超外差接收机解调部分的设计

超外差接收机解调部分的设计第12页超外差接收机解调部分的设计摘要：本设计目的是超外差接收机解调部分的设计，该设计主要分为三部分，即混频器设计、中频放大器设计、包络检波三个部分，混频器部分由模拟相乘器和带通滤波器组成，将接收到的高频调幅波和本机振荡变为频率为465KHz的中频信号。中频放大部分采用单管小信号调谐放大器，对中频信号进行放大，以达到二极管包络检波的幅度要求。包络检波部分由二极管包络检波完成。对这几部分设计完成后，通过Multisim软件仿真，基本上完成了设计的任务。关键字：混频器；中频放大器；二极管包络检波；超外差接收机一.概述该设计任务是设计一个超外差接收机的解调电路，其中被解调信号先经过混频变成中频信号，然后通过包络检波电路进行解调。系统的结构框图如图1所示。图1超外差接收机的系统结构电路框图相关技术指标如下：=1\*GB3①本地振荡器可以使用高频信号源代替，输出信号频率为1000KHz，幅值为500mV的正弦波。=2\*GB3②调幅波信号由信号发生器产生，输出信号载波为535KHz正弦波，调幅度为0.5，调制信号为1KHz的正弦波。=3\*GB3③设计混频器能够很好的输出465kHz的中频信号，且不失真。=4\*GB3④中频放大器要有选频放大的作用，其输出信号载波幅值U>0.2V，信号不能失真。=5\*GB3⑤包络检波部分采用二极管包络检波器检波。超外差接收机与一般高放式收音机相比，有很大的优越性，超外差接收机有整机灵敏度大、选择性显著提高、稳定性较高等优点，因此应用非常广泛，所以该课题具有很大的实用价值。该课题涉及知识范围较广，涉及到高频电子电路的许多重点内容，通过这次课程设计能够学到高频电子电路的诸多方面，如：调幅波的调制解调、混频放大、检波等。对于我们对知识的综合应用和掌握有很好的帮助，能更好的指导我们今后的学习，能让我们认识到理论与实际的联系。二.工作原理说明超外差式收音机的主要特点是有频率变换过程，能将接收到的高频信号变为统一的465KHz的中频信号，从而可以采用固定调谐的中频放大器。天线接收到的高频调幅信号，经过调谐回路和选择，送入变频级的混频器。本机振荡电路则总是跟踪着接收的信号，产生一个和高频调幅波频率差为固定频率的等幅振荡信号，这个信号也送入混频器。混频器可以采用三极管混频、二极管混频、模拟相乘器混频等多种方法，这里考虑到设计时间短和软件仿真等问题，采用模拟相乘器混频，混频输出一个465KHz的中频调幅信号，然后将此调幅信号输入中频放大器，中频放大部分采用单管小信号调谐放大器，将放大后的信号再通过二极管的包络检波即可得到调制信号。综上，确定此设计的原理框图如图2所示。调幅波信号调幅波信号混频器低频信号本地振荡器包络检波中频放大器图2系统结构原理框图三.电路工作原理及设计说明1、混频器电路一般超外差接收机都需要根据实际运用，需要进行1、2次频率变换，将高频信号变为中频信号，因为直接放大高频信号的高频放大器不易制作，且容易产生自激振荡。变频器主要由混频器和本机振荡组成，这里混频器采用模拟相乘器，实际电路可使用MC1596模拟相乘器，因为最终使用软件仿真且Multisim中没有MC1596，所以采用三端口的理想模拟相乘器代替，如果在模拟相乘器的输入端输入不同频率的两个信号，在输出端将产生一个和频信号和一个差频信号，然后通过一个带通滤波器选出其差频信号。原理框图如图3所示。本振信号带通滤波器本振信号带通滤波器本机振荡模拟相乘器射频信号输入中频信号输出带通滤波器选用RLC串联谐振电路，如图4所示。图4RLC串联谐振电路RLC串联谐振电路的转移电压比为：上式表明当时，达最大值，当w高于或低于时将下降，因而RLC串联谐振电路可以作为带通滤波器使用。又根据通频带的定义可得：因为需要滤出465KHz的中频，所以谐振频率为465KHz，又因为其和频超过1MHz，选取通频带为200KHz，从而确定参数L=234uF，C=500Pf，R=50。综上，混频器的电路原理图如图5所示。图5混频器电路原理图2、中频放大器电路中频放大器的主要作用是将混频器中输出的465KHz的中频信号进行选频放大，使其幅度达到二极管包络检波的要求。这里采用三极管调谐放大器，混频后的中频信号从基极输入，在集电极加选频网路进行选频放大。选频网路采用电感部分接入的LC并联谐振回路，其谐振频率为465KHz，因为谐振频率可令C=1nF，由得因为，可令=100uH,=17.1uH。为保证品质因数取R6=420K，R6=2K。由此可求得品质因数Q、BW。因为所以由上式可知该选频网路的选频效果不错。对三极管Q1进行有效偏置，实际仿真时使用万用表测量和，调整R2、R3的值，保证三极管工作在放大状态，L2为高频扼流圈，作用是防止交流流入直流电源，C3、C2、C5为旁路电容，作用是隔直流、通交流。