模电课程设计超外差收音机.docx

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模电课程设计超外差收音机

超外差收音机的设计、安装与调试

方案选择与性能指标

一、一、            方案选择

择中波晶体管超外差调幅收音机（不超过七只晶体管），其方框图如图1所示。

图1超外差收音机方框图

二、二、            主要性能指标

频率范围：

535～1065kHz

中频频率：

465kHz

灵敏度：

<1mV/m（能收到本省、本市以外较远的电台及信号较弱的电台）

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

概述

超外差调幅收音机

概述

人类自从发现能利用电波传递信息以来，就不断研究出不同的方法来增加通信的可靠性、通信的距离、设备的微形化、省电化、轻巧化等。

接收信息所用的接收机，俗称为收音机。

目前的无线电接收机不单只能收音，且还有可以接收影像的电视机、数字信息的电报机等。

   随着广播技术的发展，收音机也在不断更新换代。

自1920年开发了无线电广播的半个多世纪中，收音机经历了电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机的三代变化，功能日趋增多，质量日益提高。

20世纪80年代开始，收音机又朝着电路集成化、显示数字化、声音立体化、功能电脑化、结构小型化等方向发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。

展

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。

我们要求选用的是超外差式调幅收音机。

收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来，通过变频级把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高攀之间的固定频率—465KHz（中频），然后进行放大，再由检波级检出音频信号，送入低频放大级放大，推动喇叭发声。

不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号（直放式）。

在设计中，是根据所要求的内容、指标进行各单元的设计，拟定单元电路，初步确定电路元件参数；再根据组合起来的系统电路进行核算，确定整机电路。

在印刷电路的设计中，主要考虑元件的布局及走线，务必遵循一般规律。

最后通过安装调试达到要求的电气性能指标，确定最终的电路元件参数，固定、封装，成为完整的收音机产品。

第三章、调幅收音机的设计

3.1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收音机（不超过七只晶体管），其方框图如图1所示。

                                   图3、 超外差收音机方框图

2、主要性能指标

频率范围：

535～1065kHz

中频频率：

465kHz

灵敏度：

<1mV/m（能收到本省、本市以外较远的电台及信号较弱的电台）

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

3.2电源电压的选择

本收音机选用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。

3.3输入回路

收音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。

输入回路是由收音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

一、三、变频级电路

图2变频电路原理图

变频级电路的本振和混频，要求由一只三极管担任（自激式变频电路）。

由于三极管的放大作用和非线形特性，所以可以获得频率变换作用。

可选择“共基调发变压器耦合振荡器”。

按本设计要求，在图2中

为外来中波信号调幅波，载频为

（535～1605KHz）；

为本机振荡电压信号（等幅波），

应为1MHz～2MHz。

两个信号同时在晶体管内混合，通过晶体管的非线性作用产生

的各次谐波，在通过中频变压器的选频耦合作用，选出频率为

-

=465KHz的中频调幅波,如图3所示。

图3混频示意图

选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰最小，工作稳定，可比共射式获得较高的频率。

它的振荡调谐回路接在发射极与地之间，基极通过C5高频接地，振荡变压器的反馈线圈（L4）接在集电极与地之间，如图4所示。

图4共基调发振荡电路示意图

变频管选择3AG1型能满足要求，其

应该小，静态工作点

的选择不能过大或过小。

大，噪声大；

小，噪声小。

但变频增益是随IC改变的。

典型变频级一般在0.2～1mA之间有一个最大值。

统筹考虑，

设计在0.5mA左右为宜。

本机振荡电压的强弱直接影响到反映管子变频放大能力的跨导，存在着一个最佳本振电压值。

若振荡电压值过小，一旦电池电压下降，就会停振；若过大，在高端会产生寄生振荡，由于管子自给偏压作用，会使管子正常导通时间减少。

本振电压一般选择在100mV左右，由于采取的是共基电路，它的输入电阻低，如果本机振荡调谐回路直接并入，会使调谐回路的品质因素降低，振荡减弱，波形变坏，甚至停振。

为提高振荡电路的性能，L3要采取部分接入的方式，使折合到振荡调谐回路的阻抗增加到

。

L4不能接反，否则变成负反馈，不能起振。

二、四、中频放大、检波及自动增益控制电路（如图5所示）。

图５中放级电路原理示意

中放级可采用两极单调谐中频放大。

变频级输出中频调幅波信号由T3次级送到VT2的基极，进行放大，放大后的中频信号再送到VT3的基极，由T5次级输出被放大的信号。

三个中频变压器（T3、T4、T5）都应当准确地调谐在465KHz。

若三个中频变压器的槽路频率参差不齐，不仅灵敏度低，而且选择性差，甚至无法收听。

中频变压器采取降压变压器，其初级线圈L5要采用部分接入方式（道理同本振调谐电路）见图6。

 图６　中频变压器接法示意图

这种接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的　影响，初级选取适当的接入系数使晶体管的输出阻抗　与中频变压器阻抗近似匹配，以获得较大的功率增益；中频变压器初、次级变比以各自负载选取，减小负载对谐振回路的影响。

