调频接收机设计与调试.docx
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调频接收机设计与调试
北京理工大学
调频接收机设计与调试
一设计目的
通过本课程设计与调试，提高动手能力，巩固已学的理论知识，能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，从而能正确设计、计算调频接收机的单各元电路：
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
的调整及测试方法。
二调频接收机的主要技术指标
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。
三基本设计原理
调频接收机的组成
一般调频接收机的组成框图如图所示。
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。
中放的任务，是把变频器输出的中频信号放大后，输入到检波器。
在超外差接收机中，信号放大的任务大部分是由中频放大器来完成的。
中放级的好坏对接收机的灵敏度、选择性、失真和自动增益控制等主要指标有着决定性的影响。
因此对中放的要求是：
增益高，稳定性好，具有良好的通频带特性。
也就是说，对于干扰信号抑制能力强，选择性要好，而对信号本身的影响或衰减要小，自动增益控制对整机频带影响要小。
在调频接收机的情况下，载波的振幅大小并不包含有用的信号，这就使我们有条件利用限幅的办法把调频波中由噪声产生的调幅分量完全消除后，再送到鉴频器去。
起着消除这种调幅分量作用的电路，叫做限幅器。
限幅电路除了能有效地抑制干扰外，还有一个作用就是保持输出信号的幅度稳定不变。
如果输入信号的振幅高于某一规定值时，由于限幅作用，它的输出信号幅度也不会发生改变。
鉴频器又称频率检波器，它的任务就是从调频波中检出原调制信号。
要完成这个任务，一般要分为两步进行。
第一步先将等幅的调频波改变成振幅随频率变化的调幅波，使其幅度变化的规律和频率变化的规律相同。
第二步再用振幅检波器除去载波，最后得到音频信号。
四单元电路设计
1、高频小信号放大电路
如下图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。
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）.
2.混频电路
混频计时把高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。
这种频率变换通常是将已调波的载波从高频变为中频，同时必须保持其调制规律不变。
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。
该实验中用到二极管环形混频器，它组和频率小、动态范围大、噪声小、本振电压无反向辐射，但是它的变频增益小于1.
二极管环形混频器
环形混频器的原理电路如图所示，本振电压从输入和输出变压器
T
、T
中心抽头加入。
四个二极管均按开关状态工作。
各电流、电压的极性如图中所示。
图中实线箭头表示本振电压再副半周的电流
方向；虚线箭头表示本振电压再正半周的电流方向。
由图可见，它相当于两个平衡混频器的组合。
图二极管环形混频电路
上图中的二极管环形混频器具有如下特点：
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.
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。
图5中频放大电路
4.鉴频电路
下图是回路鉴频器的原理图。
图6鉴频电路
相位鉴频器是利用回路的相位-频率特征来实现调幅-调频波变换的，上图中输入电路的初级回路
、
和次级回路
、
均调谐于调频波的中心频率
。
他们完成波形变换，将等副调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调频波（及调幅-调频波）。
、R、
和
、R、
组成上下、两个振幅检波器，且特性完全相同，将振幅的变化监测出来。
负载电阻R通常比旁路电容
的高频容抗大的多，而耦合电容
与旁路电容
的容抗则小于高频扼流圈
的感抗。
因此，初级回路上的信号电压
几乎全部降落在扼流圈
上。
而且，每个检波器上均加有两个电压，即
和
。
不过一个检波器的输入时它们之和，另一个则是他们之差。
只要在耦合回路的通频带范围内，当调频波的瞬时频率变化时，无论是
还是
他们的振幅都保持恒定，但是他们之间的相位关系随频率而发生变化。
将超前于
一个角度。
这个角度可能是
/2,可能大于
/2，也可能小于
/2，主要取决于信号频率是等于、小于或大于中心频率。
正是由于这种相位关系与信号频率有关，才导致两个检波器的输入电压的大小产生了差别。
5.MC3361电路及功能
在本实验中采用了MC3361芯片，该调频接收机中的混频、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）
MC3361外形图
MC3361典型应用电路图
Mc3361极限参数
名称
引脚位置
标识符
极限值
单位
电源电压
4
Vcc（max）
10
V（DC）
工作电压范围
4
Vcc
4—8
V（DC）
检波输入电压
8
-
1.0
