高频调频接收机.docx

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高频调频接收机

太原理工大学

高频电子线路课程设计

课程名称：

高频电子线路

项目名称：

调频接收机

实验地点：

211多媒体实验室

学院：

信息工程学院

专业班级：

学生名称：

学号：

指导教师：

2013年1月6日

目录

一.设计目的……………………………………………………………...3

二.调频接收机的主要技术指标………………………………………...3

1.工作频率范围……………………………………………………...3

2.灵敏度……………………………………………………………...3

3.选择性……………………………………………………………...3

4.频率特性…………………………………………………………...3

5.输出功率…………………………………………………………...4

三.调频接收机的组成…………………………………………………...4

1.调频接收机的工作原理…………………..…………………………...4

2．本实验接收机电路图………………………………………………..5

四.单元电路设计及仿真………………………………………………...6

1.高频功率放大电路………………………………………………...6

2.混频电路………………………………………………...................7

3.中频放大电路…………………………………………...................8

4.鉴频电路…………………………………………….....................11

5.MC3361的功能介绍……………………………………………..15

五.实验内容及结果记录……………………………………………….17

六.提供设备及材料…………………………………………………….17

1.设备…………..…..……………………………………………….17

2.主要元件………………………………………………………….17

七.总结………………………………………………………………….17

参考文献………………………………………………………………..19

一、设计目的：

通过本课程设计与调试，提高动手能力，巩固已学的理论知识，能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、计算调频接收机的单各元电路：

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、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。

如调频广播收音机的频率范围为88～108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88～108MHz

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定值时）功率称为输出功率。

三、调频接收机的组成：

1．调频接收机原理：

图1.调频接收机的组成框图

一般调频接收机的组成框图如图1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。

2．本实验接收机电路图如下：

图2.整体电路图

其中晶体管QA1及外围元件组成输入回路及高放回路，集成IC（MC3361）实现中频放大、混频、鉴频、低频功放。

具体的工作原理如下：

（实验箱上将JA1、JB1连接号，即组成接收电路）

从天线ANTA1接收到的高频信号经过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路，选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号，经晶体管QA1进行放大，由CA3、TA1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CB1耦合进入ICB1（MC3361）16脚与本振信号10.245MHz（MC3361的1、2脚外挂10.245MHz晶体及微调电容与内部振荡单元产生的）进行混频，产生差频信号从3脚输出，经455KHz陶瓷滤波器滤波后又从5脚又进入MC3361进行放大，MC3361的8脚外挂鉴频电路，最终从9脚输出调制信号。

四、单元电路设计及仿真:

1.高频功率放大电路:

图3.高频功率放大电路

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P0=1/2（I0*R5）2,V0=I0*R5,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1.0欧，负载R5为8.2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。

2.混频电路:

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。

图4.二极管环形混频电路

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。

如图5.3所示。

3.中频放大电路:

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f0高，通频带BW=f0/QL宽，故高放回路的Q值越高越好，这时不必顾虑BW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。

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。

如图5所示，即为中放和鉴频的电路图。

图5.中放及鉴频电路

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。

由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带B＝f2-f1=f/QL，见图6。

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。

图6.放大器的频率特性

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。

实际电路中常采用具有中间抽头的并联谐振回路,如图7（a）所示。

图7（b）是它的等效电路，可以看出，它是由两个阻抗性质不同的支路组成。

由于L1、L2都绕在同一磁芯上，实际上是一个自耦变压器。

（a）（b）

图7.中间抽头的并联谐振回路

利用变压器的阻抗变换关系，可求得等效谐振电路的谐振阻抗：

ZOB0＝（N1/N1+N2）2ZAB0＝（N1/N）2ZAB0（式中N＝N1＋N2为电感线圈的总匝数）。

即具有抽头并联谐振电路的谐振阻抗ZOB0等于没有抽头的谐振阻抗ZAB0的NI2/N2倍。

由于N1/N＜1，所以ZOB0＜ZAB0，适当选择变比可取得所需求的ZOB0，从而实现阻抗匹配。

    上述中放电路结构简单，回路损耗小，调试方便，所以应用广泛。

4.鉴频电路：

实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类:

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。

第一类（调频-调幅调频变换型）调频信号解调的鉴频电路仿真如图8：

图8.调频-调幅调频变换型鉴频电路

仿真结果如下：

1．调频信号转换成调幅信号如下：

2.调幅指数（调幅度）ma=0.5时的调幅信号和检波后的调制信号：

3.调幅指数（调幅度）ma=0.8时的调幅信号和检波后的调制信号：

4.调幅指数（调幅度）ma=0.9时的调幅信号和检波后的调制信号（由图可见检波出来的信号开始出现负峰切割失真）：

5.调幅指数（调幅度）ma=1.2时的调幅信号和检波后的调制信号（调幅信号出现过调幅，负峰切割失真更加严重）：

6．仿真电路图中增大C1、R3，使时间常数RC加大，引起惰性失真（对角线切割失真），C1、R3越大，对角线失真越严重

5.MC3361的功能介绍：

在本实验中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路全部由MC3361实现。

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。

其主要特性如下：

·低功耗（在Vcc=4.0V，耗电典型值仅为3.9mA）

·极限灵敏度：

2.6uV（-3bB）（典型值）

·少量的外接元件

·工作电压：

2.0—8.0V

·DIP16和SO-16两种封装形式

·工作频率：

60MHz（max）

MC3361结构框图如图9所示:

图9.MC3361结构框图

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2.0μV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4-5所示。

IC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455kHz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

五、实验内容：

（1）.按下开关KA1、KB2，调试好小信号调谐放大单元电路，调试好高频功率放大单元电路。

（2）.连接好发射电路和接收电路（连LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1），同时用实验箱所配的天线（一端带夹子的导线）分别将发射单元的天线ANTE1和本实验单元天线ANTA1连好.

（3）.在不加调制信号的情况下，接通发射电路和接收电路的电源，调节变容二极管单元的L84，用示波器探头测量TTB2，当TTB2处有455KHz的信号输出时，说明调频单元的工作频率在10.7MHz附近。

此时从处加入1KHz，峰峰值为100mV左右的调制信号，则从TTB1处用示波器可观测到输出的解调波。

（4）.当从TTB1处观察鉴频输出信号，此时如果波形失真可以微调LB1和微调L84。

注意观察鉴频信号频率与调制信号频率是否一致，幅度大小与调制频偏的关系（调制频率可以通过改变调制信号大小来改变）。

如果TTB1处的信号失真，一般要考虑是否调制信号幅度过大以及变容二极管调频产生的调频信号的中心频率偏高10.7MHz太远。

六、提供设备及材料：

1.设备：

示波器一台、万用表一块、低频信号源、调频信号发射模块（输出载波10.7MHz，最大频偏20KHz的调频波）、12V直流电源、5V直流电源。

2、集成电路芯片MC3361、晶体管3DG12C、455KHz陶瓷滤波器10.245MHz晶体。

七、总结：

“调频接收机”这个课题涉及到高频电子线路课程中大部分知识点，有振荡电路、高频放大电路、混频电路、中频放大电路、鉴频及低频功放级电路等。

同时还涉及到MC3361集成电路芯片的使用，本课设不仅涵盖的知识面广，还对我形象地、深入地理解高频电子线路这一门课程起到一定的帮助，激发了我继续深入学习模拟电路的兴趣，更重要的是让我看到了高频在无线通讯信号传输中无可替代的作用。

做课设时，我先从书上的内容入手，认真复习之前学习的知识，进一步掌握各个单元电路的作用与特点，特别是各种失真问题，为随后在实验箱上的调试做好准备。

接着开始在Multisim电路仿真软件上做仿真，Multisim是一款很好用的电路仿真软件，操作简单，元件调用方便，同时有各种信号发生器，如调幅波信号发生器和调频波信号发生器，而且还能修改各个调制解调参数，为我们节省了很多搭建电路的时间，方便我们直接看鉴频或者检波结果。

经过这次课设，我对Multisim软件的使用已经比较熟练，这对我以后的学习或者做其它项目打下了基础。

得到正确仿真结果后，我们进入实验室进行电路的调试。

可是由于实验箱电路老化，加上自己缺乏实际调试电路的经验，实验做起来没有那么顺利，电路自激等各种问题相继出现。

不过最后经过老师的耐心指导和同学的帮助，我们小组几个同学做出了准确结果，虽然解调出来的波形有一点失真，但是已经很不错了。

这次高频课设与之前的不同点就是一个课题同时涉及到各个不同的单元电路，需要我们将它们很好的连接起来，不断调试才能得到准确结果。

这是一个很好的课题，对我们对所学专业领域的认识起到很大作用，也培养了我们一定的动手能力，更重要的是激发了我们对模拟电路特别是高频电子线路的学习热情，另外也让我们了解并且基本掌握了Multisim软件，对以后的学习工作也有好处。

希望在以后的课程学习中能有更多这样的动手机会。

同时，在这里也要感谢设计过程中给我提供帮助的老师和同学，谢谢他们对我的耐心指导。

参考文献

张肃文高频电子线路（第四版）高等教育出版社

高频电子线路课程设计指导书太原理工大学信息工程学院

集成电路芯片MC3361数据手册

晶体管3DG12C数据手册