調(diào)頻接收機設(shè)計報告

..> 課程名稱：高頻電子線路實驗工程：調(diào)頻接收機設(shè)計實驗地點：多學(xué)科樓實驗室專業(yè)班級：通信1002**：2010001291學(xué)生**：吳桂生指導(dǎo)教師：梁鳳梅2013年1月17日..>調(diào)頻接收機設(shè)計報告一、設(shè)計目的、要求通過本課程設(shè)計與調(diào)試，提高學(xué)生的動手能力，穩(wěn)固已學(xué)的理論知識，能使學(xué)生建立無線電調(diào)頻接收機的整機概念，了解調(diào)頻接收機整機根本的調(diào)頻接收機各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而正確設(shè)計，計算調(diào)頻接收機的各個單元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級。初步掌握調(diào)頻接收機的調(diào)整與測試方法。二、調(diào)頻接收機的主要技術(shù)指標(biāo)工作頻率范圍接收機可以承受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發(fā)射機的工作頻率相對應(yīng)。如調(diào)頻播送收音機的頻率范圍為88～108MH，是因為調(diào)頻播送收音機的工作范圍也為88～108MHz。靈敏度接收機接收微弱信號的能力稱為靈敏度，通常用輸入信號電壓的大小來表示，接收的輸入信號越小，靈敏度越高。調(diào)頻播送收音機的靈敏度一般為5～30uV。選擇性接收機從各種信號和干擾中選出所需信號〔或衰減不需要的信號〕的能力稱為選擇性，單位用dB〔分貝〕表示dB數(shù)越高，選擇性越好。調(diào)頻收音機的中頻干擾應(yīng)大于50dB。頻率特性接收機的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機的通頻帶一般為200KHz。輸出功率接收機的負(fù)載輸出的最大不失真〔或非線性失真系數(shù)為給定值時〕功率稱為輸出功率。三、調(diào)頻接收機組成調(diào)頻接收機的工作原理天線天線輸入回路高頻放大混頻低頻功放中頻放大本機振蕩圖一調(diào)頻接收機組成框圖一般調(diào)頻接收機的組成框圖如圖一所示。其工作原理是：天線承受到的高頻信號，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選頻為f1，再經(jīng)高頻放大級放大進入混頻級。本機振蕩器輸出的另一高頻f2亦進入混頻級，則混頻級的輸出為含有f1、f2、〔f1+f2〕、〔f2-f1〕等頻率分量的信號?；祛l級的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號〔f2-f1〕，再經(jīng)中頻放大器放大，獲得足夠高增益，然后鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號，由低頻功放級放大。由于天線接收到的高頻信號經(jīng)過混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。四、元件清單1.示波器一臺、萬用表一塊、低頻信號源、調(diào)頻信號發(fā)射模塊、12V直流電源、5V直流電源。2.集成電路芯片MC3361、晶體管3DG12C、455KHz陶瓷濾波器、晶體。3.變壓器、標(biāo)稱電感、電容、電阻假設(shè)干。五、單元電路設(shè)計及仿真高頻小信號放大電路圖二高頻功率放大電路共射級接法的晶體管高頻小信號放大器如上圖所示。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負(fù)載為LC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)等會影響的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RA2,RA3,RA4及RA6決定，其計算方法與低頻單管放大器一樣。從天線ANTA1接收到的高頻信號經(jīng)過CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號為的有用信號，經(jīng)晶體管QA1進展放大，由CA3、TA1初級組成的調(diào)諧回路，進一步濾除無用信號，將有用信號經(jīng)變壓器和CB1耦合進入MC3361?；祛l電路因為中頻比外來信號頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復(fù)雜的回路系統(tǒng)或濾波器進展選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實現(xiàn)變頻，振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。圖三〔a〕二極管環(huán)形混頻電路原理電路圖三〔b〕二極管環(huán)形混頻電路等效電路四個二極管組成平衡電路如上圖所示。構(gòu)成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號控制的開關(guān)的狀態(tài)，它是另一類開關(guān)工作的乘法器。