高频电子线路课程设计调频接收机设计与调试

太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程设计设计名称调频接收机设计与调试专业班级信息13-1学号201310000姓名00指导教师孙颖太原理工大学现代科技学院课程设计任务书注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。指导教师签名：日期：专业班级信息13-1学生姓名00课程名称高频电子线路设计名称调频接收机设计与调试设计周数1.5指导教师孙颖设计任务主要设计参数设计一个调频接收机，主要技术指标要求：1、工作频率范围0f=88MHZ~108MHZ。2、灵敏度5~30uV。3、选择性：中频干扰比大于50dB。4、频率特性：通频带2Δf=200KHZ5、此外还要适当考虑输出功率、输出波形失真等问题。设计内容设计要求1、每个同学要认真完成调频接收机的理论设计，并认真写出设计报告。2、完成调频接收机的调试工作、达到技术指标要求。3、调试完成后用示波器观察接收效果主要参考资料张肃文，《高频电子线路》，高等教育出版社学生提交归档文件课程设计报告太原理工大学现代科技学院课程设计第1页共14页专业班级信息13-1学号2013100000姓名00成绩设计名称：调频接收机设计与调试一、设计目的。通过本课题设计与调试，提高学生动手能力，巩固已学的理论知识，能使学生建立无线电调频接收机的整机概念，了解调频接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算调频接收机的各个单元电路：输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级。初步掌握调频接收机的调整及测试方法。二、设计任务与要求。设计一个调频接收机，主要技术指标要求：1、工作频率范围=88MHZ~108MHZ。2、灵敏度5~30uV。3、选择性：中频干扰比大于50dB。4、频率特性：通频带2Δf=200KHZ5、此外还要适当考虑输出功率、输出波形失真等问题。6、每个同学要认真完成调频接收机的理论设计，并认真写出设计报告。7、完成调频接收机的调试工作、达到技术指标要求。8、调试完成后用示波器观察接收效果。三、调频接收机的组成。一般调频接收机的组成框图如图所示。其工作原理是：天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大级放大进入混频级。本机振荡器输出的另一高频f2亦进入混频级，则混频级的输出为……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院课程设计第2页共14页含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。混频级的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。接收机由调谐电路、变频器、中频放大器、检波器、音频放大器等部分电路组成。调谐电路是将空中众多的电磁波中选出我们所需要的电台。变频器是将天线接收到的电磁波和本机振荡信号混合后产生一个中频信号，然后送入中频放大器进行放大。鉴频器是将放大后的中频信号将声音信号从电磁波中分离出来，也叫解调，是调制的反过程。音频信号经过音频放大器放大后通过喇叭发出声音。接收机电路的基本内容应该包括：（1）高频小信号放大电路（2）混频电路（3）晶体振荡器电路（4）鉴频电路四、设计总体方案。五、单元电路设计与描述。（1）高频放大电路如下：太原理工大学现代科技学院课程设计第3页共14页如图所示为共射级接法的晶体管高频小信号放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻R2,R3,R5,R6决定，其计算方法与低频单管放大器相同。从天线接收到的高频信号经过L1、C1、C2组成的选频回路，选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号，经晶体管进行放大，由、初级组成的调谐回路，进一步滤除无用信号，将有用信号经变压器和电容C24耦合进入MC3361。（2）二极管混频器电路如下：太原理工大学现代科技学院课程设计第4页共14页因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。在该混频电路中二极管均工作在受参考信号控制的开关状态。该电路较二极管平衡混频器减少了多余的分量，有利于降低噪声，提高信噪比。下图为环形混频器电路图：图中实线箭头表示本振电压在负半周的电流方向；虚线箭头表示本振电压在正半周的电流方向。由图可见，它相当于两个平衡混频器的组合。等效电路图如下：在本振电压的正半周，在输出变压器Tr2初级产生的电流为：sLdvtSRriii1'31在本振电压负半周的环形混频器如下图：太原理工大学现代科技学院课程设计第5页共14页在本振电压的负半周，输出变压器Tr2初级产生的电流为其中：则环形混频器的输出电流为：（3）中频放大器如下：中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了接收机的选择性。太原理工大学现代科技学院课程设计第6页共14页中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样，通常磁帽用不同颜色标志，以示区别，所以不能互换使用。由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带Bw＝f2-f1=w0/QL，式中QL是回路的有载品质因数。