超外差式调幅接收机的设计报告马超.docx

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超外差式调幅接收机的设计报告马超

吉林建筑大学

电气与电子信息工程学院

高频电子线路课程设计报告

设计题目：

超外差式调幅接收机

专业班级：

电子信息工程111

**************************

学号：

********

指导教师：

王超高晓红

设计时间：

2014.12.8－2014.12.19

教师评语：

成绩评阅教师日期

一、设计概述……………………………………………………………………1

1.1超外差式调幅接收机………………………………………………………1

1.2设计目的……………………………………………………………………1

1.3设计内容……………………………………………………………………1

1.4设计要求……………………………………………………………………1

二、工作原理……………………………………………………………………2

2.1超外差调幅接收机工作原理………………………………………………2

三、单元电路设计与方案选择……………………………………………3

3.1高频放大器电路……………………………………………………………3

3.2本地振荡器电路……………………………………………………………4

3.3混频器电路…………………………………………………………………5

3.4中频放大器电路……………………………………………………………6

3.5振幅检波器电路……………………………………………………………7

3.6低频放大器电路……………………………………………………………8

四、系统设计与仿真分析……………………………………………………9

4.1系统工作流程……………………………………………………………9

4.2总电路的波形仿真与分析………………………………………………10

五、总结与体会………………………………………………………………11

六、参考文献…………………………………………………………………12

附录一……………………………………………………………………………13

附录二……………………………………………………………………………17

一、设计概述

1.1超外差调幅接收机

随着广播技术的发展，无论是发射机还是接收机都在不断更新换代。

尤其以接收机的发展更为明显，目前的无线电接收机不单能收音，且还有可以接收影像的电视机、数字信息的电报机等。

其中，超外差调幅接收机由天线回路、高频小信号放大电路，变频电路、中频放大电路、检波器、低频放大电路等六部分组成，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。

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。

因此，超外差调幅接收机的应用更加普遍。

超外差接收机中混频器能将不同载波频率转化为固定的中频，克服了直接放大式接收机的不稳定性，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性能好及失真度小等优点。

因此，超外差式接收机应用更加广泛。

本次课程设计选这个题目，有助于我理解调幅接收过程，对于学习高频线路这门课有很大的帮助。

1.2设计目的

掌握调幅接收机各功能模块的基本工作原理。

培养学生掌握电路设计的基本思想和方法。

培养学生分析问题、发现问题和解决问题的能力。

熟练掌握Multisim、MATLAB、VISIO等软件应用。

培养独立分析问题的能力，查阅资料，整理分析资料的能力。

掌握调频收音机征集电路的设计方法。

1.3设计内容

（1）掌握超外差调幅接收机原理.

（2）设计接收机的各个单元电路，画出单元电路图。

（3）应用EDA软件（multisim软件）对所设计电路进行仿真验证。

（4）设计总电路图。

1.4设计要求

（1）设计超外差式调频接收机各部分原理图。

（2）接收机各部分模块功能的简介接分析及仿真图。

（3）满足一定的指标要求：

接收频率范围535～1605KHz；输出功率150mW；灵敏

度50μV。

二、工作原理

2.1超外差调幅接收机工作原理

本设计总体有六大功能模块组成，其中接收天线将接收到的微弱信号经过高频小信号放大器放大器将有用信号进行放大，并抑制干扰信号，然后信号经过变频器进行变频，其中变频器是由混频器与本地振荡器组成，将高频信号变成中频信号，然后中频信号经过中频放大器进行功率放大，然后再经过检波器进行检波，即对信号进行解调，将信号变成变成低频调制信号，最后进过低频放大器进行功率放大以实现对扬声器的驱动。

