高频电子线路课程设计之超外差调幅收音机

1、超外差调幅收音机超外差调幅收音机学号：姓名： 专业班级：07电信指导老师： 目录1选题意义22总体方案23调幅半导体收音机的工作原理43.1调幅的过程43.2调幅收音机的工作原理54各电路模块设计及原理分析64.1输入回路64.2 变频级回路64.3中频放大及检波回路94.4低放级回路104.5功率放大回路105 收音机的调试115.1调整三极管的静态工作点11三极管静态工作点的选取11静态工作点调整前的检查12静态工作点的测量与调整125.2中频频率调整145.3接收频率范围的调整146 课程设计体会157参考文献161选题意义本学期学习了高频电子线路这门课程，对无线电通信的理论知识有了进一

2、步的理解和认识。这次课程设计可以通过实践来考察理论知识的掌握情况，同时也能加深对理论知识的理解，提高设计能力。此外电子设计自动化技术已渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节，个中软件应用到电子设计，使电路的设计，调整和改进更加高效便捷。低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制，利用高频信号作为载波，对信号进行传递，可以用不同的调制方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。这次课程设计我选用的是超外差式调幅收音机。2总体方案图1 超外差调幅收音机基本原理方框图超外差调幅收音机基本原

3、理：空间有许许多多电台发送的电磁波，它们都有自己的固定频率，收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路（称调谐电路）来选择性的接收所需高频信号。由调谐电路选择出的所需要的电台信号是已调幅的高频信号，并且十分微弱，需要先经过高频小信号放大器进行放大处理，再经过变频器（混频器和本振）将高频信号变为频率为465KHz的中频信号，这是超外差式收音机的核心部分，由于它是调制信号，喇叭无法将这种信号直接还原成声音，因此，必须从高频信号中把音频信号分离出来，这个分离过程称为解调，或检波。在收音机中，检波是由半导体器件二极管或三极管来完成。调幅的高频信号经检波还原出音频信号，再经过低频功放然后送往喇

4、叭，喇叭将音频信号还原为声音。收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来，通过变频级把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率465KHz（中频），然后进行放大，再由检波级检出音频信号，送入低频放大级放大，推动喇叭发声。而不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号（直放式）。超外差式收音机由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部分组成，接受频率范围为535KHZ1605KHZ的中波段。图2 调幅收音机原理图3调幅半导体收音机的工作原理3.1调幅的过程图3 调幅过程波形示意调幅就是使高频振荡信号的振幅随着调制信号的变化而变化

5、。图3为Systemview仿真所示，是音频信号调制高频振荡载波的各主要过程的信号波形图。在图3中，Sink4示一个音频信号电流，Sink5表示一个高频振荡器产生的高频等幅振荡信号，作为高频载波。Sink3图音频信号调制高频振荡信号幅度的已调制高频振荡信号。可以看出，被调幅后的高频振荡信号它的振幅包络线中跟音频电流的变化规律完全一样，高频振荡电流振幅的变化正比于音频信号的幅度，振幅变化的周期等于音频信号的周期。 图4表示了调幅广播的示意过程。声音由话筒转变为音频电信号，经放大后送到调制器，高频振荡器的产生高频率等幅振荡信号也送到调制器。在调制器中，高频振荡电流被音频信号调幅，调幅后的高频信号经

6、高频放大后送往发射天线，然后由发射天线向四周空间发射电磁波。由于该电磁波已受信号调幅，所以称它为调幅波。图4 调幅广播的过程示意3.2调幅收音机的工作原理 图5 调幅超外差收音机的工作原理方框图调幅收音机的工作原理过程为：天线接收到的高频信号通过输入，将所要收听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（我国为465KHz），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。我们在收音机内制造个振荡电波(通常称为本机振荡)，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就

7、是外差作用。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量4各电路模块设计及原理分析 根据超外差收音机的原理，我们可以将图表3所示的电路分成以下几个模块：输入回路、变频回路（包括本振电路、混频电路和选频电路）、中频放大（中放）回路、检波及AGC

