调频接收系统整机电路设计课程设计

1、目录一、前言1二、设计指标12.1 工作频率范围12.2 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2四、单元电路设计与仿真44.1 单差分对构成的乘法器混频电路44.2 高频谐振放大器电路54.3 中频谐振放大器电路74.4 叠加型相位鉴频器84.5 低频功率放大器电路94.6 本机振荡器11五、整机电路设计图12六、高频实验平台整机联调136.1、分级安装与调试136.2、整机联调时常见的故障分析136.3、调幅接收机实验步骤13七、设计总结15八、参考文献1616摘要在本次课程设计中，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

2、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。关键词：高频 调频接收 混频 鉴频 mutisim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

3、，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。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。二、设计指标 2.1 工作频率范围接收

4、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88108mh，是因为调频广播收音机的工作范围也为88108mhz 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。

5、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 本 接收天线本机振荡 混频 高频放大 输入回路低频功放 鉴频器中频放大 图1 整体原理框图 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

6、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

7、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

8、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

9、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 （1-1） 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 （1-2） 因此，调频可以通过调相间接实现。通常将这样的

10、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 4.1 单差分对构成的乘法器混频电路因为中频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。下图为单差分对乘积型混频电路仿真图。 图2 单差分对构成的乘法器混频电路 图3 单差分对构成的乘法器混频电路仿真波形 4.2 高频谐

11、振放大器电路 高频放大器与低频放大器的主要区别是二者的工作频率范围和所需通过的频带宽度都有所近谐振频率的信号有较大的增益。对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内。它的主要质量指标有增益、通频带、选择性。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

12、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 晶体管高频功率放大器的原理线路 图4 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。 图5 高频谐振放大器电路 图6 高频谐振

13、放大器电路仿真4.3 中频谐振放大器电路中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。 对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率f0高，通频带b= f0/ql= 宽， 故高放回路的q值越高越好，这时不必顾虑b太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。中频放大电路的任务是把变频得到的中频

14、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。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，从而完成选频作用，提高了接收机的选择性。 图7 中频放大电路原理图 图8 中频放大电路电路仿真波形图4.4 叠加型相位鉴频器普通鉴频器的工作原理是：首先将已限幅的调频波转换成包络也按原调制信号规律而变化的调频波，然后经过包络检波器来检出调制信号。由于ric

15、e噪声的存在，使得调频接收会出现门限效应而无法正常接收信号，由此出现了门限扩展鉴频器。锁相鉴频器能够有效地降低调频接收门限，提高接收灵敏度。鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。鉴频原理是：先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此，实现鉴频的核心部件是相位检波器。鉴相器有多种电路，一般可分为双平衡鉴相器、模拟乘积型鉴相器和数字逻辑电路鉴相器。 其中模拟鉴相器又分为乘积型和叠加型鉴相器。频率相位转换网络（移相网络）：将输入调频波信号的频率变化转换为相位变化，即完成调频调相变换。输出的相位变化应该与输入德调频波频率变化呈线性

16、关系。 鉴相器：将输出的相位变化转换为电压变化； 图9 叠加型相位鉴频器图10 叠加型相位鉴频器仿真图11 叠加型相位鉴频器仿真4.5 低频功率放大器电路 低频功率放大器是一种能量转换电路，在输入信号的作用下，电路把直流电源的能量，通过前置放大级，功率放大级，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载。整个电路主要由阻抗匹配电路、前置弱信号放大电路、功率放大电路组成。阻抗匹配电路，即电压跟随器，完成输入信号与放大电路之间的阻抗匹配；前置放大电路主要是对输入信号进行电压放大；功率放大电路完成对电压、电流的放大，为负载提供能量，增加带负载的能力。设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能

17、。由于低频功率放大器运行中的信号幅度，如电压、电流都很大，其突出的问题是要解决非线性失真和各种瞬态失真。因为，功率放大器的主要任务是在不失真的前提下放大信号的功率。常见的音频功率放大器电路可以分为甲类，乙类和甲乙类三种。另外为了完全消除甲乙类和乙类功率放大器产生的交越失真，又出现了超甲类放大器和直流放大器等等。可供选择的方案有很多。根据设计题目要求，功率放大可由分立元件组成，也可以由集成电路完成。当然如果电路选择的好，参数恰当，元件性能优越，制作调试得好，则由分立元件组成的功放的性能还有可能高过集成功率放大器 图12 低频功率放大器电路图 图13 低频功率放大器电路仿真4.6 本机振荡器 本机

18、振荡器：超外差接收机中，对不同接收频率都产生高一个中频的射频的振荡器。 被接收信号与射频振荡在变频器中进行频率变换，产生调幅中频。中频一般为465千 赫。为跟踪调谐，采用连轴的双连电容器实现统调。 图14 本机振荡器电路图 图15 本机振荡器仿真效果图五、整机电路设计图 六、高频实验平台整机联调 6.1、分级安装与调试电路的调试应先调整静态工作点,然后进行性能指标的调整,调试的顺序是先分级调试,然后从前级单元电路开始,向后逐级联调。在调输入回路和高频放大器的调谐回路时,要注意测试仪表不能接入被调试级的调谐回路.当信号从 a点输入(见总电路图)调输入回路的时,测量仪表应接在b点或c点,调第一级高

19、频放大电路的时,测量仪表应接在d和e点.调整高频调谐回路时,前后级会相互影响,因此应前后级反复调整。6.2、整机联调时常见的故障分析调试合格的单元电路在整机联调时往往会出现达不到指标的现象,产生的原因可能是单级调试时没有接负载,或是所接负载与实际电路中的负载不等效,或是整机的联调时又引入了新的分布参数.因此整机调试时需仔细分析故障的原因.整机联调时常见的故障有: 高频放大级与解调级相联时增益不够,产生的原因可能是解调器输入阻抗引起第三级高频放大电路的调谐回路失谐,可重新调整第三级调谐回路,使回路调谐. 当接收机接收发射机发出的信号时,可能会出现无音频输出的现象.产生的原因可能是本振信号与接收信

20、号之间的频率误差较大.可校正接收机与发射机的本振频率,使二者的频率差小于30hz.6.3、调幅接收机实验步骤 在做该实验时，我们先不用发射机发出信号，而直接用集成乘法器幅度调制电路产生的调幅波送到谐振放大器输入端，幅度调制模块上的载波设置为双调谐放大器模块上标注的频率，音频信号设置为1khz的正弦波。输出的调幅波幅度为100mv左右。频率高达2.5mhz，经混频输出2.5mhz的调幅波输入中放，中频放大后经检波得到与高频信号源中调制信号相一致的低频信号，该低频信号输入底板上低频功放即可在扬声器中听到声音。因此，实验步骤如下： 1、按原理图连接，插好所需模块（调谐回路谐振放大器模块必须插在底板d

21、的位置），用铆孔线将各模块输入输出连接好，接通各模块电源。 2、将幅度调制电路载频设置为6.3mhz，音频设置为1khz正弦波，调幅波的幅度调整为100mv左右。 3、lc振荡器的频率设置为8.8mhz。 4、用示波器测试各模块输入输出波形，并调整各模块可调元件，使输出达最佳状态。 5、示波器波形显示如下： 调谐放大器2tp02 6.3hz 中频放大器1tp02 2.5mhz 二极管放大器10tp04 500hz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。

22、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