調(diào)頻收音機(jī)設(shè)計(jì)仿真報(bào)告

1、一、緒論調(diào)頻收音機(jī)（FMRadio ）無(wú)論過(guò)去還是現(xiàn)在一直在人們的生活?yuàn)蕵?lè)中占有非 常重要的地位。 從老式的晶體管收音機(jī)到今天的網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)， 說(shuō)明通過(guò)廣播享受 生活一直是人們喜歡的生活方式。聽(tīng)收音機(jī)和看電視一樣，可以增長(zhǎng)很多知識(shí)， 而且像有聲小說(shuō)這樣的讀物在電視里是聽(tīng)不到的， 并且現(xiàn)在廣播的發(fā)展速度也很 快，曲藝、歌曲、體育、文藝、評(píng)論等等，可以說(shuō)包羅萬(wàn)象。目前調(diào)頻式或調(diào)幅式收音機(jī)，一般都采用超外差式，因?yàn)樗腥缦聝?yōu)點(diǎn)：1. 由于變頻后為固定的中頻， 頻率比較低， 容易獲得比較大的放大量， 因此 收音機(jī)的靈敏度可以做得很高。2. 由于外來(lái)高頻信號(hào)都變成了一種固定的中頻，這樣就容易解決不同電臺(tái)

2、信號(hào)放大不均勻的問(wèn)題。3. 由于采用 "差頻"作用，外來(lái)信號(hào)必須和振蕩信號(hào)相差為預(yù)定的中頻才能 進(jìn)入電路，而且選頻回路、 中頻放大諧振回路又是一個(gè)良好的濾波器， 其他干擾 信號(hào)就被抑制了，從而提高了選擇性。但是超外差式電路也有不足之處， 會(huì)出現(xiàn)鏡頻干擾和中頻干擾， 這二個(gè)干擾 是超外差式收音機(jī)所特有的干擾。 這在設(shè)計(jì)電路和調(diào)試時(shí)應(yīng)該設(shè)法減少這些影響。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)調(diào)頻收音機(jī)， 使收音機(jī)的調(diào)頻部分實(shí) 現(xiàn)88MHz- 108MH調(diào)頻廣播接收；并且完成電路設(shè)計(jì)，相關(guān)參數(shù)計(jì)算；完成各模 塊仿真，并提供仿真報(bào)告；完成印刷電路板設(shè)計(jì)、制作及安裝調(diào)試。本次設(shè)計(jì)采用的是

3、“高頻放大、本振電路、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻放 大電路”的電路單元，其整機(jī)具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小、 噪聲小等優(yōu)點(diǎn)； 且外圍電路元件較少， 適合自己動(dòng)手焊接裝配， 以達(dá)到學(xué)習(xí)和實(shí) 踐相結(jié)合的目的。1. 主要技術(shù)指標(biāo)（1）工作頻率范圍：收音機(jī)接收到的無(wú)線電波的頻率范圍成為收音機(jī)的工 作頻率，在整個(gè)接收的范圍內(nèi)滿足主要的性能指標(biāo)， 工作頻率必須和發(fā)射機(jī)的頻 率相對(duì)應(yīng)。調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為 88-108MHZ因?yàn)檎{(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的頻 率一般為88-108MHZ中頻頻率為465kHz。（2）靈敏度：收音機(jī)接收微弱信號(hào)的能力稱為靈敏度，一般用輸入電壓來(lái) 表示。可以接受的信號(hào)越小

4、， 靈敏度就越高。 一般生活中調(diào)頻收音機(jī)的靈敏度為5-30uV。（3）選擇性：收音機(jī)從各種干擾信號(hào)中選出所需要的信號(hào)或衰減不要的信號(hào)的能力稱為選擇性，單位用dB表示。dB數(shù)越高選擇性越好。調(diào)頻收音機(jī)的中頻 干擾大于 50dB。（4）通頻帶：收音機(jī)的頻率響應(yīng)范圍稱為通頻帶。調(diào)頻收音機(jī)的通頻帶一 般為 200kHz。（5）輸出功率：收音機(jī)的負(fù)載輸出最大不失真功率稱為不失真功率。輸出 功率應(yīng)該不小于 100mW。2. 設(shè)計(jì)方案(1) 方案論證與設(shè)計(jì)調(diào)頻收音機(jī)主要由天線、高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放 大和揚(yáng)聲器幾個(gè)模塊組成。本設(shè)計(jì)利用三極管的放大特性進(jìn)行信號(hào)的放大，再通 過(guò)并聯(lián)諧振選頻