Vp-p
输入电压
16
V16
1.0
VRMS
静噪功能
14
V14
-0.5—5.0
Vpk
焊接温度
-
Tj
150
℃
工作周围温度范围
-
TA
-30—+70
℃
储藏温度
-
Tstg
-65—+150
℃
MC3361的引脚功能
引脚
名称
功能说明
引脚
名称
功能说明
1
OS
中频振荡器外接
元器件端
9
Demod
解调输出
2
OS
中频振荡器外接
元器件端
10
Fitter-in
滤波器输入
3
Mix-out
混频器输出端
11
Fitter-out
滤波器输出
4
Vcc
电源正极，范围２－８Ｖ
12
Sque
静噪输入
5
Lin-in
限幅放大器输入端
13
Scan
扫描控制
6
Decouple
去耦
14
Mute
静音
7
Decouple
去耦
15
GND
电源负极
8
Quad
正交线圈
16
Mix-out
混频输入端
MC3361调频接收机的工作原理如下
MC3361的内部振荡器与1脚和2脚的外接元器件组成第二本振级，振荡频率为10.245MHz。
第一中频10.7MHz输入信号从MC3361的16管脚输入，在内部混频器与10.145MHz的本振信号进行混频，产生若干混频信号，其中差频信号10.7MHz-10.245MHz=0.455MHz，即第二中频信号由3脚外接的455kHz陶瓷滤波器FL选频输出，再经5脚送入MC3361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。
8脚的外接元器件组成455kHz鉴频谐振回路，经放大后的第二中频信号在鉴频器进行解调，解调输出的音频信号经音频电压放大器AF放大后由9脚输出。
再经电阻
、电容
等组成的高频滤波网络滤除掉高频成分，改善输出信号的波形。
12脚和15脚的外接电路与内部静噪触发电路组成载频检测和电子开关电路，用于调频接收机的静噪控制。
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。
五整体电路设计
下图所示为整体电路图
图7调频接收机电路图
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）16管脚与本振信号10.245MHz（MC3361的1、2脚外挂10.245MHz晶体及微调电容与内部振荡单元产生的）进行混频，产生差频信号从3管脚输出，经455KHz陶瓷滤波器滤波后又从5脚进入MC3361进行放大，MC3361的8脚外挂鉴频电路，最终从9脚输出调制信号
六、实验内容
（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。
图8调频波与解调波的理想波形
（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
七实验数据及调试
本次操作的灵敏度从信号发生器直接读出、解调信号是在示波器上直接读出、失真度用失真测试仪测出，具体数据如下表：
灵敏度
0.1mV
解调信号频率
0.998KHz
失真度
23.8%
调试过程
检查电路是否有错，检查模块是否装错和是否有漏装的元件。
检查各单元电路接入位置是否正确。
检查各级直流工作点，若有不符合者，可调整相应分立元件的有关部分。
检查电路中电解电容正负极性是否有误。
集成电路则应先检查外围电路是否有故障，最后才考虑换集成块。
八设计总结
无线电信号的接收机试先用接收天线将受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。
最后再由听筒或扬声器将经过检波取出的音频电流转为震动的声音信号。
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，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。
超外差式接收机的基本原理是：
从无线收到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相混合，所得到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。
本学期开设了高频电子线路这门课程。
这次课程设计使我明白要设计一个成功的电路，必须要细心，耐心，认真。
课程设计过程中很多步骤在设计时需要反复实践，其过程很烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中会很急躁，就需要我们静下心，仔细查找原因，然后做出相应的改动。
在实验室有限的条件和自己有限的知识里，非常感谢指导老师诲人不倦的精神。
在接触课程设计之前，因为这门课程的难度很深度，我对高频是敬而远之的心态，所以基础知识以及逻辑推理思维方面都是相当欠缺。
在对高频的实验模块操作方法所知甚少和对调试知识几乎一无所知的程度，最后完成了课程设计的要求，要非常感谢指导老师耐心的指导和同学们热心的帮助。
九元器件清单
信号发生器
示波器
失真测试仪
导线
探头
天线
十参考书目
张肃文陆兆熊高频电子线路（第四版）高等教育出版社
曾星雯陈健高频电子线路辅导西安电子科技大学出版社
戴峻浩高频电子线路指导国防工业出版社
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