中频放大器电路原理图如图6所示。图6中频放大器电路3、二极管包络检波电路对于标准调幅波，由于其包迹形状和调制信号形状相同，故可采用提取包迹的方法以实现检波。二极管包迹检波是一种应用十分广泛，而且工作频率高的电路，而且电路简单，易于实现。本设计的检波电路就是采用二极管包络检波，当然也可以采用平均值检波和相乘检波等电路。对于二极管包络检波电路，因为二极管只是在输入信号正半周的峰值附近一部分时间导电，在二极管导电期间，电容被充电，其点电位逐渐升高；在二极管截止期间，电容对电阻放电，电容上电位逐渐下降。于是在电阻和电容的两端形成锯齿状波形。对于二极管包络检波的一个重要问题就是防止失真，产生失真的来源主要有三种：（1）二极管伏安特性非线性引起的失真；（2）检波负载时间常数过大引起的惰性失真；（3）检波负载交、直流值不同造成的平底切削失真。对于二极管伏安特性非线性引起的失真，可以给二极管加一个微小的正向偏压，使它的静态工作点处于导通点附近，从而减少二极管导通电压不为零造成的失真。任何瞬间都不产生惰性失真的条件为：因为，，所以取R9=R=1KΩ,C9=C=200nF。任何瞬间都不产生削底失真的条件为：因为，=R9//R10,=R9。所以取R9=1KΩ,R10=2KΩ,C7=2uF。具体电路原理图如图7所示。图7二极管包络检波电路图四.电路性能指标测试对于混频器电路的测试，要求设计混频器能够很好的输出465kHz的中频信号，且不失真。通过运行仿真软件可以得到如图8所示的混频器输出波形，经过频谱分析仪测试可知输出信号频率约为465kHz，基本上完成了设计要求的技术指标。图8混频器输出波形图9混频器输出信号的频谱分析仪对于中频放大器输出信号的测试，根据设计要求，中频放大器要有选频放大的作用，其输出信号载波幅值U>0.2V，信号不能失真。其输出信号经示波器测得的输出波形如图10所示，载波幅值约为1.4V，经频率计测得频率约等于465KHZ，如图11所示，基本上完成了设计要求的技术指标。图10中频放大器的输出波形图11中频放大器输出信号的频率对于二极管包络检波的测试，因为是包络检波，所以输出的波形应该和输入调幅信号的包络一致，从而获得低频调制信号。通过示波器测量其输入输出两种信号的波形如图12所示。由图可知其输出波形基本为输入信号的包络，满足课程设计要求的技术指标。图12二极管包络检波输入信号与输出低频信号波形五．结论、性价比本设计基本完成了对超外差接收机解调部分的设计，主要包括对混频器的设计、中频放大器设计、包络检波设计等，通过设计，混频器能输出频率较为稳定的465KHz的中频信号，中频放大器能较好的对混频后的信号进行放大，从而满足包络检波的幅值要求，二极管包络检波能基本检出低频调制信号。总之，基本实现了对接收到的高频调幅信号的解调过程，完成了课程设计的要求。且设计的电路结构简单，所用到的器件使用广泛，因而电路具有很高的性价比。六.课设体会及合理化建议通过本次课程设计，我对通信电子电路以及Multisim仿真软件的相关知识有了较深的理解。对本课题涉及的调幅电路的解调、小信号调谐放大器、变频器等知识有了更深入的认识，通过查资料和自己设计，提高了自己的自学能力，了解了理论与实际的联系与区别，深知了实践是检验真理的唯一标准，为今后的学习方法和学习方向提供了参考。作为电子信息类的大学生，我希望学校在今后的教学过程中能增加此类实践性的环节，多加强我们的实践能力，加强我们把理论应用于实践的能力，另外，对于这次课设，我希望能有更多的时间，来设计更加完善的电路，甚至将电路用硬件实现。参考文献[1]铃木宪次.无线电收音机及无线电路的设计与制作[M].北京：科学业出版社，2006年[2]铃木雅臣.高低频电路设计与制作[M].北京：科学出版社，2006年[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].华中理工大学出版社，2004年[4]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工程大学出版社，2005年[5]谢沅清.通信电子线路[M].北京：电子工业出版社，2005年[6]于洪珍.通信电子电路[M].北京：清华大学出版社，2005年附录I总电路图附录II元器件清单序号编号名称型号数量1R1电阻100Ω12R2电阻15kΩ13R3电阻6.2kΩ14R5电阻2kΩ15R6电阻402kΩ16R4电阻1kΩ17R7电阻2kΩ18R9电阻220Ω19R8电阻1kΩ110C1电容500pF111C2C5电容100pF412C3电容10nF113C4电