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基于单片机的调幅收音机论文

电信毕业论文——超外差中波调幅收音机组装及调试

摘 要电子设计自动化技术已渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节，个中软件应用到电子设计，使电路的设计，调整和改进更加高效便捷。

简单分析了超外差式调幅收音机电路的工作原理及其组装和调试。

现在的S66E将原来的插座改为立体声耳机插座，电路原理图未变，步线有所调整。

更改后的收音机灵敏度更高、声音更洪亮、用途更广泛，适合MP3、单放机等机型所使用的耳机。

散件为3V低压金硅管六管超外差式收音机，具有安装调试方便、工作稳定、生硬洪亮、耗电省等优点。

它由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部分组成，接受频率范围为535KHZ~1605KHZ的中波段。

前 言

 集成电路具有体积小、功耗低、可靠性高、性能好以及易于使系统整机实现少调整和不调整等优点，通信电路正迅速向急方向发展。

不仅集总参数电路正在迅速集成化，分布参数电路也在集成化。

随着集成电路设计与工艺技术的进步，现在已有可能将一个电子系统或其子系统集成在一个芯片上，称为系统集成。

它改变了用通用元、器件组装电子系统的传统方法，而直接将系统制作在芯片上，从而大大促进了系统、电路与工艺的结合。

本次课程设计就是将继承芯片焊接在印制电路板上，然后堆砌进行调试的过程。

我采购的武汉佳习S66E型收音机试验套件，在原S66D选用的耳机插座上进行了改动。

原S66D选用的耳机插座已经不适用现在的需要而被淘汰，现在的S66E将原来的插座改为立体声耳机插座，电路原理图未变，步线有所调整。

更改后的收音机灵敏度更高、声音更洪亮、用途更广泛，适合MP3、单放机等机型所使用的耳机。

散件为3V低压金硅管六管超外差式收音机，具有安装调试方便、工作稳定、生硬洪亮、耗电省等优点。

它由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部分组成，接受频率范围为535KHZ~1605KHZ的中波段。

本次课程设计的目的主要是掌握系统各功能模块的基本工作原理，培养基本掌握电路设计的基本思路和方法，掌握接收系统调试等。

课程设计的要求是分析调频接收系统各功能模块的工作原理，提出系统的设计方案，对所设计电路进行调试。

在此基础上可进行创新设计，如改善电路性能；对系统进行仿真分析。

课设内容

收音机及超外差收音机的电路原理

图2-1超外差收音机电路图

晶体管收音机分为直接放大式和超外差式两大类。

直接放大式收音机电路简单，一般只用1——4只晶体管和一些基本元件，易于安装调试，成本低，但它的灵敏度低，选择性不太好。

本次课程设计重要是理解和组装超外差收音机，下面重点讲解超外差收音机的工作原理和电路。

超外差：

输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。

因为，它是比高频信号低，比低频信号又高的超音频信号，所以这种接收方式叫超外差式。

超外差式收音机就是利用这种方式，把接收到的频率不同的电台信号都变成固定的中频信号（465kHz）,再由放大器对这个固定的中频信号进行放大，同时在选择回路（输入回路）或高频放大器与检波器之间插入一个变频器及中频放大器。

和直接放大式相比较，超外差式收音机具有灵敏度高而工作稳定，选择性好而失真度小等优点，在实际生活中有着广泛的应用。

灵敏度是指收音机接收微弱信号的能力；选择性是指接收有用信号抑制无用信号的能力，也就是分隔邻近电台的能力；失真度是指收音机输出信号波形与输入信号波形相比失真的程度。

灵敏度、选择性、失真度都是收音机的主要性能指标。

将所要收听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（在我国为465KHz），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。

如果我们在收音机内制造—个振荡电波（通常称为本机振荡），使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。