8、回路、低放级回路、功放级回路。4.1输入回路图6 输入回路从磁性天线感应的调幅信号送入C1a、C2和L1组成的输入回路进行调谐，选出所需接收的电台信号，通过互感耦合送入变频管T1的基极4.2 变频级回路图7 变频电路原理图变频级电路的本振和混频，要求由一只三极管担任（自激式变频电路）。由于三极管的放大作用和非线形特性，所以可以获得频率变换作用。可选择“共基调发变压器耦合振荡器”。按本设计要求，在图3中为外来中波信号调幅波，载频为fc（5351605KHz）；ul为本机振荡电压信号（等幅波），fl应为1MHz2MHz。 两个信号同时在晶体管内混合，通过晶体管的非线性作用产生fl+fc的各次谐波，

9、在通过中频变压器的选频耦合作用，选出频率为fl+fc=465KHz的中频调幅波,如图8所示。图8混频示意图 选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰最小，工作稳定，可比共射式获得较高的频率。它的振荡调谐回路接在发射极与地之间，基极通过C5高频接地，振荡变压器的反馈线圈（L4）接在集极与地之间，如图9所示。6C1VT.125CCu.123CCU-.3L4L图9 共基调发振荡电路示意图变频管选择3AG1型能满足要求，其应该小，静态工作点的选择不能过大或过小。大，噪声大；小，噪声小。但变频增益是随IC改变的。典型变频级一般在0.21mA之间有一个最大值。统筹考虑，设计

10、在0.5mA左右为宜。本机振荡电压的强弱直接影响到反映管子变频放大能力的跨导，存在着一个最佳本振电压值。若振荡电压值过小，一旦电池电压下降，就会停振；若过大，在高端会产生寄生振荡，由于管子自给偏压作用，会使管子正常导通时间减少。本振电压一般选择在100mV左右，由于采取的是共基电路，它的输入电阻低，如果本机振荡调谐回路直接并入，会使调谐回路的品质因素降低，振荡减弱，波形变坏，甚至停振。为提高振荡电路的性能，L3要采取部分接入的方式，使折合到振荡调谐回路的阻抗增加到。L4不能接反，否则变成负反馈，不能起振。变频级是由一只晶体管T1同时起本振和混频作用的自激式变频电路。本振回路由L2、C7、C5、

11、C1b组成，它是互感耦合共基调射式的LC振荡电路。L2抽头是为了减小晶体管的输入阻抗对振荡回路的影响。本振信号通过耦合电容C4从T1的射极注入，它与输入回路耦合到T1管基极的高频调幅信号在T1管中混频，由集电极调谐回路（中周）选出二者的差频即465kHz的中频信号，然后再将中频信号送入中放电路去放大。 为了提高电路的稳定性，兼顾变频和振荡性能，静态工作电流一般取为0.30.4mA。为了保证在电源电压降低时，本机振荡仍能稳定工作，变频级基极偏置电路采用了相应的稳压措施，即利用两只硅二极管D1、D2进行稳压4.3中频放大及检波回路8C+3T4T5TVD2VT3VT.FR0t至功放015Ct0+_C

12、CU-.图10 中放级及检波电路原理示意中放级可采用两极单调谐中频放大。变频级输出中频调幅波信号由T3次级送到VT2的基极，进行放大，放大后的中频信号再送到VT3的基极，由T5次级输出被放大的信号。三个中频变压器（T3、T4、T5）都应当准确地调谐在465KHz。若三个中频变压器的槽路频率参差不齐，不仅灵敏度低，而且选择性差，甚至无法收听。中频变压器采取降压变压器，其初级线圈L5要采用部分接入方式（道理同本振调谐电路）这种接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的影响，初级选取适当的接入系数使晶体管的输出阻抗与中频变压器阻抗近似匹配，以获得较大的功率增益；中频变压器初、次级变比以各自负载选取，减小负

