调频收音机设计仿真报告

1、一、绪论调频收音机（FMRadio）无论过去还是现在一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。听收音机和看电视一样，可以增长很多知识，而且像有声小说这样的读物在电视里是听不到的，并且现在广播的发展速度也很快，曲艺、歌曲、体育、文艺、评论等等，可以说包罗万象。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，因为它有如下优点：1. 由于变频后为固定的中频，频率比较低，容易获得比较大的放大量，因此收音机的灵敏度可以做得很高。2. 由于外来高频信号都变成了一种固定的中频，这样就容易解决不同电台信号放大不均匀的问题。3.

2、 由于采用 " 差频 " 作用，外来信号必须和振荡信号相差为预定的中频才能进入电路，而且选频回路、中频放大谐振回路又是一个良好的滤波器，其他干扰信号就被抑制了，从而提高了选择性。但是超外差式电路也有不足之处，会出现镜频干扰和中频干扰，这二个干扰是超外差式收音机所特有的干扰。这在设计电路和调试时应该设法减少这些影响。本次课程设计的任务是设计并制作一个调频收音机，使收音机的调频部分实现88MH入108MH涉频广播接收；并且完成电路设计，相关参数计算；完成各模块仿真，并提供仿真报告；完成印刷电路板设计、制作及安装调试。本次设计采用的是“高频放大、本振电路、混频、中频放大、鉴频及低

3、频放大电路”的电路单元，其整机具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小、噪声小等优点；且外围电路元件较少，适合自己动手焊接装配，以达到学习和实践相结合的目的。二、设计方案4. 主要技术指标（ 1）工作频率范围：收音机接收到的无线电波的频率范围成为收音机的工作频率， 在整个接收的范围内满足主要的性能指标，工作频率必须和发射机的频率相对应。调频广播收音机的频率范围为 88-108MHz因为调频广播发射机的频 率一般为88-108MHz中频频率为465kHz。（ 2）灵敏度：收音机接收微弱信号的能力称为灵敏度，一般用输入电压来表示。 可以接受的信号越小，灵敏度就越高。一般生活中调频收音机的灵敏度为

4、5-30uV。（ 3）选择性：收音机从各种干扰信号中选出所需要的信号或衰减不要的信号的能力称为选择性，单位用dBS示。d吸越高选择性越好。调频收音机的中频 干扰大于50dB。（ 4）通频带：收音机的频率响应范围称为通频带。调频收音机的通频带一般为200kHz。（ 5）输出功率：收音机的负载输出最大不失真功率称为不失真功率。输出功率应该不小于100mW。5. 设计方案(1)方案论证与设计调频收音机主要由天线、高频放大、本振、混频、中频放大、鉴频、低频放 大和扬声器几个模块组成。本设计利用三极管的放大特性进行信号的放大，再通 过并联谐振选频网络进行频率的选择。采用分级设计的方式进行各个模块的设 计

5、。为防止前后级电路的干扰，影响，可在两级之间加射极跟随器或者采用电感 耦合的方式将前后级隔离，减少后级电路对前级电路的影响。(2)系统原理框图天线98.7118.7MHz(3)工作原理介绍调频(FM收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、 鉴频回路和音频(低频)功率放大器组成。高频放大后信号与本地振荡电路产生的本振信号进行混频， 混频后输出，冉 将混频信号由中频回路进行选择， 提取以中频10.7MHz为载波的调频波。该中频 选择回路由10.7MHz滤波器构成。中频调制波经中放电路进行中频放大， 然后进 行鉴频得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。(4)总体电

6、路图4!11.CII产1Tl二8.IKHSLAi-C» - >$C1nil所需元件清单如下表兀器件名称型号数量/个电阻10k55k23k42k11k5电位器104 （100k 可调）1可调电感2.1u-6.8uH1电感220uH20.1uH110mH3电容1pF318pF1150pF210uF12可调电容3/10pF1陶瓷鉴频器J10.7MC11纯铜收音机拉杆天线全长762mm四节1三极管S90146喇叭(扬声器)Realplay 小喇叭扬声 器直径4CM1电池座可装两节九号电池1电池5 号（1.5V ）2三、各单元电路设计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

7、大高频信号，而且还要有一定的选频、滤波作 用，因此晶体管的负载应为L"联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极问 电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。 同时对于此高放，还应满足 一下三点要求要求：(1)工作稳定。(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。高频小信号谐振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L"联谐振回路。该放大电路能够 对输入的高频小信号进行反向放大。其中？=12?/?=88108?下面以88MH为例，进行仿真。XSC1静态工作点设置如下:

8、VCC3VRb1Q12N2369选频网络如下图所示其中电容C=0.1uH,电感为2.85uH的可调电感，二者并联，组成并联谐振网络。仿真结果及分析由仿真结果可得电压增益 A=26.119/1.373=19.02,满足放大倍数大于10的要求。通过光谱分析仪可得，其输出中心频率位于 88.397MHz处。2 .本振电路本次设计采用西勒电路作为本振电路。西勒电路主要特点就是在回路电感 L两端 并联了一个可变电容C4,而C3为固定值的电容器，且满足 C1、C2远大于C3, C1、C2远大于C4回路的总等效电容为1C 于C 4 H* C i i C $141113，4-+G 3 d所以，振荡频率为/j

9、x 屯在西勒电路中，由于C4与L并联，因此C4的大小不影响回路的接入系数。 如果 C3固定，通过变化C4来改变振荡频率，则R' ' L在振荡频率变化时基本保持 不变，从而使输出振幅稳定。此种振荡器的优点是：较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数 设置得当时，其频率覆盖系数较大，因而选用此电路进行电路设计对于一般小功率自动稳幅LC振荡器，静态工作点要远离饱和区，靠近截止区， 以得到较大的输出阻抗。一般根据具体电路和电源电压大小集电极电流一般取 14mA在实际偏置参数选定时，在可能条件下发射极偏置电阻尽可能取大一好。 参数选择主要是根据满足振荡频率，满足起振条件并有足够

