高频电子线路课程设计之超外差调幅收音机[1].doc

1 超超 外外 差差 调调 幅幅 收收 音音 机机 学号 学号 姓名 姓名 专业班级 专业班级 0707 电信电信 指导老师 指导老师 2 目录目录 1 选题意义选题意义 2 2 总体方案总体方案 2 3 调幅半导体收音机的工作原理调幅半导体收音机的工作原理 4 3 1 调幅的过程 4 3 2 调幅收音机的工作原理 5 4 各电路模块设计及原理分析各电路模块设计及原理分析 6 4 1 输入回路 6 4 2 变频级回路 6 4 3 中频放大及检波回路 9 4 4 低放级回路 10 4 5 功率放大回路 10 5 收音机的调试收音机的调试 11 5 1 调整三极管的静态工作点 11 5 1 1 三极管静态工作点的选取 11 5 1 2 静态工作点调整前的检查 12 5 1 3 静态工作点的测量与调整 12 5 2 中频频率调整 14 5 3 接收频率范围的调整 14 6 课程设计体会课程设计体会 15 7 参考文献参考文献 16 3 1 1 选题意义选题意义 本学期学习了 高频电子线路 这门课程 对无线电通信的理论知识有了进一步 的理解和认识 这次课程设计可以通过实践来考察理论知识的掌握情况 同时也能加 深对理论知识的理解 提高设计能力 此外电子设计自动化技术已渗透到电子系统和 专用集成电路设计的各个环节 个中软件应用到电子设计 使电路的设计 调整和改 进更加高效便捷 低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制 利用高频信号作为载波 对信 号进行传递 可以用不同的调制方式 在无线电广播中可分为调幅制 调频制两种调 制方式 目前调频式或调幅式收音机 一般都采用超外差式 它具有灵敏度高 工作 稳定 选择性好及失真度小等优点 这次课程设计我选用的是超外差式调幅收音机 2 2 总体方案总体方案 图 1 超外差调幅收音机基本原理方框图 超外差调幅收音机基本原理 空间有许许多多电台发送的电磁波 它们都有 自己的固定频率 收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路 称 调谐电路 来选择性的接收所需高频信号 由调谐电路选择出的所需要的电台信号 4 是已调幅的高频信号 并且十分微弱 需要先经过高频小信号放大器进行放大处理 再经过变频器 混频器和本振 将高频信号变为频率为 465KHz 的中频信号 这是 超外差式收音机的核心部分 由于它是调制信号 喇叭无法将这种信号直接还原成 声音 因此 必须从高频信号中把音频信号分离出来 这个分离过程称为解调 或 检波 在收音机中 检波是由半导体器件二极管或三极管来完成 调幅的高频信号 经检波还原出音频信号 再经过低频功放然后送往喇叭 喇叭将音频信号还原为声 音 收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来 通过变频级把外 来的各调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率 465KHz 中频 然后 进行放大 再由检波级检出音频信号 送入低频放大级放大 推动喇叭发声 而不 是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号 直放式 超外差 式收音机由输入回路高放混频级 一级中放 二级中放 前置低放兼检波级 低放 级和公放级等部分组成 接受频率范围为 535KHZ 1605KHZ 的中波段 图 2 调幅收音机原理图 5 3 3 调幅半导体收音机的工作原理调幅半导体收音机的工作原理 3 13 1 调幅的过程调幅的过程 图 3 调幅过程波形示意 调幅就是使高频振荡信号的振幅随着调制信号的变化而变化 图 3 为 Systemview 仿真所示 是音频信号调制高频振荡载波的各主要过程的信号波形图 在图 3 中 Sink4 示一个音频信号电流 Sink5 表示一个高频振荡器产生的高频等 幅振荡信号 作为高频载波 Sink3 图音频信号调制高频振荡信号幅度的已调制高 频振荡信号 可以看出 被调幅后的高频振荡信号它的振幅包络线中跟音频电流的 变化规律完全一样 高频振荡电流振幅的变化正比于音频信号的幅度 振幅变化的 6 