但选择L5的接入系数及压降比时，不仅考虑到选择性，还要兼顾到增益和通频带。

两级　　　　　　　　工作点的选择要有所区别，由于第一级总是带有自动增益控制电路，该级

的　选取要考虑到在功率增益变化比较急剧处，应选的比较小；但

太小，功率增益也太小，整机性能随着电池电压变化时，稳定性就很差。

综合考虑，对于3AG1型管选为0.4mA左右。

第二级

应考虑充分利用功率增益，则选择功率增益已接近饱和处的

值可选1mA左右。

T5次级送到检波二极管的中频信号被截去了负半周，变成了正半周的调幅脉动信号，再选择合适的电容量，滤掉残余的中频信号，取出音频成分送到低放级（见图5）。

检波输出的脉动音频信号经RF、C8（C8可选几十微法）滤波得到的直流成分作为自动增益（AGC）电压，使第一中放基极得到反向偏置，当外来信号强弱变化时，自动地稳定中放级的增益。

从图5可见，使用的是PNP型中放管，需要“+”的AGC电压。

检波二极管不能接反，否则AGC电压极性变反，达不到自动控制中放管增益的作用，可产生自激、哨叫。

三、五、前级低频放大电路

从检波级输出的音频信号，还需要进行放大再送到喇叭。

为了获得较大的增益，前级低频放大通常选用两级。

要求第二级能满足推动末级功率放大器的输入信号强度，要有一定的功率输出，该激励可选择变压器耦合的放大器。

如图7所示。

以上各级静态工作点VE值以电源电压而定，VT1、VT2、VT5的VE可取电源电压的1/5左右。

图7　低放激励原理图

四、六、末级功率放大器

它将前级的信号再加以放大，以达到规定的功率输出，去推动喇叭发声，可选择我们熟悉的OTL电路。

低频放大电路的设计，是根据要求的输出功率、选择的电源电压、喇叭的交流电阻，从后向前进行。

确定输出功率后进行功放管的选择，应通过手册查出功放管主要极限参数。

例：

小功率晶体管3AX31B的极限参数：

PCM≥125mW，ICM≥125mA，BVCEO≥12V。

末级一对功放管的β、

及正向基极—发射级电阻RBE等都要对称（保证误差在20%以内）。

如果以高频管代替低频管，用于小信号前置放大级是可以的，但是大信号运用时，功率嫌得不够，整机失真将增大。

静态电流一般取3～5mA左右，它的大小影响着输出功率，失真和效率。

激励级要求输出功率较小，一般甲类放大器能满足要求。

可求出输出级的功率增益，根据所要求的输出功率指标及输入变压器的效率η求出激励级的输出功率，定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值Icm，求出变比K及ICQ。

功率放大至低放前级要加入合适的负反馈。

对于两级以上的放大器，公共电源往往会造成寄生耦合。

当电池内阻上产生的信号相位恰好和它原来的信号电压相位相同时，就会产生正反馈，正反馈电压比输入电压大时，就会产生自激振荡。

电池越旧，其内阻就越大，就越容易产生寄生耦合。

最后一级输出最强，对前级影响最大，应着重考虑末级的信号电流影响。

消除这些寄生偶合的方法（退耦）是在电池的两端并联电容器（C21）旁路掉原来通过电池内阻的大部分的信号电流。

但各级共用一个电源，级与级间并未隔开，应在前、后级间加入退耦电路（电阻R16，C17），如图8所示。

图8退耦分析图

退耦电阻和退耦电容越大越好，但R16不能太大，否则直流压降太大，致使前级需要直流电压降低过多，一般取100～470Ω之间，退耦电容C21、C17选为50～200µF之间。

