任务一超外差收音机原1

1、任务一超外差收音机原理人类自从发现能利用电波传递信息以来，就不断研究出不同的方法来增加通信的可靠性、通信的距离、设备的微形化、省电化、轻巧化等。接收信息所用的接收机，俗称为收音机。目前的无线电接收机不单只能收音，且还有可以接收影像的电视机、数字信息的电报机等。随着广播技术的发展，收音机也在不断更新换代。自1920年开发了无线电广播的半个多世纪中，收音机经历了电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机的三代变化，功能日趋增多，质量日益提高。20世纪80年代开始，收音机又朝着电路集成化、显示数字化、声音立体化、功能电脑化、结构小型化等方向发展随着现在社会的快速发展，人们都电子产品的要求越来越高，因

2、而电子产品无论从制作上还是从销售上都要求很高。要制作一个应用性比较好的电子产品就离不开高频电路，大到超级计算机、小到袖珍计算器，很多电子设备都有高频电路。高频电路大部分应用于通信领域，信号的发射、传输、接收都离不开高频电路。通信技术在我们的生活中广泛应用，而我所学的是电子信息工程，有一部分涉及的是通信技术，所以对于这次设计，我选择了超外差式调幅接收机。在以前应用最广泛的是调幅接收机，随着科学技术的发展，出现了超外差式调幅接收机。所谓超外差。而我们所研究是的调幅超外差超外差接收机。1947年、美国贝尔实验室发明了世界上第一个晶体管，从此以后开始了收音机的晶体管时代并且逐步结束了以矿石收音机、电子

3、管收音机为代表的收音机的初级阶段。1956年，西德西门子公司研制成了超高频晶体管，为调幅晶体管收音机创造了必要的条件。1959年日本索尼公司生产了第一代调幅晶体管收音机1961年，美国研制了集成电路。随后1966年，日本利用这一技术设计了世界上第一台集成电路收音机，开始了收音机工业的又一场技术革命。从此收音机向着小型化、系列化、集成化、低功耗、多功能的方向发展。在本次设计中，其目的是得到一个超外差调幅接收机机。在超外差式调幅接收机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、鉴频、低频放大六个部分。整个电路的设计必须注意几个方面。选择性好，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干

4、扰抑制下去，效果最好。如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。总的来说，设计一部接收机时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标图3-2为调幅超外差收音机的工作原理方框图，天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，我国中频标准规定为465KHZ）一起送入变频管内混合变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频

5、率即通过差频产生的中频（实习图3-2中B处），中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大，中频信号经检波并滤除高频信号（实习图3-2中D处）。再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。本机工作原理简述。电路图见实习图3-3所示C1、B1组成天线输入回路。VT1、B2、B1、C组成变频级。VT1为变频管。初级线圈与C构成变频级负载。C1、B2组成本机振荡电路，C6为振荡耦合电路，VT2、VT3组成中频放大电路，2AP9为检波电路，R9为音量电位器（带电源开关），C16为高频耦合电容。VT4、VT5为前置低频放大级、VT6、VT7组成乙类推挽功率放大器。R16、

6、C21、C17为电源波波电路。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R12、R10、R11、R13、R17、R18为各级的直流偏置电阻。任务二射频放大器随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而射频宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。所以增益高、频带宽，且增益可调的放大器就提供更多的方便，更受欢迎。为此我们设计这样一个放大器是非常有意义的。功放模块中，主要检测和控制参数为电源电压，各放大管的工作电流，输出功率，反射功率，过温度和过激励保护等，图1为实现上述检测控制功能的方框图

7、，它由取样放大电路，V/F变换，隔离电路，F/V变换，A/D转换，AT89C51，显示电路和输出保护电路等组成。1、 隔离电路在功放模块中，由于大功率器件的应用，往往单个模块的输出功率都比较大，因而对小信号存在较大的高频干扰，如处理不好，就会影响后级模数转换电路工作，从而导致检测数据不准确，显示数据跳动的现象，甚至出现误动作。这里采用光电耦合器进行隔离，由于光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，从而将模拟电路和数字电路完全隔离，保障系统在高电压、大功率辐射环境下安全可靠地工作。2、LM331频率电压转换器V/F变换和

8、F/V变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。    图2是由LM331组成的电压频率变换电路，LM331内部由输入比较器、定时比较器、RS触发器、输出驱动、

9、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。当输入端Vi输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使RS触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使RS触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电电压等于

10、输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使RS触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压频率变换。其输入电压和输出频率的关系为：fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2)  由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。    同样，由LM331也可构成频率电压转换电路。   

