高频调频接收机课设

一 课程设计目的 要求一 课程设计目的 要求 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 建立高频调频接收机的概念 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 计算调频接收机的各单元电 路 输入回路 高频放大 混频 中频放大 鉴频及低频功放级 初步掌握调频接收机的调整及测试方法 了解集成电路单片接收机 的性能及应用 二 主要技术指标二 主要技术指标 调频接收机的主要技术指标有 1 工作频率范围 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 88 108MH 是因为调频广 播收音机的工作范围也为 88 108MHz 2 灵敏度 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 5 30uV 3 选择性 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 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 5 输出功率 输出功率 接收机的负载输出的最大不失真 或非线性失真系数为给定值 时 功率称为输出功率 三 调频接收机组成三 调频接收机组成 调频接收机的工作原理 f1 f1 f2 f1 f2 f1 f 调频接收机组成框图调频接收机组成框图 一般调频接收机的组成框图如图所示 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 输 入 回 路高 频 放大混频鉴频 本 机 震荡 低 频 功放中 频 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 四 单元电路设计四 单元电路设计 1 高频功率放大电路 高频功率放大电路 1 电路 电路 如下图所示为共射级接法的晶体管高频小信号放大器 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 在高频情况下 晶体管本身的极间电容及连接 导线的分布参数等会影响的频率和相位 晶体管的静态工作点由电 阻 RA2 RA3 RA4 及 RA6 决定 其计算方法与低频单管放大器相同 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 MC3361 2 原理 原理 C G 负载回路 L Ig Yg Ui B yie yreUi yqeVi yoe P22gl Vo C a 信号源 晶体管 2 2 混频电路 混频电路 1 电路图 电路图 因为中频比外来信号频率低且固定不变 中频放大器容易获得 比较大的增益 从而提高收音机的灵敏度 在较低而又固定的中频 上 还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频 它们具有接近 理想矩形的选择性曲线 因此有较高的邻道选择性 如果器件仅实 现变频 振荡信号由其它器件产生则称之为混频器 二极管环形混频器 四个二极管组成平衡电路如下图所示 构成的二极管环形混频 电路中 各二极管均工作在受参考信号控制的开关的状态 它是另 一类开关工作的乘法器 二极管环形混频电路 这样的结果 导致s t 1 1 当正半周期 当负半周期 正半周期时 导通 截止 0 1 3 2 4 负半周期时 导通 截止 0 2 4 1 3 2 原理分析 原理分析 Vs i2 D3 D2 D1 D4 i1 i3 vi i i RL B1 B2 v s v s v 0 v 0 i4 3 晶体振荡器 晶体振荡器 1 电路图 电路图 2 原理分析 原理分析 谐振频率 4 4 鉴频电路 鉴频电路 下图是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 5 5 MC3361MC3361 的功能介绍的功能介绍 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 主要应用在二次变频的通讯接收设备 其主要特性如下 a 低功耗 在 Vcc 4 0V 耗电典型值仅为 3 9mA b 极限灵敏度 2 6uV 3bB 典型值 c 少量的外接元件 d 工作电压 2 0 8 0V e DIP16 和 SO 16 两种封装形式 f 工作频率 60MHz max 引出端功能 1 OSC1 振荡回路 9 VOD 音频率输出端 2 OSC2 振荡回路 10 Fin 滤波器输入 3 MIXo 混频输出 11 Fo 滤波器输出 4 VCC 电源 12 MUTin 静噪输入 5 IN IF 中频同相输入 13 Voc 扫描控制输出 6 IN IF 中频反相输入 14 MUTsw 静噪开关 7 OUTIF 中频放大输出 15 GND 地 8 DET FM 检波回路 16 MIXin 混频输入 电特性电特性 除非特别说明 VCC 4V f 10 7MHz f 3kHz fm 1kHz Tamb 25 应用电路应用电路 MC3361 内部电路 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 2 9V 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 0 V 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 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 6 6 画出完整的电路 画出完整的电路 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 4 Jan 