高频课程设计高频课程设计.docx
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高频课程设计高频课程设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
通信
指导教师：
工作单位：
信息工程学院
题目:
调频接收机
初始条件：
+Vcc=1.6V,10.7MHz中频变压器2只，MC33611只
Multisim11仿真软件
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1.据已知条件，完成对调频接收机的设计，装配与调试。
2.选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数并画出总体电路原理图。
（用Multisim10软件进行电路图的绘制并完成仿真）
3.安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。
参考书：
通信电子线路（刘泉）
电子线路设计·实验·测试（谢自美）
时间安排：
1.理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；
2.课程设计时间为1周。
（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；
（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天；
（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。
指导教师签名：
2010年12月1日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
调频广播通常采用频率为88~108MHZ的超短波，其信号的振幅保持不变而载波频率随调制信号而变化。
调频接收工作在超短波段，该波段原有的干扰本来就小，加上电路中带有限幅，消除了信号幅度干扰的影响。
同时，由于调频接收具有抗同频干扰的特性，即使干扰频率与接收的信号频率相同，只要信号电平稍强于干扰，就会使干扰受到很大的抑制，所以高频接收具有抗干扰性能好，收到电台后背景噪声小的特点。
因调频接收信噪比高，动态范围也就相应增大，故调频接收机能获得调幅机难以达到的音质。
视距传播，易受高大建筑物影响，产生遮蔽及多径传输现象。
本课程设计巩固了对已学的理论知识的掌握，基本建立起了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，并能正确设计、计算调频接收机的各单元电路的参数：
输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级。
初步掌握了调频接收机的调整及测试方法。
本设计使用天线接收信号，经过LC电路选频，得到频率为10.7MHz的信号。
此信号经小信号放大器、混频电路、中频放大器最后经过低频放大器，得到原始信号。
本课程设计使用MC3361集成芯片来完成后三个过程。
关键字：
调频接收机，仿真测试，MC3361芯片功能
Abstract
FMradiofrequencyfor88~usuallyadopt108MHZofultrashortwave,thesignalamplituderemainunchangedandwiththecarrierfrequencymodulatedsignalchanges.
FMreceivingworkinultrashortwavesection,thebandoftheoriginalinterferencewassmall,andcircuitswithlimitedpicture,eliminatingthesignalamplitudeinterferenceeffects.Atthesametime,becauseofFMreceivinghavefightintrudingcharacteristics,evenreceivethesignalfrequencyinterferencewiththesamefrequency,aslongasthesignallevelslightlybetterthaninterference,canmaketheinterferencearegreatlyrestrain,sohighfrequencyreceivinghasanti-interferenceperformanceisgood,afterreceivingstationbackgroundnoisesmallcharacteristics.
ForFMreceivinghighsignal-to-noiseratio,dynamicrangealsoincreasesaccordingly,reasonFMreceivercangainattenuationmachinedifficulttoachievequality.Stadiaspreadandsusceptibletohighbuildingseffect,generationcoveredandmultipathtransmissionphenomenon.
Thecourseisdesignedtoconsolidatethealreadylearnedmasteredthetheoreticalknowledge,basicestablishedaradioreceivercompleteconcept,FMreceiversFMmachineunderstandingtherelationshipbetweeneachunitcircuitandinfluenceeachother,canproperlydesign,calculationofFMreceiverofeachunitcircuitparameters:
inputcircuit,highfrequencyamplifier,mix,ifamplifierapplications,popularlyusedandlowfrequencyamplifierlevel.PreliminaryFMreceiverismasteredadjustmentandtestmethod.
ThisdesignUSEStheantennasignal,afterLCcircuitfrequencyselective,getfrequencyfor10.7MHzsignal.Thesignalbysmallsignalamplifiers,frequencymixingcircuit,intermediatefrequencyamplifierfinallyafterlow-frequencyamplifiers,gettheoriginalsignal.ThecourseisdesignedtouseMC3361integratedchipstoafterthecompletionofthethreeprocess.
