调频接收系统设计

0 目录目录 1 引 言 1 2 设计概述 1 3 调频接收机的主要技术指标 2 3 1 工作频率范围 2 3 2 灵敏度 2 3 3 选择性 2 3 4 频率特性 2 3 5 输出功率 2 4 调频接收机设计 2 4 1 调频接收机的工作原理 2 4 2 混频级电路 3 4 3 集成电路调频接收机 4 4 4 确定电路形式 5 4 5 设置静态工作点计算元件参数 6 4 6 确定交流信号通路的元件参数 6 5 原理图 6 6 详细的元件清单 8 7 实验仪器设备 9 8 心得体会 9 9 参考文献 9 1 1 1 引引 言言 随着人们生活水平的不断提高和电子科技的飞速发展 特别是近年来物质生活水平的提高 人们相互之间交往所利用的通信手段也越来越多 人们不断追求生活方式的多样化和个性化 电子科学的发展尤其是无线通信的快速发展给人们工作和生活注入了新的色彩 人们可以随心 所欲地享受着无线通信工具所带来的乐趣 调频模拟通信最早的语音通信方式 广播电台就是 它的一种形式 这种传统的通信方式在今天依然有着广泛的应用 并且也向着多样化和个性化 和微型化的方向发展 随着时代的发展它的作用也在发生着变化 广播电台虽然现在已经不是 人们获取信息的一种主要手段 但是它在很多方面依然发挥着主要的作用 它已经走进了我们 的生活 在我们小集体范围内如 学生宿舍 宾馆等场所 由于其使用方便 价格低廉 技术 成熟 可进行一对多的无线广播等诸多优点 所以将依然会发挥重要作用 不仅如此 随着人 们追求生活的个性化它在家庭领域也将会给人们带来很大的乐趣 利用一个小型的无线广播台 和一个微型的收音机就可实现在家庭的任何角落播放自己喜欢的音乐 会给人们带来无限的乐 趣 本设计就是一个小型的调幅接收系统 实现了语音输入 线路输入 以及二者的同时输入 2 2 设计 设计概述概述 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 掌握调频接收机的调整及测试方法并学会如何将高频单元电路组合起来实现满足工程实际需要 的整机电路 3 3 调频接收机的主要技术指标调频接收机的主要技术指标 3 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 88 108MH 是 因为调频广播收音机的工作范围也为 88 108MHz 3 2 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 2 3 3 选择性 接收机从各种信号和干扰中选出所需信号 抑制不需要的信号 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 3 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 3 5 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 4 调频接收机设计调频接收机设计 4 1 调频接收机的工作原理 一般调频接收机的组成框图如图 2 1 所示 其工作原理是 天线 拉杆天线 接受到的高频 信号 经输入调谐路选频为 f1 再经高频放大级放大 如果调谐回路输车信号不是很微弱 可省区 这一级 经入混频级 本级振荡器输出为含有 f1 f2 f2 f1 等频率分量的信号 混频级的输出 接调谐回路选出中频信号 f1 f1 再经中频放大器放大 获得足够高的增益 然后经鉴频器 解调出低频调制信号 由低频功放级大 驱动扬声器或控制器 遥控开关用 由于天线接受 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 选择性能也 比较稳定 输入回路高频放大混频中频放大 鉴频低频功放 本机 振荡 图 4 1 调频接收机组成框图 4 2 混频级电路 一种简单使用的混频电路如图 4 1 所示 其中三极管 VT1 实现频率变换 将天线接收到的 高频调制信号 f1 与三极管 VT2 和晶振组成的本机振荡器的输出信号 f2 进行混频 由 LC 3 选频网络选出中频信号 f2 f1 频率变换的原理是 