周期等于音频信号的周期 图 4 表示了调幅广播的示意过程 声音由 话筒转变为音频电信号 经放大后送到调制器 高频振荡器的产生高频率等幅振荡信号也送到 调制器 在调制器中 高频振荡电流被音频信 号调幅 调幅后的高频信号经高频放大后送往 发射天线 然后由发射天线向四周空间发射电 磁波 由于该电磁波已受信号调幅 所以称它 为调幅波 图 4 调幅广播的过程示意 3 23 2 调幅收音机的工作原理调幅收音机的工作原理 图 5 调幅超外差收音机的工作原理方框图 调幅收音机的工作原理过程为 天线接收到的高频信号通过输入 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 7 好的频率 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 我们在收音机内制造 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合 这种工作叫混频 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 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 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我们需要的电平强度 然后推动扬声器发出足够的音量 4 4 各电路模块各电路模块设计及原理分析设计及原理分析 根据超外差收音机的原理 我们可以将图表 3 所示的电路分成以下几个模块 输入回路 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 4 1 输入回路 图 6 输入回路 从磁性天线感应的调幅信号送入 C1a C2 和 L1 组成的输入回路进行调谐 选出 所需接收的电台信号 通过互感耦合送入变频管 T1 的基极 4 2 变频级回路 8 图 7 变频电路原理图 变频级电路的本振和混频 要求由一只三极管担任 自激式变频电路 由于三极管的放大作用和非线形特性 所以可以获得频率变换作用 可选择 共基调发变压器耦合振荡器 按本设计要求 在图 3 中c u 为外来中波信号调幅波 载频为 fc 535 1605KHz ul为本机振荡电压信号 等幅波 fl应为 1MHz 2MHz 两个信号同时在晶体管内混合 通过晶体管的非线性作用产生 fl fc的各次谐 波 在通过中频变压器的选频耦合作用 选出频率为 fl fc 465KHz 的中频调幅波 如图 8 所示 C u t 中 放 1 VT CC U C u t L u t 音频 中频465KHz 中频调幅波 高频调幅波 3 T 1 2 图 8 混频示意图 选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰 最小 工作稳定 可比共射式获得较高的频率 它的振荡调谐回路接在发射极与地 之间 基极通过 C5高频接地 振荡变压器的反馈线圈 L4 接在集极与地之间 如图 9 所示 c u L uR LC 9 6 C 1 VT 1 2 5 C C u 1 2 3 CC U 3 L 4 L 图 9 共基调发振荡电路示意图 变频管选择 3AG1 型能满足要求 其CEO I 应该小 静态工作点C I 的选择不能过 大或过小 C I 大 噪声大 C I 小 噪声小 但变频增益是随 IC改变的 典型变频 级一般在 0 2 1mA 之间有一个最大值 统筹考虑 C I 设计在 0 5mA 左右为宜 本 机振荡电压的强弱直接影响到反映管子变频放大能力的跨导 存在着一个最佳本振 电压值 若振荡电压值过小 一旦电池电压下降 就会停振 若过大 在高端会产 生寄生振荡 由于管子自给偏压作用 会使管子正常导通时间减少 本振电压一般 选择在 100mV 左右 由于采取的是共基电路 它的输入电阻低 如果本机振荡调谐 回路直接并入 会使调谐回路的品质因素降低 振荡减弱 波形变坏 甚至停振 为提高振荡电路的性能 L3要采取部分接入的方式 使折合到振荡调谐回路的阻抗 增加到 2 1312 eb NNr L4不能接反 否则变成负反馈 不能起振 变频级是由一只晶体管 T1 同时起本振和混频作用的自激式变频电路 本振回 