基于multisim的超外差式收音机仿真.docx

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基于multisim的超外差式收音机仿真

L

《高频电子技术》课程设计报告

题目超外差式收音机

学院（部）信息工程学院

专业通信工程

班级

学生姓名

学号

12月2日至12月13日共2周

指导教师（签字）

摘要.....................................................1

超外差收音机的结构.......................................4

超外差收音机电路图.......................................5

高频小信号放大器.........................................5

AM调幅波与混频电路.....................................6

石英晶体振荡器...........................................8

中频放大与滤波电路......................................10

二极管包络检波器电路....................................11

焊接介绍................................................13

收音机的装配与调试......................................15

思考题..................................................16

心得与体会..............................................17

摘要：

本文主要介绍了超外差式收音机，该收音机主要由高频小信号放大器，混频电路，石英晶体振荡器，中频放大与滤波和包络检波等部分组成。

其工作原理是简单收音机为了提高灵敏度指标增加了高放级，但高放级级数的增加是有限度的，如果为了提高灵敏度而加多高放级，则不但统调因难，更易发生寄生振荡。

另一个原因在于：

晶体管电路对高中低频带的表现是不同的，这就造成了整个收音频带内的指标不和谐。

如果能把收音机固定在一个频带上工作，它的收音质量当然很好，不过事实上许多广播电台并不都挤在一个不大的频带上广播，而是分布在—个很宽的频带中进行广播。

因而，只能在改进收音机的电路上想办法，把这些分散在各波段的电台，在收音机里变成一个预定的频率，这样，就能很好地加以放大了。

超外差电路就是这样的装置。

它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，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。

一．超外差收音机的结构

超外差式收音机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。

超外差收音机工作框图和波形图

整体电路图如下

超外差收音机的工作原理过程为：

天线接收到的高频信号通过输入，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（我国为465KHz），然后再进行放大和检波。

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。

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。

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。

二、收音机系统模块化硬件设计

1.高频小信号放大器模块的设计

Multisim的仿真示意图

仿真结果

输入与输出波形的仿真示意图

高频小信号放大器是将接收到的小信号进行放大以便作进一步的变换和处理，这里通过调节参数使得输入信号的频率等于LC回路的谐振频率，从而得到上图中输入信号与放大的输出信号的波形示意图。

2.AM调幅波与混频电路的模块设计

Multisim的仿真示意图

仿真结果

调幅波（AM）输出波形

混频电路输出波形

这部分的模块设计包括了AM调制与混频电路的设计，在AM调制电路中，通过将调制信号与高频载波信号相乘得到AM调制信号，其输出波形如上显示。

在混频电路的设计中，首先混频就是一种频谱的线性搬移过程，这里是将AM调制信号与本地振荡信号相乘从而得到中频信号，其输出波形如上。

3、石英晶体振荡器模块的设计

Multisim的仿真示意图

仿真结果图

石英晶体振荡器利用晶体的谐振频率非常稳定，很高的品质因数和工作频率表附近的阻抗变化率大等优点使其发生谐振，产生非常稳定的振荡频率，其输出波形如上。

4.中频放大与滤波电路模块的设计

Multisim的仿真示意图

仿真结果图

中频放大电路选用通带增益25db，通带频率400khz，通带增益纹波1db，截止带频率200khz，截止带衰减-10db。

就可以完成系统对信号滤波放大的要求，其输入波形与中频放大滤波的波形如上图所示。

5.包络检波模块的设计

Multisim的仿真示意图

仿真结果图

这里由于是采用的是AM调制信号，所以优先采用二极管峰值包络检波法，它是由输入调制回路，二极管VD和RC低通滤波器组成。

这里的RC回路有两个作用，一是作为检波器的负载，二是起到高频电流的旁路作用。

通过二极管将低频分量分离出来再用低通滤波器隔离出来最终得到调制信号原波形。

其输出波形如上。

三、焊接介绍

1.焊件表面处理

　　手工烙铁焊接中遇到的焊件是各种各样的电子零件和导线，除非在规模生产条件下使用“保险期”内的电子元件，一般情况下遇到的焊件往往都需要进行表面清理工作，去除焊接面上的锈迹，油污，灰尘等影响焊接质量的杂质。

手工操作中常用机械刮磨和酒精，丙酮擦洗等简单易行的方法。

2.预焊

　　预焊就是将要锡焊的元器件引线或导电的焊接部位预先用焊锡润湿，一般也称为镀锡，上锡，搪锡等。

称预焊是准确的，因为其过程合机理都是锡焊的全过程——焊料润湿焊件表面，靠金属的扩散形成结合层后而使焊件表面“镀”上一层焊锡。

　　预焊并非锡焊不可缺少的操作，但对手工烙铁焊接特别是维修，调试，研制工作几乎可以说是必不可少的。

3.不要用过量的焊剂

　　适量的焊剂是必不可缺的，但不要认为越多越好。

过量的松香不仅造成焊后焊点周围需要清洗的工作量，而且延长了加热时间（松香融化，挥发需要并带走热量），降低工作效率；而当加热时间不足时又容易夹杂到焊锡中形成“夹渣”缺陷；对开关元件的焊接，过量的焊剂容易流到触点处，从而造成接触不良。

