超外差調(diào)幅接收機(jī) 通信基本電路課程設(shè)計(jì)

1、通信基本電路課程設(shè)計(jì)超外差調(diào)幅接收機(jī)姓名：王鴻福專業(yè)班級(jí)：電子信息工程082班指導(dǎo)老師： 張 煒 學(xué)院：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院摘 要隨著廣播技術(shù)的發(fā)展，無論是發(fā)射機(jī)還是接收機(jī)都在不斷更新?lián)Q代。尤其以接收機(jī)的發(fā)展更為明顯，目前的無線電接收機(jī)不但能收音，而且還有可以接受影像的電視機(jī)，接受信息的手機(jī)等。調(diào)幅接收機(jī)是一種常用的廣播通信工具，有多種制作形式。例如超外差式調(diào)幅接收機(jī)和點(diǎn)頻調(diào)幅接收機(jī)。本文主要介紹超外差調(diào)幅接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。此種調(diào)幅接收機(jī)主要有六部分組成，輸入回路、高頻放大、變頻器、中頻放大、檢波器和音頻放大。輸入回路是選擇接收信號(hào)的部分，需要調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率;接收到的信號(hào)經(jīng)過

2、放大（也可以省略放大）送給變頻器變頻，變頻后經(jīng)過中放送給檢波器將已調(diào)信號(hào)還原成低頻信號(hào);本機(jī)振蕩則是為檢波器提供與輸入信號(hào)載波相差一個(gè)確定的中頻（在我國(guó)為465KHz）信號(hào);最后的音頻功放則是將聲音信號(hào)放大。因?yàn)槌獠钍骄哂徐`敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等優(yōu)點(diǎn)。因此，超外差調(diào)幅接收機(jī)的應(yīng)用更加普遍。本文詳細(xì)介紹了超外差調(diào)幅接收機(jī)各部分的設(shè)計(jì)過程和在電類軟件中的仿真。關(guān)鍵字：超外差、變頻、檢波目 錄一、概述1.1設(shè)計(jì)題目超外差調(diào)幅接收機(jī)1.2設(shè)計(jì)目的與要求1、聯(lián)系課堂所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)查閱、收集、整理、吸收消化資料的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。2、培養(yǎng)獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。3、熟練掌握M

3、ultisim、System View 等軟件的仿真。4、培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)能力，提高綜合能力。1.3設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)1、頻率范圍：5351605kHz2、負(fù)載：3、靈敏度：4、選擇性：5、輸出功率：6、輸出信噪比：7、直流電源：3V二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇2.1超外差調(diào)幅接收機(jī)原理超外差式接收機(jī)主要由輸入電路、混頻電路、中放電路、檢波電路、前置低頻放大器、功率放大電路和喇叭或耳機(jī)組成。工作原理框圖如圖2-1所示：圖2-1 超外差接收機(jī)原理框圖由輸入電路，即選擇電路，或稱調(diào)諧電路把空中許多無線電廣播電臺(tái)發(fā)出的信號(hào)選擇其中一個(gè)，送給混頻電路?；祛l將輸入信號(hào)的頻率變?yōu)橹蓄l，但其幅值變化規(guī)律不改變。不

4、管輸入的高頻信號(hào)的頻率如何，混頻后的頻率是固定的，我國(guó)規(guī)定為465KHZ。中頻放大器將中頻調(diào)幅信號(hào)放大到檢波器所要求的大小。由檢波器將中頻調(diào)幅信號(hào)所攜帶的音頻信號(hào)取下來，送給前置放低頻放大器。前置低頻放大器將檢波出來的音頻信號(hào)進(jìn)行電壓放大。再由功率放大器將音頻信號(hào)放大，放大到其功率能夠推動(dòng)揚(yáng)聲器或耳機(jī)的水平。由揚(yáng)聲器或耳機(jī)將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇簟Ｕ{(diào)幅接收機(jī)原理點(diǎn)頻式接收機(jī)主要由輸入回路、高頻放大、本機(jī)振蕩、解調(diào)、音頻放大和喇叭或耳機(jī)組成。工作原理框圖如圖2-2所示：圖2-2 點(diǎn)頻調(diào)幅接收機(jī)原理框圖天線接收到的信號(hào)傳到輸入回路，輸入回路用來選擇接收到的信號(hào)。并且輸入回路應(yīng)該調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率