路由 L2 C7 C5 C1b 组成 它是互感耦合共基调射式的 LC 振荡电路 L2 抽头是 为了减小晶体管的输入阻抗对振荡回路的影响 本振信号通过耦合电容 C4 从 T1 的 射极注入 它与输入回路耦合到 T1 管基极的高频调幅信号在 T1 管中混频 由集电 极调谐回路 中周 选出二者的差频即 465kHz 的中频信号 然后再将中频信号送 入中放电路去放大 为了提高电路的稳定性 兼顾变频和振荡性能 静态工作电流一般取为 0 3 0 4mA 为了保证在电源电压降低时 本机振荡仍能稳定工作 变频级基极偏 置电路采用了相应的稳压措施 即利用两只硅二极管 D1 D2 进行稳压 10 4 34 3 中频放大及检波回路中频放大及检波回路 图 10 中放级及检波电路原理示意 中放级可采用两极单调谐中频放大 变频级输出中频调幅波信号由 T3次级送到 VT2 的基极 进行放大 放大后的中频信号再送到 VT3的基极 由 T5次级输出被放大的 信号 三个中频变压器 T3 T4 T5 都应当准确地调谐在 465KHz 若三个中频 变压器的槽路频率参差不齐 不仅灵敏度低 而且选择性差 甚至无法收听 中频 变压器采取降压变压器 其初级线圈 L5要采用部分接入方式 道理同本振调谐电 路 这种接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的 影响 初级选取适当的接入系数使 晶体管的输出阻抗 与中频变压器阻抗近似匹配 以获得较大的功率增益 中频变 压器初 次级变比以各自负载选取 减小负载对谐振回路的影响 但选择 L5的接 入系数及压降比时 不仅考虑到选择性 还要兼顾到增益和通频带 两级工作点的 选择要有所区别 由于第一级总是带有自动增益控制电路 该级C I 的 选取要考虑 到在功率增益变化比较急剧处 应选的比较小 但C I 太小 功率增益也太小 整机 性能随着电池电压变化时 稳定性就很差 综合考虑 对于 3AG1 型管选为 0 4mA 左右 第二级C I 应考虑充分利用功率增益 则选择功率增益已接近饱和处的C I 值可 选 1mA 左右 T5次级送到检波二极管的中频信号被截去了负半周 变成了正半周的调幅脉动信号 再选 择合适的电容量 滤掉残余的中频信号 取出音频成分送到低放级经中频放大级放大了的中频 信号 由中频变压器送至检波二极管 D4 进行检波 检波后的残余中频及高次谐波由 C14C13 和 R8 组成的 RC 型滤波电路予以滤除 音频信号由 C15 耦合到低放级去放大 电位器 Rw 8 C 3 T 4 T 5 T VD 2 VT 3 VT F R 0 t 至功放 0 15 C t 0 CC U 11 是音量调节电位器兼作电源开关 检波后的直流成分经 R4 C8 组成的退耦电路送到 T2 的基 极作为 AGC 控制之用 4 44 4 低放级回路低放级回路 从检波级输出的音频信号 还需要进行放大再送到喇叭 为了获得较大的增益 前级低频 放大通常选用两级 要求第二级能满足推动末级功率放大器的输入信号强度 要有一定的功率 输出 该激励可选择变压器耦合的放大器 如图 11 所示 以上各级静态工作点 VE值以电源电 压而定 VT1 VT2 VT5的 VE可取电源电压 的 1 5 左右 T4 为低频放大级 接成固定偏置 电路 工作电流一般取 0 5 1mA 范围 功放输出级为典型的 OT 电路 由 T5 T6 和 T7 等组成 其中 T5 为激励级 T6 T7 为互补推挽输出级 R15 R16 为激励级 T5 图 12 低放激励原理图 的偏置电阻 R18 使 T6 T7 两管基极保持固定的电位差 改变 R18 可改变输出级 的静态工作点 输出级工作电流一般取 1 5 5mA 范围 C16 为交流负反馈电容 C19 为输出电容 C12 R14 C20 为电源去耦电路的电容 电阻 另外 输出级 T6 T7 的中点电位 3v 可由 R16 来调节 4 5 功率放大回路 它将前级的信号再加以放大 以达到规定的功率输出 去推动喇叭发声 可选 择我们熟悉的 OTL 电路 低频放大电路的设计 是根据要求的输出功率 选择的电源电压 喇叭的交流 电阻 从后向前进行 确定输出功率后进行功放管的选择 应通过手册查出功放管 主要极限参数 例 小功率晶体管 3AX31B 的极限参数 PCM 125mW