5、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻率的選擇。采用分級(jí)設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。為防止前后級(jí)電路的干擾，影響，可在兩級(jí)之間加射極跟隨器或者采用電感 耦合的方式將前后級(jí)隔離，減少后級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路的影響。(2) 系統(tǒng)原理框圖天線喇叭98.7118.7MHz88108MHz10.7MHz(3) 工作原理介紹調(diào)頻(FM收音機(jī)由輸入回路、高放回路、本振回路、混頻回路、中放回路、 鑒頻回路和音頻(低頻)功率放大器組成。高頻放大后信號(hào)與本地振蕩電路產(chǎn)生的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻后輸出，再 將混頻信號(hào)由中頻回路進(jìn)行選擇， 提取以中頻10.7MHz為載波的調(diào)頻波。該中頻然后進(jìn)選擇回路由10.7MHz濾波器構(gòu)成。中頻調(diào)制波經(jīng)中放電路進(jìn)

6、行中頻放大， 行鑒頻得到音頻信號(hào)，經(jīng)功率放大輸出，耦合到揚(yáng)聲器，還原為聲音。(4) 總體電路圖所需元件清單如下表元器件名稱型號(hào)數(shù)量/個(gè)電阻10k55k23k42k11k5電位器104（ 100k 可調(diào)）1可調(diào)電感2.1u-6.8uH1電感220uH20.1uH110mH3電容1pF318 pF1150 pF210uF12可調(diào)電容3/10 pF1陶瓷鑒頻器J10.7MC11純銅收音機(jī)拉桿天線全長(zhǎng)762mm四節(jié)1三極管S90146喇叭（揚(yáng)聲器）Real play小喇叭揚(yáng)聲器直徑4CM1電池座可裝兩節(jié)五號(hào)電池1電池5 號(hào)( 1.5V)2、各單元電路設(shè)計(jì)1. 高頻小信號(hào)放大電路晶體管高頻小信號(hào)放大器不

7、僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻、濾波作 用，因此晶體管的負(fù)載應(yīng)為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間 電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會(huì)影響的頻率和相位。 同時(shí)對(duì)于此高放，還應(yīng)滿足 一下三點(diǎn)要求要求：工作穩(wěn)定。（1）（2）選擇性好，即有一定的通頻帶。（3）失真小，增益高，且工作頻率變化時(shí)增益變動(dòng)不應(yīng)過(guò)大。高頻小信號(hào)諧振放大電路主要由晶體管、 負(fù)載、輸入信號(hào)和直流電源等部分電路 組成。晶體管基極正偏，工作在甲類，負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。該放大電路能夠 對(duì)輸入的高頻小信號(hào)進(jìn)行反向放大。其中？=12?/?=88108?下面以88MH為例，進(jìn)行仿真。XSC1靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置如下:VCC3V

8、Rb1；3k QQ12N2369Rb2 魯k QRe1:1k Q選頻網(wǎng)絡(luò)如下圖所示：r V.85uH : :險(xiǎn)疔颶： 憶0倔樂(lè):C4 : I * IpF其中電容C=0.1uH,電感為2.85UH的可調(diào)電感，二者并聯(lián)，組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。仿真結(jié)果及分析T1石網(wǎng)T2主匝T2J1時(shí)間13.363 us13.372 usa. 718 ns通道/13L.532ljV26.119 mV25.53® mV通道1.373 mVSt2.50LuV-1.060 mV保存時(shí)基通ilAa道0觸發(fā)10 nsjrt)iv劇度：20 mV/DivprnV伽:邊沿：回*| |71 S E>t工軸位移船）：0Y軸

