调频收音机的设计

1、吉林建筑大学电气与电子信息工程学院射频通信电路课程设计报告设计题目： 调频收音机的设计 专业班级： 信工101 学生姓名： 王丽丽 学 号： 10210101 指导教师： 杨佳 王超 设计时间： 2013.12.302014.1.10 教师评语：成绩 评阅教师 日期 目录摘要.11、 设计的目的、要求.22、 设计的任务及要求.23、 设计内容.2四、总体设计原理.2五、各单元电路设计.3 5.1高频小信号放大电路3 5.2混频电路.4 5.3中频放大电路.5 5.4鉴频电路.6 5.5本振电路.7 5.6低频放大电路.8 5.7元件清单.9六、仿真与分析10 6.1Multisim软件介绍.

2、10 6.2各单元电路的仿真与分析.11七、心得体会.14八、参考文献.16附录一.17摘要 射频通信电路系统地介绍了通信系统，特别是无线通信系统中最基本电路及他们的功能，给出了定性及定量分析这些电路性能的方法。这些电路包括了发射系统和接收系统中的变容二极管直接调频、射极跟随器、放大器、高频小信号放大器、本振电路、混频电路、功放电路、鉴频器、低频放大器、利用Multisim仿真软件将各个电路进行仿真，最后，把各个电路进行级联，并进行修改，修改之后，逐级进行仿真调试，得出最终仿真结果图。 整个电路的设计应注意以下几方面：选择性好的级应尽量靠前，因为在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最佳

3、。整机的灵敏度，选择性，通频带等主要取决于中放级，而噪声则主要取决于高放或混频级。所以在考虑中放级时，应在满足频带要求与保证工作稳定的前提下，尽量提高增益；而在考虑高放级时，则增益成为次要矛盾，主要应尽量减小本级的内部噪声。总的来说，设计一部接收机时必须考虑全面，妥善处理一些相互牵连的矛盾。 关键词：调频 接收系统 Multisim仿真 电路分析1、 设计的作用、目的课程设计是理论学习的延伸，是掌握所学知识的一种重要手段，对于贯彻理论联系实际、提高学习质量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次课程设计一方面通过对射频通信系统的设计，使我们加深对理论知识的理解，同时增强其逻辑思维能力，另一方面对课堂

4、所学理论知识作一个总结和补充。二、设计任务及要求1.掌握调频发射机的工作原理及具体实现方法；2.掌握调频发射机的工作原理及具体实现方法；3.掌握MULTISIM的电路系统仿真。三、设计内容 设计一个简易调频收音机，具体要求如下：1) 接收频率范围为88-108MHz；2) 采用3V电池供电，使用扬声器放音；3) 接收FM波段的无线广播；使用Multisim进行仿真。4、 总体设计方案收音机的原理是把从天线接收到的高频信号，经检波还原成音频信号，送到扬声器变成音波。是把接收到的电台高频信号，用一个变频级电路将它转化为频率固定的中频信号，然后再对这个中频信号进行多级放大，再检波，低放。由于不同频率

5、的无线电波用途较广、接收的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好，所以当要选择所需的电台并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，所以在我们收听广播时，使用选台按钮。由于中频固定，且频率比高频已调信号低、中放的增益可以做的较大，工作较稳定，通频带特性也可以做的理想、这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号，所以中频调谐放大电路可以做到选择性好、增益高又不易自激。这样灵敏度和选择性都可大幅度改善，而且可使整个波段接受灵敏度均匀。集成电路收音机的特点是：结构比较简单，性能指标优越，体积小等优点。AM/FM型的收音机电路可用如图1所示的方框图来表示。收音机通过调谐

6、回路选出所需的电台，送到变频器与本地振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的AM中频为465KHZ,FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大，功率放大获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。系统框图如图1所示。低频功放中频放大高频放大输入调谐回路混频鉴频 本地振荡 图1 调频收音机的系统框图五、各单元电路设计5.1 高频小信号放大电路 晶体管高频小信号放大器不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频、滤波作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导

7、线的分布参数等会影响的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻,及决定，其计算方法与低频单管放大器相同。对于此高放，要求是：（1） 工作稳定，放大器可能会产生正反馈，他影响放大器的稳定工作，严重时会引起震荡，使放大器变成振荡器，。因此，正常工作重要保证放大器远离震荡状态而稳定工作。（2） 选择性好，即有一定的通频带。（3）失真小，增益高，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，灵敏度相差将很悬殊。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

8、，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。高频小信号放大电路原理图如图2所示。图2 高频小信号放大原理图5.2 混频电路 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，既载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变的很稀疏，其频率降低了。但音频信号的波形没有变。通常

