超外差式調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計報告—馬超

1、吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 超外差式調(diào)幅接收機(jī) 專業(yè)班級： 電子信息工程 111 學(xué)生姓名： 馬 超 學(xué) 號： 10211115 指導(dǎo)教師： 王超 高曉紅 設(shè)計時間： 2014.12.82014.12.19 教師評語：成績 評閱教師 日期 目 錄一、設(shè)計概述 11.1超外差式調(diào)幅接收機(jī) 11.2設(shè)計目的 11.3設(shè)計內(nèi)容 11.4設(shè)計要求 1二、工作原理 22.1超外差調(diào)幅接收機(jī)工作原理 2三、單元電路設(shè)計與方案選擇 33.1高頻放大器電路 33.2本地振蕩器電路 43.3混頻器電路 53.4中頻放大器電路 63.5振幅檢波器電路 73.6低頻放大器電

2、路 8四、系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析 94.1系統(tǒng)工作流程 94.2總電路的波形仿真與分析 10五、總結(jié)與體會 11六、參考文獻(xiàn) 12附錄一 13附錄二 171、 設(shè)計概述 1.1超外差調(diào)幅接收機(jī)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)不單能收音，且還有可以接收影像的電視機(jī)、數(shù)字信息的電報機(jī)等。其中，超外差調(diào)幅接收機(jī)由天線回路、高頻小信號放大電路，變頻電路、中頻放大電路、檢波器、低頻放大電路等六部分組成，經(jīng)過電路本身的作用，就變成另外一個預(yù)先確定好的頻率（在我國為465KHz），然后再進(jìn)行放大和檢波。這個固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的

3、。一般都采用超外差式，它具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等優(yōu)點。因此，超外差調(diào)幅接收機(jī)的應(yīng)用更加普遍。超外差接收機(jī)中混頻器能將不同載波頻率轉(zhuǎn)化為固定的中頻，克服了直接放大式接收機(jī)的不穩(wěn)定性，它具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性能好及失真度小等優(yōu)點。因此，超外差式接收機(jī)應(yīng)用更加廣泛。本次課程設(shè)計選這個題目，有助于我理解調(diào)幅接收過程，對于學(xué)習(xí)高頻線路這門課有很大的幫助。1.2設(shè)計目的掌握調(diào)幅接收機(jī)各功能模塊的基本工作原理。培養(yǎng)學(xué)生掌握電路設(shè)計的基本思想和方法。培養(yǎng)學(xué)生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。熟練掌握Multisim、MATLAB、VISIO等軟件應(yīng)用。培養(yǎng)獨立分析問題的能力，查閱

4、資料，整理分析資料的能力。掌握調(diào)頻收音機(jī)征集電路的設(shè)計方法。1.3設(shè)計內(nèi)容 （1）掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)原理. （2）設(shè)計接收機(jī)的各個單元電路，畫出單元電路圖。 （3）應(yīng)用EDA軟件（multisim軟件）對所設(shè)計電路進(jìn)行仿真驗證。 （4）設(shè)計總電路圖。1.4設(shè)計要求 （1）設(shè)計超外差式調(diào)頻接收機(jī)各部分原理圖。 （2）接收機(jī)各部分模塊功能的簡介接分析及仿真圖。 （3）滿足一定的指標(biāo)要求：接收頻率范圍5351605KHz；輸出功率150mW；靈敏 度50V。二、工作原理2.1超外差調(diào)幅接收機(jī)工作原理本設(shè)計總體有六大功能模塊組成，其中接收天線將接收到的微弱信號經(jīng)過高頻小信號放大器放大器將有用信號進(jìn)行

5、放大，并抑制干擾信號，然后信號經(jīng)過變頻器進(jìn)行變頻，其中變頻器是由混頻器與本地振蕩器組成，將高頻信號變成中頻信號，然后中頻信號經(jīng)過中頻放大器進(jìn)行功率放大，然后再經(jīng)過檢波器進(jìn)行檢波，即對信號進(jìn)行解調(diào)，將信號變成變成低頻調(diào)制信號，最后進(jìn)過低頻放大器進(jìn)行功率放大以實現(xiàn)對揚聲器的驅(qū)動。整個電路的設(shè)計必須注意幾個方面。選擇性好的級，應(yīng)盡可能靠近前面，因在干擾及信號都不大的地方把干擾抑制下去，效果最好。如干擾及信號很大，則由于晶體管的非線性，將產(chǎn)生嚴(yán)重的組合頻率及其他非線性失真，這時濾除雜波比較困難。為此，在高級接收機(jī)中，輸入電路常采用復(fù)雜的高選擇電路。為了使混頻和本振分別調(diào)到最佳狀態(tài)，要采用單獨的本振。超