二極管雙平衡組件用作雙邊帶調(diào)制電路時，由于變壓器的低頻響應(yīng)差，調(diào)制信號一般必須加到I端口，載波信號加到R端口，所需雙邊帶信號從L端取出。二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)品已形成完整的系列，它用保證二極管開關(guān)工作所需本振功率電平的上下進展分類，其中常用的是Level7，Level17，Level23三種系列，它們所需的本振功率分別為7dBm(5mW)，17dBm(50mW)和23dBm(200mW)，顯然，本振功率電平越高，相應(yīng)的1dB壓縮電平也就越高，混頻器的動態(tài)范圍也就越大。對應(yīng)于上述三種系列，1dB壓縮電平所對應(yīng)的最大輸入信號功率分別為1dBm(1.25mW)、10dBm(10mW)、15dBm(32mW)。二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬〔從幾十千赫到幾千兆赫〕、噪聲系數(shù)低〔約6dB〕、混頻失真小、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。二極管環(huán)形混頻器的主要缺點是沒有混頻增益，端口之間的隔離度較低，其中L端口到R端口的隔離度一般小于40dB，且隨著工作頻率的提高而下降。實驗說明，工作頻率提高一倍，隔離度下降5dB。具有如下特點：a、構(gòu)造上四個二極管接成環(huán)形。作為混頻時，環(huán)形的兩個對角端AB和CD通過變壓器接入本振信號VL和有用信號VS。b、如果電路平衡,則各端口是相互隔離的,即L端口的本振信號不會通到R端,R端口的有用信號不會竄入L端,有用信號和本振信號均不會通到I端。c、有增益,存在損耗.作為混頻器時,混頻損耗的理論值為4dBd、為調(diào)幅器時,考慮到高頻變壓器的低頻頻率特性差的缺點,調(diào)制信號改從端口輸入,載波信號從端口輸入,,從端輸出振幅調(diào)制信號。仿真如下：中頻放大電路中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的作用。以下圖〔a〕是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖〔b〕為它的交流等效電路。圖中B1、B2為中頻變壓器，它們分別與C1、C2組成輸入和輸出選頻網(wǎng)絡(luò)，同時還起阻抗變換的作用，因此，中頻變壓器是中放電路的關(guān)鍵元件。中頻變壓器的初級線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，由于并聯(lián)諧振回路對詣?wù)耦l率的信號阻抗很大，對非諧振頻率的信號阻抗較小。所以中頻信號在中頻變壓器的初級線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級放大，對非諧振頻率信號壓降很小，幾乎被短路〔通常說它只能通過中頻信號〕，從而完成選頻作用，提高了接收機的選擇性。由LC調(diào)諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶B＝f2-f1＝fd/QL，式中QL是回路的有載品質(zhì)因數(shù)。QL值愈高，選擇性愈好，通頻帶愈窄；反之,通頻帶愈寬，選擇性愈差。中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因為晶體管共射極電路輸入阻抗低，輸出阻抗高，所以一般用變壓器耦合，使前后級之間實現(xiàn)阻抗匹配。一般收音機采用兩級中放，有3個中頻變壓器〔常稱中周〕。第一個中頻變壓器要求有較好的選擇性，第二個中頻變壓器要求有適當(dāng)?shù)耐l帶和選擇性，第三個中頻變壓器要求有足夠的通頻帶和電壓傳輸系數(shù)，由于各中頻變壓器的要求不同，匝數(shù)比不一樣，通常磁帽用不同顏色標(biāo)志，以示區(qū)別，所以不能互換使用。圖四〔a〕中頻放大電路圖四〔b〕中頻等效電路仿真：鑒頻電路以下圖是回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。第一類是調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波,然后用振幅檢波器進展振幅檢波。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波,其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率的變化成線性關(guān)系,然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進展相位比較,通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因為相位比較器通常用乘法器組成,所以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把調(diào)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時頻率相等的單極性等幅脈沖序列,然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值,這就恢復(fù)出與瞬時頻率變化成正比的信號。