调谐器

第2章调谐器(收音机)调谐器的主要作用是接收广播电台发送的调幅广播或调频广播。调谐器包括调幅(AM)接收电路、调频(FM)接收电路及辅助电路。AM调谐器可接收频率范围为535－1605KHz的中波(MW)广播，以及频率范围为2.2－22MHz的短波(SW)广播FM调谐器可接收频率范围为88－108MHz的普通调频广播和调频立体声广播。根据调谐方式不同，调谐器可分为模拟调谐器和数字调谐器二类。模拟调谐器采用的手工机械调谐方式，数字调谐器采用微处理器控制下的电子调谐方式。目前高档音响设备普遍采用数字调谐器。2.1调谐器的基本组成2.1.1无线电广播的发送与接收1．无线电波无线电波是电磁波的一部分，由电磁振荡产生，用于携带有用的信号在空间进行远距离传输。无线电波具有波的共性，它的波速（在空间的传播速度）与光速c相同。无线电波在一个变化周期内传播的距离称为波长，用λ表示。波长λ、频率ƒ与波速c(3×105Km/s)三者之间的关系为λ＝c／ƒ，由于c为固定值，因此频率越高，波长就越短。无线电波在空间的传播方式主要有地波、天波和空间波3种形式。地波是指沿地球表面绕射传播的无线电波；天波是指靠高空（高度约100km左右）中的电离层的反射来传播的无线电波；空间波是指在空间进行直射传播的无线电波。通常，频率低于3MHz的无线电波（如中波MW广播）主要是依靠地波来传播；频率在3～30MHz的无线电波（如短波SW广播）主要是依靠天波来传播；频率在30MHz以上的无线电波（如调频FM广播和电视广播）主要是依靠空间波来传播。2．无线电广播的发送利用天线可将无线电波向空中发射出去，但其天线长度必须和无线电波的波长相当才能有效地发射。而音频信号的频率约为20Hz－20KHz，其波长(λ＝c／ƒ)为15×103－15×106m，制造出与其相当的天线是相当困难的，解决的方法是将音频信号装载到高频振荡信号上再向空中发射，这个装载的过程叫做调制(高频调制)。高频调制作用有用信号在空间进行的远距离传输（1）调制调制是把低频（音频）信号装载到高频载波上的过程。调制有调幅、调频和调相三种方式，无线电广播中一般采用调幅制或调频制两种形式。调幅是指高频载波的振荡幅度随调制信号（音频信号）的变化规律而变化，而高频载波的频率不变，其波形如下图所示，调幅波振幅变化的包络线形状与音频信号的波形完全相同，代表音频信号的信息。调频是指高频载波的频率随调制信号（音频信号）的变化规律而变化，即调频波的瞬时频率正比于音频信号电压的大小，而高频载波的幅度不变，波形如下图所示。（2）无线电广播的发送。声音经话筒转换为音频信号，经音频放大器放大后送入调制器，高频振荡器产生等幅高频振荡信号作为载波送入调制器，调制器用音频信号对载波进行幅度（或频率）调制形成调幅（或调频）波，再经高频功率放大器放大后送入发射天线向空间发射。目前，中波和短波广播都采用调幅方式进行发射。将调幅波的幅度变化规律取出来，就可以还原出音频信号。调频广播采用调频方式进行传播3．无线电广播的接收(1)直放式无线电广播接收机直放式无线电广播接收机如下图所示。在接收端，接收天线把无线电波接收下来，输入到调谐回路并根据LC谐振原理从中选择出所要接收的电台信号，经过高频放大后送入解调器，解调是从高频已调波信号中取出调制信号的过程，解调出低频信号（音频信号）经低频放大后，推动扬声器放出声音。(2)超外差式无线电广播接收机现代无线电广播接收机部采用超外差式。超外差式接收机在输入调谐电路之后增加了变频电路，它把输入调谐回路选出的高频己调波的载频变换成频率固定且低于载频的中频，然后再对中频信号进行放大、解调、低频放大等处理。如下图所示。在超外差式接收机中，所有电台的高频信号都变成中频信号(调幅中频为465KHz，调频中频为10.8MHz)，由于频率f(中频)固定，所有电台信号便有了相同的放大量，同时，由于中频频率固定且较低，所以中频放大电路可以设置为多级选频放大器，从而使整机的灵敏度、选择性、稳定性大大提高。