11、 3、数据处理电路    数据处理电路包括A/D数模转换ADC0809、 AT89C51单片机和显示电路等组成。ADC0809是采用CMOS工艺制成的八位八通道单片A/D逐次逼近型转换器，逐次逼近型转换器包括1个比较器，1个数模转换控制器，1个逐次逼近寄存器(SAR)和1个逻辑控制单元，转换中的逐次逼近是按对分原理由控制逻辑单元完成的，它原理简单，便于实现，不存在延迟问题。AT89C51是一个高性能的8位单片机，片内带有4k字节的FLASH可编程可擦除只读存储器，其指令系统与MCS-51完全兼容，因而可方便地应用各种控制领域。在设计中，P0口作为数据口，P1口作为

12、开关量输入输出控制，P2作为显示模块和ADC0809的地址控制线，INT0端为键盘中断输入端，由此组成一个简单的单片机测量系统。    经过LM331 F/V变换后的电压信号，送入ADC0809进行数模转换，AT89C51单片机实时读取数模转换后的数据，通过内部软件的计算后，把结果送到显示屏显示，显示内容主要为各功放管的电流，电源电压，输出功率和反射功率等。输入的开关量检测信号经光电隔离后直接送入AT89C51的P1口。显示电路采用16×2字符点阵液晶显示模块，该显示模块具有内置192种字符（5×7点字型），指示功能强，可组成各种输入，显示和移

13、位方式等功能，且与MCS51系列单片机接口简单，软件编程简单等特点。    二、 软件设计    软件基本结构框图3。主程序主要是循环采集模拟量和开关量信号，并根据信号类型进行计算，所得值送到液晶屏显示，同时根据控制要求，输出控制信号，以实现对功放模块的控制、报警和保护功能。  键盘中断子程序主要用于查看显示内容，设置一些如报警参数和RS232通信波特率等。RS232通信目的是把单个功放模块的数据传送给整机的控制单元，由整机总控制模块进行处理和显示，以实现远程控制和服务器连接。   

14、三、结论   本文介绍的功放模块检测控制单元，由于存在于高功率和强磁场辐射的应用场合，因此关键在于解决信号在采集和传输过程的高频干扰和输入输出电路的隔离措施，同时对软件的数字波也要求较高。任务三 收音机中的功率放大器随着微电子技术的发展，人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。而射频宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。所以增益高、频带宽，且增益可调的放大器就提供更多的方便，更受欢迎。为此我们设计这样一个放大器是非常有意义的。该功放不仅具有一般集成电路轻便小巧，成本低廉，外部接线大大

15、减少，可靠性高的特点；而且还具有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等优点，此外它还可以将各种保护电路，如过流保护、过热保护以及过压保护等也集成在芯片内部，使用更加安全任务四 收音机中的振荡器振荡器应用在在许多不同类型的电子设备中。比如说，石英表使用石英晶体振荡器跟踪时间。还有调幅收音机发射机使用振荡器为电台创建载波，调幅收音机接收机使用称为谐振电路的特殊形式的振荡器进行调谐。以及在计算机、金属探测仪甚至眩晕枪中都有振荡器。 下面我们就要从生活中找到振荡器，并且分析其工作原理。比如说最常见的振荡器之一就是时钟的钟摆。如果推动钟摆开始摆动，它就会以某种频率振荡每秒钟会来回摆动一定

16、的次数。控制频率的主要是钟摆的长度。要使物体振荡，能量必须在两种形态之间来回转换。例如，在钟摆中，能量在势能和动能之间转换。当钟摆位于摆动的一端，其能量全部是势能，并准备落下。当钟摆在循环的中间，所有势能转换为动能，钟摆以最快的速度移动。当钟摆向另一侧运动时，所有动能又转为势能。这两种形态间的能量的转换就是导致振荡的原因。 最后由于摩擦的作用，任何物理振荡都会停止。要继续运动，必须在每次循环中添加少许能量。在摆钟里，保持钟摆移动的能量来自弹簧。钟摆在每次敲钟时都得到一点推力，以弥补因摩擦而失去的能量。电子振荡器的工作原理与之相同。振荡器要正常工作，能量必须在两种形态之间来回转换。将电容器和电感

17、器连接在一起，即可制成一个非常简单的振荡器。如果您阅读过电容器工作原理和电感器工作原理，就会知道电容器和电感器都能储存能量。电容器以静电场的形式储存能量，而电感器则使用磁场。假设有这样一个电路： 如果用电池为电容器充电，然后将电感器插入电路，将会发生以下情况： 1. 电容器将通过电感器开始放电。同时电感器将建立磁场。 2. 一旦电容器放电完毕，电感器将尝试保持电路中的电流，为电容器的另一个板充电。 3. 当电感器的磁场消失后，电容器已再次充电（但充电极性相反），将再次通过电感器放电。 这种振荡将持续，直到金属线中的电阻耗完能量为止。该振荡频率取决于电感器和电容器的大小。在简单的晶体收音机中，一