以下圖是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。初級回路諧振于調(diào)頻信號的中心頻率,其通帶較寬。次級兩個回路的諧振頻率分別Ｗ01、Ｗ02,并使Ｗ01、Ｗ02與Ｗc成對稱失諧。即：Ｗ01-Ｗc=Ｗc-Ｗ02。圖五雙失諧回路鑒頻器的原理圖以下圖是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實線表示第一個回路的幅頻特性,虛線表示第二個回路的幅頻特性,這兩個幅頻特性對于Ｗc是對稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率為Ｗc時,兩個次級回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓Ｕ0=Ｕ01-Ｕ02。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率由Ｗc向升高的方向偏離時,Ｌ2Ｃ2回路輸出電壓大,而Ｌ1Ｃ1回路輸出電壓小,則經(jīng)檢波后Ｕ01<Ｕ02,則Ｕ0=Ｕ01-Ｕ02<0。當(dāng)輸入調(diào)頻波信號的頻率由Ｗc向降低方向偏離時,Ｌ1Ｃ1回路輸出電壓大,Ｌ2Ｃ2回路輸出電壓小,經(jīng)檢波后Ｕ01>Ｕ02,則Ｕ0=Ｕ01-Ｕ02>0。其總鑒頻特性如以下圖所示圖六總鑒頻特性仿真：5.5MC3361的功能介紹在本實驗中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放大等其他功能電路全部由MC3361實現(xiàn)。MC3361是美國MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片窄帶調(diào)頻接收電路，主要應(yīng)用于語音通訊的無線接收機。片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開關(guān)電路。主要應(yīng)用在二次變頻的通訊接收設(shè)備。MC3361集成電路采用16腳雙列直插式封裝。它具有較寬的電源電壓范圍(2～9V)，能在2V低電源電壓條件下可靠地工作，耗電電流小(當(dāng)時，靜態(tài)耗電電流典型值為2.8mA),靈敏度高(在μV輸入時典型值為－3dB)，音頻輸出電壓幅值大。它的內(nèi)電路構(gòu)造框圖如圖1所示。IC內(nèi)設(shè)置有雙平衡雙差分混頻器、電容三點式本機振蕩器、六級差動放大器構(gòu)成的調(diào)頻455kHz寬帶中頻限幅放大器、雙差分正交調(diào)頻鑒頻器、音頻放大器及靜噪控制電路。其主要特性如下：a低功耗〔在，耗電典型值僅為3.9mA〕b極限靈敏度：2.6uV(-3bB)〔典型值〕c少量的外接元件d工作電壓：—eDIP16和SO-16兩種封裝形式f工作頻率：60MHz(ma*)MC3361內(nèi)部電路如下:MC3361的內(nèi)部振蕩電路與Pin1和Pin2的外接元件組成第二本振級，第一中頻IF輸入信號從MC3361的Pin16輸入，在內(nèi)部第二混頻級進展混頻，其差頻為：，也即455kHz第二中頻信號。第二中頻信號由Pin3輸出，由455kHz陶瓷濾波器選頻，再經(jīng)Pin5送入MC3361的限幅放大器進展高增益放大，限幅放大級是整個電路的主要增益級。Pin8的外接元件組成455kHz鑒頻諧振回路，經(jīng)放大后的第二中頻信號在內(nèi)部進展鑒頻解調(diào)，并經(jīng)一級音頻電壓放大后由Pin9輸出音頻信號。Pin12——Pin15為載頻檢測和電子開關(guān)電路，通過外接少量的元件即可構(gòu)成載頻檢測電路，用于調(diào)頻接收機的靜噪控制。MC3361內(nèi)部還置有一級濾波信號放大級，加上少量的外接元件可組成有源選頻電路，為載頻檢測電路提供信號，該濾波器Pin10為輸入端，Pin11為輸出端。Pin6和Pin7為第二中放級的退耦電容。完整的電路圖仿真結(jié)果：六、課程設(shè)計實驗內(nèi)容及記錄(1).按下開關(guān)，調(diào)試好小信號放大單元電路，調(diào)試好高頻功率放大單元電路。(2).連接好發(fā)射電路和接收電路〔連LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1〕，同時用實驗箱所配的天線〔一端帶夾子的導(dǎo)線〕分別將發(fā)射單元的天線ANTE1和本實驗單元天線ANTA1連好.(3).在不加調(diào)制信號的情況下，接通發(fā)射電路和接收電路的電源，調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管單元的L84，用示波器探頭測量TTB2，當(dāng)TTB2處有455KHz的信號輸出時，說明調(diào)頻單元的工作頻率在附近。此時從處參加1KHz，峰峰值為100mV左右的調(diào)制信號，則從TTB1處用示波器可觀測到輸出的解調(diào)波。(4).當(dāng)從TTB1處觀察鑒頻輸出信號，此時如果波形失真可以微調(diào)LB1和微調(diào)L84。注意觀察鑒頻信號頻率與調(diào)制信號頻率是否一致，幅度大小