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程(混濒和本振的作用)叫做变频。变频很象货物转运。贷物从遥远的地方由火车运到终点车站，然后由汽车转运到目的地。贷物内容没有变，但运输工具由火车改为汽车。还可以再作简单归纳：变频仅仅是载波频率变低了，并且无论输入信号频率如何变化最终都变为465KHz(备注：这个频率各国不同，或455KHz)，而音频信号(包络线的形状)没变。这包络线正是我们运输的货物。2.1.2调谐器的基本组成调谐器的电路组成框图如下，包括调幅AM（中波MW和短波SW）接收电路、调频FM接收电路及辅助电路三个部分。1．超外差式调幅接收电路超外差式调幅接收电路（简称AM调谐器）采用超外差式接收原理，由输入电路、高放电路（中低档机无此电路）、变频电路（混频器和本振）、中频放大电路、检波电路、自动增益控制(AGC)电路、功率放大器等组成。电路组成框图和各部分的波形如下图所示。工作原理为：P22我国规定中波中频为465KHz。2．超外差式调频接收电路调频广播接收电路（简称FM调谐器）也是采用超外差工作方式，由输入电路、高频放大电路、变频电路(混频器和本振)、中频放大器、限幅电路、鉴频器、自动频率控制(AFC)和立体声解码器等电路组成。电路组成框图和各部分的波形如下图所示。工作原理P23我国规定调频中频为10.7MHz。2.1.3调谐器的主要性能指标(P23)1．接收频率范围：接收频率范围也称波段，是调谐器所能收听到电台信号的频率范围。调谐器的波段越多，接收的频率范围越宽，收听到的电台也就越多。我国规定：中波(MW)为535－1605KHz，短波(SW)为2.2－22MHz，调频(FM)为88－108MHz。2．灵敏度：灵敏度表示调谐器正常工作时能够接收微弱无线电波的能力。灵敏度越高，调谐器能够收到的电台(远地的)越多，而灵敏度低的调谐器则收不到。对于磁棒天线，灵敏度用磁棒天线处的电磁波的电场强度(场强)来表示，单位为mV/m，A类机应达到1.0mV/m以下；对于拉杆天线，则以天线所感应的信号大小来表示，单位是uV，A类机应达到100uV以下。3．选择性：选择性是指调谐器选择电台信号的能力，即调谐器从天线接收到的各种复杂电信号中选出有用信号而抑制其它干扰信号的能力。选择性好的调谐器表现为，接收信号时只收到所选电台的信号，而无其它电台的信号干扰。4．不失真输出功率：不失真输出功率是指调谐器在一定失真度以内的输出功率，用毫瓦(mW)或瓦(W)表示。其值越大，声音也就越响亮。2.2调幅接收电路分析2.2.1输入回路1．作用输入回路的主要作用是选择所要接收频率的电台信号。即从天线接收下来的各种不同频率的信号中选出所要接收频率的电台信号，并抑制掉其他无用信号及各种噪声信号。2．输入回路的结构常见的输入电路有磁性天线（磁棒）输入回路和外接天线输入回路两种。其电路结构如下图所示。磁性天线调谐线圈套在铁氧体磁棒上，构成磁性天线，磁棒具有聚集磁力线的作用，当无线电波传到磁棒上时，就有密集的磁力线穿过磁棒，从而使磁棒上的线圈感应出电动势来，相当于接收到了电台信号。输入回路由调谐电容C1a(双连)、调谐线圈L1（磁棒线圈）或外接天线及输入线圈L2成。通常，磁性天线输入回路用于中波广播的接收，外接天线用于短波和调频波广播的接收。3．输入回路的原理(P25)利用由LC谐振电路的选频特性进行的。当磁性天线或外接天线所产生的感应电动势馈入到输入回路中，输入回路的电感L与可变电容C组成的LC串联谐振电路，其谐振频率为：ƒ=1/（2πLC）调节可变电容C使回路谐振在某一电台的频率上，这时，该电台信号在L上的感应电动势最强，则该频率的电台信号就被选择出来，并经互感耦合将电台信号送入后级变频电路。L1是磁性天线线圈，初级绕组与可变电容器（双联）的一半是C1A组成并联调谐回路。其调谐回路的频率范围为535~1605KHZ,转动C1A，使输入回路的自然频率刚好与某一电台的载波频率相同。既F回=F信，这时该电台的信号电压在磁性天线中感应最强，信号电压也就最大。而其他电台的信号频率失谐于调谐回路频率，而没有信号电压。