QL值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之,通频带愈宽，选择性愈差。（4）鉴频电路如下：它是由三个调谐回路组成的调频-调幅调频变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。第一类是调频-调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波,然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波,其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相太原理工大学现代科技学院课程设计第7页共14页位比较,通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成,所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列,然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值,这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。初级回路谐振于调频信号的中心频率,其通带较宽。次级两个回路的谐振频率分别Ｗ01、Ｗ02,并使Ｗ01、Ｗ02与Ｗc成对称失谐。即：Ｗ01-Ｗc=Ｗc-Ｗ02。下图左边是双失谐回路鉴频器的幅频特性,其中实线表示第一个回路的幅频特性,虚线表示第二个回路的幅频特性,这两个幅频特性对于Ｗc是对称的。当输入调频信号的频率为Ｗc时,两个次级回路输出电压幅度相等,经检波后输出电压U0=Ｕ01-Ｕ02。当输入调频信号的频率由Ｗc向升高的方向偏离时,Ｌ2Ｃ2回路输出电压大,而Ｌ1Ｃ1回路输出电压小,则经检波后Ｕ01Ｕ02,则Ｕ0=Ｕ0-Ｕ020。当输入调频波信号的频率由Ｗc向降低方向偏离时,Ｌ1Ｃ1回路输出电压大,Ｌ2Ｃ2回路输出电压小,经检波后Ｕ01Ｕ02,则Ｕ0=Ｕ01-Ｕ020。（5）MC3361介绍。MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路，主要应用于语音通讯的无线接收机。片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。主要应用在二次变频的通讯接收设备。MC3361是低功耗窄带调频中放电路。内含混频器、振荡器、调频限幅中频放大器、检波器、滤波放大器、扫描控制和带延迟的静噪触发及开关回路。方框图如下：太原理工大学现代科技学院课程设计第8页共14页MC3361集成电路采用16脚双列直插式封装。它具有较宽的电源电压范围（2~9V），能在2V低电源电压条件下可靠地工作，耗电电流小(当VCC=3.6V时，静态耗电电流典型值为2.8mA)，灵敏度高(在2.0uV输入时典型值为-3dB),音频输出电压幅值大。它的内电路结构框图如图。丨0内设置有双平衡双差分混频器、电容三点式本机振荡器、六级差动放大器构成的调频4551Khz宽带中频限幅放大器、双差分正交调频鉴频器、音频放大器及静噪控制电路。其内部电路图为：太原理工大学现代科技学院课程设计第9页共14页六、电路设计与仿真。（1）高频小信号放大电路。高频小信号谐振放大电路主要由晶体管、负载、输入信号和直流馈电等部分电路组成。如图所示电路，晶体管基极为正偏，工作在甲类，负载为LC并联谐振回路，调谐在输入信号的频率上。该放大电路能够对输入的高频小信号进行反相放大。仿真电路如下图：Multisim中仿真波形图如下：太原理工大学现代科技学院课程设计第10页共14页（2）二极管环形混频器：环形电路不仅可以用于混频，还可以用于振幅调制和振幅检波。双平衡电路信号输入端口，、本振输入端口、和中频输出端口，各端口的匹配阻抗都是50欧姆，当本振输入功率为5mW（相当于加在50Ω电阻上的本振电压有效值为0.5V）时，输入信号功率小于本振功率1/10以下时，二极管工作于受本振电压控制的开关状态，混频损耗约为4dB。太原理工大学现代科技学院课程设计第11页共14页Multisim中仿真波形图如下：（3）中频放大器：下图为中频放大器第一个图是LC单调谐中频放大电路，第二个图为它的交流等效电路。图中Tr1、Tr2为中频变压器，它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换的作用，因此，中频变压器是中放电路的关键元件。等效电路图为：太原理工大学现代科技学院课程设计第12页共14页中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。Multisim中仿真波形图如下：（放大前后对比）（4）鉴频电路。太原理工大学现代科技学院课程设计第13页共14页Multisim中仿真波形图如下：（5）MC3361功能总结。MC3361的内部振荡电路与1脚和2脚的外接元件组成第二本振，第一中频IF输入信号10.7MHz从MC3361的16脚输入，在内部第二混频级进行混频，起差频为：10.7-10.245=0.455MHz，即455KHz为第二中频信号。太原理工大学现代科技学院课程设计第14页共14页第二中频信号由3脚输出，由455KHz陶瓷滤波器选频，再经5脚送入MC3361的限幅放大器进行高增益放大，限幅放大级是整个电路的主要增益级，8脚的外接元件组成455KHz鉴频谐振回路，经放大后的第二中频信号在内部进行鉴频解调，并经过一级音频电压放大后由9脚输出音频信号