整个电路的设计必须注意几个方面。

选择性好的级，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最好。

如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。

为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。

为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。

超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。

因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。

中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。

此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成选台。

超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：

容易得到足够大而且比较稳定的放大量；具有较高的选择性和较好的频率特性；容易调整。

缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。

随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。

其原理图如图1所示。

图1超外差式调幅接收机原理框图

三、单元电路设计与方案选择

3.1高频放大器电路

高频放大器一般采用调谐于工作频率的谐振电路作为输入和输出电路，因此高频放大器在放大微弱的高频信号的同时，还可以起到滤除镜象干扰和中频干扰的作用，虽然高频放大器对信号具有放大作用，但设置高频放大器的主要目的是着眼于提高输出信噪比，这是因为，接收机的第一级对整机信噪比的影响良最为直接、最为明显。

而变频器所产生的噪声往往较大，所以变频器之前设置一级或二级高频放大器，即使放大器对信号的放大倍数不是很高，但却可以明显地提高输至变频器的信号Eb平与变频器噪声巴平的比值，从而明显地改善整机信噪比。

因此，高频放大器件必须是不身噪声极小的低噪声器件，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频。

高频放大器电路图、仿真图分别如图2、3所示。

图2高频放大器电路图

图3高频放大器仿真图

3.2本地振荡器电路

本地振荡器主要是产生一个和调幅信号相乘的高频信号，通过信号相乘以得到新的频率，若振荡器不能够稳定工作，就会使产生的中频信号不稳，为此我们必须保证振荡器的稳定性，故这里采用高稳定度的石英晶体振荡器。

本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率。

本地震荡器电路图、仿真图分别如图4、5所示。

图4本地震荡器电路图

图5本地震荡器仿真图

3.3混频器电路

混频是指利用非线性元件，例如二极管，把两个不同频率的电信号进行混合，通过选频回路得到第三个频率的信号的过程。

完成这样过程的装置，叫做混频器。

对于接收机来说，混频器的目的是把信号变换为中频，然后再放大。

因为专门对一个中频频率进行放大，性能可以做得好。

混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。

混频器电路图、混频前仿真图、混频后仿真图分别如图6、7、8所示。

图6混频器电路图

图7混频前仿真图图8混频后仿真图

3.4中频放大器电路

中频放大器的功能是将混频器输出信号进行电压放大以满足鉴频器输入幅度的要求。

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、选择性和通频带等指标起着极其重要的作用。

此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成接收。

中频放大器电路图、仿真图分别如图9、10所示。

图9中频放大器电路

图10中频放大器仿真电路

3.5振幅检波器电路

大信号的检波过程主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。

包络检波的将高频变成低频，即实现了解调，从而从已调波中获得信息，并将信号送给低频放大器。

振幅检波器电路图、仿真图分别如图11、12所示。

图11振幅检波器电路图

图12振幅检波器仿真图

3.6低频放大器电路

一个为NPN一个为PNP三极管，主要用于克服单管射极跟随器输电效率低的问题，NPN的三极管放大交流电正信号，PNP的放大负信号，两三极管轮流导通与截止，功率输出时效较高。

一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。

一般采用三极管放大电路来实现这一功能。

低频放大电路图、仿真图分别如图13、14所示。

图13低频放大器电路图

图14低频放大器仿真图

四、系统设计与仿真分析

4.1系统工作流程

空间有许许多多电台发送的电磁波，它们都有自己的固定频率，收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路（称调谐电路）来选择性的接收所需高频信号。

由调谐电路所选择出的所需要的电台信号是已调幅的高频信号，并且十分微弱，需要先经过高频小信号放大器进行放大处理，再经过变频器（混频器和本振）将高频信号变为频率为465KHz的中频信号，这是超外差式收音机的核心部分，由于它是调制信号，喇叭无法将这种信号直接还原成为声音，因此，必须从高频信号中把音频信号分离出来，这个分离过程被称为解调，或检波。

这样才能正确的还原被发射的信号，是信号正确的被被输出。

在接收机中，检波是由半导体器件二极管或三极管来完成。

调幅的高频信号经检波还原出音频信号，再经过低频功放然后送往输出设备，比如喇叭，喇叭将音频信号还原为声音。

接收机接收天线将被发出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频之间的固定频率—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。