由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。

采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。

外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。

任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。

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，而音频信号（包络线的形状）没变。

混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。

二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。

音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。

若要求超外差式收音机得到更高的灵敏度，在调谐回路与混频之间还可以加入高频放大级然后再去混频。

根据超外差收音机的原理，我们分成以下几个模块：

调谐回路、变频回路（包括本振电路、混频电路和选频电路）、中频放大（中放）回路、检波及AGC回路、低放级回路、功放级回路。

元器件说明

（1）元器件清单：

见附录

（2）元件说明

①电阻：

在本次课程设计中可以根据色差法对11个电阻进行分类。

如表格2-1

表2-1色差法表值

棕

红

橙

黄

绿

兰

紫

灰

白

黑

金

银

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

5%

10%

②电解电容和瓷片电容：

图2-2

如图2-2所示为电解电容，在安装电解电容时要求电容的管脚长度要适中，要正确判断管脚的正，负极，否则不能完成实现收音功能。

并且电解电容要紧贴电路板立式安装焊接，太高就会影响后盖的安装。

如图2-3所示为瓷片电容， 瓷片电容和电解电容一样，要求其管脚的长度要合适。

在焊接瓷片电容时不必考虑它的正负极性。

图2-3

③三极管：

本次课设组装的S66收音机中有两种三极管。

VT5，VT6为9013属于中功率三极管，VT1-VT4为3DG201或9014属于高频小功率三极管，在安装时，VT1选用低值（绿点或黄点）的三极管，VT2和VT3选用中值（兰点或紫点）的三极管，VT4选用高值（紫点或灰点）的三极管，否则装出来的效果不好。

同时，要求电容和三极管管脚的长度要适中，不要剪的太短，也不要留的太长，使它们不要超过中周的高度。

三极管管脚排列图如图2-4所示。

图2-4 

图2-4三极管脚位示意图

④中频变压器（中周）：

中频变压器（简称中周）三只为一套，这三只中周在出厂前均已调在规定的频率上，装好后只需微调甚至不调，不要乱调。

中周外壳除起屏蔽作用外，还起导线的作用，所以中周外壳必须接地。

⑤磁棒线圈：

磁棒线圈的四根引线头可以直接用电烙铁配合松香焊锡丝来回摩擦几次即可自动镀上锡，四个线头的接在对应的印制板的焊盘上，即a,b,c,d点，线头的判断由图表15可知。

焊接前要仔细辨别b、c引脚，切不可弄反。

⑥双连拨盘：

由于调谐用的双连拨盘安装时离电路板很近，所以在它的圆周内的高出部分的元件引脚在焊接前先用剪刀剪去，以免安装或调谐时有障碍，影响拨盘调谐的元件有T2和T4的引脚以及接地焊片，双连的三个引出脚，电位器的开关脚和一个引脚。

⑦耳机插座：

先将插座的靠尾部下面的一个焊片往下从根部弯曲90度插在电路板上，然后再用剪下来的一个引脚的一端插在靠尾部上端的孔内，另一端插在电路板对应的J孔内，焊接时的速度一定要快以免烫坏插座的塑料部分，影响电路的导通。

⑧电位器：

电位器为带开关型电位器，既做调解音量使用又做电源开关使用。

⑨变压器：

T5为输入变压器，线圈骨架上有突点标记的为初级，印制版上也有圆点作为标记。

安装时不要装反（还可以配合万用表测量进行分辨）。

⑩发光二极管和喇叭：

发光二极管主要用来进行收音机开关的指示，当开关打开时发光二极管亮，反之则不亮。

它的接法按照图表所示弯曲成型，然后直接插到电路板上焊接即可，安装时要注意二极管的正负极。

把喇叭放好后，如果挪动，可用电烙铁将其周围的三个塑料桩靠近喇叭的边缘烫下去把喇叭压紧，以免其松动不稳。

除了上面列出的元器件外，还有扬声器、印刷电路板、导线、螺丝等等元器件。

收音机的焊接和组装

焊接前电阻要看清阻值大小，并用万用表校核。

电容、三极管要看清极性。

一旦焊错要小心地用烙铁加热后取下重焊。

拨下的动作要轻，如果安装孔堵塞，要边加热，边用针通开。

电阻的读数方向要一致，色环不清楚时要用万用表测定阻值后再装。

上螺丝、螺母时用力要合适，不可用力太大。

总之，动手焊接前用万用表将各元件测量一下，做到心中有数，安装时先安装低矮和耐热元件（如电阻），然后再装大一点的元件（如中周、变压器），最后装怕热的元件（如三极管）。