ICM 125mA BVCEO 12V 末级一对功放管的 CEO I 及正向基极 发 射级电阻 RBE等都要对称 保证误差在 20 以内 激励级要求输出功率较小 一般甲类放大器能满足要求 可求出输出级的功率 增益 根据所要求的输出功率指标及输入变压器的效率 求出激励级的输出功率 5 VT 12 定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值 Icm 求出变比 K 及 ICQ 功率放大至低放 前级要加入合适的负反馈 5 5 收音机的调试收音机的调试 收音机机芯装配完后 经过反复检查 确实认为没有装错即可进行收音机的调 整 收音机的调整主要有如下几个方面内容 1 三极管静态工作点调整 它主要是通过改变三极管上偏置电阻的阻值 使 三极管静态工作在最佳状态 2 中频频率的调整 它是通过改变中频变压器的电感量 使与它相并联的电 容器组成的并联谐振电路 其谐振频率为 465kHz 3 接收频率范围调整 它是通过改变中波振荡线圈的电感量和本机振荡回路 的微调电容器来实现收音机接收的中波频率范围为 530 1605kHz 4 统调 灵敏度调整 它是通过调整天线线圈在磁棒上的位置 改变天线线 圈的电感量 和输入回路微调电容使收音机在接收频率范围内始终有 f振 f外 465kHz 5 15 1 调整三极管的静态工作点调整三极管的静态工作点 5 1 1 三极管静态工作点的选取 收音机质量的优劣与三极管静态工作点的调整关系很大 因此 进行收音机的 调整首先必须调整好各级静态工作电流 变频三极管的静态工作电流调大一些 收音机的本机振荡相对强些 但混频效 果差些 对应三极管的噪声也相应增加 若工作电流调得太小 噪声虽然可以减小 但电源电压稍降低时 本机振荡不易起振 中放三极管加有自动增益控制 所以工作电流不宜调得太大 静态工作电流调 得太大自动增益控制效果差 但静态工作电流也不能调得太小 因为工作电流太小 一中放功率增益小 整机增益就不高 特别是在电池电压变化时 整机性能变化显 著 收音机稳定性变差 中放三极管静态工作电流可取大一点 以便获得较高的功率增益 但是若三极 13 管集电极静态工作电流大于 lmA 时 中放功率增益增大不了多少 所以中放静态工 作电流通常取 lmA 左右 前置低放 BG6 一般静态工作电流调 2 3mA 由于该级要求在失真较小的前提 下尽量能提高功率增益 所以静态工作电流可适当大些 推挽功率放大级的静态工作电流主要用于克服交越失真 对应喇叭发出的声音 像口吃似的 因此 静态工作电流不能调的太大 否则将增加电源的功率损耗 使功放级效率降低 一般调整原则是在不引起交越失真的前提下三极管静态工作电 流尽可能调小 5 1 2 静态工作点调整前的检查 静态工作点调整前的检查也称作通电前检查 其目的是为了防止收音机元件装 错或元器件不良在通电时引起整机总电流太大而将电池耗尽或将元件损坏 因此 在通电前首先不装入电池 闭合收音机电源开关 用万用表 R 100 档测量电池极 板 红表笔接收音机负极板 黑表笔接正极板正常电阻值约为 700 若电阻值约 为 0 说明印刷电路板中有短路 可能故障是 R17电阻以前的线路板电源负极走 线与电源正极 地 短路 或电解电容器 C16击穿 若电阻值基本正常 断开电源开 关装入电池 将万用表拨置 500mA 档 将表笔并联于电源开关两端 正常电流在 10mA 左右 若测得电流值很大 上百 mA 则是 C16击穿或 R17电阻之前的电源供电 回路短路 若测得电流大于 10mA 并伴随着通电时间而增加 故障元件是 C16极性 接反 若电流值为 20 30mA 可能故障是前置放大器不良 这时整机电流不是很 大 所以可以通电进行偏置调整和故障检修 5 1 3 静态工作点的测量与调整 测量三极管静态工作点是在无交流信号输人的前提条件下进行的 因此 测量 低频放大器时必须使音量控制电位器置最小的位置 测量变频 中放电路时必须用 一根导线短路天线线圈的次级 L2 1 功放级静态工作点的测量与调整 将万用表拨至 500mA 电流档 测量功放级 Ic7 Ic8的静态工作电流 正常电流 值为 2 6mA 这时万用表应退至 10mA 档测量 若电流约为 80mA 左右 则是输入 变压器次级断线 或 BG7 BG8不良 若电流在 6 30mA 