调频接收机设计说明书(杨佳宜)课件

1、期有2孽筐通信电子线路课程设计说明书调频接收机设计院、 部：电气与信息工程学院学生姓名：杨佳宜指导教师：张松华职称 讲师专 业：电子信息工程班 级：电子1004班学 号:10401140428完成时间：2012 年12月12日本次课程设计，其目的是得到一个简易的调频接收机。 所谓调频接收机，是 指将所要接收的电台在调谐电路里调好以后， 经过电路本身的作用，就变成另外 一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的 作用产生的。在调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、解调、 低放和低频功放六个部分。但是在设计时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制 的矛

2、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。接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。调频电路的 典型应用是调频接收机，具优点是：一、容易得到足够大而且比较稳定的放大量。 二、具有较高的选择性和较好的频率特性。三、容易调整。缺点是电路比较复杂， 同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。 随着 集成电路技术的发展，调频接收机已经可以单片集成。关键词：调频；混频；鉴频2ABSTRACTThe curriculum design, the goal is to have a simple FM receiver. The FM re

3、ceiver, are to be received by the radio in the tuned circuit in good tune, after the circuit itself, it becomes a predetermined frequency, and then the amplification and detection. The fixed frequency, by difference frequency effect.The FM receiver design process, it should be divided in frequency s

4、election network, high-frequency amplification, demodulation, frequency conversion, low and low frequency power amplifier six parts. But in the design must be considered comprehensively, properly handle some mutual contradiction, especially to capture main contradiction (stability, selectivity, dist

5、ortion and so on ), in order to make the receiver has better index. The receiver can greatly improve the gain of the receiver, sensitivity and selectivity. Frequency modulation circuit is the typical application of FM receiver, the utility model has the advantages of: A, easy to get large enough and

6、 stable amount of amplification. In two, high selectivity and good frequency characteristics. Three, easy adjustment. Disadvantage is the electric circuit is very complicated, there are also some special interference, such as image frequency interference, combined frequency interference and interfer

7、ence etc. With the development of integrated circuit technology, FM receiver can already be monolithic integrated.Key words: FM; mixing; Frequency discriminator1设计任务 11.1 调频接收机的主要技术指标 错误！未定义书签。1.2 设计思路 错误！未定义书签。2调频接收机系统原理分析 32.1 调频原理 32.2 调频接收机原理 43详细设计 53.1 高频小信号放大电路 53.1.1 工作原理 53.1.2 高频小信号放大电路图及仿

8、真图 53.2 本地振荡回路 73.2.1 工作原理 73.2.2 本地振荡电路图及仿真图 73.3 混频电路 83.3.1 工作原理 83.3.2 一次混频原理图及仿真图 93.4 二次混频 错误！未定义书签。3.4.1 原理图及仿真图 103.5 频率鉴频器一一双失谐回路 113.5.1 电路组成 113.5.2 工作原理 113.5.3 鉴频电路图及仿真图 113.6 低频放大电路 11结束语 错误！未定义书签。致ft 错误！未定义书签。参考文献 16附录 17I1设计任务调频接收机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路 四个阶段，他们的原理框图大同小异。对于超外差接收机

9、，由接收天线、高频带通滤波器、高频放大器、本振、 混频、陶瓷滤波器、包络检波器、低放及功放还有扬声器等组成。1.1调频接收机的主要技术指标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88108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为 88108MHz2 .灵敏度在标准调制（如调制频率fQ= kHz、频偏Afm =kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz ）条件下，使接收机输出端为额定音频功率和规定信噪比的输入信号电平， 称为灵敏度。接受的输入信号电平越小，灵敏度越高

10、。调频广播收音机的灵敏度 为 50 N,3 .中频选择性接收机6dB带宽和带外的抑制能力称为中额选择性， 一般调频收音机的中频 6dB带宽为± 100kHz, ± 200kHz处的带宽抑制能应大于 40dB手机中频6dB带宽 为 ±5kHz, ± 10kHz处带外抑制能力应大于 40dBo4 .中频抑制比接收机对输入信号为本机中频信号fl的抑制能力称为中频抑（IFR ）IFR=20 log（VIF/VS），式中，VS是输入灵敏度电平，VIF是使输出功率为额定值 的输入中频信号电平，单位用dB （分贝）表示dB数越高，中频抑制能力越强。 频率fj比本振频频

