调频接收机课设说明书毕业设计

目录1课程目的12原理介绍121设计思路122工作原理23具体实施方案231方案论证232硬件及软件电路部分333系统调试和分析94结论1441指标分析1442改进与提高145总结15附录16参考文献181课程目的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、计算调频接收机的各单元电路高频放大、混频、本地振荡器、中频放大、鉴频及低频功放。初步掌握调频接收机的调整及测试方法。2原理介绍21设计思路整个电路由六部分组成，分别为高频放大、混频、本地振荡器、中频放大、鉴频及低频功放。（1）高频放大高频放大器是用来放大高频信号的器件（在接收机中，高放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频。这样做的好处是回路谐振能抑制干扰；并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。（2）混频混频是将高频放大信号和本振信号混合，输出一个中频信号，在调频电路中，本振信号必须是独立的，这是与调幅电路最大的一个区别。混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。（3）本地振荡器本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号混频，得到一个中频信号。（4）中频放大如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以接收机的选择性指标很高。超外差式接收机能够大大提高收音机的增益、灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成接收。（5）鉴频在鉴频器部分，采用比例鉴频器，普通鉴频器的线性范围较宽，调整较易，但在鉴频器前必须加上一级限幅器，而比例鉴频器则不需要但是为了得到良好的限幅特性，必须仔细调整比例鉴频器的工作状态与电路参数，也可以在前一级加一个限幅器。（6）低频功放一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。因为本次设计是音频信号，所以采用运算放大器效果比较好。22工作原理电路的开始部分是由高频放大电路和本振信号混频，输出一个中频信号。因为这是调频接收机，所以混频电路和调幅接收机有着明显的不同，在调频电路中，本振电路是独立的。在放大电路部分，采用场效应管共源极放大电路。本振电路才用LC振荡电路，两个信号分别输入混频器，得到一个中频信号。为了得到高的增益，而整个电路的增益取决于中放，同时也抑制了邻近干扰。在中频放大电路的输出端，接一个限幅器，其目的是如果直接接鉴频器，很可能得到很多不需要的波形，用滤波器很难滤除，所以在鉴频器的输入端加一级限幅器，去除不需要的波，使输出更为纯净。鉴频器是将原调制信号解调出来，在本次设计中采用比例鉴频器。为了能够得到我们所需要的效果，在电路的最后采用低频放大电路。调频接收机的原理框图如图21所示。图21调频接收机原理框图3具体实施方案31方案论证理解低频功率放大电路的工作原理，掌握功率、效率的测量方法，学会设计比较器，将正弦波转换为方波信号，学习集成功率放大器基本技术指标的测试，巩固和加深对电子电路基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。前置放大本实验由弱信号前置放大级、交换电路、功率放大级等部分组成。前置放大级用来放大输入的信号，以推动后面的功率放大器。放大电路有很多，但是弱信号的前置放大电路必须要由低噪声、高保真、高增益的集成电路。符合运放有NE5532、OP07、LM318等。这个实验中，采用的是NE5532和LM318，NE5532具有高精度、低噪声、高阻抗、宽频带等优良的性能，能使电路的指标大大的提高。功率放大功率放大有两种的方式，一种是用分立元件构成OCL电路，一种是用专用的功放集成芯片。其中，集成功放具有工作可靠，外围电路简单保护功能比较完善等有点，分立元件比较复杂，只有有一个环节出现问题，则性能就会低于集成功放，所以本实验采用的是用集成功率芯片做功率放大电路。波型转换正弦波型转换为一般用比较器或运放做成的比较器电路实现。常用的比输入回路高频放大混频本地振荡器中频放大鉴频低频功放较器有过零比较器，任意电平比较器，滞回比较器。过零比较器和任意电平比较器都属于单限比较器，但输入电压在在阈值电压附近任何微小的变化，都将引起输出电压的跃变，因此单线比较器抗干扰能力差，不予采用。