课程设计--超外差接收机设计

淮海工学院课程设计报告书课程名称：通信电子线路课程设计题目：简易调频接收机的设计系（院）：通信工程系学期：2010-2011-1专业班级：通信082姓名：吕亮学号：030821231评语：成绩：签名：日期：1目录1引言………………………………………………………………………………22调频接收机的主要技术指标……………………………………………………23调频接收机的基本工作原理……………………………………………………34各部分性能设计…………………………………………………………………34.1高频放大电路…………………………………………………………………34.2本振电路………………………………………………………………………44.3混频器…………………………………………………………………………54.4中频放大器及鉴频电路………………………………………………………64.5低频放大电路…………………………………………………………………85心得体会…………………………………………………………………………9参考文献……………………………………………………………………………9附录…………………………………………………………………………………102调频接收机的设计1引言本次课程设计，其目的是得到一个超外差式的调频接收机。所谓超外差，是指将所要接收的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、中频放大、解调、低放和低频功放七个部分。超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：(1)容易得到足够大而且比较稳定的放大量，(2)具有较高的选择性和较好的频率特性，(3)容易调整；缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。社会发展到今天，现代化的工具显得越来越重要。接收机的功能是恢复用于调制发射机的原始信号。该过程称作解调，实现这一恢复功能的电路称作解调器。检波器这一术语也在使用，有时将单个超外差式接收机的解调器称为第二检波器。对于模拟解调器，我们希望能够使失真和噪声最小，这样输出信号波形就会尽可能地接近原始信号了。2调频接收机的主要技术指标（1）工作频率范围：接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。频率范围：535～1065kHz，中频频率：465kHz。（2）灵敏度：接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一般为5～30uV。（3）选择性：接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示dB数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰应大于50dB。（4）频率特性：接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为200KHz。（5）输出功率：接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给3定值时）功率称为输出功率。3调频接收机的基本工作原理图1基本框图一般调频接收机的组成框图如图一所示。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f0，再经高频放大级放大为f1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f1、f2、（f2+f1）、（f2-f1）的信号。再经中频放大器放大为f3，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大为f4，驱动扬声器。从天线接收到的高频信号f0，经过混频成为固定中频f=f2–f1的接受机，称为超外差式接受机。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。4各部分性能设计4.1高频放大电路高频放大器是用来放大高频信号的器件，在接收机中，高频放大器放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用高频功率管做放大器件，而且并联谐振回路作为负载。这样做的好处是：（1）回路谐振能抑制干扰；（2）并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。天线调谐回路f0扬声器混频器f2-f1高频放大f1本地振荡器f2检波器中频放大f3低频放大器f44图2高频放大电路R6、R7为三极管Q2的偏置电阻，以使其工作在放大区。VCC=20V，V(BR)=VCC,输出功率PL=1/2Icm2RL,Vcm=IcmRL,电容C2起隔直耦合作用，C1起隔直作用，Q1、Q3两三极管构成乙类功率放大器，R2、R4的值都取0.4欧，负载R5为8欧，最终由R5输出功率。由仿真结果得，放大器将电压幅值放大20倍。图3高频放大模拟波形4.2本振电路在本次设计中，采用改进型电容三点式振荡电路。因为本振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。