6、外差式接收機(jī)能夠大大提高接收機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。因為不管電臺信號頻率如何都變成為中頻信號，然后都能進(jìn)入中頻放大級，所以對不同頻率電臺都能夠進(jìn)行均勻地放大。中放的級數(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，所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺，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選臺。超外差電路的典型應(yīng)用是超外差接收機(jī)，其優(yōu)點是：容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量；具有較高的選擇性和較好的頻率特性；容易調(diào)整。缺點是電路比較復(fù)雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。

7、隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，超外差接收機(jī)已經(jīng)可以單片集成。其原理圖如圖1所示。圖1 超外差式調(diào)幅接收機(jī)原理框圖三、單元電路設(shè)計與方案選擇3.1高頻放大器電路高頻放大器一般采用調(diào)諧于工作頻率的諧振電路作為輸入和輸出電路，因此高頻放大器在放大微弱的高頻信號的同時，還可以起到濾除鏡象干擾和中頻干擾的作用，雖然高頻放大器對信號具有放大作用，但設(shè)置高頻放大器的主要目的是著眼于提高輸出信噪比，這是因為，接收機(jī)的第一級對整機(jī)信噪比的影響良最為直接、最為明顯。而變頻器所產(chǎn)生的噪聲往往較大，所以變頻器之前設(shè)置一級或二級高頻放大器，即使放大器對信號的放大倍數(shù)不是很高，但卻可以明顯地提高輸至變頻器的信號Eb平與變頻器噪

8、聲巴平的比值，從而明顯地改善整機(jī)信噪比。因此，高頻放大器件必須是不身噪聲極小的低噪聲器件，一般采用管子做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號諧振在信號載頻。高頻放大器電路圖、仿真圖分別如圖2、3所示。圖2 高頻放大器電路圖圖3 高頻放大器仿真圖3.2本地振蕩器電路本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個和調(diào)幅信號相乘的高頻信號，通過信號相乘以得到新的頻率，若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會使產(chǎn)生的中頻信號不穩(wěn)，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率。本地震蕩器電路圖、仿真圖分別如圖4、5所示。 圖4 本地震蕩器電路圖圖5 本地震蕩

9、器仿真圖3.3混頻器電路混頻是指利用非線性元件，例如二極管，把兩個不同頻率的電信號進(jìn)行混合，通過選頻回路得到第三個頻率的信號的過程。完成這樣過程的裝置，叫做混頻器。對于接收機(jī)來說，混頻器的目的是把信號變換為中頻，然后再放大。因為專門對一個中頻頻率進(jìn)行放大，性能可以做得好?；祛l電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實現(xiàn)這種搬移。混頻器電路圖、混頻前仿真圖、混頻后仿真圖分別如圖6、7、8所示。圖6 混頻器電路圖 圖7 混頻前仿真圖 圖8 混頻后仿真圖3.4中頻放大器電路 中頻放大器的功能是將混頻器輸出信號進(jìn)行電壓放大以滿足鑒頻器輸入幅度的要求。中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻

10、信號加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等指標(biāo)起著極其重要的作用。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺，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。中頻放大器電路圖、仿真圖分別如圖9、10所示。圖9 中頻放大器電路圖10 中頻放大器仿真電路3.5振幅檢波器電路大信號的檢波過程主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程。包絡(luò)檢波的將高頻變成低頻，即實現(xiàn)了解調(diào)，從而從已調(diào)波中獲得信息，并將信號送給低頻放大器。振幅檢波器電路圖、仿真圖分別如圖11、12所示。 圖11 振幅檢波

11、器電路圖圖12 振幅檢波器仿真圖3.6低頻放大器電路 一個為NPN一個為PNP三極管，主要用于克服單管射極跟隨器輸電效率低的問題，NPN的三極管放大交流電正信號，PNP的放大負(fù)信號，兩三極管輪流導(dǎo)通與截止，功率輸出時效較高。一般從鑒頻器輸出的信號都比較小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來實現(xiàn)這一功能。低頻放大電路圖、仿真圖分別如圖13、14所示。圖13 低頻放大器電路圖圖14 低頻放大器仿真圖四、系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析4.1系統(tǒng)工作流程 空間有許許多多電臺發(fā)送的電磁波，它們都有自己的固定頻率，收音機(jī)通過天線和由電感線圈和可變電容器組成的諧振電路（稱調(diào)諧電路）

