦波）上，经过高频放大后，通过天线发送出去，就形成无线电广播。根据调制方式不同，在无线电广播中可分成调幅（AM）和调频（FM）两种方式。AM广播电路相对简单，传播距离远，覆盖面大；不过也有传送音频频带窄，高音缺乏，传播中易受干扰，噪声大的缺点。FM具有传送音频频带较宽，抗干扰能力强，适用范围广的特点。由于FM具备的优点，本文讨论的调制方式为FM。1.2 短波的基本介绍我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播使用的频段的电磁波主要靠地波传播，也伴有部分天波；短波广播使用的频段的电磁波主要靠天波传播，近距离内伴有地波。短波指波长介于频率介于330MHz之间的无线电波。我国无线广播中的短波频率范围为224MHz。短波的基本传播途径有两个：一个是地波，一个是天波。地波沿地球表面传播，其传播距离取决于地表介质特性。海面介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信号可以沿海面传播1000公里左右；陆地表面介质电导特性差，对电波衰耗大，而且不同的陆地表面介质对电波的衰耗程度不一样（潮湿土壤地面衰耗小，干燥沙石地面衰耗大）。短波信号沿地面最多只能传播几十公里。地波传播不需要经常改变工作频率，但要考虑障碍物的阻挡，这与天波传播是不同的。因而传播距离很远（几百至上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。但是天波是很不稳定的，在天波传播过程中，会遇到路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号弱化和畸变，影响短波通信的效果。短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后，经过电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次。传统的接收机指针调谐短波收音机，还有按米波段来划分的多波段短波收音机。现在有采用锁相环数字调谐式技术的收音机（PLL），采用数字显示频率技术的收音机，短波收音机中的变频技术的收音机。本文采用短波收音机中的二次变频技术，即用超外差方式来接收短波信号。1.3 超外差式接收机短波收音机最初是使用直接放大线路的，直接放大式收音机所遇到问题是“一个高频放大器很难适应各种不同的工作频率”。如果能想办法使高频放大器的工作频率保持不变，那么许多问题就很容易解决了。超外差式接收机的出现就是为了解决这个问题。50年代开始，应用了一次变频线路，也就是平时所说的超外差式方法。为了进一步提高无线电接收机的灵敏度、选择性和抗干扰能力，科学家们又研制了二次变频，甚至多次变频技术，后来被移植到高级收音机中，大大地改善了短波收音机的性能指标。超外差式接收机的特点就是通过输入回路先将电台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器，再经中频回路进行频率选择，得到一固定的465KHz的中频载波调制波。这就是频率变换的过程。接收机一般包括下面几个部分：输入级、混频器、中频放大器、检波器、自动增益控制电路、音频功放级六部分。其中变频级包括混频器和本机振荡器两个部分。天线接收到的高频调幅信号，经过调谐回路和选择，送入变频级的混频器。本机振荡电路则总是跟踪着接收的信号，产生高一个固定频率的等幅振荡信号，这个信号也送入混频器。送到混频器的两种信号，利用放大器件的非线性特点产生一种新的差频信号。超外差式接收机有以下优点：中放可采用窄带放大器，可以较容易地实现很高的增益，工作也比较稳定；能获得较高的灵敏度和稳定性；经多个谐振回路选择，有较强的选择性；由于不论哪一个电台的广播信号，在接收中都变成固定频率的中频信号在放大，因此对不同电台具有大致相同的灵敏度。超外差式的接收方式不仅用于收音机中，而且广泛地用于其它电子通讯设备中。1.4 超外差式接收机的系统分析图1 超外差式接收机的设计框图在超外差式调频接收机的设计过程中，如图1，将其分为输入级、混频器，中频放大级、检波级、自动频率微调控制电路、音频功放级级六部分。混频器又有包含着本振谐振电路，音频功放包含低频放大三极管和OTL电路。还有限幅电路，天线，扬声器等辅助电器电路。由于限幅电路的原因，调频收音机抗干扰能力要比调幅收音机强，所以本文会讨论限幅电路。2 超外差式接收机电路分析超外差式接收机通过天线接收外界短波，由谐振回路选择信号，在众多的信号中，只有载波频率与输入调谐回路相同的信号才能进入收音机，由输入回路收集电磁波，使之变为高频电流。为了达到变频的目的，收音机自身有一个产生等幅波的高频振荡器，这就是“本振”。保证本振信号与外来信号始终相差465KHz，由于中频信号的频率固定不变而且比高频略低，所以它比高频信号更容易调谐和放大。