因为大电容分布电感较大，对于高频有较大的感抗，可以在退耦电解电容两端再并一个小电容（例：

并一个0.01µF的电容）。

对于其它因素产生的寄生耦合，可以通过屏蔽、妥善布线等手段解决。

五、七、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）。

2．2． 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。

六、八、画出整机电原理图参考整机电原理图如图9所示。

（1）输入电路与变频级

输入回路由C1a、C2、L1组成，选取出的信号由L1与L2耦合到变频级T1的基极。

R1、R2是供给基极电压的偏流电阻。

R2为可调的，使T1的集电极电流在0。

3——0。

6毫安之间。

R3为发射极电阻，起稳定工作点的作用。

C3为高频旁路电容，使T1基极对本振的频率接地。

本振部分是共基极振荡电路。

并利用反馈线圈的耦合产生振荡，这种电路的特点是振荡稳定，谐波少。

本振线圈L3（左侧）为主振线圈，与C1b、垫整电容C6、补偿电容C5组成振荡加回路。

这个回路通过C4接T1发射极。

L4（右侧）为反馈线圈，通过它的反馈作用来维持振荡。

本振信号通过C4进入T1发射极，与接收来的信号混后，通过T1集电极进入第一中频变压器Tr1上，得到一个载波频率为fr-fc=465千赫的调幅波信号。

Tr1由C7、L5、L6组成。

C1a、C1b组成同轴双连电容。

C2、C5、C6是为了获得必要的频率覆盖和实现统调的附加电容。

常用高频瓷介电容。

（2）中放级

T2、T3组成单调谐中频放大器。

C11、L7、L8组成中频变压器Tr2，C14、L9、L10组成中频变压器Tr3，C7、C11、C14为中频调谐回路电容。

这些电容略大些对稳定性有好处，太大了对增益不利。

中频调谐回路都严格调谐在465千赫上。

因为它对收音机的灵敏度、选择性、谐波失真、自动增益都起着决定性作用。

一般说来偏差不超过2千赫。

从Tr1选出的信号进入第一中放T2，第一中放加自动增益控制。

R5为可调的，使T2的集电极电流在0。

4——0。

5毫安之间。

C10为中频旁路电容。

经过T2放大的信号由Tr2选出进入第二级中放T3来放大。

R9、R10、R11为T3偏置，C12、C13为中频旁路电容，R9为可调的，使T2的集电极电流在0。

6——0。

9毫安之间。

C9为中合电容。

R8是阻尼电阻，防止中合不完全，它使L7、C11组成的回路的Q值下降，增加稳定性。

（3）检波级

T3放大的信号经过Tr3送到检波管D（2AP9）进行检波。

检出的音频成分进入由R12、C15、C16组成的п形滤波器，将残余的中频除去。

在检波级的负载Rw上获得自动增益控制电压和音频信号电压。

经隔直电容C17加到低放级T4上。

（4）低放级

T4为低放级，R13可调，使T4集电极电流为1。

2——1。

5毫安。

推挽级T5、T6两者的电流之和，由可调电阻R16控制在2——4毫安。

在扬声器与T4之间，以及T5与T6的基极和集电极之间，有负反馈网络R20、C22和反馈电容C20、C21。

C19、R18、C23组成п形退耦电路。

本机是6V直流电供电，输出功率大于100毫瓦，灵敏度不低于2mV/m。

选择性大于20分贝。

无信号，电流小于10毫安。

工作在中波段。

元件参数参考如下：

C1a-b=7/270pf,C2=4.5/30pf,C3=0.047μf,

C4=5100pf,C5=4.5/30pf,C6=270pf,C7=200pf,

C8=10μf,C9=0.01μf,C10=0.47μf,

C11=200pf,C12=0.01μf,C13=0.047μf,

C14=200pf,C15=0.01μf,C16=0.01μf,C17=5μf,

C18=50μf,C19=100μf,C20=1000pf,C21=1000pf,C22=220pf,C23=100μf.

R1=5100,R2=30000,R3=2000,R5=51000,R6=4700,R7=680,R8=120000,R9=22000,

R10=3300,R11=470,R12=470,R13=27000,R14=2400,R15=220,R16=3300,

R17=100,R18=100,R19=5100,R20=160000.Rw=10000。

（电阻说明：

所有单位为欧姆，R2、R5、R9、R13、R16为可调，Rw为音量电位器）

Tr1=105B-ⅠTr2=105B-ⅡⅢ　Tr3=105B-Ⅲ　Tr4=输入变压器，

Tr5=输出变压器

超外差收音机原理

收音机

上图为调幅超外差收音机的工作原理方框图，天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，中国中频标准规定为465KHZ）一起送入变频管内混合——变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率即通过差频产生的中频（实习图3-2中B处），中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大，中频信号经检波并滤除高频信号（实习图3-2中D处）。