11、率高一个中频fI ,它与本振频率fo之差仍等于中频fI , fj =fo+fI=fS+2fI ,fS是接收机工作频率。5 .音频响应接收机在标准调制（如调制频率fQ=1kHz、频偏fmFbkHz或25kHz、50 kHz、 75 kHz）和标准输入信号电平（如灵敏度或两倍灵敏度）下音频输出电平和调制 频率的输出关系，称音频响应。6 .额定输出功率接收机的负载上获得的规定的（由接收机指标规定）不失真（或非线性系统 为给定值时）功率，称额定输出功率。本次设计的基本要求是：1、工作频率f0电10MHz ；2、输出功率 P。=0.25w（Rl =4。）；3、灵敏度为10 W。1.2设计思路根据此次课程

12、设计的要求，我设计的是一个简易的调频接收机。整个电路由 五部分组成，分别为高频放大、混频、本振、鉴频和低频放大。其中中频部分由 二次混频得到。（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（若有边频分量，便要设计回路的通频带能通过边频， 使 已调信号不失真）。这样做的好处是：a.回路谐振能抑制干扰；b.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

13、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）本振：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）鉴频：在本次设计中采用的是斜率鉴频器。（5）低放：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。2调频接收机系统原理分析2.1 调频原理调频（FM就是用高频载波信号的频率来装载音频信号，即

14、用音频信号（调 制信号）来调制高频载波信号的频率，从而使原为等幅恒频的高频载波信号的频 率随着调制信号的幅度而变化，但其幅值不变（如图2.1所示）。频率被音频信号调制过的高频信号叫已调频信号，简称调频信号。调幅信号和调频信号统称为 已调制信号，或简称为已调信号。高频技波 信号图2.1调频波调频广播所能传输的音频频带较宽，宜于传送高保真音乐节目，并且它的抗 干扰能力较强。这是因为调频信号的幅值是固定不变的，可以用限幅的方法，将由干扰而产生的调频信号的幅值的变化有效地消除掉。同时，它比AM的发射功率也可减小，这是因为调幅信号的幅值一般都比载波的幅值大，有效发射功率比发射机发射的功率小得多。而调频信

15、号的幅值和载波的幅值一样大， 在发射机功 率发射功率一样时，调频信号的有效发射功率要比调幅信号的有效发射功率大。 但由于调频广播工作于超短波波段， 具缺点是传播距离短，覆盖范围小，且易于 被高大建筑物等物体所阻挡。然而人们恰恰利用了这一点，不同地区或城市可使 用同一或相近的频率，而不致引起相互干扰，提高了频率利用率。2.2 调频接收机原理天线接受到的高频信号，经过输入调谐回路选频为fi,再经高频放大器放大，进入混频器；本机振荡器输出的另一高频信号f2亦进入混频器，则混频器的输出为含有fl、f2、（f1+ f2）、（f2- f1）等频率分量的信号。混频器的输出接有 选频回路，选出中频信号（f2-

16、 f1）,再经中频放器放大，获得足够高的增益，然后 经过鉴频器解调出低频调制信号，再由低频功放级放大，驱动扬声器。从天线接受到的高频信号经过混频初成为固定的中频f2- fl ,故成为超外差式接收机。这种接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。图2.2为本次设计的调频接收机的基本原理框。图2.2调频接收机基本原理框图43详细设计3.1 高频小信号放大电路3.1.1 工作原理高频放大器是用来放大高频信号的器件， 高频放大器与低频相比较，它的工 作频率高，但整个工作频带宽度比较窄。在接收机中，高频放大器放所放大的对 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

17、，一般采用晶体管做放大器件，而且用并联谐振回路作为负载，让信号谐振 在信号载频。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。允许把晶体管看成线性元件，可以看成有源线性四端网络。对高放的主要要求是:（1）工作稳定：放大器可能会产生正反馈，它影响放 大器的稳定工作，严重时，会引起振荡，使放大器变成振荡器，从而完全破坏了 放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保证放大器远离振荡状态而稳定的工 作。（2）选择性好，有一定的通频带。（3）失真小，增益高，并且工作频率变化 时增益变动不应过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。增益 变化太大时，则灵敏度相差将很悬

18、殊。（4）噪声系数小，尽量减小本级的内部噪 声。3.1.2 高频小信号放大电路及仿真图7忆忆1ZVQ2图3.1高频放大电路6xsei4|gN2222AR71£1LtIOOuFl;1OQ3kR4;三 I zukoZR6C2R4k R5为三极管Q1的偏置电阻，以使其工作在放大区输出电压：VCC=12V V(BR)>=VCC,输出功率:Vo=I。R9；(3.1.1)P - Vo2 P0-2R9.;(3.1.2)电容C1起隔直耦合作用，C3起隔直作用，Q2 Q3两三极管构成乙类功率放 大器，R7、R8的值都取1.0欧，负载R9为8.2欧，最终由R9输出功率。由仿 真结果得，放大器将电压