利用三极管集电极电流 ic 与输入电压 ube 之间的非线性关系 实现频率变换的 变换后的调制参数 调制频率和频率偏移 保持不 变 仅载波频率变换成中频频率 对于图 2 所示电路 由于高频调制信号从变频的基极输入 本机振荡信号从变频管的发射极注入 故称这种电路为基极输入 发射极注入式混频电路 这 种电路的特点是 信号的相互影响较小 不易产生牵引现象 但要求本振的输出电压较大 u0 u1 使三极管 VT1 工作于非线性区才能实现频率变换 混频管 VT1的静态工作点由 R1 R2及 R3决定 电源电压 Ucc 确定时 为使混频管在大信 号输入下进入非线性工作区 静态工作电流 ICQ不能太大 否则非线性作用消失 混频增益将 大大下降 但 ICQ也不能太小 过小会造成本机振荡停振 实验表明 Ucc 6V 时 ICQ取 0 3 0 5mA 较合适 混频管 VT1的静态工作点及调谐回路参数的计算与课题 高频小信号调 谐放大器的计算方法相同 极三管 VT2和晶振 ZWB 组成的本机振荡电路称为电容反馈三点式振荡电路 又称 考毕 兹 电路 其等效电路如图 2 2 a 所示 电路的反馈系数 F C7 C5 这里的晶振起电感作用 振荡频率主要由晶振的频率决定 因此频率稳定度较高 振荡频率 f0的表达式为 f0 1 2 Lq C 图 4 2 a 本振等效电路 图 4 2 b 输入回路 式中 Lq 晶振的等效电感 与频率有关为十几兆赫的晶振 Lq 约为几毫亨 C 振荡回路的总电容 由晶振的等效电容 C0 Cq 与 C4 C5 及 C7 共同决定 若选 4 C4 C5 C4 C7 则 C Cq C0 C4 Cq C0 C4 式中 Cq 为 0 005 0 1pF 所以 C4 的取值比较小才能对晶振的频率实现微调 一般 C4 为几 Pf 几十 Pf 的小微调电容 本机振荡电路的静态工作点主要由 R4 R5 R6 及 R7 决定 为使本机振荡输出的波形发生 畸变 产生高次谐波 影响混频级电路的性能 实验表明 Ucc 6V 时 Icq 取 0 4 0 8mA 较 好 电容 C3 为本机振荡能够的输出耦合电容 由于混频管工作在非线性状态 易引起各种信号的干扰 如中频干扰 镜像干扰等 采用 晶振构成的本机振荡电路可以减小干扰 必要时 在混频级前加一级高频调谐波放大器 可大 大抑制象频干扰 对于图 2 2 a 所示的电路 因本振信号的频率福鼎 只能接收一个频率的信 号 故称点频接收机或遥控机 不适合作广播收音机 4 3 集成电路调频接收机 FS2204 的内部包含中频放大器 调幅检波器 调幅混频器 调频鉴频器 AGC 自动增益 控制 AFC 及音频功率放大器等电路 如图 2 3 所示的电路 对于调频信号 电路的工作过程 是 10 7MHz 的调频中频信号从 脚输入 经内部中频放大器放大由 15 脚输出 由 15 脚与 14 脚间外接的 10 7MHz 的调频中周 FT2 电感 L3 及电容 C15 C15 2pF 组成的相移 网络 使 14 13 脚间的电压比 15 13 脚间的电压超前 90 度 移相后的信号从 14 脚输入 经内部鉴频器解调出音频信号 由 8 脚输出 从而完成了调频中频信号的 放大与解调 FS2204 还可以构成单片机式调幅收音机 如图 4 所示 当开关 S 置于 A 时 高 频调幅信号从天线 Aa 经耦合回路输入 IC2 的 6 脚进行高频放大 并于 5 脚外接的本振 回路租入信号进行混频 从 4 脚输出 465kHz 的中频信号 调幅中频信号再从 2 脚输入 经内部中频放大器放大后又 15 脚输出 通过中放选频回路 AT3 输入 14 脚 经内部检波 器解调出音频信号 由 8 脚输出 从而完成了高频调幅信号的放大 混频 中放及检波 FS2204 内部的低频功率放大器电路包含射极输出器 电压反大器 互补推挽功率放大器等 电路 可接双电源构成 OCL 电路 也可接单电源构成 OLC 电路 IC2 的 8 脚输出的音频信号 经耦合电容 C12 C12 0 022uF 音量电位器 RP 及电阻 R17 R17 22K 后 从 9 脚输 入进行低频功率放大 由 12 脚输出至外接扬声器 C19 C19 