在这里我们用滞回比较器，因为它有惯性，具有一定的抗干扰能力；且若两个阈值时，就可以输出占空比接近于21THTU50的方波信号，可以达到题目要求。方案一用运放做比较器电路，利用正反馈电路，将小的交流信号转化为峰峰值比较大的方波信号，再经过电阻的分压，可以得到信号比较小的方波信号；将分压电阻换成滑动变阻器，可以通过调节滑动变阻器，得到峰峰值为200MV的方波信号；运放的输出端加入两个正负极性相反的稳压管，用来控制输出电压的幅值，使输出信号稳定在一定范围内。另外，为达到输出方波的上升下降时间小于1S和双极性方波,要求使用的运放为压摆率较高且为双电源供电的运放。方案二用比较器做成的比较器电路，比较器的功能是比较两个电压的大小，从而输出电压的高或低电平。电压比较器结构简单，灵敏度高，压摆率比较大，容易达到实验要求。这里我们用电压比较器LM311仿真后，发现LM311只能输出单极性，若用其他高速比较器，性价比较低，市场上也很难买到，所以此方案不采纳。32硬件及软件电路部分弱信号前置放大级设计（1）电路的组成因为实验要求，前置放大电路的输入端接地时，在8的负载上的噪声功率要小于10MV，所以要尽量减小噪声。为了选用低噪声芯片，所以用NE5532构成前置放大电路，为了提高前置放大电路的输入电阻和共模抑制比，必须采用同相比例放大电路。（2）测量放大器原理图图31测量放大器原理图（3）工作原理为了阻抗匹配，增大输入电阻，在前置放大电路的前面设计了电压跟随器，由题目可知，在功率放大的8负载上要获得额定输出功率W，根据10ORPV（31）65282ORLOMUMV（32）3561MININMV（33）8702AXIOMDB（34）51LOGDB（35）623由上式可知，整个电路的放大倍数要介于182530倍之间，即在25DB68DB之间手动可调，有因为单级的放大倍数大概在20DB左右，因此要采用两级前置放大，再加上一级功率放大来达到实验的要求。（4）电路仿真的原理图图32电路仿真的原理图（5）各电阻阻值的确定前置放大电路由NE5532用电压跟随器和两级同相比例放大电路组成。其中电压跟随器，实现了阻抗匹配，增大输入电阻。V（36）6512082ORLOMPUMV（37）3561MININMV（38）8702AXIOM由上式可知，电压的放大倍数要达到182530倍，又因为NE5532采用正负12V电压供电，题目要求峰峰值10MV14V输入，电路放大的电压超过20V会失真，所以第一级设计放大13倍，这样14V输入的时候，放大13倍，约为18V不超过20V，就不会失真。由于第一级放大13倍，则（39）132R电阻的取值不宜过大，取1K，由上式可知，12K。23其中，（310）324/由上式可知，所以平衡电阻约为1K。4R为了使输出电压放大倍数可调，所以在第一级和第二级之间加了电位器进行分压，取电位器K。105R第二级同相比例放大电路中，和第一级的差不多，因为要实现最大放大倍数为2630，假设功率放大部分放大10倍，第一级放大13倍，为了提高输出功率，第二级放大倍数设为21倍。（311）2167R电阻的取值不宜过大，取1K，由上式可知，20K。67（312）68/由上式可知，平衡电阻约为1K8R（6）PCB板设计图33前置放大电路PCB变换电路设计（1）电路的组成用运放做比较器电路，利用正反馈电路，将小的交流信号转化为峰峰值比较大的方波信号，再经过电阻的分压，可以得到信号比较小的方波信号；将分压电阻换成滑动变阻器，可以通过调节滑动变阻器，得到峰峰值为200MV的方波信号；运放的输出端加入两个正负极性相反的稳压管，用来控制输出电压的幅值，使输出信号稳定在一定范围内。另外，为达到输出方波的上升下降时间小于1S和双极性方波,要求使用的运放为压摆率较高且为双电源供电的运放。（2）变换电路原路图图34变换电路原理图（3）电路的原理上图中，和构成正反馈回路，对输出的波形具有分压作用；由两个相反1R23RZU极性的稳压二极管构成，用来限制输出信号的幅值；之后和电路为一个分压电路，4R5最后由一个电压跟随器加在输出端，以提高带负载能力。（4）各电阻和电容的确定若设电阻100，题目中输入信号为1KHZ，幅值没有要求，经过第一级正反馈，1R输出电压的幅值达到电源电压5V，但由于稳压管的存在，V，电路OU92ZOU中所用的稳压二极管是反向稳压幅度为22V，正向为07V。假定输入电压为MV,为了保证输出的信号为方波信号，则,即0ITHI28K,因此取33K，阻值任意，可取100；2R23为分压电路，取值分别为10K和5K。54（5）电路仿真的原理图图35电路仿真的原理图（6）PCB板设计功率放大电路设计（1）电路的组成功率放大的芯片有TDA2040A、TDA1514，但TDA2040A的功率裕量不大，TDA1514的外围电路比较复杂，又容易自激。