18、个由电容器或电感器组成的振荡器充当收音机的调谐器。它通过以下方式连接到天线和地线： 然后来自于不同电台的成千上万的正弦波会到达我们使用的天线。电容器和电感器要以一个特定的频率谐振。符合此特定频率的正弦波将被谐振电路放大，而所有其他频率都将被忽略。在收音机中，谐振电路中的电容器或电感器都是可调的。当我们转动收音机上的调谐旋钮时，就是在进行调节，比如调节可变电容。改变电容器会改变谐振电路的谐振频率，由此也会改变谐振电路所放大的正弦波频率。这就是我们如何“收听”收音机的不同电台！ 真是运用的振荡器的工作原理达到的这样一个效果。 任务五 收音机中混频与检波电路超外差收音机中把接收来的外来信号

19、频率变换为465KHz（或450KHz）的固定中频信号，并通过这种方式来提高收音机的灵敏度及邻道选择性。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。一般来说，如果器件本身即产生振荡信号又实现变频，则称之为变频器；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。现在多将它们混为一谈。混频电路实现了信号频谱的搬移，在理论上主要是通过两个信号相乘来实现。如设输入信号Fs（t）Cos(at)，本地振荡信号Fo（t）Cos(

20、bt)，a、b代表频率，若在混频器中实现相乘，则输出FiFs*Fo，由三角变换式可知其中含有Cos(a-b)t，从而实现了频谱搬移。二、 常见混频电路主要由三类：老式的晶体管混频器，通信中常见的二极管混频器和收音机中常用的差分对混频器。这三类中又根据不同的电路再分类，我们这里只就他们的基本原理和特性进行讨论，不再详细的分析具体电路。1. 晶体管混频器2. 该电路主要原理是将本振信号和输入信号同时加在晶体管上（根据加入方法的不同还有分类），混频时晶体管跨导随本振电压周期性变化，在变化中产生各种频率分量。当输入信号为FsVmCos(at)时典型输出为：IcIc0+Icm1Cos(at)+VmCos

21、(a-b)t （a、b代表频率）可见，它的主要优点就是变频增益较高，但动态范围小、组合频率太多（2a、 3a 2b、 3b、 2a-b、 3a-b ）、噪声也大所以已基本淘汰，只在老式收音机中可见。2.二极管混频器该电路一般利用二极管开关混频原理。一般典型输出：I=S(t)*Fs 其中S(t)为开关函数，其频率和本振频率一样。它具有组合频率少、动态范围大、噪声小等优点，所以在高质量的通信机中较常见。它的主要缺点是没有变频增益（电路一般由无源元件构成）。3.差分对混频器该电路常见于集成电路中，如果设计得好可以实现较好的相乘功能。主要优点是组合频率少，缺点是噪声较大、动态范围不宽。如SONY的CX

22、A1019集成块中变频器使用的就是该类电路。三、 混频器的干扰从上面的分析中可以看到，混频器的非线性导致了大量组合频率的出现。这些组合频率的干扰对收音机的性能造成了很大的影响。下面我们就来简单分析一些主要的干扰和减小这些干扰的措施。1. 组合频率干扰由混频器非线性而产生的组合频率Fk可统一表示为：Fkp Foq Fs 或 Fkp Foq Fs （p、q都是整数） 如果这一频率接近于中频Fi，它也会进入中频放大器，经检波后产生干扰哨声。将上式中的Fk用Fi来代替，并将它们联立，可得到一个公式：Fs Fi上式说明当中频Fi一定时，只要输入信号（无论是有用信号还是干扰）频率接近上式算出来的数值就可能

23、产生干扰哨声。由p、q取不同的值可以得到FsFi的不同比值。当q、p在小于10的范围内取值时（随着p、q的不断增大，混频器对它们的衰减也不断增大。q>=10后由于衰减太大可忽略不计），典型的FsFi为：1、2、1、3、0.66、1.5、4、0.5、1、2、5、0.4、0.75、1.33、2.5、0.33、0.6、1、0.286、0.5 （越往后干扰信号的幅度越小）也就是说如果输入干扰信号Fg与中频Fi的比值接近上述数值就有可能发生啸叫。例如一般收音机取中频为465KHz。在整个短波范围内（230MHz），FgFi4.365满足这一范围的组合干扰点很少。若中频取70MHz，则FgFi0.0