　　合适的焊剂量应该是松香水仅能浸湿将要形成的焊点，不要让松香水透过印制板流到元件面或插座孔里（如IC插座）。

对使用松香芯的焊丝来说，基本不需要再涂焊剂。

4.保持烙铁头的清洁

　　因为焊接时烙铁头长期处于高温状态，又接触焊剂等受热分解的物质，其表面很容易氧化而形成一层黑色杂质，这些杂质几乎形成隔热层，使烙铁头失去加热作用。

因此要随时在烙铁架上蹭去杂质。

用一块湿布或湿海绵随时擦烙铁头，也是常用的方法。

5．加热要靠焊锡桥

　　非流水线作业中，一次焊接的焊点形状使多种多样的，我们不可能不断换烙铁头。

要提高烙铁头加热的效率，需要形成热量传递的焊锡桥。

所谓焊锡桥，就是靠烙铁上保留少量焊锡作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁。

　　显然由于金属液的导热效率远高于空气,而使焊件很快被加热到焊接温度,如图四。

应注意作为焊锡桥的锡保留量不可过多。

6．焊锡量要合适

　　过量的焊锡不但毫无必要地消耗了较贵的锡，而且增加了焊接时间，相应降低了工作速度。

更为严重的是在高密度的电路中，过量的锡很容易造成不易察觉的短路。

　　但是焊锡过少不能形成牢固的结合，降低焊点强度，特别是在板上焊导线时，焊锡不足往往造成导线脱落。

7．焊件要牢固

　　在焊锡凝固之前不要使焊件移动或振动，特别使用镊子夹住焊件时一定要等焊锡凝固再移去镊子。

这是因为焊锡凝固过程是结晶过程，根据结晶理论，在结晶期间受到外力（焊件移动）会改变结晶条件，导致晶体粗大，造成所谓“冷焊”。

外观现象是表面无光泽呈豆渣状；焊点内部结构疏松，容易有气隙和裂隙，造成焊点强度降低，导电性能差。

因此，在焊锡凝固前一定要保持焊件静止，实际操作时可以用各种适宜的方法将焊件固定，或使用可靠的夹持措施。

8．烙铁撤离有讲究

　　烙铁处理要及时，而且撤离时的角度和方向对焊点形成有一定关系。

撤烙铁时轻轻旋转一下，可保持焊点适当的焊料，这需要在实际操作中体会。

四、收音机的装配与调试

1.中频频率的调整 

（1）首先用示波器观察本机振荡器线圈上有频率为本振频率的信号。

或者将双联可变电容器上，本机振荡回路中的电容短路，电台声音应当立即停止或明显减小。

说明本机振荡和变频电路工作正常。

（2）然后收听一电台（频率远离465kHz为好），用无感螺丝刀调中周变压器的磁芯。

要先从最后一级开始，逐渐向前级调整；以声音最响为调整目标。

反复调整几次就完成了。

2）调整频率范围（对刻度） 

（1）在收音机的接收频率范围的频率低端，找一个电台信号进行收听。

调整本机振荡器的磁芯，使收音机的刻度盘对准。

（2）然后在收音机的接收频率范围的频率高端，找一个电台信号进行收听。

调整本机振荡器的微调电容，使收音机的刻度盘对准。

如此反复调整几次，完成调整工作。

3）统调 

（1）在收音机的接收频率范围的频率低端，找一个电台信号进行收听。

调整磁棒天线上的线圈在磁棒上的位置，使收听到的声音最大，完成频率低端的统调。

（2）在收音机的接收频率范围的频率高端，找一个电台信号进行收听。

调整天线回路中的微调电容，使收听到的声音最大，完成频率高端的统调。

如此反复调整几次，完成调整工作。

五、思考题

1.如何提高高频小信号放大器的稳定性？

为了提高放大器的稳定性，通常从两个方面入手。

一是从晶体管本身想办法，减小其反向传输导纳，即选择管子是尽可能选择电容小的管子，使其容抗增大，反馈作用减弱。

二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法和失配法。

2.在包络解调中如何避免惰性失真？

答：

在原图中可见，为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内，C通过对R的放电速度大于或等于包络的下降速度。

不难看出，调制信号角频率W越高，调幅系数越大，包络下降速度就越快，惰性失真就越严重。

要克服这种失真，必须减小RC的数值，是电容器的放电速度加快，因此要求RC≤

。

六．心得与体会

高频电子线路设计包括收音机装配调试和multisim仿真。

从该仿真中可以认识到许多电路元器件，熟悉它们的性能，结构和特点。

其中在仿真中我设计了高频小信号放大器，AM调幅波与混频电路，中频放大与滤波电路，石英晶体振荡器和包络检波器这些模块，这些也是收音机的主要组成部分，这几周通过在网上查阅大量的资料和相关文献很好地学习了这些组成部分。

分析仿真示意图，再加以消化与吸收，然后做出了自己的multisim仿真，可谓收获颇丰！