13、载对谐振回路的影响。但选择L5的接入系数及压降比时，不仅考虑到选择性，还要兼顾到增益和通频带。两级工作点的选择要有所区别，由于第一级总是带有自动增益控制电路，该级的选取要考虑到在功率增益变化比较急剧处，应选的比较小；但太小，功率增益也太小，整机性能随着电池电压变化时，稳定性就很差。综合考虑，对于3AG1型管选为0.4mA左右。第二级应考虑充分利用功率增益，则选择功率增益已接近饱和处的值可选1mA左右。T5次级送到检波二极管的中频信号被截去了负半周，变成了正半周的调幅脉动信号，再选择合适的电容量，滤掉残余的中频信号，取出音频成分送到低放级经中频放大级放大了的中频信号，由中频变压器送至检波二极管D

14、4进行检波。检波后的残余中频及高次谐波由C14C13和R8组成的RC型滤波电路予以滤除。音频信号由C15耦合到低放级去放大。电位器Rw是音量调节电位器兼作电源开关。检波后的直流成分经R4、C8组成的退耦电路送到T2的基极作为AGC控制之用。4.4低放级回路从检波级输出的音频信号，还需要进行放大再送到喇叭。为了获得较大的增益，前级低频放大通常选用两级。要求第二级能满足推动末级功率放大器的输入信号强度，要有一定的功率输出，该激励可选择变压器耦合的放大器。如图11所示。以上各级静态工作点VE值以电源电压而定，VT1、VT2、VT5的VE可取电源电压的1/5左右。T4为低频放大级，接成固定偏置电路，工

15、作电流一般取0.51mA范围。功放输出级为典型的OT电路，由T5、T6和T7等组成。其中T5为激励级，T6、T7为互补推挽输出级。R15、R16为激励级T5 图12低放激励原理图 的偏置电阻；R18使T6、T7两管基极保持固定的电位差，改变R18可改变输出级的静态工作点。输出级工作电流一般取1.55mA范围。C16为交流负反馈电容，C19为输出电容，C12、R14、C20为电源去耦电路的电容、电阻。另外，输出级T6、T7的中点电位（3v）可由R16来调节。4.5功率放大回路它将前级的信号再加以放大，以达到规定的功率输出，去推动喇叭发声，可选择我们熟悉的OTL电路。低频放大电路的设计，是根据要求

16、的输出功率、选择的电源电压、喇叭的交流电阻，从后向前进行。确定输出功率后进行功放管的选择，应通过手册查出功放管主要极限参数。例：小功率晶体管3AX31B的极限参数：PCM125mW，ICM125mA，BVCEO12V。末级一对功放管的、及正向基极发射级电阻RBE等都要对称（保证误差在20%以内）。激励级要求输出功率较小，一般甲类放大器能满足要求。可求出输出级的功率增益，根据所要求的输出功率指标及输入变压器的效率求出激励级的输出功率，定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值Icm，求出变比K及ICQ。功率放大至低放前级要加入合适的负反馈。5 收音机的调试收音机机芯装配完后，经过反复检查，确实认为没有

17、装错即可进行收音机的调整。收音机的调整主要有如下几个方面内容： (1)三极管静态工作点调整。它主要是通过改变三极管上偏置电阻的阻值，使三极管静态工作在最佳状态。 (2)中频频率的调整。它是通过改变中频变压器的电感量，使与它相并联的电容器组成的并联谐振电路，其谐振频率为465kHz。 (3)接收频率范围调整。它是通过改变中波振荡线圈的电感量和本机振荡回路的微调电容器来实现收音机接收的中波频率范围为5301605kHz。 (4)统调（灵敏度调整）。它是通过调整天线线圈在磁棒上的位置(改变天线线圈的电感量)和输入回路微调电容使收音机在接收频率范围内始终有f振-f外=465kHz。5.1调整三极管的静