5、。被選擇后的信號(hào)傳到高頻放大器部分，經(jīng)過選頻放大。并且選頻回路同樣要調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率。經(jīng)過高頻放大后的信號(hào)傳到由模擬乘法器構(gòu)成的解調(diào)電路，將已調(diào)信號(hào)還原成低頻信號(hào)。由于模擬乘法器用作檢波時(shí)必須有一與接收信號(hào)同頻的本振信號(hào)，因此用本機(jī)振蕩來提供與輸入信號(hào)載波同頻的信號(hào)。經(jīng)過解調(diào)后的低頻信號(hào)傳入音頻放大器電路，放大后再傳到揚(yáng)聲器，發(fā)出聲音。綜合比較兩種方案可知，點(diǎn)頻調(diào)幅接收機(jī)明顯較超外差式調(diào)幅接收機(jī)簡(jiǎn)單，對(duì)于課程設(shè)計(jì)的可行性來說，應(yīng)優(yōu)選點(diǎn)頻調(diào)幅接收機(jī)。在超外差式調(diào)幅接收機(jī)中，要采用變頻。變頻把高頻變?yōu)橹蓄l這是超外差的特點(diǎn)。本著先多了解這部分內(nèi)容的精神，我選了做超外差調(diào)幅接受機(jī)，沒有選作較簡(jiǎn)單

6、的點(diǎn)頻式調(diào)幅接收機(jī)。這樣可以學(xué)到更多一點(diǎn)。三、各部分電路的設(shè)計(jì)3.1輸入回路模塊天線在無線電通信技術(shù)中是起到發(fā)射或接收電磁波的作用，天線性能的優(yōu)良與否，往往在無線通信中起到事半功倍的作用。從原理上講，發(fā)射天線和接收天線是互易的，但在實(shí)際應(yīng)用中還是有差別的。一副在某一段頻率上發(fā)射性能優(yōu)良的天線，一定也是在該段頻率上接收性能優(yōu)良的接收天線，但隨便一條能接收的天線，卻不一定也是優(yōu)良的發(fā)射天線。一般來說（除了發(fā)射和接收共用的天線），發(fā)射天線為了突出和強(qiáng)調(diào)發(fā)射效果，往往采用諧振天線（窄帶天線），而接收天線卻往往采用非諧振天線（寬帶天線），即使接收天線回路在某些頻率上存在諧振，但天線回路衡量諧振程度的品質(zhì)

7、因數(shù)（Q值）還是比較低的，這樣的天線基本上可以看成是非諧振天線。如果用想同一條天線來完成全波段接收，包括 V/U 波段，甚至到 1G 以上頻率的接收，最好是選擇一些廠家經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的寬帶天線，有些寬帶天線可以工作在 500kHz-1500MHz的頻率范圍內(nèi)，但寬帶天線（非諧振天線）接收弱信號(hào)的效果總是不如窄帶天線（諧振天線）。本次課程設(shè)計(jì)中采用的是諧振天線回路。具體的電路設(shè)計(jì)如圖3.1：圖3.1 天線回路的電路設(shè)計(jì)圖為單調(diào)諧輸入回路。根據(jù)接收信號(hào)的中心頻率 f0 和接收信號(hào)的帶寬 B，確定表示輸入回路諧振特性的品質(zhì)因數(shù)Q = f0/B根據(jù)中心頻率，確定回路電感 L和電容C 的值。其中，電容值不