电阻的安装：

将电阻的阻值选择好后根据两孔的距离弯曲电阻脚可采用卧式紧贴电路板安装，也可以采用立式安装，高度要统一。

瓷片电容和三极管的脚剪的长短要适中，它们不要超过中周的高度。

电解电容紧贴线路板立式焊接，太高会影响后盖的安装。

、棒线圈的四根引线头可直接用电烙铁配合松香焊锡丝来回摩擦几次即可自动上锡，四个线头对应的焊在线路板的铜泊面。

由于调谐用的双联拨盘安装时离电路板很进，所以在它的圆周内的高出部分的元件脚在焊锡前先用斜口钳剪去，以免安装或调协时有障碍，影响拨盘调谐的元件有T2和T4的引脚及接地焊片、双联的三个引出脚、电位器的开关脚和一个引脚脚。

耳机插座的安装：

先将插座靠尾部下面一个焊片往下从根部弯曲90度插在电路板上，然后用剪下来的一个引脚一端插在靠尾部上端的孔内，另一端插在电路板对应的J孔内，焊接时速度要快一点以免烫坏插座的塑料部分。

发光二极管的安装要弯曲后，直接插在电路板上焊接。

喇叭安放挪位后再用电烙铁将周围的三个塑料桩子靠近喇叭边缘烫下去把喇叭压紧以免喇叭松动。

焊接完毕，仔细检查电路是否有虚焊、假焊和短路的地方。

电阻是否有阻值接错的，电容、发光二极管是否有正负极反了的，三极管的e、b、c脚接对了没有，中周的型号是否有误等。

逐步分析，发现错误及时纠正，以免通电后烧坏元件。

调试及故障排除

收音机的调试主要包括：

基本调试（外观检查和静态电路测试）、中周调整、中频频率调整、统调。

㈠收音机的基本调试：

调试是为了收音机能正常更好的工作，将调试好的部件组装成整机后，不可能都处在最佳配合状态，而满足整机的技术指标。

所以，单元部件经组装后一定要进行整机调试。

首先，按直观检查的方法对整机进行外观检查。

外观检查有如下内容：

焊接质量检查、电池夹弹簧检查、频率刻度指示检查、旋钮检查、耳机插座检查、机内异物检查等。

结构调整主要是检查印制电路板各部件的固定是否牢靠，有无松动，各接插件间接触是否良好，机械转动部分是否灵活。

其次，对电路电流进行测量。

将电位器开关关掉，装上电池用万用表的50mV档来测量，表笔跨接在电位器开关的两端（黑色表笔接电池负极，红色表笔接开关的另一端）若电流指示小于10mV，则说明可以通电，将电位器开关打开（音量旋至最小即测量静态电流）用万用表分别依次测量D，C，B，A四个电流缺口，若被测量电流的数字在规定的参考值的左右即可用电烙铁将四个缺口依次连通，再把音量开到最大，调双连拨盘即可收到电台。

