超外差调幅接收机要点.docx
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超外差调幅接收机要点
河南理工大学
高频电路课程设计
超外差调幅接收机的设计
学号：
0720100050
姓名：
祝振亮
专业班级：
07电信二班
指导老师：
刘小磊
日期：
2010年6月21日
超外差调幅接收机超外差调幅接收机
关键词：
超外差接收机中频放大混频
摘要
无线电广播的接收是由收音机实现的。
收音机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号（即解调）；解调后得到的声频信号再经过放大获得足够的推动功率；最后经过电声转换还原出广播内容。
可见，在无线电广播和接收过程中，无线电波是信息传播的重要工具。
利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用不同的装载方式。
在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。
目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。
我们要研究的是超外差式调幅收音机。
一、课程设计内容
1.1设计题目
超外差调幅接收机设计
1.2设计目的
1、掌握调幅接收机各功能模块的基本工作原理。
2、培养学生掌握电路设计的基本思想和方法。
3、培养学生分析问题、发现问题和解决问题的能力。
1.3设计要求
1、调幅接收机的工作原理（包括输入选频网络、高频放大、变频、中频放大、检波器、低放和低频功放等）
2、设计计算过程，并画出整机电路图及各部分电路图
3、对实验结果进行分析讨论，可在此基础上进行创新设计，如改善系统性能。
1.4设计步骤
1、收集相关资料，掌握调幅接收机的电路原理。
2、根据所提供的元器件，完成系统的制作安装、调试，并完善其设计功能。
1.5实践标准
完成设计仿真，实现其基本功能，要求仿真准确，系统运行稳定、可靠。
1.6设计报告总结
1、简述调幅接收机的工作原理，给出完整的电路原理图。
2、系统的安装过程及注意事项。
3、单元模块的调试及统调经过，并记录单元模块的输出波形。
4、分析制作过程中所出现的故障及解决方案。
5、列出电子元器件清单，分析课程设计过程中的难点。
6、总结收获与体会。
二、调幅接收机的原理及电路图
2.1超外差调幅接收机原理
超外差式接收机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
工作原理图如下：
图1、超外差调幅接收机工作原理图
超外差调幅接收机整机电路图：
图2、超外差调幅接收机整机电路图
2.22.2无线电广播传输过程的解析
由输入电路，即选择电路，或称调谐电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个，送给混频电路。
混频将输入信号的频率变为中频，但其幅值变化规律不改变。
不管输入的高频信号的频率如何，混频后的频率是固定的，我国规定为465KHZ。
中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。
由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来，送给前置放低频放大器。
前置低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。
再由功率放大器将音频信号放大，放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。
由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。
三、调幅接收机的设置三、调幅接收机的设计
3.13.1方案的选择及其性能指标
1、选择方案
择中波晶体管超外差调幅接收机（不超过七只晶体管），其方框图如图1所示。
图3、超外差接收机方框图
2、主要性能指标
频率范围：
535～1065kHz
中频频率：
465kHz
灵敏度：
<1mV/m
选择性：
20lg>14dB
输出功率：
最大不失真功率≥100mW
电源消耗：
静态时，≤12mA，额定时约80Ma
3.23.2电源电压的选择
本接收机选用4.5v的电源电压。
电源电压选得高，对于提高灵敏度和输出功率有利。
3.33.3输入回路
接收机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波，并从中选择出所需电台信号。
输入回路是由接收机内部的磁棒天线线圈与调台旋钮相连的可变电容CA构成的LC调谐电路，如图3.1所示。
调节可变电容CA可使LC的固有频率等于电台频率，产生谐振，以选择不同频率的电台信号。
再由L2耦合到下一级变频级。
图4、输入回路图
3.43.4变频级电路
图5、变频电路原理图
本机振荡和混频合起来称为变频电路。
变频电路是以VTl为中心，它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号（高频信号）变换成固定465KHz的中频信号。
图6、混频示意图
VTl、T2、CB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Cl对高频信号相当短路，Tl的次级Lcd的电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由T2、CB控制，CB是双连电容器的另一连，调节它以改变本机振荡频率。
T2是振荡线圈，其初次绕在同一磁芯上，它们把VT1的等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T2的初级的抽头引出，通过C2耦合到VT1的发射极上
混频电路由VTl、T3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Tl的次级线圈Lcd送到VTl的基极，本机振荡信号又通过C2送到VTl和发射极，两种频率的信号在T1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，T3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T3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。
3.53.5中频放大检波及自动增益控制电路
图7、中频放大及检波电路示意图
选频级输出的中频信号由V2的基极输入并进行放大，中放电路中的负载是中频变压器B4和谐振电容C。
它们也是并联谐振在中频465kHz。
中频信号进行中频放大器放大以后，再送给检波以得到所需的音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。
电路如图3.3所示。
VT2、VT3为中放管。
T2、T3为中频变压器，因谐振频率为465kHz，故简称“中周”。
电路作用是放大465kHz的中频信号，提高灵敏度和选择性。
接收机检波电路的任务是把要接收的广播电台音频信号从中频载波中“取下来”，以达到接收的目的。
实际电路中采用一个三极管将基极和集电极连在一起，用基极和发射极来从当一个二极管。
它的作用是对中频载波信号进行检波，检波后的残余中频及高次谐波再通过C16、C17、R10组成高频滤波电路滤除，最后把取出来的音频信号经电容耦合到低放级放大。
RP为检波负载。
电路作用是利用VD的单向导电性，取出中频调幅信号中的音频信号，以便放大和声音还原。
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3，VT3既起放大作用，又是检波管，VT3构成的三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制（AGC）作用。
AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