8、能太小，否則，分布電容會(huì)影響回路的穩(wěn)定性，一般取 C>>Cie(Cie 表示下級(jí)高頻放大電路中晶體管的輸入電容)。為便于調(diào)整，實(shí)際電路中電容C 常用固定電容和可變電容并聯(lián)的形式。在設(shè)計(jì)輸入回路時(shí)，還要考慮它與天線之間，以及它與下一級(jí)放大電路之間的阻抗匹配。所以，要事先確定天線的等效阻抗，以及放大電路的等效輸入阻抗。輸入回路可以采用部分接入的方法，改善下一級(jí)電路對(duì)輸入回路選頻性能的影響。3.2混頻器模塊混頻器，也叫變頻器，是將輸入信號(hào)的頻率變?yōu)橹蓄l，但其幅值變化規(guī)律不改變。不管輸入的高頻信號(hào)的頻率如何，混頻后的頻率是固定的，我國(guó)規(guī)定為465KHz。具有這種作用的電路成為混頻電路或變頻

9、電路?；祛l電路有這么幾種組成形式，晶體管混頻電路，二極管混頻電路，差分對(duì)模擬乘法器混頻電路。 晶體管混頻電路：有四種形式如圖3.2.1： (a) (b)(c)(d)圖 晶體管混頻器的電路組態(tài)晶體管混頻器的變頻增益較高,因而在中短波接收機(jī)和測(cè)量?jī)x器中廣泛采用。圖為晶體管混頻器的原理性電路。這四種電路各有優(yōu)缺點(diǎn)。圖（a）電路對(duì)振蕩電壓來說是共射電路，輸入阻抗較大，因此用作混頻時(shí)，本地振蕩電路比較容易，需要的本振注入功率也較小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是因?yàn)樾盘?hào)輸入電路與振蕩電路相互影響較大（直接耦合），可能產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。這是它的缺點(diǎn)。當(dāng)s與o的相對(duì)頻差不大時(shí)，牽引現(xiàn)象比較嚴(yán)重，不宜采用此種電路。圖（b）電

10、路的輸入信號(hào)與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極輸入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí)，對(duì)于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵(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；不過通常所需功率也只有幾十毫瓦，本振電路是完全可以供給的。因此，這種電路應(yīng)用較多。圖（c）和（d）兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時(shí)一般都不采用。但在較高的頻率工作是（幾十兆赫茲），因?yàn)楣不娐返?比共射電路要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時(shí)也有采用這種電路的。 二級(jí)管混頻器分析晶體管混頻電路：有四種形式如圖：（a

11、）（b）圖 二極管混頻器的電路組態(tài)圖表示的是二極管混頻器的原理性電路，圖3.2.2（a）是二極管平衡混頻器的原理性電路，圖中變壓器的TR1和TR2的中心抽頭是對(duì)稱的。由圖可見，信號(hào)電壓Vs=Vsmcos0t反相加在兩個(gè)二極管D1和D2上；振蕩電壓V0=Vomcos0t同相地加在D1和D2上。如果Vom> Vsm, 則D1和D2工作在開關(guān)狀態(tài)，其開關(guān)頻率為0/2。圖（b）表示的是二極管環(huán)形混頻器的原理性電路，它的產(chǎn)生是為了在混頻器中進(jìn)一步抑制一些非線性產(chǎn)物目前被廣泛采用。它可以看成是兩個(gè)平衡混頻器的組合，如圖3.2.2（b）中外面兩個(gè)可以看成是本振電壓正半周的電流流向；里面兩個(gè)可以看成是本

12、振電壓負(fù)半周的電流流向。差分對(duì)模擬乘法器混頻電路暫不介紹。 分析選擇晶體管混頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是變頻增益較高，但它有如下一些缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍較小，一般只有幾十毫伏；組合頻率較多，干擾嚴(yán)重；噪聲較大（與二極管相比較）；在無高放的接收機(jī)中，本振電壓可通過混頻管極間電容從天線輻射能量，形成干擾。這種輻射稱為反向輻射。二極管組成的平衡混頻器和環(huán)形混頻器的優(yōu)缺點(diǎn)正好與上述情況相反。它有組合頻率少、動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲小、本振電壓無反向輻射等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是變頻增益小于1。為了實(shí)現(xiàn)輸出增益較高我選用的是晶體管混頻器。本次電路如圖：圖仿真結(jié)果如圖：圖3.3本地振蕩器就是用LC與三極管組成一個(gè)振蕩電路，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的等幅振