2005 Sheet of File E 1 1 SCHDrawn By TA1 CA1 33p CA5 0 1UF CA4 0 01uf CRB1 10 245M LEDA1 QA1 3DG12C KA1 12 U RES2 ANTA1 2 2uh LA1 CA2 103 CCA1 RA3 18K 5 1K RA2 U POT2 RA4 10K RA6 1 5K CA3 120p CB6 0 1UF0 1UF 0 01uf CB1 20pf CB7 0 1UF CB9 0 1UF RA5 1K LB1 20K RB1 1K LEDB1 KB1 5 161 8 2 15 6 3 7 4 5 9 IC MC3361 220pf CB4 455KHZ FLB1 3 3K RES2 CB8 104 CB5CB2 680uh RB2 五 设计仿真五 设计仿真 1 开发平台简介 开发平台简介 Multisim 是 Interactive Image Technologies Electronics Workbench 公司推出的以 Windows 为基础的仿真 工具 适用于板级的模拟 数字电路板的设计工作 它包含了电路 原理图的图形输入 电路硬件描述语言输入方式 具有丰富的仿 真分析能力 Multisim 2001 提供了多 种工具栏 并以层次化的模式加以管理 用户可以通过View 菜 单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭 再通过顶层工具 栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏 通过工具栏 用户可以 方便直接地使用软件的各项功能 顶层的工具栏有 Standard 工具栏 Design 工具栏 Zoom 工具栏 Simulation 工具栏 EDA 软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接 决定了该 EDA 软件的质量和易用性 Multisim 为用户提供了丰富 的元器件 并以开放的形式管理元器件 使得用户能够自己添加 所需要的元器件 Multisim 以库的形式管理元器件 通过菜单 Tools Database Management 打开 Database Management 数据库管理 窗口 如下图所示 对元器件库进行管理 在 Database Management 窗口中的 Daltabase 列表中有两个 数据库 Multisim Master 和 User 其中 Multisim Master 库中 存放的是软件为用户提供的元器件 User 是为用户自建元器件准 备的数据库 用户对 Multisim Master 数据库中的元器件和表示 方式没有编辑权 当选中 Multisim Master 时 窗口中对库的编 辑按钮全部失效而变成灰色 如下图所示 但用户可以通过这个 对话窗口中的 Button in Toolbar 显示框 查找库中不同类别器 件在工具栏中的表示方法 据此用户可以通过选择 User 数据库 进而对自建元器件进 行编辑管理 在Multisim Master中有实际元器件和虚拟元器件 它们之间 根本差别在于 一种是与实际元器件的型号 参数值以及封装都 相对应的元器件 在设计中选用此类器件 不仅可以使设计仿真 与实际情况有良好的对应性 还可以直接将设计导出到 Ultiboard中进行PCB的设计 另一种器件的参数值是该类器件的 典型值 不与实际器件对应 用户可以根据需要改变器件模型的 参数值 只能用于仿真 这类器件称为虚拟器件 它们在工具栏 和对话窗口中的表示方法也不同 在元器件工具栏中 虽然代表 虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同 但虚拟 器件的按钮有底色 而实际器件没有 2 高频小信号放大器电路设计及仿真高频小信号放大器电路设计及仿真 高频小信号谐振放大电路主要由晶体管 负载 输入信号和直流馈 电等部分电路组成 如图所示电路 晶体管基极为正偏 工作在甲 类 负载为LC并联谐振回路 调谐在输入信号的频率10 7MHz上 该放大电路能够对输入的高频小信号进行反相放大 在Multisim窗口中 从示波器上观察到输入与输出波形 3 3 混频 中频放大 鉴频 低频放大等其他功能电路设计及仿真 混频 中频放大 鉴频 低频放大等其他功能电路设计及仿真 在本设计采用了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 Pin12 Pin15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 六 实验验证六 实验验证 1 1 实验内容 实验内容 1 按下开关KA1 KA2 调试好小信号放大单元电路 调试好高频功 率放大单元电路 2 连接好发射电路和接收电路 连 J82 JE1 JE3 JE4 JE5 JE6 JA1 JB1 同时用实验箱所配 的天线 一端带夹子的导线 分别将发射单元的天线ANTE1和本实验 单元天线ANTA1连好 3 在不加调制信号的情况下 接通发射电路和接收电路的电源 调 节变容二极管单元的L84 用示波器探头测量TTB2 当TTB2处有455 KHz的信号输出时 说明调频单元的工作频率在10 7MHz附近 此时 从处加入1KHz 峰峰值为100mV左右的调制信号 则从TTB1处用示波 器可观测到输出的解调波 4 当从TTB1处观察鉴频输出信号 此时如果波形失真可以微调LB1 和微调L84 注意观察鉴频信号频率与调制信号频率是否一致 幅度 大小与调制频偏的关系 调制频率可以通过改变调制信号大小来改 变 如果TTB1处的信号失真 一般要考虑是否调制信号幅度过大 以及变容二极管调频产生的调频信号的中心频率偏高10 7MHz太远 2 2 实验结果 实验结果 低频调制信号波形