12、來選擇性的接收所需高頻信號。由調(diào)諧電路所選擇出的所需要的電臺信號是已調(diào)幅的高頻信號，并且十分微弱，需要先經(jīng)過高頻小信號放大器進(jìn)行放大處理，再經(jīng)過變頻器（混頻器和本振）將高頻信號變?yōu)轭l率為465KHz的中頻信號，這是超外差式收音機(jī)的核心部分，由于它是調(diào)制信號，喇叭無法將這種信號直接還原成為聲音，因此，必須從高頻信號中把音頻信號分離出來，這個分離過程被稱為解調(diào)，或檢波。這樣才能正確的還原被發(fā)射的信號，是信號正確的被被輸出。 在接收機(jī)中，檢波是由半導(dǎo)體器件二極管或三極管來完成。調(diào)幅的高頻信號經(jīng)檢波還原出音頻信號，再經(jīng)過低頻功放然后送往輸出設(shè)備，比如喇叭，喇叭將音頻信號還原為聲音。接收機(jī)接收天線將被發(fā)

13、出的高頻的調(diào)幅波接收下來，通過變頻級把外來的各調(diào)幅波信號變換成一個低頻和高頻之間的固定頻率465KHz（中頻），然后進(jìn)行放大，再由檢波級檢出音頻信號，送入低頻放大級放大。而不是把接收天線接收下來的高頻調(diào)幅波直接放大去檢出所接收信號（直放式）。超外差式接收機(jī)由輸入回路高放混頻級、一級中放、二級中放、前置低放兼檢波級、低放級和功放級等部分組成，接受頻率范圍為535KHZ1605KHZ的中波段。系統(tǒng)工作流程圖如圖15所示。低頻放大器檢波器中頻放大器混頻器高頻信號放大器本地震蕩器圖15 系統(tǒng)工作流程圖4.2總電路的波形仿真與分析從天線感應(yīng)到的高頻調(diào)幅信號，經(jīng)輸入回路的選擇送入變頻器。本振信號與接收到的

14、高頻調(diào)幅信號在變頻器內(nèi)經(jīng)過混頻作用，得到一個與接收信號調(diào)制規(guī)律相同的固定中頻調(diào)幅信號。該中頻調(diào)幅信號經(jīng)中頻放大后，送入檢波器，把原音頻信號解調(diào)出來，并慮出殘余中頻分量，再由低頻功率放大后推動揚聲器發(fā)出聲音。從下邊的仿真圖中我們可以看出，經(jīng)過超外差式調(diào)幅接收機(jī)的濾波和解調(diào)，輸出信號相比從天線接收的信號平滑，濾除了大部分噪音，電壓也有所提高，信號強(qiáng)度有所加強(qiáng)，并且保證了信號真實性，沒有失真現(xiàn)象產(chǎn)生。有仿真圖可以看出，本次超外差式調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計成功完成，還原了信號的真實性和完整性，濾除了干擾限號，降低了噪聲，達(dá)到了預(yù)期的效果。超外差式調(diào)幅接收機(jī)總電路圖見附錄二，仿真圖如圖16所示。圖16 超外差式

15、調(diào)幅接收機(jī)電路總圖五、總結(jié)與體會 在這次課程設(shè)計中我擔(dān)任了設(shè)計高頻，中頻諧振放大電路和疊加型相位鑒頻器的任務(wù)，在設(shè)計的過程中遇到了很多的問題和困難，例如單元電路參數(shù)的計算與設(shè)定，電路性能的調(diào)試以及在仿真時出現(xiàn)的波形失真等一系列問題，不過在經(jīng)過上網(wǎng)查詢資料，翻閱相關(guān)書籍和向老師同學(xué)請教后，這些問題也都迎刃而解了。在同伴都完成各自的單元電路元件后，我們一起進(jìn)行了整體電路的構(gòu)思和設(shè)計，各自闡述了自己的設(shè)計構(gòu)思后，我們一起挑選了比較容易完成，電路簡單且性能最佳的幾個方案。最后經(jīng)過對挑選的幾個方案一一論證后，我們挑出了一個最佳的方案進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試，最后順利完成了設(shè)計。通過課程設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)

16、合的重要樣，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計，把所學(xué)過的知識又重溫了一遍。通過課程設(shè)計，我理解到做任何事情都必須要具備耐心跟恒心，不能夠半途而廢，當(dāng)遇到難題無法解決時要學(xué)會不恥下問，向身邊的同學(xué)詢問和請求幫助。這個學(xué)期接觸了高頻電子線路這門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，書本上學(xué)的都是一些的理論知識，也比較抽象。但是經(jīng)過這次高頻電子線路的課程設(shè)計，才真正明白理論與實踐的深刻含義，也培養(yǎng)了自己獨