而LM1875是一款功率放大集成块，它的优点是外围电路简单，输出的功率大，芯片内部有感性负载反向电势安全工作保护，又容易制作和调试，所以本实验选用LM1875芯片作为功率放大的芯片。（2）测量放大器原路图（3）各电阻和电容的确定为了阻抗匹配，同相输入端1M，和组成了高通滤波器，令10R2C1R100K，47F，则截止频率1R2CHZ10W所以达到了实验的要求。LPRU286342当输入的幅值为700MV时分析从下图可以看出，当输入幅值为700MV时，输出电压的峰峰值为348V，根据189W10W所以达到了实验的要求。LPRU28342图311前置放大输入幅值700MV（2）带宽分析当输入的幅值为5MV，频率为50HZ时图312前置放大输入频率50HZ分析从上图可以看出，当输入幅值为5MV，频率为50HZ时，输出电压的峰峰值为334V，根据174W10W所以达到了实验的要求。LPRU28432当输入的幅值为5MV，频率为10KHZ时图313前置放大输入频率10KHZ分析从上图可以看出，当输入幅值为5MV，频率为10KHZ时，输出电压的峰峰值为334V，根据174W10W所以达到了实验的要求。LPRU2842效率分析图314前置放大输出电压峰峰值348V分析如上图所示输出电压的峰峰值为348V，所以输出的功率为W（318）9182342）（LPORU又因为（319）IOMR其中123V（320）2POMU834由上式得，A（321）54139OMRI又因为功率放大级用正负18V的电压供电，所以U154182766W（322）IP电源所以，55，所以符合实验的要求。368102798电源效率OR输出噪声功率分析图315前置放大输入端接地分析如上图所示，当输入端接地时，在输出端8负载上，输出的电压为352PV，输出的噪声功率远远小于10MV，所以符合本实验。（3）变换电路和功率放大测试输入信号为大于200MV,频率为1KHZ时图316变换电路输入信号为大于200MV分析在输入端加1KHZ，幅值为200MV的正弦信号，通过滑动变阻器的调试，可以输出200MV的方波，由仿真图可以看出，输出的方波为200MV,上升下降时间分别为831NS和824NS,可以达到题目要求。用方波激励放大通道时，在8的情况下LR图317变换电路负载8分析由上图可以看出，信号经过放大之后，输出的电压峰峰值为358V，所OMU以输出的额定功率W10W可以达到题目要求。054823）（LPORU将方波与功率放大连在一起时的上升和下降时间分析由下图可以看出，当方波输入到功率放大电路中时，上升的时间为164S12S，下降时间为161S12S，所以满足实验的要求。图318变换电路上升和下降时间4结论41指标分析（1）从上面的实验现象可以看出，额定输出功率、带宽、非线性失真系数、效率、交流噪声功率、方波的频率、上升和下降时间等都达到了实验的要求。（2）对于功率放大器，有不同的方法来做，可以有分立的元件做，也可以用集成的功率芯片来做，功放芯片也有很多不同的种类，对于不同的功率芯片要合理的选中，有的功率比较小，达不到实验的要求，有的外围的电路比较复杂，所以也要舍去。本实验选用的是LM1875，它是一种比较好的功率芯片，但是也有它的缺点，它是美国国半公司生产的，可是它两年前就停产了，所以现在市场上买到的大多是假的，这是这款芯片的不足之处。（3）1KHZ正弦波经过比较器输出的方波抖动比较厉害,抖动较多的话，可以减小。电容消抖不能加在输出端，否则，输出方波的边沿会变得较平坦后，后续测量12/FFR电路又会产生抖动。如果调节还不能解决问题，可以在滞回比较器的输入前加12/FFR一个无源的RC低通滤波器。（4）对于波型转换而言，通过改变电阻的阻值来减小阈值电压，可以实现更小信号的输入而输出方波信号，但是上升下降时间就会随之增大，这个问题尚未得到解决（5）通过本次的实验，熟悉了NE5532和LM1875芯片，懂得了音频功率放大器的基本工作原理，对于前置放大部分，我用的是一个电压跟随器和两级的同相比例放大构成的，在实验过程中，通过一步一步的调试，以达到了实验的要求，在这过程中学到了很多的东西，增添了对电子的兴趣。（6）本次的实验基本达到了实验的要求，但由于自身的知识还比较局限，学到的知识还没有那么完善，实验的结果存在少许误差，以后我会在这方面多花时间，培养自学能力和解决实际问题的能力，以后我会做的更好。42改进与提高（1）就波型转换而言，可以尝试用其他高速比较器实现，可以达到输入最小电压幅值更小且上升下降时间更低，但目前还尚未找到。（2）就波型转换而言，输入端可以加一个比例放大电路模块，可以提高输出电压的带宽，可达到5700MV的正弦波输入，实现200MV的方波输出。（3