在安装电路板的时候注意把喇叭及电池引线埋在比较隐蔽的地方，并且不要影响调谐拨盘的旋转和避开螺丝桩子，电路板挪位后再上螺丝固定。

当测量不在规定的电流值的范围则要仔细检查三极管的极性有没有装错，中周是不是装错位置以及虚焊等，若测量哪一级电流不正常则说明那一级电流有问题。

㈡中周调整：

由于和中周变压器并联的电容器的容量总存在误差，机内的布线也存在着不同的分布电容，这些都会引起中周变压器的失谐，所以要进行调整。

但由于中周在出厂时厂家就已经调好，在这里就不需要我们再来调整中周了。

如果出厂时没有调整好中周，则可以按以下方法进行中周调整：

把高频信号发生器调到465kHz上，双连电容逆时针旋到头，然后调T4（黑色）、T3（白色）两个中周，反复调几次，达到收音机喇叭声音最响为止。

㈢中频频率调整：

收音机中波段频率范围一般规定在535~1605kHz。

它是通过双连电容从容量最大到容量最小来实现这种连续调谐的，为了满足上述的要求所以必须调频率范围。

在出厂前厂家也已经调整好，在这我们也不需要再调整了。

㈣统调：

统调就是通过调试收音机的输入回路、本机振荡频率、中放回路的中频频率校正，从而达到在接收的频率范围内机子具有良好的频率跟踪特性。

所谓跟踪是指在接收的频率范围内，当接收任一频率的电台时，本机振荡频率与要接收的频率通过混频电路后都应该输出标准的中频频率信号，在超外差AM（调幅）波段中，中频频率为465KHZ。

从理论上讲，中波收音机从525~1605kHz的范围内，振荡频率和外部电台频率之差各点都应该是465kHz，但实际上是很难做到的，为了使整个波段内都能做到基本同步，经过大量实验证明，只要把600kHz，1000kHz，1500kHz这三点调准就可以了，所以要进行三点统调。

中波的频率范围是：

530KHZ---1600KHZ,那么本机振荡的频率范围就应该在955KHZ---2065KHZ，收音机是通过一个双联可变电容来同时改变输入回路的谐振频率和本机振荡频率的，理想状态下，我们在选台时在整个波段的频率范围内，本机振荡频率与输入回路谐振频率之差都应该保持在465KHZ，但实际情况并没有这么理想，由于本机振荡电路与输入回路分属不同的谐振槽路且谐振频率也不同，虽然我们输入回路和本机振荡电路的谐振电容是同步联动的，但由于电路参数的差异，很难保证在正个接收频率范围内都能准确地差拍出465KHZ中频，为此在实际电路中都作了一些补偿措施。

一般说来，输入回路的线圈和本机振荡线圈及所配的双联电容及都是配套元件。

在波段的低端接收一个已知频率的本地强信号台，当接收到电台声音后，看此时调谐刻度指针所指的频率是否和所接收的频率一致，如果不一致可调整本机振荡线圈B5的磁芯，并同时旋动调谐旋钮，直到刻度指针所指示的频率与接收频率一致，然后调整输入回路线圈L2在磁棒的位置是声音最大为止。