17、立思考問題與獨立的動手能力。并且這次調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計，讓我對電路的設(shè)計過程有了一定的了解，也讓我明白了實際中的電路與理想的接線也還是有區(qū)別的。同時也讓我更深的認(rèn)識到：什么都只有通過自己動腦，自己動手才能體會學(xué)習(xí)的樂趣，真正享受學(xué)習(xí)的過程，獲得成功的快樂。同時在這次的課程設(shè)計中不僅讓我學(xué)習(xí)到了很多的課本上學(xué)不到的知識。一些問題必須在課程設(shè)計前解決才能夠是課程設(shè)計變得更加順利。只有在不斷的探索與求知中才能得到更多的知識。讓這次高頻課設(shè)更有意義。不過，這次設(shè)計沒有用到單片機(jī)芯片，使得設(shè)計出的調(diào)頻接收電路沒有想象中的職能，也沒有那么全面和完善，希望在以后的設(shè)計中能夠把高頻電路，通信，芯片等相互聯(lián)系起來

18、，設(shè)計出更好的電路。六、參考文獻(xiàn)1劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄M.北京：高等教育出版社，1957.15-18. 2辛希孟.信息技術(shù)和信息服務(wù)國際研討會論文集：A集C.北京：中國社會科學(xué) 出版社，1994. 3張筑生.微分半動力系統(tǒng)的不變集D.北京：北京大學(xué)數(shù)學(xué)系數(shù)學(xué)研究所，1983. 4馮西橋.核反應(yīng)堆壓力管道和壓力容器的LBB分析R.北京：清華大學(xué)核能技術(shù) 設(shè)計研究院，1997. 5 Gill,R. Mastering English LiteratureM . London: Macmillan,1985. 6何齡修.讀顧城南明史J.中國史研究，1998.附錄一 元件清單元件編碼描述

19、系列封裝電路圖VCC12VPOWER_SOURCES-總體原理圖GROUNDGROUNDPOWER_SOURCES-總體原理圖VDD-12VPOWER_SOURCES-總體原理圖C3350pFVARIABLE_CAPACITOR-總體原理圖C451pFCAPACITOR-總體原理圖R51kRESISTOR-總體原理圖R215kRESISTOR-總體原理圖L1500nHINDUCTOR-總體原理圖R722kRESISTOR-總體原理圖C5470pFCAPACITOR-總體原理圖C6350pFVARIABLE_CAPACITOR-總體原理圖C751pFCAPACITOR-總體原理圖R101kRES

20、ISTOR-總體原理圖L41HINDUCTOR-總體原理圖L3500nHINDUCTOR-總體原理圖Q12N2219BJT_NPNTO-39總體原理圖Q22N2219BJT_NPNTO-39總體原理圖L21HINDUCTOR-總體原理圖L53.9HINDUCTOR-總體原理圖L71HINDUCTOR-總體原理圖Q32N2219BJT_NPNTO-39總體原理圖L6300nHINDUCTOR-總體原理圖R12kRESISTOR-總體原理圖C1100nFCAPACITOR-總體原理圖R36.8kRESISTOR-總體原理圖R410kRESISTOR-總體原理圖R61kRESISTOR-總體原理圖C

21、21FCAPACITOR-總體原理圖V2AM_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-總體原理圖R86.8kRESISTOR-總體原理圖R920RESISTOR-總體原理圖C11100nFCAPACITOR-總體原理圖R1110RESISTOR-總體原理圖C9100nFCAPACITOR-總體原理圖C144.7nFCAPACITOR-總體原理圖R136.8kRESISTOR-總體原理圖R142kRESISTOR-總體原理圖R155kRESISTOR-總體原理圖R1682kPOTENTIOMETERLIN_POT總體原理圖C1551nFCAPACITOR-總體原理圖Q42N1

22、711BJT_NPNTO-39總體原理圖C12100pFCAPACITOR-總體原理圖R122kRESISTOR-總體原理圖L81mHINDUCTOR-總體原理圖C1310nFCAPACITOR-總體原理圖L92.3HINDUCTOR-總體原理圖C101.5nFCAPACITOR-總體原理圖Q62SC945BJT_NPNTO-92總體原理圖C2510nFCAPACITOR-總體原理圖L11330HINDUCTOR-總體原理圖L121HINDUCTOR-總體原理圖L139.1HINDUCTOR-總體原理圖R24402kRESISTOR-總體原理圖C2412nFCAPACITOR-總體原理圖R2215kRESISTOR-總體原理圖C2