Keyword:
FMreceivers,simulationtest,MC3361chipfunctions
目录
摘要I
AbstractII
目录1
1原理电路的设计1
1.1课程设计目的与要求1
1.2主要技术指标2
1.3调频接收机组成3
1.4单元电路设计3
1.4.1高频功率放大电路3
1.4.2混频电路4
1.4.3中频放大电路5
1.4.4鉴频电路8
1.4.5MC3361的功能介绍10
1.5画出完整的电路13
2仿真结果及分析15
3收获与体会16
4元器件清单18
5参考书目19
1原理电路的设计
1.1课程设计目的与要求
通过本实验，要求掌握、基本的调频接收机电路的组和调试方法，了解集成电路单片接收机的性能及应用。
提高动手能力，巩固已学的理论知识。
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。
1.2主要技术指标
调频接收机的主要技术指标有：
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。
1.3调频接收机组成
图1.1调频接收机组成框图
调频接收机的工作原理：
一般调频接收机的组成框图如图1.1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，经过解调器解调后，再由低频功放级放大。
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。
1.4单元电路设计
1.4.1高频功率放大电路
如图1.2所示为共射级接法的晶体管高频小信号放大器。
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。
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。
图1.2高频功率放大器
1.4.2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。
二极管环形混频器：
四个二极管组成平衡电路如图1.3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。
图1.3二极管环形混频器
作混频器时，vS=Vsmcosct为输入，R口，vL=VLmcosLt为本振，L口，
为负载电阻，取出中频信号，I口。
Tr1、Tr2为有中心抽头的宽频带变压器，初、次级匝数比为1：
1。
～
为四只二极管。
足够大，远大于
，则各二极管均工作在受
控制的开关状态。
正半周，
、
导通，
、
截止。
负半周，
、
截止，
、
导通。
具有如下特点：
1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。
2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。
3有增益，存在损耗作为混频器时，混频损耗的理论值为4dB。
4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。
1.4.3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1.4是LC单调谐中频放大电路，图1.5为它的交流等效电路。
图中R1、R2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。
图1.4中频放大电路
图1.5中频等效电路
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，如图1.6所示。
图1.6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1.7所示。
右边图是它的等效电路，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。
图1.7并联谐振回路及其等效电路
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＝（
）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。
1.4.4鉴频电路
从调频波中"检出"原来调制信号的过程称为调频波的解调，又叫鉴频。
实现鉴频的电路称为鉴频器，也叫频率检波器。
常用的鉴频电路有比例鉴频电路和相位鉴频电路，它们的工作原理相同，都是先把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调频调幅波，然后，用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号。
实际电路中应用较多的是比例鉴频电路，比例鉴频电路有对称式和不对称式两种。
对称式比例鉴频电路如图1.8所示，它由两部分组成。
第一部分由电感线圈L11、L2、L12、L3及电容C1、C2组成，它把调频信号的频率变化转换成两个电压之间的相位差的变化；第二部分由D1、C3、R3和D2、C4、R4组成平衡式振幅检波电路，它把两个电压之间的相位差的变化变换为幅度的变化，并从中检出原来的调制信号。
电路中，C1、L11、L12和L2，C2组成双调谐回路，均谐振于载波频率f0（fC），D1、D2为检波二极管，R3、C3和R4、C4是它们的负载。
要求电路对称即D1，D2的特性相同，R3＝R4，C3=C4。
两只二极管顺向相接，与R3、R4和L2形成直流通路。
CW容量较大（＞10μF），有稳幅作用。
图1.8对称式比例鉴频电路
另外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1.9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1.9双失谐回路鉴频器的原理图
图1.10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1.10所示。
图1.10总鉴频特性
1.4.5MC3361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。
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内部电路及其结构框图如图1.11和图1.12所示。
图1.11MC3361内部电路
图1.12MC3361结构框图
图1.13MC3361引脚图
图1.14MC3361内部结构图
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1.12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。
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。
1.5画出完整的电路
综合上诉所述得出完整电路原理图如图1.15所示。
图1.15总原理图
2仿真结果及分析
此次调频接收机电路采用Multisim10仿真，在仿真过程中对电路主体部分高频功率放大器进行了具体的仿真。
高频功率放大器电路原理图如图2.1所示，其仿真波形如图2.2所示。
图2.1高频功率放大器原理图
图2.2仿真波形
3收获与体会
通过这次课程设计我们更好地巩固和加深对调频接收机工作原理的进一步理解。
学会基本的实验技能，提高运用理论知识解决实际问题的能力。
在实验过程中，通过选取元件、确定电路，综合布线等提高了我们的动手能力，同时通过调试来发现自己的错误并分析及排除这些故障，使我们对调频接收机的知识得到了加深！
在本次设计中，使我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。
在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。
在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。
通过这次对调频接收机的设计与制作，让我了解了无线调频发射机的基本工作原理，设计流程，也让我了解了关于调频接收机的原理与设计理念。
实际接线中有着各种各样的条件制约，不可能与理想情况完全一致。
所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。
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。
在拿到设计题目后的几天里，我查阅了图书馆，书店，和internet网，查阅了大量的调频接收机设计的资料，并且整理了它们。
通过这次的课程设计让我了解了无线电信号的产生、发射和接收过程，尤其是懂得了接收机的完全工作原理。
在今后的实践工作中，它将带给我无穷的设计思路和指导。
无线电信号的接受过程正好和发送过程相反。
在接收处，先用接收天线将收到的电磁波转变为已调波电流，然后从这已调波电流中检出原始的信号。
最后再用听筒或扬声器将检波取出的音频电流转为声能，人就听到了发射机处发送的语言、音乐等信号。
但是，接收天线所收到的电磁波很微弱。
为了提高接收机的灵敏度，可在检波器之前加一级至几级高频小信号放大器，然后再检波。
检波之后，再经过适当的低频放大，最后送到扬声器或耳机中转为声音，这样的接收机叫做直接放大式接收机。
它的缺点是，对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化叫剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高。
所以现在的接收机几乎全是超外差式接收机，包括上面的两个实验。
超外差式接收机的基本原理是：
从天线收到的微弱高频信号先经过一级或几级的高频小信号放大器放大，然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡电压想混合，所得到的输出电压包络线形状不变，仍与原来的信号波形相似，但载波频率所转换为两个高频频率之差，（或和），这叫做中频。
中频电压再经中频放大器放大，送入检波器，得检波输出电压。
最后检波输出电压经低频放大器放大，送到扬声器（或耳机）中转变为声音信号。
作为一个电子方面的大学生，在今后的工作中难免需要很强的实践动手能力，所以这次课程设计实践对我来说是很值得珍惜的好机会。
这次课程设计，虽然短暂，但却给了我一次自主设计电
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