调频接收机设计报告.docx

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调频接收机设计报告

课程名称：

高频电子线路

实验项目：

调频接收机设计

实验地点：

多学科楼实验室

专业班级：

通信1002学号：

2010001291

学生姓名：

吴桂生

指导教师：

梁凤梅

2013年1月17日

调频接收机设计报告

一、设计目的、要求

通过本课程设计与调试，提高学生的动手能力，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基本的调频接收机各单元电路之间的关系及相互影响，从而正确设计，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与测试方法。

二、调频接收机的主要技术指标

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

天线

三、调频接收机组成

调频接收机的工作原理

输入回路

高频放大

混频

低频功放

中频放大

本机振荡

图一调频接收机组成框图

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。

四、元件清单

1.示波器一台、万用表一块、低频信号源、调频信号发射模块、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。

3.变压器、标称电感、电容、电阻若干。

五、单元电路设计及仿真

5.1高频小信号放大电路

图二高频功率放大电路

共射级接法的晶体管高频小信号放大器如上图所示。

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RA2,RA3,RA4及RA6决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

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MC3361。

5.2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。

图三（a）二极管环形混频电路原理电路

图三（b）二极管环形混频电路等效电路

四个二极管组成平衡电路如上图所示。

构成的二极管环形混频电路中，各二极管均工作在受参考信号控制的开关的状态，它是另一类开关工作的乘法器。

二极管双平衡组件用作双边带调制电路时，由于变压器的低频响应差，调制信号一般必须加到I端口，载波信号加到R端口，所需双边带信号从L端取出。

二极管环形混频器产品已形成完整的系列，它用保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分类，其中常用的是Level7，Level17，Level23三种系列，它们所需的本振功率分别为7dBm（5mW），17dBm（50mW）和23dBm（200mW），显然，本振功率电平越高，相应的1dB压缩电平也就越高，混频器的动态范围也就越大。

对应于上述三种系列，1dB压缩电平所对应的最大输入信号功率分别为1dBm（1.25mW）、10dBm（10mW）、15dBm（32mW）。

二极管环形混频器具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6dB）、混频失真小、动态范围大等优点。

二极管环形混频器的主要缺点是没有混频增益，端口之间的隔离度较低，其中L端口到R端口的隔离度一般小于40dB，且随着工作频率的提高而下降。

实验表明，工作频率提高一倍，隔离度下降5dB。

具有如下特点：

a、结构上四个二极管接成环形。

作为混频时，环形的两个对角端AB和CD通过变压器接入本振信号VL和有用信号VS。

b、如果电路平衡,则各端口是相互隔离的,即L端口的本振信号不会通到R端,R端口的有用信号不会窜入L端,有用信号和本振信号均不会通到I端。

c、有增益,存在损耗.作为混频器时,混频损耗的理论值为4dB

d、为调幅器时,考虑到高频变压器的低频频率特性差的缺点,调制信号改从端口输入,载波信号从端口输入,,从端输出振幅调制信号。

仿真如下：

5.3中频放大电路

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。

  下图（a）是LC单调谐中频放大电路，图（b）为它的交流等效电路。

图中B1、B2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。

    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。

    由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带B＝f2-f1＝fd/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。

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。

图四（a）中频放大电路

图四（b）中频等效电路

仿真：

5.4鉴频电路

下图是回路鉴频器的原理图。

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。

下图是双失谐回路鉴频器的原理图。

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。

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。

图五双失谐回路鉴频器的原理图

下图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Ｕ01<Ｕ02,则Ｕ0=Ｕ01-Ｕ02<0。

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Ｕ01>Ｕ02,则Ｕ0=Ｕ01-Ｕ02>0。

其总鉴频特性如下图所示

图六总鉴频特性

仿真：

5.5MC3361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。

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1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。

其主要特性如下：

a 低功耗（在Vcc=4.0V，耗电典型值仅为3.9mA）

b 极限灵敏度：

2.6uV（-3bB）（典型值）

c少量的外接元件

d 工作电压：

2.0—8.0V

e DIP16和SO-16两种封装形式

f工作频率：

60MHz（max）

MC3361内部电路如下:

MC3361的内部振荡电路与Pin1和Pin2的外接元件组成第二本振级，第一中频IF输入信号10.7MHz从MC3361的Pin16输入，在内部第二混频级进行混频，其差频为：

10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中频信号。

    第二中频信号由Pin3输出，由455kHz陶瓷滤波器选频，再经Pin5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。

Pin8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，并经一级音频电压放大后由Pin9输出音频信号。

    Pin12——Pin15为载频检测和电子开关电路，通过外接少量的元件即可构成载频检测电路，用于调频接收机的静噪控制。

MC3361内部还置有一级滤波信号放大级，加上少量的外接元件可组成有源选频电路，为载频检测电路提供信号，该滤波器Pin10为输入端，Pin11为输出端。

Pin6和Pin7为第二中放级的退耦电容。

5.6完整的电路图

仿真结果：

六、课程设计实验内容及记录

（1）.按下开关，调试好小信号放大单元电路，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。

实验记录：

七、课设总结

通过这次课程设计，使我对课本上的知识有了更进一步的了解，对一些基本的线路连接和器件的功能也有了更加深刻的理解和形象的认识。

而且课程设计是在我们课本知识结束后开始的，正好使我们巩固加强了所学的知识，也为我们考试复习做好了准备。

同时也增强了我们的实际动手能力，独立思考能力.

八、参考文献

张肃文等编《高频电子线路（第四版）》高等教育出版社

高频电子线路实验与课程设计指导书