19、幅值放大 20倍左右。打寸皮器图3.2高频放大电路仿真图133.2 本地振荡回路3.2.1 工作原理本振电路采用改进型电容三点式振荡电路。 因为本振电路的输出频率要与高 频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。所以要求本振电路的输出 频率必须很稳定。所以采用石英晶体振荡器。如果本振电路的输出不稳定，将引 起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。振荡器的振幅与 振荡管的特性以及反馈电路的特性有关。3.2.2 电容三点式电路图及仿真图vccvccRI l20kQL1 100mH12VxsciR2 56 kQ5OuTC3 400pF图3.3本地振荡回路电路回路谐振电容：C3C

20、4C =C3c4 .;(3.2.1)由以上可知谐振频率fo =2二 L2 C(3.2.2)对于提高振荡电路的稳定度有以下几种方法：(1)提高回路的Q值。Q值高，可使频率稳定。回路 Q值主要由电感的Q 值决定，故要提高电感的Q值。为此应尽量减小损耗而加大特性电阻 P = gC。 不过，P的提高有一定限制，L太大时，损耗也大，而且C太小时并联在回路中 的杂散电容可与C相比拟，杂散电容将显著影响频率的稳定(2)减小负载的影响。减小振荡回路和负载间的耦合程度可减弱负载的影响， 不过这时传送到负载上的振荡信号也小了， 故振荡要求更强。在振荡器和负载之 间加一级射极输出器可改善负载对振荡器的影响，因射极输

21、出器之输入阻抗较 高，隔离作用较好，同时不增加振荡功率的要求。图3.4本地振荡仿真图3.3 混频电路3.3.1 工作原理混频器是一个变频电路，一般用相乘器，高频放大电路和本地振荡电路的输 出信号加到混频器的输入端，得到一个差频。调谐回路的输出，进入混频级的是 高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很 稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程(混濒和本振的作用)叫做变频。从频谱观点上来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失 真的从 的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。如图 3.5所示：图3.5频谱电路

22、混频电路的原理是：把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1,与输入回路选择出来的广播电台白高频已调波信号 f2同时加到非线性元件的输入端。利用 元件的非线性作用（晶体管的非线性作用）进行混频。混频结果：输出频率为 f1、f2以及频率为f1+f2、f1 f2、高次谐波等多种信号。在本次设计中我们采用晶体三极管混频器，晶体三极管环型混频器的优点是 工作频带宽，可达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小，动态范围等，但其主 要缺点就是没有混频增益。由于混频器处于接收机的前端，它的噪声电平高低对 整机有较大的影响，因此要求混频器的噪声系数越小越好。3.3.2 一次混频电路原理图及仿真图C514XHP- V J

23、HJm.5uH>L1：iaohHRI8kD5 L3470uR8 cVEE-5VL4rt/WL47011H10uF图3.6晶体管混频电路10nF*示波器-XJUL图3.7晶体管混频电路仿真图3.4 二次混频3.4.1 原理图及仿真图二次混频原理与一次混频相同，我们将二次混频本振频率改为6.9MHz,输入的是一次混频输出的频率 6.45MHz;所以经混频电路彳#到的频率应为450KHz的调制信号VEEXTC1123图3.8二次混频电路IOscilloscope-XSCl*：=图3.9二次混频仿真波形3.5 斜率鉴频器一一双失谐回路3.5.1 电路组成图3.10斜率鉴频器电路组成3.5.2 工

24、作原理调频波经两个失谐回路转换为两个调幅-调频波，再经各自的包络检波器, 得到两反相的输出信号，然后合成得到总的输出信号。3.5.3鉴频器电路图及仿真图14：CSC1图3.11斜率鉴频器电路图3.12斜率鉴频器仿真波形3.6 低频放大电路从检波器解调出的输出信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大 电路，把信号放大到所需要的大信号，然后再输出。电路如图3.13所示： 12VVCC图3.13低频放大电路图3.14低频放大仿真波形电压增益Av根据虚短和虚断的概念VP =VN,I P = IN = 0；由图可知：(3.6.1)VI =VP =VN =VF =V0R2R3(3.6.2)由此可得增益:(3.6.3)结束语高频是一门比较难学的课程，相对来说，高频的课设也是不容易做的。通过 此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了 一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找 出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实