这样就把所需要的电台信号选出来，并由L1的次级偶合到V1的基极。2.2.2变频电路1．变频电路的作用变频电路的主要作用是变换电台信号的载波频率。即将输入电路选出的各个电台信号的载波都变为固定的中频（465kHz），同时保持中频信号的包络与原高频信号包络完全一致。2．变频电路的原理由本机振荡器、混频器和中频选频回路三部分组成，电路组成如下图所示。本机振荡器产生一个比电台信号频率ƒ1高465kHz的高频等幅振荡信号u2，其频率为ƒ2，ƒ2和ƒ1一起送入混频器，在混频器中利用模拟乘法器的乘法特性（或晶体管非线性的乘法功能），对两路信号进行混频（相乘）处理，结果使混频器输出载频分别为（ƒ2+ƒ1）和（ƒ2ƒ1）的调幅波分量。在混频器的输出端，再利用谐振频率为465kHz的选频回路，选出465kHz（即ƒ2ƒ1）中频信号，从而完成变频过程。例如，电台信号为Asinω１t，本振信号为sinω２t。这两个信号经混频器相乘后其输出为：Asinω1t·sinω2t＝[cos（ω1+ω2）tcos（ω1ω2）t]A/2。其中，cos（ω1+ω2）t为两个信号的和频分量；cos（ω1ω2）t为两个信号的差频分量。经过465kHz的选频回路，滤除和频分量及选出差频（ƒ2ƒ1＝465kHz）分量后，即得到混频器的输出为：A‘sinω465t。可以看出，代表音频信号的振幅包络未畸变，但载波频率却变成了465kHz，从而实现了载波频率的变换。输入信号、本振信号、中频信号三者之间的频率关系是：本振频率信号f本与输入频率信号f入通过混频器差出中频信号f中。即f本-f入=f中。本机振荡器产生本机振荡信号，该电路一般是一个频率可调的（调节电容）变压器反馈式振荡器。Vl、L2、C1B（双连电容器的另一连）等元件组成本机振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅高频振荡信号。由于C2对高频信号相当短路，Ll的次级电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，L2、C1B组成谐振回路，振荡频率由L2、C1B控制，即调节C1B以改变本机振荡频率。L2是振荡线圈，其初次绕在同一磁芯上，它们把V1的集电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，本机振荡的电压由L2的初级的抽头引出，通过C3耦合到V1的发射极上。混频电路由Vl、B1的初级线圈等组成，是共发射极电路。其工作过程是：磁性天线接收的电台信号通过输入调谐电路接收到的电台信号，通过Ll的次级线圈送到Vl的基极，本机振荡信号又通过C3送到Vl的发射极，两种频率的信号在V1中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号，这就是中频信号。混频电路的负载是中频变压器，B1的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，它的谐振频率是465KHz，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过B2的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。本机振荡器的振荡回路与输入回路的可变电容器是同轴联调的，不管调到何处，都使本机振荡频率比输入回路频率高一个中频。振荡电路与混频电路对袖珍式收音机来讲一般共用一个晶体管电路。2.2.3中放电路1．中放电路的作用作用：中放电路的主要作用是放大和选频。1）对中频信号进行放大。即将变频电路送来的465kHz中频信号进行放大，以提高整机的灵敏度。2）对中频信号进行选频。即通过选频回路对中频信号进一步筛选，以提高整机的选择性，然后将筛选出来的经放大的中频信号送到检波电路去检波。2．中放电路的组成与工作原理中放电路通常由放大电路、AGC电路及T1和T2构成的中频带通滤波器组成，最