9、位移（格：J： 0Y袖位移格）：0口木平：o1 V1 v/r 1 涼加 e/A “1交謊II 0 1直療1交剌0直療二單次1正常丨自動(dòng)無(wú)：外觸左由仿真結(jié)果可得電壓增益 A=26.119/1.373=19.02,滿足放大倍數(shù)大于10的要求。通過(guò)光譜分析儀可得，其輸出中心頻率位于88.397MHz處。2. 本振電路本次設(shè)計(jì)采用西勒電路作為本振電路。西勒電路主要特點(diǎn)就是在回路電感 L兩端 并聯(lián)了一個(gè)可變電容C4,而C3為固定值的電容器，且滿足 C1、C2遠(yuǎn)大于C3,C1、C2遠(yuǎn)大于C4回路的總等效電容為C 三=C 斗 + jj1 C 44+Cl G C,所以，振蕩頻率為"証珥 Mgc.+C

10、J在西勒電路中，由于C4與L并聯(lián)，因此C4的大小不影響回路的接入系數(shù)。 如果 C3固定，通過(guò)變化C4來(lái)改變振蕩頻率，則R''L在振蕩頻率變化時(shí)基本保持 不變，從而使輸出振幅穩(wěn)定。此種振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：較易起振，振蕩頻率也較為穩(wěn)定，波形失真較小，當(dāng)參數(shù) 設(shè)置得當(dāng)時(shí)，其頻率覆蓋系數(shù)較大，因而選用此電路進(jìn)行電路設(shè)計(jì) 對(duì)于一般小功率自動(dòng)穩(wěn)幅LC振蕩器，靜態(tài)工作點(diǎn)要遠(yuǎn)離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)， 以得到較大的輸出阻抗。一般根據(jù)具體電路和電源電壓大小集電極電流一般取 14mA在實(shí)際偏置參數(shù)選定時(shí)，在可能條件下發(fā)射極偏置電阻盡可能取大一好。 參數(shù)選擇主要是根據(jù)滿足振蕩頻率，滿足起振條件并有足夠的振蕩

11、幅度和規(guī)定的 頻率穩(wěn)定性等因素加以考慮。若以頻穩(wěn)性角度出發(fā)回路電容應(yīng)取大一些， 有利于 減少并聯(lián)在回路上的管子極間電容等變化的影響。但 C不能過(guò)大，C過(guò)大，L會(huì)變小，Q值會(huì)變低，振蕩幅度也會(huì)變小。為了解決頻穩(wěn)和振幅的矛盾，通常用部 分接入。前已討論反饋系數(shù)F=C1/C2不能過(guò)大或過(guò)小，適宜1/81/2.1令 L=0.1uH 則?0?=-=0V?2? V ?(?3+?4)其中？的取值范圍為98.7MHz118.7MHz 若C3=20pF則可取C4=10pF的可變電容。因要滿足C1,C2>>C3,C4F= C1/C2 取值為 1/81/2，可取 C1=400pF,C2=410pFXSC

12、1Ext TrigVCC嚴(yán)1> 2k Q宅 10mH 3VXFC1»Cb1± 10uFRb2:15k QQ1c2N2369Re11.5k QC1.zz 400pFC3* 20pF102L=aC2L1 410pF I 0.1uHC410pFKey=A 70 %冥T1 *- t*T2F時(shí)§ _標(biāo)度：吋伺47.267 OS47.267 usQ.QQCicX軸位1W； |D回忍口 B/A II A用a適科兀1123 mV47D, 123 mVO.QOOVjSjAW： 詢湖觀；也I袁克I 0 II直為眉 MmVajSjSB Zj刻陳 3仔 ± Y鈾應(yīng)移（格）