18、态工作点5.1.1三极管静态工作点的选取 收音机质量的优劣与三极管静态工作点的调整关系很大，因此，进行收音机的调整首先必须调整好各级静态工作电流。 变频三极管的静态工作电流调大一些，收音机的本机振荡相对强些，但混频效果差些，对应三极管的噪声也相应增加；若工作电流调得太小，噪声虽然可以减小，但电源电压稍降低时，本机振荡不易起振。 中放三极管加有自动增益控制，所以工作电流不宜调得太大。静态工作电流调得太大自动增益控制效果差，但静态工作电流也不能调得太小，因为工作电流太小，一中放功率增益小，整机增益就不高，特别是在电池电压变化时，整机性能变化显著，收音机稳定性变差。 中放三极管静态工作电流可取大一点

19、，以便获得较高的功率增益，但是若三极管集电极静态工作电流大于lmA时，中放功率增益增大不了多少，所以中放静态工作电流通常取lmA左右。 前置低放(BG6)一般静态工作电流调23mA。由于该级要求在失真较小的前提下尽量能提高功率增益，所以静态工作电流可适当大些。 推挽功率放大级的静态工作电流主要用于克服交越失真(对应喇叭发出的声音像口吃似的)。因此，静态工作电流不能调的太大，否则将增加电源的功率损耗，使功放级效率降低。一般调整原则是在不引起交越失真的前提下三极管静态工作电流尽可能调小。5.1.2静态工作点调整前的检查 静态工作点调整前的检查也称作通电前检查，其目的是为了防止收音机元件装错或元器件

20、不良在通电时引起整机总电流太大而将电池耗尽或将元件损坏。因此，在通电前首先不装入电池，闭合收音机电源开关，用万用表R100档测量电池极板，红表笔接收音机负极板，黑表笔接正极板正常电阻值约为700。若电阻值约为0，说明印刷电路板中有短路，可能故障是R17电阻以前的线路板电源负极走线与电源正极(地)短路，或电解电容器C16击穿。若电阻值基本正常，断开电源开关装入电池，将万用表拨置500mA档，将表笔并联于电源开关两端，正常电流在10mA左右。若测得电流值很大，上百mA，则是C16击穿或R17电阻之前的电源供电回路短路；若测得电流大于10mA并伴随着通电时间而增加，故障元件是C16极性接反；若电流值

21、为2030mA，可能故障是前置放大器不良，这时整机电流不是很大，所以可以通电进行偏置调整和故障检修。5.1.3静态工作点的测量与调整 测量三极管静态工作点是在无交流信号输人的前提条件下进行的，因此，测量低频放大器时必须使音量控制电位器置最小的位置。测量变频、中放电路时必须用一根导线短路天线线圈的次级L2。 (1)功放级静态工作点的测量与调整。将万用表拨至500mA电流档，测量功放级Ic7、Ic8的静态工作电流，正常电流值为26mA(这时万用表应退至10mA档测量)。若电流约为80mA左右，则是输入变压器次级断线，或BG7、BG8不良；若电流在630mA之间，则短接电路板为测量功放级静态电流而开

22、的槽口，用万用表电压档测量中点电压，正常电压值为电源电压的一半。 若中点电压不正常，故障是BG7、BG8，不对称且三极管性能差；若电流约为0mA，同时中点电压正常，故障是BG7、BG8同时接错，集电极与发射极对调。 (2)前置低放静态工作点的测量。 将万用表拨置直流2.5V档，万用表黑表笔接地(电源的负极)，红表笔接BG6发射极，测量BG6发射极对地电压，正常电压为Ue6=0.60.7V。 (3)中放级静态工作点的测量。 将万用表拨置直流2.5V电压档，测量BG2发射极对地电压，正常时Ue2=0.60.8V。若电压略偏离正常值可调整R4电阻值，通常R4电阻值减小Ue2电压值变得更低，反之亦然。