保证中频信号不随电台信号强弱而变化，趋于稳定。
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3，VT3既起放大作用，又是检波管，VT3构成的三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制（AGC）作用。
AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
保证中频信号不随电台信号强弱而变化，趋于稳定
3.6、3.6前级低频放大电路
检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。
旋转电位器RP可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的
3.7、3.7末级功率放大器
功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。
本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。
VT5、VT6组成同类型晶体管的推挽电路，R7、R8和R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。
变压器T5做倒相耦合，C9是隔直电容，也是耦合电容。
为了减少低频失真，电容C9选得越大越好。
无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。
3.83.8部分元件的选择
1、三极管选择
变频管的截止频率f应比实际最高频率高出2～3倍以上。
各级三极管的穿透电流ICEO都应该尽量小，对于β的选择，一般希望选大些，特别是第一中放管的β值应选大于100，但不宜过大（容易引起自激），应根据实际需要选配适当的β值。
可以全部选用中等β值（60～80）配套，或采用β=80～120的与30～60的配成一套（电源电压不高，功率管ICEO即使稍大些也可用）。
2、电容的选择
高频部分的电容耦合电容和旁路电容在0.01～0.047μF间选用。
变频管的振荡耦合电容和基极旁路不能过大或过过小，否则，因容值过大引起间歇振荡，过小引起低端停振现象，应根据振荡频率f估算所涉及回路的时间常数选取该电容。
中频槽路电容误差可允许5%～10%（通常中周TTF系列配200pF电容）。
电解电容允许误差不作要求，但要注意其耐压值，有较高的绝缘电阻。
本机振荡回路并联的微调电容，可采用具有负温度系数的拉线电容。
四、单元电路的原理和计算单元电路的原理和计算
4.1高频功率放大电路
图4-1高频功率放大电路
高频功率放大电路如图4-1所示,他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。
其具体的工作原理如下：
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）.
4.2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。
二极管环形混频电路
图4-2二极管环形混频电路
（a）原理电路（b）等效电路
A、原理电路及其等效电路：
如图4-2（a）、（b）所示。
对于图4-2（a）所示电路，通常将信号输入端口称之为R端口，本振电压输入端口称之为L端口，中频输出信号端口称之为I端口。
需要说明的是：
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。
B、原理分析
电路工作条件：
二极管伏安特性为过原点斜率等于
的直线；输入电压中，
，
，且
，此时，二极管将在
的控制下轮流工作在导通区和截止区。
由图4-2（a）知，流过负载
的总电流
为：
当
时，二极管D3、D2导通，D1、D4截止，相应的等效电路为图4-2（c）：
列出的KVL方程为：
所以，流过各二极管的电流为：
图4-2（c）
（4.2.3）
流过负载的总电流为：
（4.2.4）
当
＜0时，二极管D1、D4导通，D3、D2截止，相的等效电路如图4-2（d）
图4-2（d）
列出的KVL方程为：
流过各二极管的电流为：
（4.2.5）
流过负载的总电流为：
（4.2.6）
在
的整个周期内，流过负载的总电流可以表示为：
（4.2.7）
利用开关函数，可以将上式表示为：
即：
（4.2.8）
由此可见，电流中包含的频率分量为：
中的有用中频分量为
（4.2.9）
电路特点：
若二极管特性一致，变压器中心抽头上、下又完全对称，则环形电路的最重要特点就是各端口之间有良好的隔离。
C、插入损耗
根据定义，由图4-2（a）知，流过输入信号源端的电流为
将式（4.2.4）和（4.2.6）代入上式中得：
所以接在信号源端的等效负载电阻为：
若令
，实现功率匹配，信号源提供的信号功率最大，为
输出端输出的中频电压幅值为
相应的输出中频功率为：
因此，电路的插入损耗为：
实际二极管环形混频器各端口的匹配阻抗均为50Ω。
应用时，各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源、本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。
4.3.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。
图Z1008（a）是LC单调谐中频放大电路，图Z1008（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，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＝，见图Z1009。
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。
实际电路中常采用具有中间抽头的并联谐振回路,如图Z1010（a）所示。
（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。
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＝（
）2ZAB0＝（
）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
倍。
由于
＜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。
4.4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。
图4-3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4-3双失谐回路鉴频器的原理图
图4-4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。
其总鉴频特性如图4-4所示（见下页）
图4-4总鉴频特性
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）
五、分析过程中所出现的故障和解决方案第五章、系统的安装过程及注意事项
过程是曲折的，但是前途是光明的，在本次课程设计中，我误解了本次课程的目的，本来以为是阐述一下组成就可以了，后来发现还要追根溯源，终于，在不懈的努力下，通过查资料和上网，把主要部分的原理彻底的做出来了。
六、课程设计体会
通过这次课程设计，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
大三的下学期都进行过超外差调幅收音机的焊接，但那仅仅是培养了动手能力，而这次经过高频电路的学习，对收音机的原理进行彻底的融会贯通了。
七、参考文献
《电子产品设计指导》王格能电子工业出版社
《通讯原理》樊昌信国防工业出版社
《电路》邱关源高等教育出版社
《高频电子线路》张肃文高等教育出版社
《超外差收音机》CSDN中文论坛
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