24、290.43，满足这一范围的干扰点也不多。再若中频取10.7MHz，相应的FgFi0.1872.8，满足这一范围的干扰较多。一般来说减小组合频率干扰的措施主要有二点：一是正确选择中频（465KHz、70MHz等）；二是选用产生组合频率少的器件或电路（如场效应管等），这些器件和电路的特性能有效地抑制组合频率的产生。3. 镜像干扰通常，本振信号频率Fo比信号频率Fs高一个中频，即FoFsFi。若有一个干扰信号频率为FgFs2FiFiFo，进入混频器则可出现：FgFoFoFiFoFi可见该干扰能通过中频放大器进入检波器并产生镜像干扰。若本振信号频率Fo比信号频率Fs低一个中频，同理可推出FgFs2F

25、i时产生镜像干扰。从上面的分析可见，产生镜像干扰的条件有二：一是干扰信号Fg能进入混频器，如果采用较好的高放调谐回路或滤波器就能有效地防止干扰信号的进入。二是干扰信号频率为FgFs2Fi，如果把中频Fi取得大一些，让Fg远离短波波段则干扰信号就算是进入检波器也不会产生较大的干扰。但是如果Fi较大，则中频放大器的稳定性、增益和选择性都不能做的很高，那怎么办？这时一般就采用二次变频电路解决了。3. 其他干扰以上的干扰都是干扰信号Fg、本振Fo经过混频器非线性变换后产生的接近中频而引起的干扰。另外，当干扰Fg和有用信号Fs同时进入混频器时它们之间还会进行混频：±q Fs±p Fg

26、 如果混频的结果接近中频也会产生干扰（交调或互调干扰）。但是现在的收音机一般都采用了场效应管作为混频器件，而场效应管的转移特性近似于平方律特性，三次方以上的项几乎可以忽略，所以交调和互调干扰都很小，由于时间和篇幅的限制下面我们就不作详细的讨论了。振幅调制波的解调电路称振幅检波电路，简称检波电路。检波是从振幅调制波中不失真的检出调制信号的过程。（它是振幅调制的逆过程） 功能：在频域上，该作用就是将已调幅波的调制信号频谱不失真地搬到零频率附近。检波乃是实现频谱线性搬移。 类型：同步检波，包络检波。 2、包络检波        &

27、#160;  因UAM经由非线性器件后输出电流中含有能线性反映输入信号包络变化规律的音频信号分量（即反映调制信号变化规律）。所以包络检波仅适用于标准调制波的解调。此电路不需要加同步信号，电路显得较简单。*2、并联型二极管包络检波电路 · 某些情况下，需在中频放大器与检波器间接入隔值电容,为防止中频放大器的集电极电压加到检波器上。可采用并联型检波电路。C 为负载电容，并兼作隔直电容；RL 为负载电阻，与二极管并联，为二极管电流中的平均分量提供通路。 · 检波的物理过程与串联型相同。D 导通时,向 C 充电  充=RDC ; D截止时,C 通过 RL 放电放

28、=RLC ；达到动态平衡后，C 上产生与串联电路类似的锯齿状波动电压Uc ,该电压的平均值为Uav 。因输出U0 中还包括输入US 直接通过C 在输出端产生的高频电压，U0=US-UC所以需在检波器后继电路中另加低通滤波器滤除高频成分。· 从能量观点：         较串联型小· 不论何种振幅调制波，都可采用同步检波电路进行解调。 · 对标准调幅波来说，其载波分量未被抑制，可直接利用非线性器件的相乘作用，获得所需的解调电压。 （二）、包络检波电路    

29、1、串联型二极管峰值包络检波器      电路与原理   电路由二极管D和 RLC 低通滤波器相串接构成。输入US 时,通过D的电流 i 在 RLC 电路产生平均电压UAV ,该电压又反作用于D上（称平均电压负反馈效应），影响通过二极管的电流。若 Us=Vcm(1+Macost)cosCt则 UAV=dVcm+dMaVcmcost=VAV+Uav  其中 UavU所以实现了线性检波。· 电容两端存在锯齿脉冲电压 U0 称未滤净的残余高频电压，UAV 输出平均电压反映了包络变化规律。 · 二极管的

30、导通角很小（）,所以动态平衡时它工作在信号峰值附近。 · 检波性能与 RLC 时间常数相关，RLC 愈大U0愈小，UAV 愈大检波性能愈好。   检波指标· 检波效率 d=UAV/Vm（t）=cos1 · 输入电阻 从能量观点来看：                          Pi=Vm2/2Ri    PL=VAV2/RL