之间 则短接电路板为测 量功放级静态电流而开的槽口 用万用表电压档测量中点电压 正常电压值为电源 14 电压的一半 若中点电压不正常 故障是 BG7 BG8 不对称且三极管性能差 若 电流约为 0mA 同时中点电压正常 故障是 BG7 BG8同时接错 集电极与发射极对 调 2 前置低放静态工作点的测量 将万用表拨置直流 2 5V 档 万用表黑表笔接地 电源的负极 红表笔接 BG6 发射极 测量 BG6发射极对地电压 正常电压为 Ue6 0 6 0 7V 3 中放级静态工作点的测量 将万用表拨置直流 2 5V 电压档 测量 BG2发射极对地电压 正常时 Ue2 0 6 0 8V 若电压略偏离正常值可调整 R4电阻值 通常 R4电阻值减小 Ue2电 压值变得更低 反之亦然 若 Ue2正常 则测量 BG3发射极对地电压 正常电压值 为 Ue3 0 6 0 7V 若 Ue3不正常检查 B4次级和 B5初级绕组是否断线 R8是否不良 若上述元件都正常则故障元件是 BG3不良 4 变频级静态工作点的测量与调整 测量 BG1发射极对地电压 正常电压值为 Ue1 0 6 1 0V 若电压略偏离正常 值 可调整 R1电阻的阻值 通常 R1阻值减小 Ue1变得更低 反之亦然 若电压不 正常 采用直流等效电路的方法 然后进行检查 收音机静态工作点调整结束 卸下短路 L2的短路线 本级电源电压 集电极回路最大电流 集电极负载电阻 发射极电阻 这样才有能力通过测量静态工作点判断电路的工作状态 若在调整过程中 发现上偏置电阻阻值很大时 集电极电流仍较大 但该电流 值可以调小 则要重点检查 下偏置电阻是否开路 发射极电阻是否短路 若该电 流无法调小 则要检查三极管是否击穿 耦合电容是否击穿 漏电或接反 若上偏 置电阻阻值需要调得很小 才能达到规定的发射极电压值 则要着重检查三极管的 发射极与集电极是否接反 三极管的 值是否太小 若没有改变三极管偏置电阻的阻值 却发现发射极电压 或集电极电流 忽大忽 小地变化 这时要检查是否有外来信号输入 三极管的 Iceo是否太大等 若在调整三极管的偏置过程中偏置电阻的阻值刚略有变动时 发射极电压 或 15 集电极电流 不是缓缓发生变化 而是突然变化 则可能故障是电位器或微调电阻 接触不良或电路产生振荡 若振荡发生在低频放大电路可将输入变压器初级线圈引 脚对调 破坏振荡的相位条件 5 25 2 中频频率调整中频频率调整 收音机各级静态工作点调整结束 将音量控制电位器顺时针旋置最大 在正 常情况下喇叭应有声音 若喇叭无声 可用干扰法检查故障部位 首先用镊子碰 BG5基极 若喇叭无声 故障是喇叭不良 若喇叭有声 可用镊子碰 W 电位器中心 滑动片 此时若仍无声 故障是 C10不良 若有声 故障是检波电路或检波前的电 路工作不良 收音机静态工作点调整好后 一般都能收到一些电台信号 这时若用导线短接 双连可变电容器的振荡连 C10时 接收的电台信号消失 说明收音机变频电路工作 正常 可以进行中频调整 调整中频 就是调整收音机上各中频变压器的电感量 使它与其相并联的电 容器组成的谐振电路谐振于 465kHz 中频频率上 一般中频变压器出厂时都已校准 过 但新安装的收音机由于与它相并联的电容器存在容量误差 印刷电路板线路间 存在分布电容 所以会将造成各中频变压器不同时谐振在同一个频率上 因此新装 配的收音机要进行中频调整 由上所述可知 这种调整原则上是不能大范围调整中 频变压器的磁帽位置 即不行将中频变压器的磁帽旋得很进去 这时对应电感量最 大 或旋得很出来 这时对应电感量小 5 35 3 接收频率范围的调整接收频率范围的调整 中频变压器谐振频率校准后 将调谐拨盘直接紧固在双连可变电容器的轴柄上 然后用 M2 5 的沉头螺钉紧固好 将机芯装入机壳内并用两个 M3 5 头螺钉将它紧 固在机壳上 调整调谐拨盘 确认指针指示范围为 530 1605kHz 接通电源 调 谐拨盘使拨盘指针指示在刻度盘低频端现正在播音的电台频率上 可取一架成品收 音机进行比较 例如 640kHz 用无感螺丝刀调整中波振荡线圈 B2的磁帽 使收音 机收到该电台信号 同样 调谐拨盘使拨盘指针指示在刻度盘高频端现正在播音的 电台频率上 使收音机收到该电台信号 用剪刀剪去拉出的导线 这样反复调整一 16 两次 确认收音机中波接收频率为 5