9、将这个过程（混频和本振共同作用）叫做变频。从频谱的观点看，混频的作用就是将已调的频谱不失真的搬移，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。 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项。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。 二极管环形混频器产品已形成完整的系列，它用保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分类。 二极管环形混频器具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6dB）、混频失真小，动态范围大等优点。图3是混频电路原理图。图3 混频电路5.3 中

10、频放大电路 中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对谐振频率的信号阻抗很大，对菲谐振频率的信号阻抗很小。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，提高了收音机的选择性。中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个

11、中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样，通常磁帽用不同的颜色标志，以示区别，所以不能互换使用。中频放大电路图如图4所示。图4 中频放大电路图5.4 鉴频电路 鉴频器就是从调频信号中检出调制信号，也叫频率检波器，常用的鉴频电路有比例鉴频电路和相位鉴频电路，他们的工作原理相同，都是先把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调频调幅波，然后，用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号，实际电路中应用较多的是比例鉴频电路，其中包括对称式和非对称式。实现调频信号调解的鉴频电路可分为三类，第一类是调频-调幅-调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等

12、幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较，通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。鉴频电路原理图如图5所示。图5 鉴频原理图5.5 本振电路变频器中，为了接收信号在混频元件

13、中产生差拍输出信号，需要产生一个等幅震荡信号，产生该信号的震荡器就称为本地振荡。本地振荡器具有跟踪特性。对本地振荡器的要求是：振荡频率稳定且可进行电调，噪声小。在本次设计中，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，所以采用了改进型电容三点式。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，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。如图6所示。 对于提高振荡电路的稳定度有以下几种方法： （1）

14、提高回路的Q值，Q越高，频率越稳定。回路Q值主要由电感的Q值决定，所以要提高电感的Q值。所以要尽量减小损耗，提高=.不过，的提高是有一定限度的，L太大时，损耗也增大，且C太小时并联在回路中的杂散电容很大，杂散电容明显影响频率的稳定。为了减小线圈的损耗，可用高频损耗小的线圈固架。 （2）减小负载的影响。减小振荡回路和负载间的耦合程度可以减弱负载的影响，不过这时传送到负载上的振荡信号也小了，所以震荡要求更高。在振荡器和负载之间加一级射极输出器可以改善伏在对阵当期的影响。因为射极输出器的输入阻抗较高，隔离作用较好，同时不增加振荡功率的要求。图6 本振电路5.6低频放大电路 从检波器解调出的输出信号一

15、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7所示：图7 低频放大电路5.7 元件清单表1是本次收音机元件的清单。序号名称规格数量1电容12电容2pF13电容15pF14电容62pF15电容100pF26电容510pF17电容0.001F28电容0.01F39电容0.02F210电容100F411电容220F1序号名称规格数量12变压器213电阻3301 14可变电容205pF115电阻510116电阻820117电阻1.8118电阻2.2k119电阻3.3k320电阻15k121电阻22k222电阻30k123电阻80k124集成电路FS22

16、04125三极管3DG100226扬声器8/4W127晶体振荡器17.8MHz128滑动变阻器047k1六、仿真与分析6.1 Multisim软件介绍 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multi

17、sim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。特点如下：（1

18、）直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；（2）丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。（3）强大的仿真能力 以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE

19、仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。（4）丰富的测试仪器提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量，比如Multimeter(万用表）、Function Generatoer（函数信号发生器）等等。这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。6.2 各单元电路的仿真分析（1） 高频小信号仿真高频小信号写真放大电路主要由晶体管，负载，输入信号和直流电源等部分电路组成。晶体管基极正偏，工作在甲类，负载为LC并联谐振回路，调谐在输入信号的频率

20、465KHz上。该放大电路能够对输入的高频小信号进行反向放大。图8是高频小信号放大器仿真图。图8 高频小信号放大器仿真图（2） 中频放大电路 图9是中频放大器仿真图。图9 中频放大器仿真图（3） 鉴频电路仿真 鉴频电路仿真图如图10所示。图10 鉴频仿真图（4） 本振电路的仿真如图11所示。 图11 本振波形（5） 低频放大电路仿真如图12所示。图12 低频放大电路仿真图七、心得体会课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。设计过程中查阅了大量的有关调频收音机设计的书籍，掌握了高频小信号放大器、中频放大

21、器、混频放大器及鉴频放大器的电路图，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的必要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。其次在这两周的课程设计中，不仅让我对以前学过的知识有又记了起来，而且对其更是有了深层次的理解。再动手方面也有很大的提高，对计算机的操作也比以前强了很多。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会,在不懈的努力之下最后还是得出来了自己想要的结果，心里还是很高兴的。每一次的课程设计对我来说都是一个不小的提高，哲学上说：“实践是检验真理正确性的唯一标准”，最后通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论