调频接收整机电路课程设计.doc

兰州理工大学课程设计报告目录2.2 灵敏度12.3 选择性12.4频率特性12.5 输出功率1三、系统总述1四、单元电路设计与仿真512.1 工作频率范围32.2 灵敏度32.3 选择性32.4频率特性32.5 输出功率3七、设计总结14八、参考文献154.1 1页16一、前言在人们的日常生活中，广泛使用无线广播来传达声音信息，无线广播信息的接收者收音机，早已走入千家万户，也因此成为了无线通信技术飞速发展的起点。无线广播的调频广播信号稳定，抗干扰能力强，声音清晰，与拨盘调谐的收音机相比，数字调谐收音机具有选台准确，可灵活地实现自动调谐选台、存台及频率指示等优点；并且采用模拟元件制作的相关设备由于工作频率较高，电路布局布线和元件参数成为其性能的关键制约因素，一旦设计成型，便难以调整更改。若将模拟部分采用数字元件来实现，则可借助软件的优势，弥补缺点。因此是本地无线广播的首选。本文介绍了一种调频无线接收机的设计方法。系统采用Mutisim作为软件无线电的核心处理器。通过课程设计，使我们加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，提高解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与仿真，加深对基本原理的了解，增强我们的实践能力。设计目的：1）掌握调频接收机整机电路的设计方法。 2）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）能够使用电路仿真软件进行电路调试。关键词：调频接收 混频 鉴频 Mutisim二、设计指标 2.1 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108)MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为(88108)MHz。 2.2 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（230）uV。 2.3 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。一般调幅收音机频偏10kHz的选择性应大于20dB，调频收音机的中频干扰比应大于50dB。2.4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。2.5 输出功率接收机的负载上获得的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。三、系统总述（包含整体原理框图及其工作原理说明） 调频接收机的工作原理天线 高频放大混 频低频功放 输入回路中频放大本机振荡 图一 调频接收机组成框图一般调频接收机的组成框图如图一所示。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，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。调制信号（低频信号）去控制载波信号的幅度而实现的调制称为调幅；同样，若用调制信号去控制载波的频率或相位而实现的调制分别称为调频或调相。由于调频或调相两种调制都改变了载波的瞬时相位，通称角度调制。在模拟调制中，调频具有较为优越的性能，因此，调频技术广泛应用于立体声广播、电视伴音、无线麦克风、微波传输及卫星通信。同样，完整的调频通信系统也由发射机与接收机两部分组成，与调幅通信系统比较，除了调制与解调的原理方法不同外，其他部分如超外差变频接收技术、中频放大电路等基本相同。因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调频电路的性能指标，一般有以下几方面的要求： 1线性的调制特性。即已调波的瞬时频率变化与调制信号成线性关系。 2 具有较高的调制灵敏度。即单位调制电压所产生的振荡频率偏移要大。 3. 最大频率偏移与调制信号频率无关。 4. 未调制的载波频率（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。 5. 无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。1改变振荡回路的元件参数实现调频在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容C。在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。2控制振荡器的工作状态实现调频在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子发射极上的发射极电压。因此，只需将调制信号加至发射极即可实现调频。若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。 间接调频原理：调频波的数学表示式，在调制信号为u(t)时，为 uFM(t)=Ucm cosct+kf （2-1）可见调频波的相位偏移为kf ，与调制信号u(t)的积分成正比。若将调制信号先通过积分器得 ，然后再通过调相器进行即可得到调制信号为 的调相波，即 u(t)=Ucm cosct+kP 因此，调频可以通过调相间接实现。通常将这样的调频方式称为间接调频，这样的调频方式采用频率稳定度很高的振荡器作为载波振荡器，然后在它的后级进行调相，得到的调频波的中心频率稳定度很高。四、单元电路设计与仿真（电路图及其仿真效果图要配有较详细的文字说明）4.1 双差分对构成的乘法器混频电路混频电路是将放大后的高频信号的频谱从高频段搬移到固定的中频段，使其得到更好的放大效果。其电路图和仿真波形图如图4-3和图4-4所示。图 4-3双差分对构成的乘法器混频仿真电路 4.1.1双差分对构成的乘法器混频电路仿真 4.1.2 双差分对构成的乘法器混频电路仿真4.2 高频谐振放大器电路高频功率放大器的目的：放大高频大信号使发射机末级获得足够大的发射功率。高频功率信号放大器使用中需要解决的问题：高效率输出 高功率输出谐振功率放大器与小信号谐振放大器：相同之处：它们放大的信号均为高频信号，而且放大器的负载均为谐振回路。不同之处：为激励信号幅度大小不同；放大器工作点不同；晶体管动态范围不同。