如果刻度指针所指示的频率与接收频率已经一致，此时只要调整L2使声音最大即可。

统调的第三步方法与第二步相似，在波段的高端接收一个已知频率的强信号电台，分别调整C2和C9使刻度指针所指的频率与接收的频率一致且声音最大即可。

反复第二和第三步进行微调是接收效果达到最好成绩。

高、低端调试好后，中端一般都不用调了，除非你在输入回路或本机振荡电路所使用的元件参数有误。

3收音机的设计、安装与调试

3.1音频信号的发送与接收

3.1.1三种调制方式

由于音频信号的频率较低，不可能直接发送到远方。

要把音频信号发送到远方，就必须把音频信号装载到具有发送能力的高频电磁波上，这个过程叫做调制，如图3-1所示：

 图3-1

图3-1调试原理图

音频信号的调制有三种方式：

调幅（AM）、调频（FM）与调相（PM）。

所谓调幅（AM）就是音频信号通过调制器改变高频载波的幅度，变成具有发送能力的已调幅波。

调幅方式容易实现，但是抗干扰差。

所谓调频（FM）就是音频信号通过调制器改变高频载波的频率，变成具有发送能力的已调频波。

调频方式较容易实现，而且抗干扰好。

所谓调相（PM）就是音频信号通过调制器改变高频载波的初始相位，变成具有发送能力的已调相波。

调相方式比较难实现，多用于军事、国防。

 3.1.2高频电磁波的传播规律

高频电磁波随频率的大小划分为地波、天波与空间波三种。

只有中长波（30K——1500KHZ）才能以地波方式沿着地球表面传播，地波传播稳定可靠，多用于超远程无线电通信和导航通信。

只有短波（1.5M——30MHZ）才能以天波方式依靠电离层的反射作用传播，天波传播受电离层强度、太阳辐射强度等多种因素影响，使得短波在夜晚的接收效果比白天好。

只有超短波（30MHZ以上）才能以空间波方式沿直线传播，虽然空间波的传播距离一般只有几十公里，但是空间波受大气干扰影响小、能量损耗小、接收稳定，多用于电视、雷达和微波通信。

3.2两种形式的收音机

直接放大式收音机具有电路简单、成本低廉、容易实现的优点，但是有几个致命的缺点：

接收范围内对低频端与高频端的放大不一致、灵敏度低、选择性差、稳定性差，因此直接放大式收音机已被淘汰，只在学习过程中还有一点参考价值。

直接放大式收音机的框图与有关波形如图3-2：

 图3-2直接放大式收音机波形图

超外差式收音机利用混频电路使本机振荡信号与接收到的电台信号进行非线性混频，使二者的差值始终为465KHZ，这样就降低了放大电路的信号频率，可以有效克服直接放大式收音机的缺点。

由于本机振荡信号的频率始终比接收到的电台信号频率超出465KHZ，故把这种收音机叫做超外差式收音机。

虽然超外差式收音机的结构较为复杂、不容易调试，但是更有一些突出的优点，如：

接收效果均匀、稳定、灵敏度高、选择性好等。

因此超外差接收方式在许多其它无线电接收装置中，得到了广泛应用。

3.3分立元件超外差式收音机电路与分析

（1）输入回路的作用是调谐：

C1a——双联可变电容器中的调谐联，供选台用；

C2 ——微调电容，三点统调时进行高端补偿调谐用；

C3 ——高频旁路电容，减少对输入高频信号的衰减；

B1 ——磁棒天线，原边线圈L1（80圈左右）与C1a、C2组成输入调谐回路

对接收电台的信号产生串联谐振，L2（8圈左右）将已接收电台信号的感应电动势送给T1（变频管）；

+EC、R1、D1、D2、R2 ——对T1（变频管）提供静态偏置，D1、D2确保T1工作点的稳定。

（2）变频电路

用一个三极管兼做本机振荡与混频时，称为变频。

变频电路如图3-4：

图3-4

T1——变频管，兼做本机振荡与混频；

C4——耦合电容，传送本机振荡信号；

B2——本机振荡线圈（电感三点式）；

C5——垫整电容，改善本机振荡信号对已接收电台信号的跟踪；

C6——振荡联微调电容，调准刻度时进行高端补偿调整；

C1b——双联可变电容器中的振荡联，与C1a同步完成调谐选台工作；                       

B3——第一中周（中频变压器）；  

C7——中频并联谐振电容。

A 变频管静状工作点的设置：

变频管的静状工作点设置过低则不容易起振；变频管的静状工作点设置过高，则不能很好的进行非线性混频，难以产生本机振荡信号与已接收电台信号的各种组合频率，得不到465KHZ的中频，也就不能实现超外差式接收。

因此，变频管静状工作点的设置既不能过低，也不能过高。

一般，变频管的静状工作点设置为0.2mA左右。

图3-5等效电路图

B 变频级工作原理：

变频级本机振荡信号是通过电感三点式振荡电路产生的。

电感三点式振荡的等效电路如图3-5中：

L为本机振荡线圈B2的等效电感；

C为垫整电容C5、振荡联微调电容C6以及双联可变电容器中振荡联C1b的等效电容。

 变频级的非线性混频过程：

电感三点式振荡电路产生的本机振荡信号在R2上形成的本机振荡信号电压与磁棒天线B1耦合过来的输入调谐接收的电台信号电压一起，由变频管T1进行非线性混频产生各种组合频率信号—nf0+mfS                                         （3-1）