10、的振荡幅度和规定的 频率稳定性等因素加以考虑。若以频稳性角度出发回路电容应取大一些，有利于减少并联在回路上的管子极间电容等变化的影响。但 C不能过大，C过大，L会 变小，Q值会变低，振荡幅度也会变小。为了解决频稳和振幅的矛盾，通常用部 分接入。前已讨论反馈系数 F=C1/C2不能过大或过小，适宜1/81/2._1I令L=0.1uH则/。二师7二2NJ次匚的其中fo的取值范围为98.7MHz118.7MHz若C3=20pF则可取C4=10pF的可变电容。因要满足C1,C2>>C3,C4F= C1/C2 取值为 1/81/2 ,可取 C1=400pF,C2=410pF3 .混频电路混频

11、电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。 如一个振 幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化） 与幅度较小的外来 信号同时加到作为时变参量线性电路的器件上， 则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波好的载波频率变化换成固定的中频载频率。而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频率谱搬电路， 对于调 频波通过变频电路后仍然是调频波。只是其载波频率变化了，其调制规律是不变 的。本次设计采用如下晶体管混频电路，本振信号从射极接入，高频信号从基极接入。 因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路， 其输入阻抗较小，

12、不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。但需 要较大的本振注入功率；不过通常所须功率也只有几十mW本振电路是完全可以供给的。在集电极接选频网络，从中选取频率为 10.7MHz的中频信号。因而可选取电感L=2.2uH,电容 C=100pFIO1C4R3-11|wv1F 1k QV1W)20mV88MHz 50kHz。T 口口口口 NVCC由图可知示波器1中A、B通道分别显示的高频放大信号和本振信号，示波器 2 显示的是混频之后的波形。小波器-KS C1X通过测试可知，能够成功混频，并能成功选出所需频率4 .中频放大电路中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升，以满足解调电路的需

13、要。其主要质量指标有：电压增益 Av、通频带BW0.7选择性、噪声系数。对于 中频放大器，不仅需要得到高的增益、好的选择性，还要有足够宽的通频带和良好 的频率响应、大的动态范围等。前级混频器输出频率为10.7MHz;在此次中频放大过程中，应该保持其频率不变, 只对其幅值进行放大。不过为了防止干扰频率的影响，仍然选用选频网络对其进 行频率选择。选频频率为10.7MHz,若电容C=1pF则电感L=220uH 设计的中频放大电路如下图：XSC1|01口1V2FUOT-G)lmVMHz 50kHzRb210k Q2N2369C4 L11pF 220uHQ1Ext TrigRe1 C31k Q 

14、7; 10uF通过示波器仿真如下通道B为输入信号，通道A为输出信号，明显可以看出对输入信号进行了几 十倍放大。这将有利于之后鉴频电路的正常工作。通过光谱分析仪可得，其中心频率为10.890MHz,由于输入信号存在频偏分 量，使得结果偏离10.7MHz,，但是影响不大。5 .鉴频电路鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器 部分。利用LC谐振回路实现振幅鉴频，LC谐振回路构成的频幅变换网络将等幅的 信号变换为FM-AMB号，然后利用包络检波电路恢复出原调制信号。因为调频波振幅恒定，所以无法直接用包络检波器解调。由于二极管峰值包 络检波器线路简单、性能好，能够将等幅的调频

15、信号变换成振幅也随瞬时频率变 化、既调频又调幅的FM-AMK,也就可以通过包络检波器解调此信号。设计的鉴频电路如下：XSC1从示波器可以看出，本鉴频电路实现将调频波变成调频 +调相波，然后再进 行包络检波，从而提取出调制信号。从示波器波形可以看出，可以实现鉴频。提 取的调制分量频率为50kHz。时也可以减少误差。6 .低频放大电路从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路 设计低频放大电路如下:XSC1V1IO1早C1八1V2F1N7L1 3V IO2 10mH3211LQ110uFc©1.41mVpk50kHz0。，Rb2> 10k Q2N2369通过示

16、波器仿真如下:通道A为输出信号，通道B为输入信号，从图可得此低频放大电路对输出信 号放大了近100倍，有利于驱动喇叭的正常工作。四、PCB勺设计与制作1.原理图绘制将前面的各分立模块按照高频放大、本振、混频、中频放大、鉴频以及低频放大的顺序连接即可2.PCB绘制-4.羽建打M 二> <3-« CAFM调频及首机指导老呻：十甲组员：建梦里能含五3.PCB板的制作通过打孔焊接，完成PCBK的制作，本次制作的成品如下五、测试模块(1)高频放大，通过天线接受信号，再对其进行电压幅值放大。将输出端接上(2)本振电路，产生98.7MHz118.7MH勺正弦波振荡信号。将其输出端接在示 波器得正极，示波器负极接地。通过示波器测得波形如下：稍微有些许失真波动，单整体不影响电路的工作(3)混频电路的测试，将高频放大信号与本振信号接入到三极管的基极与发射 极。通过集电极进行混频信号的输出。同样地，将示波器得正极接集电极，负极 接地。通过示波器所得波形如下：六、总结1 .本方案特点及存在的问题它的缺点是，对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化叫剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高，所以现在的接收机几乎全是超外差式接收机。如何进行仿真是本次课程设计的一个关键所在，只对整个系统的混频电路进行了部分仿真，在这一部分，实现了预期的功能。在本