13、；廠文制I 0 I直流1二邊沿:S屯囚 水即；lp單空II正常”口勘匡IE匚站IV3. 混頻電路也就是說(shuō)它是一個(gè)線性頻率譜搬電路， 對(duì)于調(diào) 只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變混頻電路是一種頻率變換電路，是時(shí)變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。 如一個(gè)振 幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化） 與幅度較小的外來(lái) 信號(hào)同時(shí)加到作為時(shí)變參量線性電路的器件上， 則輸出端可取得此二信號(hào)的差頻 或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻 載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變， 頻波通過(guò)變頻電路后仍然是調(diào)頻波。的。本振信號(hào)從射極接入，高頻信號(hào)從基極接入。本次設(shè)計(jì)采用如下晶體

14、管混頻電路，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí)，對(duì)于本振電壓來(lái)說(shuō)是共基電路， 其輸入阻抗較小，不易過(guò)激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但需 要較大的本振注入功率；不過(guò)通常所須功率也只有幾十mW本振電路是完全可以供給的。+()在集電極接選頻網(wǎng)絡(luò)，從中選取頻率為10.7MHz的中頻信號(hào)。因而可選取電感L=2.2uH，電容 C=100pF| IlJ口口口口,L12.2uHXFC1123QC1丄 100pF由圖可知示波器1中A、B通道分別顯示的高頻放大信號(hào)和本振信號(hào), 顯示的是混頻之后的波形。時(shí)基通ilA®道0融發(fā)標(biāo)團(tuán)20 n時(shí)恤搠陳 12 mv/av200 mV/Div:

15、邊沿：X軸位移：0Y軸位移|1Y袖位移格）：-L61水平：1 m 1 涼加 e/A A/B交謊II 0 II直剌交涼01直剌*單次 'K.時(shí)間4O.aO5us40.305 LIS0.000 S通道丄74.669 uV74.e69 uV lO'.OOO V通道 -97.197 mV -57.197 mV0.000 ¥T1石朗T2主匝T2J1剛子外觸左B Ext自動(dòng)coVCC = =3V-X&C2X時(shí)間41.395 US41.曲 5 LIS0.000 S叵向桁外觸左經(jīng)過(guò)變頻器混頻之后輸出的波形時(shí)基通ilAa道01觸發(fā)50 n時(shí)恤S V/Div1邊沿：艾軸位移：0Y

16、軸位移（格：J： 0Y軸位移格）：水平：1 v/r 1 涼加 e/A“交謊1 0 II直療1交涼01直剌*單次區(qū)B已龍正常L自動(dòng)送-3.832 fV -3.SS2fV lO'.OOO V通過(guò)測(cè)試可知，能夠成功混頻，并能成功選出所需頻率。4. 中頻放大電路中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號(hào)進(jìn)行大幅度提升，以滿足解調(diào)電路的需要。其主要質(zhì)量指標(biāo)有：電壓增益 Av、通頻帶BW0.7選擇性、噪聲系數(shù)。對(duì)于中頻 放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性，還要有足夠?qū)挼耐l帶和良好的頻 率響應(yīng)、大的動(dòng)態(tài)范圍等。前級(jí)混頻器輸出頻率為10.7MHz在此次中頻放大過(guò)程中，應(yīng)該保持其頻率不變， 只對(duì)其幅值進(jìn)

17、行放大。不過(guò)為了防止干擾頻率的影響，仍然選用選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn) 行頻率選擇。選頻頻率為10.7MHz，若電容C=1 pF則電感L=220uH設(shè)計(jì)的中頻放大電路如下圖：通過(guò)示波器仿真如下ll<T1石朗T2主匝T2J1時(shí)間27D.«7u5270.497U50.000 £通道45.449 mV45.44 mVlO'.OOO V通道934,441. uV934.44LUV0.000 ¥期外觸戰(zhàn)時(shí)基 標(biāo)團(tuán) 工軸位移【格）： 回濟(jì)加晞：A陽(yáng)hOO ns/t>iv通ilAY軸位移（格）：0lOOmV/Div交謊0 II直療I.觸發(fā)1邊沿：Y軸位移格）：|0 _水