   当n=1、m=-1时，可得f0-fS= fI=465KHZ的中频信号，由于中频变压器B3与中频谐振电容C7只对465KHZ的中频信号产生并联谐振，也就是说中频变压器B3只允许465KHZ的中频信号耦合到中频放大级，这就使得超外差式收音机具有很好的选择性。

C 关于垫整电容与振荡联微调电容

众所周知：

中波段收音机的接收范围为535KHZ——1605KHZ，也就是说中波段接收的电台信号频率fS变化了3倍。

但是，相应的本机振荡信号频率f0的变化范围为1000KHZ——2070KHZ，也就是说中波段的本机振荡信号频率f0只变化了2倍。

由于双联可变电容器中调谐联C1a与振荡联C1b，在调谐时是由00——1800同轴转动的——C1a与C1b会具有相同的容量变化，这就会使本机振荡信号的频率变化超过2倍，使本机振荡信号的频率变化不能很好地跟踪接收电台信号的频率变化。

解决这个问题的方法之一是引入垫整电容C5与振荡联微调电容C6：

当接收电台信号的频率比较低时，双联可变电容器中振荡联C1b的容量较大（270PF左右），由于C5的容量较大（300PF左右），C6的容量较小（7PF左右），因此可以忽略振荡联微调电容C6的并联影响，而垫整电容C5的串联影响使等效电容变小，振荡频率f0↑=；

当接收电台信号的频率比较高时，双联可变电容器中振荡联C1b的容量较小（7PF左右），由于C5的容量较大（300PF左右），C6的容量较小（7PF左右），因此可以忽略垫整电容C5的串联影响，而振荡联微调电容C6的并联影响使等效电容变大，振荡频率

f0↓=；   （3-4）

这样一来就使得振荡频率f0的变化范围变小，振荡联C1b在与调谐联C1a由00——1800同轴转动时，也能比较好地跟踪接收电台信号的频率变化。

本机振荡对调谐接收电台信号频率变化的跟踪曲线如图3-6。

                                图3-6信号频率曲线图

3.4中频放大级（2～3级）

中频放大级一般为2～3级，具有较大的放大能力，承担了整机信号的主要放大任务，使整机具有较高的灵敏度。

每级中频放大电路均通过中频变压器的LC并联谐振槽路对465KHZ中频信号进行选频放大与阻抗变换，使整机具有很好的选择性与匹配效果。

中频放大级的末级检波输出与第一级中放之间接有自动音量控制（AGC）电路，使强台与弱台信号均能得到足够的放大，使整机具有很好的均匀性与稳定性。

中频放大级的电路如图3-7。

图3-7中频放大级的电路图

图3-7中：

T2、T3——中频放大管；  

C7、C9、C12——中频谐振（槽路）电容；

B3、B4、B5——第一、第二、第三中周（中频变压器）；

C10——中和电容，克服T2管C结电容的内部反馈，防止寄生振荡；

R4——阻尼电阻，降低Q值、展宽中频频带通道、消除中频自激；

R3、R5——偏置电阻；   

R8、C8——对反向AGC电压进行平滑滤波，自动调整T2管的工作点；

R6——负反馈电阻，稳定直流工作点、改善交流失真；

C11——中频旁路电容，形成对输入中频信号的通路；

C15——整机电源滤波，降低电源的交流内阻抗。

所谓反向AGC，是指通过降低IC达到降低中放管功率增益（KP）的AGC方式。

反向AGC适用于较小信号的自动增益控制，收音机的中放电路就采用这种方式。

3.5检波与AGC电路

检波与AGC电路如图3-8中：

D3——检波二极管，图中接法只允许中频信号的负半周通过；

C13、R7、C14——组成л形滤波，滤除检波输出中的残余中频；

R3、R8、C8等——对检波输出中的