23、若Ue2正常，则测量BG3发射极对地电压，正常电压值为Ue3=0.60.7V。若Ue3不正常检查B4次级和B5初级绕组是否断线， R8是否不良，若上述元件都正常则故障元件是BG3不良。 (4)变频级静态工作点的测量与调整。 测量BG1发射极对地电压，正常电压值为Ue1=0.61.0V。若电压略偏离正常值，可调整R1电阻的阻值，通常R1阻值减小Ue1变得更低，反之亦然。若电压不正常，采用直流等效电路的方法，然后进行检查。 收音机静态工作点调整结束，卸下短路L2的短路线。 本级电源电压集电极回路最大电流=集电极负载电阻+发射极电阻 这样才有能力通过测量静态工作点判断电路的工作状态。 若在调整过程中

24、，发现上偏置电阻阻值很大时，集电极电流仍较大，但该电流值可以调小，则要重点检查，下偏置电阻是否开路；发射极电阻是否短路。若该电流无法调小，则要检查三极管是否击穿，耦合电容是否击穿、漏电或接反。若上偏置电阻阻值需要调得很小，才能达到规定的发射极电压值，则要着重检查三极管的发射极与集电极是否接反，三极管的值是否太小。 若没有改变三极管偏置电阻的阻值，却发现发射极电压(或集电极电流)忽大忽小地变化，这时要检查是否有外来信号输入，三极管的Iceo是否太大等。 若在调整三极管的偏置过程中偏置电阻的阻值刚略有变动时，发射极电压(或集电极电流)不是缓缓发生变化，而是突然变化，则可能故障是电位器或微调电阻接触

25、不良或电路产生振荡，若振荡发生在低频放大电路可将输入变压器初级线圈引脚对调，破坏振荡的相位条件。5.2中频频率调整收音机各级静态工作点调整结束，将音量控制电位器顺时针旋置最大，在正常情况下喇叭应有声音。若喇叭无声，可用干扰法检查故障部位。首先用镊子碰BG5基极，若喇叭无声，故障是喇叭不良；若喇叭有声，可用镊子碰W电位器中心滑动片。此时若仍无声，故障是C10不良；若有声，故障是检波电路或检波前的电路工作不良。 收音机静态工作点调整好后，一般都能收到一些电台信号。这时若用导线短接双连可变电容器的振荡连C10时，接收的电台信号消失，说明收音机变频电路工作正常，可以进行中频调整。调整中频，就是调整收音

26、机上各中频变压器的电感量，使它与其相并联的电容器组成的谐振电路谐振于465kHz中频频率上。一般中频变压器出厂时都已校准过，但新安装的收音机由于与它相并联的电容器存在容量误差，印刷电路板线路间存在分布电容，所以会将造成各中频变压器不同时谐振在同一个频率上，因此新装配的收音机要进行中频调整。由上所述可知，这种调整原则上是不能大范围调整中频变压器的磁帽位置，即不行将中频变压器的磁帽旋得很进去(这时对应电感量最大)或旋得很出来(这时对应电感量小)。5.3接收频率范围的调整 中频变压器谐振频率校准后，将调谐拨盘直接紧固在双连可变电容器的轴柄上，然后用M25的沉头螺钉紧固好，将机芯装入机壳内并用两个M35头螺钉将它紧固在机壳上。调整调谐拨盘，确认指针指示范围为5301605kHz。接通电源，调谐拨盘使拨盘指针指示在刻度盘低频端现正在播音的电台频率上(可取一架成品收音机进行比较)，例如640kHz。用无感螺丝刀调整中波振荡线圈B2的磁帽，使收音机收到该电台信号。同样，调谐拨盘使拨盘指针指示在刻度盘高频端现正在播音的电台频率上，使收音机收到该电台信号，用剪刀剪去拉出的导线，这样反复调整一两次，确认收音机中波接收频率为5301605kHz，则收音机接收频率范围调整就结束了。6 课程设计体会 此次课程设计，我根据以往的一些经验教训