而不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出所接收信号（直放式）。

超外差式接收机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、低放级和功放级等部分组成，接受频率范围为535KHZ~1605KHZ的中波段。

系统工作流程图如图15所示。

图15系统工作流程图

4.2总电路的波形仿真与分析

从天线感应到的高频调幅信号，经输入回路的选择送入变频器。

本振信号与接收到的高频调幅信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接收信号调制规律相同的固定中频调幅信号。

该中频调幅信号经中频放大后，送入检波器，把原音频信号解调出来，并虑出残余中频分量，再由低频功率放大后推动扬声器发出声音。

从下边的仿真图中我们可以看出，经过超外差式调幅接收机的滤波和解调，输出信号相比从天线接收的信号平滑，滤除了大部分噪音，电压也有所提高，信号强度有所加强，并且保证了信号真实性，没有失真现象产生。

有仿真图可以看出，本次超外差式调幅接收机的设计成功完成，还原了信号的真实性和完整性，滤除了干扰限号，降低了噪声，达到了预期的效果。

超外差式调幅接收机总电路图见附录二，仿真图如图16所示。

图16超外差式调幅接收机电路总图

五、总结与体会

在这次课程设计中我担任了设计高频，中频谐振放大电路和叠加型相位鉴频器的任务，在设计的过程中遇到了很多的问题和困难，例如单元电路参数的计算与设定，电路性能的调试以及在仿真时出现的波形失真等一系列问题，不过在经过上网查询资料，翻阅相关书籍和向老师同学请教后，这些问题也都迎刃而解了。

在同伴都完成各自的单元电路元件后，我们一起进行了整体电路的构思和设计，各自阐述了自己的设计构思后，我们一起挑选了比较容易完成，电路简单且性能最佳的几个方案。

最后经过对挑选的几个方案一一论证后，我们挑出了一个最佳的方案进行了联机调试，最后顺利完成了设计。

通过课程设计，我懂得了理论与实际相结合的重要样，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把所学过的知识又重温了一遍。

通过课程设计，我理解到做任何事情都必须要具备耐心跟恒心，不能够半途而废，当遇到难题无法解决时要学会不耻下问，向身边的同学询问和请求帮助。

这个学期接触了高频电子线路这门专业课程的学习，书本上学的都是一些的理论知识，也比较抽象。

但是经过这次高频电子线路的课程设计，才真正明白理论与实践的深刻含义，也培养了自己独立思考问题与独立的动手能力。

并且这次调频接收机的设计，让我对电路的设计过程有了一定的了解，也让我明白了实际中的电路与理想的接线也还是有区别的。

同时也让我更深的认识到：

什么都只有通过自己动脑，自己动手才能体会学习的乐趣，真正享受学习的过程，获得成功的快乐。

同时在这次的课程设计中不仅让我学习到了很多的课本上学不到的知识。

一些问题必须在课程设计前解决才能够是课程设计变得更加顺利。

只有在不断的探索与求知中才能得到更多的知识。

让这次高频课设更有意义。

不过，这次设计没有用到单片机芯片，使得设计出的调频接收电路没有想象中的职能，也没有那么全面和完善，希望在以后的设计中能够把高频电路，通信，芯片等相互联系起来，设计出更好的电路。

六、参考文献

[1]刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录[M].北京：

高等教育出版社，1957.15-18.

[2]辛希孟.信息技术和信息服务国际研讨会论文集：

A集[C].北京：

中国社会科学

出版社，1994.

[3]张筑生.微分半动力系统的不变集[D].北京：

北京大学数学系数学研究所，1983.

[4]冯西桥.核反应堆压力管道和压力容器的LBB分析[R].北京：

清华大学核能技术

设计研究院，1997.

[5]Gill,R.MasteringEnglishLiterature[M].London:

Macmillan,1985.

[6]何龄修.读顾城《南明史》[J].中国史研究，1998.