13、蕩頻率F0，它總是比接收的電臺(tái)頻率F1高465KHz。經(jīng)混頻電路中非線性元件后，產(chǎn)生大量的諧波、組合波，利用固定的諧振回路，選取出465KHz的中頻信號(hào)。 當(dāng)收音機(jī)在調(diào)諧時(shí)，天線回路諧振于不同的電臺(tái)信號(hào)F1，本機(jī)振蕩電路同時(shí)改變頻率，使得F0總是比F1高465KHz，這樣就完成了“變頻”的過程帶有音頻信息的不同電臺(tái)的調(diào)幅信號(hào)，變成了載頻固定的調(diào)幅中頻信號(hào)。由于中頻信號(hào)頻率較低、頻率固定，便于對(duì)它進(jìn)行穩(wěn)定和高增益的放大，也確保了收音機(jī)的選擇性。由于整個(gè)接收機(jī)的頻率穩(wěn)定度由它決定，因此要求本地振蕩有較高的頻率穩(wěn)定度，同時(shí)也有一定的振蕩功率(或電壓)，其輸出波形失真要小。振蕩器有很多種，此次選用的是

14、石英晶體振蕩器主要原因是因?yàn)楸菊褚笠笏恼袷庮l率應(yīng)十分穩(wěn)定。一般的LC振蕩電路，其日頻率穩(wěn)定度約為，晶體振蕩電路的Q值可達(dá)數(shù)萬，其日頻率穩(wěn)定度可達(dá)，因此，本機(jī)振蕩電路采用晶體振蕩器。此次用的是并聯(lián)諧振型晶體c b型振蕩器電路。電路如圖：圖 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器電路圖所示電路相當(dāng)于電容三端式振蕩電路，為典型的并聯(lián)諧振型晶體振蕩器電路。晶體管的基極對(duì)高頻接地，晶體接在集電極與基極之間，C3與C5為回路的另外兩個(gè)電抗元件。他類似于克拉波電路。晶體振蕩器的諧振回路與振蕩管之間的耦合非常弱，從而是頻率穩(wěn)定性大為提高。仿真結(jié)果如圖：圖并聯(lián)諧振型晶體振蕩器電路仿真結(jié)果3.4中放與檢波中放：如果外來信號(hào)和

15、本機(jī)振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進(jìn)入放大電路。因此在接收一個(gè)需要的信號(hào)時(shí)，混進(jìn)來的干擾電波首先就在變頻電路被剔除掉，加之中頻放大電路是一個(gè)調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機(jī)的選擇性指標(biāo)很高。超外差式接收機(jī)能夠大大提高收音機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都變成為中頻信號(hào)，然后都能進(jìn)入中頻放大級(jí)，所以對(duì)不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。中放的級(jí)數(shù)可以根據(jù)要求增加或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，而只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。檢波即調(diào)幅

16、波的解調(diào)，從輸入的調(diào)幅波中還原調(diào)制信號(hào)。可見，檢波器是調(diào)幅接收機(jī)的核心電路，衡量它性能的指標(biāo)主要有檢波效率、檢波失真、等效輸入電阻等。為了了解解調(diào)，我們首先來看調(diào)制的過過程。調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻振蕩（載波）的幅度，使高頻振蕩的振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。把調(diào)制信號(hào)和載波同時(shí)加到一個(gè)非線性元件上(例如晶體二極管或晶體三體管)，經(jīng)過非線性變換電路，就可以產(chǎn)生新的頻率成分，再利用一定帶寬的諧振回路選出所需的頻率成分就可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。幅度調(diào)制信號(hào)按其不同頻譜結(jié)構(gòu)分為普通調(diào)幅（AM）信號(hào)，抑制載波的雙邊帶（DSB）信號(hào)，抑制載波和一個(gè)邊帶的單邊帶（SSB）信號(hào)。解調(diào)時(shí)可以用同步檢波或者包絡(luò)檢波。此