18、平：交涼口麗 璋更I工常自動(dòng)無(wú)通道日2mVA5iv7171 E Ex tfo102通道B為輸入信號(hào)，通道A為輸出信號(hào)，明顯可以看出對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了幾 十倍放大。這將有利于之后鑒頻電路的正常工作。通過(guò)光譜分析儀可得，其中心頻率為10.890MHz由于輸入信號(hào)存在頻偏分 量，使得結(jié)果偏離10.7MHz,但是影響不大。5. 鑒頻電路鑒頻器的任務(wù)是從調(diào)頻信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)，它包括變換部分及振幅檢波器 部分。利用LC諧振回路實(shí)現(xiàn)振幅鑒頻，LC諧振回路構(gòu)成的頻幅變換網(wǎng)絡(luò)將等幅的 信號(hào)變換為FM-AM言號(hào)，然后利用包絡(luò)檢波電路恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)。因?yàn)檎{(diào)頻波振幅恒定，所以無(wú)法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。由于二極管峰值

19、包 絡(luò)檢波器線路簡(jiǎn)單、性能好，能夠?qū)⒌确恼{(diào)頻信號(hào)變換成振幅也隨瞬時(shí)頻率變 化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波，也就可以通過(guò)包絡(luò)檢波器解調(diào)此信號(hào)。設(shè)計(jì)的鑒頻電路如下：XSC1VCC I 3VAflExt Trig吐二10 QV1l1D1WC2卄0.1uFR320k Q2N2369Q14700pFC14 4700pR42k QR5C4豐 4700pF 5k QAB從示波器可以看出，本鑒頻電路實(shí)現(xiàn)將調(diào)頻波變成調(diào)頻 +調(diào)相波，然后再進(jìn) 行包絡(luò)檢波，從而提取出調(diào)制信號(hào)。從示波器波形可以看出，可以實(shí)現(xiàn)鑒頻。提 取的調(diào)制分量頻率為50kHz。但考慮到所提供的元件中有10.7MHz的鑒頻器，故直接采用鑒頻器元件

20、，同 時(shí)也可以減少誤差。6. 低頻放大電路從鑒頻器輸出的信號(hào)一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路。 設(shè)計(jì)低頻放大電路如下：XSC1V1Rb1:3k QExt Trig七一XFC1I01甲C11V2fQ1L1 0mhC210uF1021232N2369通過(guò)示波器仿真如下:Rb2'10k QRe11k QC310uF廠、1.41mV pkC；j50kHz:T1石朗；T2主匣:T2-T1時(shí)間38. LlBms33115 ms0.000 £ia.B36mV18.036 mV lO'.OOO VnsiT-1.408 mV -1.40S mV0.000V保存外觸戰(zhàn)時(shí)基通

21、道A通道B觸發(fā)20 ds/Div劇度：lOOmV/Dtv1 mVAiv1邊沿：因區(qū)B Ext工鈾位移船）：0Y軸位移（格1：0Y釉位移m）： |otK平：0|v1 v/r 1 濟(jì)加 e/A “交謊1 0 II直療1交涼01直療1 *單次正當(dāng)自動(dòng)無(wú)：通道A為輸出信號(hào)，通道B為輸入信號(hào)，從圖可得此低頻放大電路對(duì)輸出信 號(hào)放大了近100倍，有利于驅(qū)動(dòng)喇叭的正常工作。PnIIT:訂I5T.ITl4二HHiSf禹-T盂'.R_aL!輸出I：_ZC-4rrxkkfliipb*'HLu:Ir X*L? YT訂L :即 J*fl-侯- %pCzi；莒： I 0 M I*為葉LIl:Ka：:K7=Lc：fl fast嚴(yán)亠幣-TIcF11 1-RlLil四、PCB勺設(shè)計(jì)與制作1.原理圖繪制將前面的各分立模塊按照高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻以及低頻放大的順序連接即可。C .jj血FUt.c *12f U'I<U,2.PCB繪制13F0I囤 T* lOSfl111 s-+k£T 3匚丄口sr Jin"JTOaiaFIVlifl頻收昔機(jī)旨老怖：iT 組員：茹劃nlil