附录一元件清单

元件编码

描述

系列

封装

电路图

VCC

12V

POWER_SOURCES

-

总体原理图

GROUND

GROUND

POWER_SOURCES

-

总体原理图

VDD

-12V

POWER_SOURCES

-

总体原理图

C3

350pF

VARIABLE_CAPACITOR

-

总体原理图

C4

51pF

CAPACITOR

-

总体原理图

R5

1kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R2

15kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

L1

500nH

INDUCTOR

-

总体原理图

R7

22kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C5

470pF

CAPACITOR

-

总体原理图

C6

350pF

VARIABLE_CAPACITOR

-

总体原理图

C7

51pF

CAPACITOR

-

总体原理图

R10

1kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

L4

1µH

INDUCTOR

-

总体原理图

L3

500nH

INDUCTOR

-

总体原理图

Q1

2N2219

BJT_NPN

TO-39

总体原理图

Q2

2N2219

BJT_NPN

TO-39

总体原理图

L2

1µH

INDUCTOR

-

总体原理图

L5

3.9µH

INDUCTOR

-

总体原理图

L7

1µH

INDUCTOR

-

总体原理图

Q3

2N2219

BJT_NPN

TO-39

总体原理图

L6

300nH

INDUCTOR

-

总体原理图

R1

2kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C1

100nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R3

6.8kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R4

10kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R6

1kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C2

1µF

CAPACITOR

-

总体原理图

V2

AM_VOLTAGE

SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES

-

总体原理图

R8

6.8kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R9

20Ω

RESISTOR

-

总体原理图

C11

100nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R11

10Ω

RESISTOR

-

总体原理图

C9

100nF

CAPACITOR

-

总体原理图

C14

4.7nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R13

6.8kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R14

2kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R15

5kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R16

82kΩ

POTENTIOMETER

LIN_POT

总体原理图

C15

51nF

CAPACITOR

-

总体原理图

Q4

2N1711

BJT_NPN

TO-39

总体原理图

C12

100pF

CAPACITOR

-

总体原理图

R12

2kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

L8

1mH

INDUCTOR

-

总体原理图

C13

10nF

CAPACITOR

-

总体原理图

L9

2.3µH

INDUCTOR

-

总体原理图

C10

1.5nF

CAPACITOR

-

总体原理图

Q6

2SC945

BJT_NPN

TO-92

总体原理图

C25

10nF

CAPACITOR

-

总体原理图

L11

330µH

INDUCTOR

-

总体原理图

L12

1µH

INDUCTOR

-

总体原理图

L13

9.1µH

INDUCTOR

-

总体原理图

R24

402kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C24

12nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R22

15kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C21

100nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R21

1kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C22

10nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R20

6.2kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R23

200kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C23

10nF

CAPACITOR

-

总体原理图

D2

BA220

DIODE

DO-35

总体原理图

R26

150Ω

RESISTOR

-

总体原理图

C26

850pF

CAPACITOR

-

总体原理图

R25

10kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R27

2kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R28

2kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

Q8

2N3906

BJT_PNP

TO-92

总体原理图

Q7

2N3904

BJT_NPN

TO-92-3（Z03A）

总体原理图

C8

1.5nF

CAPACITOR

-

总体原理图

R29

200Ω

RESISTOR

-

总体原理图

LED1

LED_yellow

LED

LED9R2_5Vy

总体原理图

D4

1N4148

SWITCHING_DIODE

DO-35

总体原理图

D5

1N4148

SWITCHING_DIODE

DO-35

总体原理图

C16

200nF

CAPACITOR

-

总体原理图

Q5

BC107BP

BJT_NPN

TO-18

总体原理图

L10

30mH

INDUCTOR

-

总体原理图

R17

12kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C18

200nF

CAPACITOR

-

总体原理图

C19

5pF

CAPACITOR

-

总体原理图

C20

60pF

CAPACITOR

-

总体原理图

R18

3kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

R19

1kΩ

RESISTOR

-

总体原理图

C27

80pF

CAPACITOR

-

总体原理图

V1

DC_POWER

POWER_SOURCES

-

总体原理图

X1

HC-49/U_5MHz

CRYSTAL

HC-49U

总体原理图

附录二总原理图