所以要求本振电路的输出频率必须很稳定，所以采用了改进型电容三点式。如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。5图4本地振荡电路图起振条件：1oscwT，,2,1,02nnwoscT，平衡条件：1oscwT，,2,1,02nnwoscT工程上振荡角频率近似为ow。R1、R3为三极管偏置电阻，C1起隔直作用，R3为负载，其上输出电路产生的振荡波。C3=100pF,C4=200pF，输出振荡波的频率为11MHz。仿真图形如下：图5本地振荡模拟波形4.3混频器采用二极管环形混频器，R1、R2的值都为1000欧，V1端输入高频已调信号，V2端输入本振信号，VO输出中频信号。由图可见，当V2在正半周时，加在D1、D4管上电压为正值，D1、D4管导通，而加在D2、D3管上电压为负值，D2、D3管截止。同理，当V2在负半周时，D2、D3管导通，D1、D4管截止。6图6二极管环型混频电路设V1=vs，V2=vl，当D2、D3管导通时，0322LDLsRiiRivv，0233LDLsRiiRivv，消去Lv可得，DLsRRvii2232，相应的开关函数为twKL1，因而上式可写成下列一般形式：DLLsRRtwKvii22132，DLLsRRtwKvii22141，因此，通过负载的总电流为4132iiiiio，相应的输出功率为LsIRVP22，因而混频损耗为IscPPLlg10。图7混频器仿真波形4.4中频放大器及鉴频电路中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率0f高，通频带0/LBfQ宽，故高放回路的Q值越高越好，这时不必顾虑B太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路Q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。7鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。图8中频放大以及鉴频电路图中C1是高频滤波电容，R及C是减重网路，它用来提高抗干扰性。其作用原理是：在发射机中用加重网络加重高音，接收时用减重网络削弱高音，于是不存在高音频率失真。这样一来，减重网路把高音端的干扰削弱了，故接收机的信噪比得以提高；或者说，减重网络压缩了通频带，减小了噪声。图中电容C上的输出电压在高音时因C的电抗减小而下降。图9中频放大以及鉴频电路仿真波形84.5低频放大电路从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，如果是音频信号，可以外加一个喇叭。单元电路如图所示：图10低频放大电路R9=56千欧、R10=15千欧，分别为Q1的偏置电阻，C8、C10起隔直耦合作用，C9为旁路电容，直流电压源为15V,负载R13上输出经低频放大后的原始信号，由模拟波形可看出放大倍数为100倍。图11低频放大仿真波形95心得体会一周的高频电路课程设计进行的很快，眨眼就过去了，虽然只有一周的时间但是感觉却是那么漫长，当我拿到课题时我不知道从何下手，急得我不知如何是好，我想着主要原因是没学好高频电子线路着门课。但是我会尽我最大的努力做好。老师讲完课题后我就去图书馆去查找资料，图书馆里相关的资料基本都被借的差不多了，我也借了两本相关的书籍。仔细看了下设计要求我就查找相关的资料，但是动手设计起来，并不是想象中的那样简单。我在网上找到相似的内容，这无疑给我提供了很大的帮助。通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。在电路仿真过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。从这次课程设计中，我学到了不少的知识，用压力给了我一个复习的机会,巩固了基础知识，初步懂得了把书本和实践想结合，在以往的学习中，我总感觉对课本知识不理解，不会融会贯通，在这次设计中，我真正把理论与实践联系起来，使我所学的高频电子知识得到了的运用，我觉得我的能力有了更进一步的提高。在这次课程设计过程中，我遇到了几个自己不能解决的问题，通过老师和同学的帮助最终把问题解决，在此，我才知道自己的电子知识还是不够，而且我们所学的理论知识是很有用的，没有坚实的知识基础，是不可能完成设计的。在此过程中，要感谢老师和同学们的大力支持和帮助。参考文献[1]张肃文,陆兆雄.高频电子线路[M].高等教育出版社,1993.[2]赵负图.无线接收发射应用集成电路手册[M].化学工业出版社出版,2004.[3]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].电子工业出版社,2002.[4]谢自美.电子线路设计[M].华中科技大学出版社,2000.[5]戴峻浩.高频电子线路学习指导[M].国防工业出版社,1993.[6]曾兴雯,陈健.高频电子线路辅导[M].西安电子科技大学出版社,2000.[7]胡烨,姚鹏冀,江思敏.Protel99SE电路设计与仿真教程[M].机械工业出版社,2010.[8]王冠华,电路设计及应用[M].国防工业出版社,2008.10附录：总电路图图12总电路图