这个新产生的差频比原来输入信号的频率要低，比音频却要高得多，因此我们把它叫做中频。不论原来输入信号的频率是多少，经过变频以后都变成一个固定的中频，然后再送到中频放大器继续放大（本文采用二级中频放大）。经过中放后，中频信号进入检波级，检波器可以在减小失真的前提下把中频调幅信号还原成音频。也可将检波后的直流分量送回到中放级，控制中放级的增益。从检波级输出的音频信号很小，大约只有几毫伏到几十毫伏，经过低放进行电压放大几十至几百倍。最后还经过功率放大推动扬声器还原成声音。2.1 输入回路输入回路是由线圈与可变电容器并联形成的电路，调谐回路的电感和电容参数决定了频率调谐范围。为了获得满意的效果，常常借用天线。图2 输入回路和变频回路如图2，天线一般不是直接接到调谐回路上，而常常是借线圈或电容耦合到调谐回路中。从天线接收进来的高频信号首先进入输入调谐回路。输入回路的任务有二，一是选择信号，二是收集电磁波，使之变为高频电流。LC并联谐振回路在其固有振荡频率等于外界某电磁波频率时产生并联谐振，从而将某台的调幅发射信号接收下来。并通过线圈耦合到下一级电路。调谐回路是由微调电容Ca和双联可变电容Cat组成微调电容。Ca用来调频，调整收音机的高频段的灵敏度（调整线圈L的位置可获得低频段信号）。调节可变电容Cat可用做选台，Cat和天线线圈 Lab初级绕组组成谐振回路，来接收外来信号。通过谐振回路把高频信号转为高频电路式，然后通过副感（Cat和磁棒线圈次级绕组），得到高频电动式。再由Lcd耦合到下一级变频级。2.2 变频回路变频回路由混频、本机振荡和选频三部分电路组成。完成将原来输入信号的频率经过变频以后都变成一个固定的中频值，然后再送到中频放大器继续放大得功能。如图2，变频级是以晶体管Q1为中心，它兼有高频振荡、混频两种功能。它的主要作用是把输入的不同频率的高频信号变换成固定的中频信号。从输入回路接收的调幅信号（电台）和本机振荡器产生的高频等幅信号一起送到一个三极管高频放大器。为了产生新的频率成份，我们使三极管工作在非线性区，这样在三极管的输出端就会产生许多新的频率成份，当然，其中就有我们希望得到的差频。我们把这一过程称为“变频”。为了得到一个固定的差频，本振频率必须始终比输入信号的频率高一个固定值。我国工业标准规定该频率值为465KHz，外来信号的频率范围是525KHz1605KHz，所以本振信号频率为990KHz2070KHz。如果输入信号的频率是535KHz，本振频率就应该是535 KHz+465KHz1000 KHz。这个新产生的差频比原来输入信号的频率要低，比音频却要高得多，因此称之为中频。不论原来输入信号的频率是多少，经过变频以后都变成一个固定的中频。2.2.1 混频电路混频，通过非线性器件将两不同频率的振荡变换成一个与两者都相关的新振荡。新振荡频率为上述两不同频率之差，振幅包络与其中之一一致。若本机振荡与混频在同一非线性器件上实现，称为“变频”。图3 混频电路具体过程如图3所示，双连可变电容Cbt并联可变电容Cb，与左边的线圈组成谐振电路，产生比外来接收高于465KHz的本振信号，通过电容C2把本振信号加到Q1发射极，与从Q1基极进去的外来信号进行混频，再利用三极管非线性的特性来分频。通过分频以后，通过集电极的信号既有本振频率与外来频率之和，也有本振频率与外来信号之差，还加杂着外来信号与本振信号。本振条件：正反馈(相位条件）幅度 (反馈量要足够大）由晶体管 Q1、可变电容Cb、振荡变压器（简称中振或短振) L2和电容C2构成变压器反馈式振荡器。它能产生等幅高频振荡信号，振荡频率总是比输入的电台信号高 465KHz。在改变调谐回路的谐振频率时（选择所要收听的电台），必须同时调整振荡回路的振荡频率，这样才能得到固定的中频信号。在收音机中，上述两个回路是采用一只同轴双连可变电容（Ca、Cb）进行调整的。常用的双连可变电容是等容式的。使用等容双连可变电容时必须在本机振荡回路中的可变电容 Cb上并联一个小电容Cbt，适当地选取Cbt，以便使两个回路得到较好的统调。 统调又称“跟踪调谐”。超外差接收中，用差容双连或等容双连实现某一波段内本机振荡频率跟踪输入回路的谐振频率，使两者之差恒为中频频率的方法。可使超外差接收机的频率响应、灵敏度、选择性和增益得到保证。2.2.2 选频电路电容C对不同频率的正弦信号呈现出不同的阻抗，利用电容的这种特性可以组成各种不同形式的滤波器，能够让指定频段的信号顺利通过，而将其他频段的信号衰减掉的电路。图4 选频电路在图4中，由L3的线圈和谐振电容C 组成并联谐振电路，它的谐振频率固定为465KHz，对465KHz的中频信号产生最大的电压，而将其他频段的信号衰减掉，并且通过次级线圈耦合到下一级去。L4所组成的谐振回路也是同理。