17、次電路設(shè)計(jì)把中頻放大與檢波放在一起設(shè)計(jì)與仿真了。用的是包絡(luò)檢波。主要用來接受普通調(diào)幅（AM）信號(hào)。設(shè)計(jì)電路如圖：圖 中頻放大與檢波電路中頻放大的仿真如圖：圖 中頻放大的仿真圖形后面影響有點(diǎn)失真受。不接后邊電路圖形很好。檢波電路的仿真如圖：圖 檢波電路的仿真雖然前邊的波形受到了影響，但是檢波后波形還是非常好的。包絡(luò)檢波還可以用二極管檢波：二極管包絡(luò)檢波的電路如下圖3.4.4由二極管組成的包絡(luò)檢波電路（1）二極管D 的選擇在選擇檢波二極管時(shí)，要考慮輸入信號(hào)的頻率，保證二極管的工作頻率遠(yuǎn)小于其自身的截止頻率。一般可選用點(diǎn)接觸型檢波二極管，如 2AP9，其截止頻率為100MHz，（2）檢波負(fù)載電阻的確

18、定先估算檢波器后的低頻放大器等效輸入電阻 ri的值，一般為 25k。為滿足檢波輸出波形不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真的條件，即Ma<Ri/(Rl+Ri)式中 ma表示調(diào)幅度，通常，在接收機(jī)中 ma最大約為 0.8，平均為 0.3，所以，一般選RL=510 k。（3）負(fù)載電容C的確定根據(jù)檢波輸出波形不產(chǎn)生惰性失真的條件，得工程上確定負(fù)載電容 C的近似計(jì)算式：（4）隔直耦合電容CC的確定CC 的存在主要影響檢波的下限頻率。為使調(diào)制信號(hào)頻率為最小值時(shí)，CC 上的電壓降不大，不產(chǎn)生頻率失真，必須滿足下式：1/(Nmin*Cc)<<Ri在通常的音頻范圍內(nèi)，上式是容易滿足的。一般取CC為幾u(yù)F，如

19、510uF。本次課程設(shè)計(jì)中采用的是MC1496構(gòu)成的同步檢波電路3.5低頻放大器低頻放大：一般從鑒頻器輸出的信號(hào)都比較小，為了得到我們所需的信號(hào)，必須將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來實(shí)現(xiàn)這一功能。本次設(shè)計(jì)是音頻信號(hào)，所以采用運(yùn)算放大器效果比較好。有很多人采用運(yùn)放，因?yàn)椴恍枰鰧?shí)物，想對(duì)三極管的運(yùn)用個(gè)熟練一些，所以我還是采用的三極管。此次電路圖的設(shè)計(jì)為如圖：圖 低頻放大器電路仿真結(jié)果如圖：四、整體電路圖五、部分元件的選擇與確定1、三極管選擇變頻管的截止頻率f應(yīng)比實(shí)際最高頻率高出23倍以上。各級(jí)三極管的穿透電流ICEO都應(yīng)該盡量小，對(duì)于的選擇，一般希望選大些，特別是第一中放管的值應(yīng)選大

20、于100，但不宜過大（容易引起自激），應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選配適當(dāng)?shù)闹?。可以全部選用中等值（6080）配套，或采用=80120的與3060的配成一套（電源電壓不高，功率管ICEO即使稍大些也可用）。2、電容的選擇高頻部分的電容耦合電容和旁路電容在間選用。變頻管的振蕩耦合電容和基極旁路不能過大或過過小，否則，因容值過大引起間歇振蕩，過小引起低端停振現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)振蕩頻率f估算所涉及回路的時(shí)間常數(shù)選取該電容。中頻槽路電容誤差可允許 5% 10%（通常中周TTF系列配200pF電容）。電解電容允許誤差不作要求，但要注意其耐壓值，有較高的絕緣電阻。本機(jī)振蕩回路并聯(lián)的微調(diào)電容，可采用具有負(fù)溫度系數(shù)的拉線電容。六、心得體會(huì)耗時(shí)幾天的高頻課程設(shè)計(jì)終于將要在自己的收獲與體會(huì)中塵埃落定,這幾天真的是一直在忙碌,忙著上網(wǎng)查資料,忙著翻閱參考