470uF 为 OTL 功放电路的输 出端 12 脚的外接电容 理论上讲 其容量越大越好 因 C19 越大 其低频截止频率越低 但扬声器一旦选定 其低频响应便一定了 但太大元件成本高 如果容量不够 音频滤波效果 会不佳 一般 C16 取 220uF C17 C17 0 047uF 为电源去耦合滤波电容 可减小噪声及干扰 的影响 4 4 确定电路形式 根据要求和给定的主要元器件 选定如图 2 3 所示的调频接收机实验电路 其中输入耦合 回路直接采用 6 5MHZ 中频变压器 本机振荡器为 17 8MHZ 的晶振与三极管 VT2 组成的考毕兹 电路 微调电容 C4 可以使本振输出频率为 17 2MHZ 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 输出端电容 C15 组成 OTL 电路 5 图 4 4 集成电路调频接收机原理图 4 5 设置静态工作点计算元件参数 为使混频管 VT1 易进入非线性区 VT1 的静态工作点 Q1 应较低 取 ICIQ 0 4mA UCE1Q 4V UEIQ 0 2V 设 1 60 则 R3 UEIQ ICQ 500 R2 UBQ I1 0 7 UEIQ 6ICIQ 22K R1 UCE1Q UEIQ UBIQ R2 UBIQ 81k 为使本机震荡器易于起振且输出电压较大 晶体管 VT2的静态工作点 Q2比 Q1要高 取 Ic2Q 0 6mA UCe2Q 3 5V UE2Q 0 2V 设 2 60 则 R6 UE2Q ICIQ 330 R5 UB2Q I2 0 2V 0 7V 6IC2Q 15K R4 UCE1Q UEIQ UB2Q R5 UB2Q 56K R7 UCE1Q UEIQ UCE2Q UE2Q IC2Q 820 电阻 R8 的作用是降低混频级的静态工作点并滤除纹波 R8 可由下式计算 R8 Ucc UCE1Q Ic2Q ICIQ Ic2Q 1 8k 4 6 确定交流信号通路的元件参数 输入并联回路的电容 C1 取为 100pF 调整磁芯位置使回路谐振频率为 6 5MHz 本机振荡 的 C4 取 20 5pF 的可变电容 为满足 C4 C7 C4 C5 取 C7 100 pF C5 510pF C2 C6 为高频旁路电容 均取 0 02uF 本振电容输出耦合电容 C3 取为几十皮法 6 5 5 原理图原理图 7 6 6 详细的元件清单详细的元件清单 序号名称规格型号数量 1开关2 2天线1 3电感1 4可调电感1 5晶体管 放大器 1 6晶体管 双极性 2 7变压器1 8晶体振荡器 10 7KHz2 9发光二极管2 10变阻器 10K 50K2 11电阻器1K7 12电阻器5 1K1 13电阻器18K1 14电阻器10K3 15电阻器1 5K1 16电阻器220K1 17电阻器0 47K1 18电阻器4 7K1 19电阻器20K1 20可调电容1 21瓷片电容0 1uF4 22瓷片电容0 01uF5 23瓷片电容1031 24瓷片电容33pF1 25瓷片电容120pF1 26瓷片电容0 22uF1 27瓷片电容1041 28瓷片电容0 47uF3 29瓷片电容20pF1 30瓷片电容220pF1 31瓷片电容30pF1 32瓷片电容1uF4 33瓷片电容4 7uF1 8 7 7 实验仪器设备实验仪器设备 高频信号发生器 XFC 6 型 1 台 双踪示波器 COS5020 1 台 扫频仪 BT 3 1 台 数字万用表 DT860 1 块 数字频率计 1 台 直流稳压电源 双路输出 1 台 8 8 心得体会心得体会 本次设计的核心部分是芯片 FS2004 混频 中频放大 鉴频 低频功放都是通过其完成的 调频信号由 TX 接收 再通过输入回路进入回路 再由三极 管 VT1 进行高频放大 放大后进入混频和本机振荡 最后由芯片 FS2004 完成中频放大 鉴频 和低频功放 最终由扬声器发出信号 通过这次对接收机的设计与制作 让我了解了设计电路的程序 也让我了解了关于接收机 的原理与设计理念 要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的 但是最