2.3 中频放大电路中频放大器是功率放大器的一种，同时具有选频的功能，即对特定频段的功率增益高于其他频段的增益。它是组成超外差接收机的一种。本振信号与外来信号之差f恒为固定值465KHz ，它可以在中频“通道”中畅通无阻，并被逐级放大，即将这个频率固定的中频信号用固定调谐的中频放大器进行放大，而不需要的邻近电台信号和一些干扰信号与本振信号所产生的差频不是预定的中频，便被“拒之门外”，因此，收音机的选择性也大为提高。放大器属于变压器耦合方式，该放大器是以谐振回路为负载，故称为调谐放大器，具有良好的选频能力。图5 中频放大电路如图5，L3、L4为中频变压器，或称为中周。L3、L4分别并联了电容组成谐振回路，谐振频率都为465KHz，用来选出本振频率与外来频率之差。混频信号先经过L3谐振回路选出465KHz的中频信号，由中频放大管Q2进行中频放大，再经过L4的初级谐振回路进行选频，最终由中频变压器L4的次级得到已经放大了的中频信号。2.4 限幅器 调频收音机抗干扰能力要比调幅收音机强的主要原因，就是因为调幅收音机采用了限幅电路。无论是调频信号还是调幅信号，在传播的过程中不可避免地要混入干扰信号，使其产生寄生调幅和寄生调频，其中寄生调幅的影响是主要的，它对有用信号产生严重干扰。调幅收音机检波时，除检出有用的音频信号外，同时也把干扰信号解调出来了。调频收音机则不同，音频信号反映在载波频率的变化上，可以用限幅器将超过限幅电压值的外来干扰及固有寄生调幅抑止掉。限幅后得到等副调频波，其频率随时间变化的规律在限幅前后无任何变化，即无失真。 图6 限幅电路在最后一级中频放大器的集电极负载上，即调谐回路上并联一个阻尼二极管D3，就组成了二极管限幅器。二极管的电阻随信号电压变化而变化，当信号电压变化较大时，二极管的动态电阻随之减小，使得中放的负载阻抗减小，增益下降。同时，由于并联谐振回路的电阻减小，使得品质因数Q值下降，增益下降，即信号的幅值减小，从而起到限幅的作用。 2.5 检波电路检波电路既有二极管检波，也有三极管检波。如图5，该检波电路由检波三极管Q3、检波电容C6和一个音量控制电位器W1组成。检波三极管Q3有两个作用，既是第二中放的放大管，又利用 Q3 的 be结的 PN 结的单向导电特性进行检波。Q3的设计很特殊，基极电流很小，基本属于不导通的状态，经 Q3 放大后的465KHz的中频信号通过三极管的be结，be结相当于一个二极管，具有单向导通性，只能导通载波信号的正半轴信号，负半轴载波被PN节滤掉。最终通过C6将载波信号滤掉，得到音频信号，再由隔直电容C7耦合加到三极管Q4。2.6 自动增益控制电路 自动增益控制电路也称为AGC电路，是一种反馈控制电路，能控制接收通道的增益，以维持整机输出的恒定，使放大器适应不同信号强度，是接收机中不可缺少的电路。 由于外来信号容易受到外界因素与气候的影响，信号时强时弱，影响收听质量。为了提高接收机性能，在超外差式收音机中均设置自动增益控制器。其调控 原理是利用检波后输出的直流电压，通过高阻值电阻加到中放电子管与变频电子管的栅极，以改变其栅极偏压，前级电子管的栅极负压一般为23V，当有外来信号输入时，栅极电压随之变化，外来信号越强，加到电子管栅极电压越负，故电子管的增益有所下降；外来信号微弱时，加到电子管栅极的负压减小，电子管增益上升，此电路起到自动控制电子管增益的作用。自动增益控制电路一般由电阻R与电容C所组成，要求其控制作用能随着输入的高频信号振幅大小而变化，并且控制的速度能跟得上输入信号变化的速度，否则微弱信号将被去掉。当电台信号发生强弱变化时，收音机输出的功率或电压几乎不变,在接收强电台时，不致使后级晶体管发生过荷失真。本电路图主要由R3和C4组成。如图5，检波后的音频信号的一部分通过R3送回到第一中放管Q2的基极。由于C4的滤波作用，滤去了音频信号中的交流成分，保留了直流成分。实际上送回到Q2基极的是音频信号中的直流成分。当检波输出的音频信号增大的时候，Q3的Ic增大，Q3的集电极电位就降低，通过R3，就会使Q2的基极电位降低，Q2 的集电极电流减小，Q2的放大倍数就会下降，从而保持检波输出的音频信号大小基本不变，这样就达到了自动增益控制的目的。 2.7 音频功放电路放大电路放大的本质是能量的控制和转换；是在输入信号的作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。能控制能量转换的原件称为有源元件，如晶体管和场效应管。本文的放大电路由低频放大三极管和OTL电路组成。2.7.1 低频放大电路从电位器W1得到的信号很微弱，需要经过放大后才能进行进一步的处理，或者使之具备足够的能量推动执行机构。晶体放大管Q4是放大电路的核心元件，它能够控制能量的转换，将输入的微小信号不失真地放大输出。图7 低频放大电路如图7，从电位器W1那里得到的音频信号通过C7耦合加到低频放大管Q4进行低频放大，