高频功率放大器的主要功用是放大高频信号, 并且以高效输出大功率为目的, 它主要应用于各种无线电发射机中。 图 4 2.1 晶体管高频功率放大器的原理线路 图4 2.1是一个采用晶体管的高频功率放大器的原理线路, 除电源和偏置电路外, 它是由晶体管、 谐振回路和输入回路三部分组成的。高频功放的外部特性 高频功放是工作于非线性状态的放大器, 同时也可以看成是一高频功率发生器 1高频功放的负载特性 负载特性是指只改变负载电阻RL, 高频功放电流、 电压、 功率及效率变化的特性。 2高频功放的振幅特性高频功放的振幅特性是指只改变激励信号振幅Ub时, 放大器电流、 电压、 功率及效率的变化特性。 4.2.1高频谐振放大器电路 4.2.2高频谐振放大器电路仿真 4.3 中频谐振放大器电路 中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。下图（a）是LC单调谐中频放大电路，图（b）为它的交流等效电路。图中B1、B2为中频变压器，它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换的作用，因此，中频变压器是中放电路的关键元件。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了接收机的选择性。 由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带Bf2- f1fd/QL，式中QL是回路的有载品质因数。QL值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之,通频带愈宽，选择性愈差。 图4.3.1中频谐振放大仿真电路如 图4.3.2 中频谐振放大电路波形4.4 乘积型相位鉴频器检波电路有相干检波和非相干检波两大类，其中相干检波中又包含有乘法型相干检波和加法型相干检波两类。在这个报告中主要对加法型相干检波原理进行描述。其电路原理图和和仿真图如图4-7和图4-8所示。 4.4.1乘积型相位鉴频电路4.4.2乘积型相位鉴频电路4.5 低频功率放大器电路在调幅接收系统中，低频功率放大电路的特性直接决定了负载的工作状态。它是为负载提供功率的放大电路。其电路图和仿真波形图如图4-10和图4-11所示。图4-10低频功率放大器电路仿真图 图4-11低频功率放大器电路仿真波形低频功率放大器是对解调出来的单音频信号进行功率放大，以驱动负载工作。如图4-11所示，上面的波形为景低频功率放大后的信号波形，明显比下面的波形幅值大。因为其工作在丙类状态，工作效率高。五、整机电路设计图 下图是整机电路图，从左到右，从上到下分别为高频功率放大电路、二极管单平衡混频电路、中频放大器电路、双失谐回路斜率鉴频电路和低频功率放大电路。六、高频实验平台整机联调 2页如下图7-1、7-2、7-3所示分别为接收到的调幅小信号、经混频器后产生的中频信号和解调出来的低频信号。图6-1 接收到的调频小信号图6-2 中频信号 图6-3 解调后的信号七、设计总结 在本次课程设计中，我们组做的是调频接收系统整机电路设计，我主要做的有三个，分别是1）设计单差分对构成的乘法器混频电路路2）设计高频谐振放大器电路3）设计叠加型相位鉴频器。作为一名通信工程专业大三的学生，我觉得这次课程设计非常有意义。它是我们将所学到的数电，模电，高频，通信原理的知识得以应用。通过此次课程设计，我不仅加深了对单差分对构成的乘法器混频电路路，高频谐振放大器电路，叠加型相位鉴频器等电路理论的理解，而且对它们的仿真实现有了进一步的了解。在拿到设计题目后的几天里，在图书馆查阅了相关资料，并且在网上查阅了大量的调频接收机设计的资料，并且整理了它们。通过这次课程设计让我了解了无线电信号的产生，发射和接收过程，尤其是懂得了接收的完全工作原理，在今后的时间工作中，它将带给我无穷的设计思路和指导。本次对调频接收机的设计与制作后，我了解了设计通信电子线路电路的过程，也了解了关于调频接收机的原理与设计理念。在对电路进行仿真过程中出现了各种各样的问题，主要问题如下：1、仿真参数设置不合理而导致仿真软件不能够对电路进行仿真计算；2、高频放大器部分由一个高频小信号放大器构成，再仿真过程中，由于参数设置问题和元件选择问题，是得输出没有波形。解决方案即调节可调电阻和可调电容的值，设置正确的晶体管直流工作电压。通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，话费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行原因，最后还是在老师的耐心指导下，是整个电路可以稳定工作。设计过程中我深刻的体会到在设计过程中，还需要反复实践，其过程很可能相当繁琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。从这次课程设计中，我学到了不少的知识，用压力给了我一个复习的机会，巩固了基础知识；初步懂得了把书本和实际相结合；在以往的学习中，我总觉得对课本的知识不理解不会融会贯通，在这次的设计中，我真正把理论与实践联系起来，失望所学的高频知识得到了运用，我就得我的能力有了更进一步的提高。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。八、参考文献 1 Multisim11 电路设计及仿真应用 清华大学出版社 2012年7月2 高频电路原理与分析。西安电子科技大学出版社。曾兴雯，刘乃安 2006年7月3 通信电子线路 主编：候丽敏 清华大学出版社 2008年12月4 电子线路设计、实验、测试 主编：谢自美 华中理工大学出版社5 高频电子线路实验平台说明书 南京润众科技有限公司通信电子线路课程设计报告书撰写格式要求报告书依次由封面，目录，正文等部分组成。正文共八部分（含附件），内容如下：一、前言（包含设计目的） 二、设计指标 1页 2.1 2.2 2.N 三、系统总述（包含整体原理框图及其工作原理说明） 23页 四、单元电路设计与仿真（电路图及其仿真效果图要配有较详细的文字说明）4.1 1页4.5 1页4.6 1页（要求能够提供五个以上单元电路及仿真，内容涵盖大部分原理框图）五、整机电路设计图 2页六、高频实验平台整机联调 2页六、设计总结（包含承担具体设计任务、设计过程、学习心得及建议等） 1页七、参考文献 1页1 2 N 附件1