超外差式调幅收音机.doc

超超 外外 差差 调调 幅幅 收收 音音 机机 学号 学号 20090403012009040301 姓名 姓名 常永辉常永辉 专业班级 电子专业班级 电子 093093 目录目录 1 前言前言 1 2 电路原理电路原理 1 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 2 3 1 调幅的过程 2 3 2 调幅收音机的工作原理 3 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 3 4 1 输入回路 4 4 2 变频级回路 4 4 3 中频放大及检波回路 6 4 4 低放级回路 7 4 5 功率放大回路 8 5 收音机的调试收音机的调试 8 5 1 调整三极管的静态工作点 8 5 1 1 三极管静态工作点的选取 8 5 1 2 静态工作点调整前的检查 9 5 1 3 静态工作点的测量与调整 9 5 2 中频频率调整 9 5 3 接收频率范围的调整 10 1 1 1 前言前言 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 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 电路原理电路原理 图 2 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 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 2 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 2 调幅收音机原理图 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 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 System view 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 振幅变化的周期 等于音频信号的周期 3 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 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 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 4 1 输入回路输入回路 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 变频级回路变频级回路 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 L uR LC 5 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 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 6 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 进行稳压中放级可采 用两极单调谐中频放大 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 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 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 7 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 是音量调节电位器兼作电源开关 检波后的直分经 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 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 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 8 4 5 功率放大回路功率放大回路 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 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 三极管静态工作点的选取 9 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 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 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 5 1 3 静态工作点的测量与调整 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 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