再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。

本机工作原理简述。

电路图见实习图3-3所示C1、B1组成天线输入回路。

VT1、B2、B1、C组成变频级。

VT1为变频管。

初级线圈与C构成变频级负载。

C1、B2组成本机振荡电路，C6为振荡耦合电路，VT2、VT3组成中频放大电路，2AP9为检波电路，R9为音量电位器（带电源开关），C16为高频耦合电容。

VT4、VT5为前置低频放大级、VT6、VT7组成乙类推挽功率放大器。

R16、C21、C17为电源波波电路。

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R12、R10、R11、R13、R17、R18为各级的直流偏置电阻。

一、课程设计目的

本课程设计是作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握高频电子线路设计和调试的方法，增加模拟电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

  按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术后，应安排课程设计教学实践项目，其目的是使学生更好地巩固和加深对专业基础知识的理解，学会设计中、小型电子线路的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。

通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

二、课程设计内容与要求

1．教学基本要求

要求学生独立完成选题设计，掌握高频电子小系统的设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，并写出课程设计报告。

教师应事先准备好课程设计题目和指导计划，指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行课题讲解、答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。

2．能力培养要求

2.1通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。

设计摘要：

课程设计是数字电子技术课程重要的实践性教学环节，是对我们学习数字电子技术的综合性训练，它的重点是要求学生综合所学的理论知识和专业技能，设计制作功能较为复杂的电路，研究解决具有一定深度和工作量的小课题。

其目的是巩固和拓展我们所学的基本理论和专业知识，培养学生综合应用、独立分析和解决实际问题的能力，培养学生设计能力和创新型思维能力。

通过课程设计，利用各种芯片等元件，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，设计应用电路，这里是设计一个拔河游戏机的电路。

目前数字电子技术已经广泛的应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。

随着集成技术的发展，尤其是中、大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透倒国民经济地各个部门，并将产生越来越深刻地影响。

在我国的社会主义现代化建设中，普及电子技术知识、大力推广应用电子技术有着非常重要的意义．一方面，要尽快提高我国电子技术开发的速度和水平；另一方面，又要拓宽和提高电子技术推广应用的广度和深度。

这都需要大批电子技术人才。

因此，数字电子技术是我们电类专业的基础课之一，也是现代电子工程技术人员所必备地专业基础知识，所以我们需要掌握好这门基础课所学习的知识，通过课程设计检验、提高我们的知识储备。

数字电子技术博大精深，电子产品五花八门，要想真正弄懂弄懂，绝不是一朝一夕的事情。

它是一门实践性很强的科学技术。

它来源于实践，又要回到实践中去指导实践．只有勤于实践，我们才能真正把他学习、学懂，并能学以致用。

由于各种电路之间并不是孤立的，总有着千丝万缕的联系，得多思考、勤动手，在制设计成功简易电路的基础上，尽可能扩大接触面，不断积累经验，做到触类旁通、举一反三，只有这样就能练就扎实的基本功。

数字电子技术课程内容多、发展快，为了使在有限的学时内，把该课程学好、学扎实，我们在学习时，注重对基本理论、基本电路的原理分析与设计，对数字集成电路的分析、电路结构的构思方法以及系统结构的应用等。

课程设计是实践性教学环节。

实验课着眼于通过实验验证课程的基本理论，锻炼我们学生的初步实验技能。

而课程设计则是针对我们所学的一门课程的要求，进行综合性的训练，运用课程中所学到的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题。

这种综合性的训练是通过我们独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成的。

让我们通过动脑动手解决实际问题，巩固和运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“单片机原理与应用”等课程中所学习的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般的设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。

为了增强我们的实践能力、创新能力，数字电子技术为我们单独开设了实验课程，促进了对我们学生实际动手能力和分析、设计能力的。

平时的基本实验是训练常用电子仪器的使用方法和数字电路的基本测试方法，它所涉及的内容与课堂教学内容紧密相关，充分体现课程的实践性。

通过理论课程的学习和实验课程的实践，使学生基本掌握数字电子技术基础知识和基本技能，再通过相应的课程设计将理论用于实践，将理论与设计融为一体，使学生在课程设计中既能提高运用所学知识进行设计的能力，又能在这一过程中体会到理论设计与实际实现中的距离，锻炼了学生分析问题、解决问题能力。

课程设计是培养我们学生综合运用所学知识