基于ULN2204超外差收音机设计安装与调试.docx

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基于ULN2204超外差收音机设计安装与调试

电子实习报告

基于ULN2204超外差收音机设计、安装及调试

（2012~2013学年第一学期）

专业：

电子信息工程

班级：

09电信

（1）班

学生姓名：

杨峰

学号：

06

指导老师：

李文瑜

基于ULN-2204超外差收音机设计、安装及调试

摘要：

目前调频式或调幅式收音机，一样都采纳超外差式，它具有灵敏度高、工作稳固、选择性好及失真度小等优势。

咱们本次实验要求选用的是超外差式调幅收音机。

关键词：

超外差收音机，调频调幅，ULN-2204

前言：

目前调频式或调幅式收音机，一样都采纳超外差式，它具有灵敏度高、工作稳固、选择性好及失真度小等优势。

咱们本次实验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，推动喇叭发声，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音频信号（直放式）。

在设计中，是依照所要求的内容、指标进行各单元的设计，拟定单元电路，初步确信电路元件参数；再依照组合起来的系统电路进行核算，确信整机电路。

在印刷电路的设计中，要紧考虑元件的布局及走线，务必遵循一样规律。

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

1实验目的：

1.学习利用altiumdesigner绘制原理图及PCB。

2.熟悉手工制版进程，准确、高质量地进行印刷电路板的焊接。

3.把握超外差式收音机的工作原理及回忆电路分析的大体方式。

4.了解ULN2204的内部工作流程及性能参数，对所有元器件进行检测，并能正确地分析其作用。

5.把握超外差式收音机的统调方式和电路的大体测试。

6.熟悉焊接的工艺及流程，焊接练习，要求焊点光亮、圆滑，无虚焊。

7.正确地进行调试、对相关电压、电流进行测量

8.进行统调，检查收台的成效。

2超外差收音机的工作原理

超外差收音机方框图

中波超外差调幅收音机，其方框图如图1所示。

输入调谐电路

混频

中放

检波

前置

低放

功放

本机振荡

自动增益控制

（AGC）

图1  超外差收音机方框图

超外差收音机要紧性能指标

1.频率范围：

535～1065kHz

2.中几回率：

465kHz

3.灵敏度：

<1mV/m（能收到本省、本市之外较远的电台及信号较弱的电台）

4.选择性：

20lg>14dB

5.输出功率：

最大不失真功率≥100mW

6.电源消耗：

静态时，≤12mA，额按时约80Ma

ULN2204集成电路简介

ULN2204集成电路的特点：

1.其内部几乎包括了收音机所必需的电路，有独立的调幅振荡器、调幅双平稳混频器、调幅和调频中频放大器、调幅和调频解调器、AGC电路、AFC电路和功率放大器等。

为使外接元件少且便于集成，ULN2204内部大量采纳直接耦合的电路形式。

2.工作电压范围宽。

UNL2204内部[5]设有周密稳压电路，而且外加电源电压的范围大，其许诺变更的范围为3～12V。

3.用集成双差分放大电路组成混频器，提高了对信号中干扰成份的抑制能力。

4.灵敏度高。

具有5级中频放大，级间均采纳直接耦合。

前4级能够加AGC操纵。

5.外接元件少。

中频放大直接耦合，无需外接元件。

整个功率放大部份只接1只退偶电容。

6.功率放大器的输入阻抗高，约为200kΩ；调幅收音机与调频收音机的转换十分简单，仅用1只2*2波段开关，操纵UNL2204内部的电子开关，完成调幅收音与调频收音的转换。

ULN2204内电路框图及引脚功能参数

ULN2204集成块内的调幅部份包括高放、混频、本振和中放、检波电路；调频部份不含高放和混频电路，只有中放和鉴频电路，ULN2204内部大量采纳直接耦合的电路形成，内部设有周密稳压电路，而且外加电源电压的范围大，其许诺变更的范围为3～12V；用集成双差分放大电路组成混频器，提高了对信号中干扰成份的抑制能力；灵敏度高。

具有5级中频放大，级间均采纳直接耦合，前4级能够加AGC操纵；外接元件少。

中频放大直接耦合，无需外接元件。

其集成块内的电路如下图。

该IC采取双列16脚封装，其集成电路的引脚功能及数据见表1所列.

UNL2204集成电路引脚的功能及数据

引脚

功能

电压

开路电阻

引脚

功能

电压

开路电阻

AM

FM

红笔测量

黑笔测量

AM

FM

红笔测量

黑笔测量

（V）

（V）

黑笔接地

红笔接地

（V）

（V）

黑笔接地

红笔接地

1

中频旁路

9

音频功放输入

0

0

∞

2

中频输入

230

10

纹波调节

3

高频地

0

0

0

0

11

音频地

0

0

0

0

4

调幅混频输出

7

∞

12

音频功放输出

11

5

调幅振荡器

22

13

+Vcc

6

调幅高频输入

0

250

14

中频检波输入

330

17

7

高频旁路

0

15

AM/FM中放输出

7

17

8

音频检波输出

9

16

AGC旁路

表1　UNL2204集成电路引脚的功能及数据

ULN2204集成块内电路方块图

ULN2204要紧电参数

ULN2204集成电路工作电源电压范围为3～12V。

典型工作电压为。

1.极限利用条件。

在T=25°C时，电源电压VCC=13V（与外接限流电阻有关，外接限流电阻为0Ω时为13V）；许诺功耗PD=600MW；稳压电流IREY=60mA。

2.要紧电参数。

ULN2204的要紧电参数见表所列。

表2　ULN2204的要紧电参数

特性

符号

测试条件

极限值

单位

min

typ

max

调频fo=，fm=400Hz，△f=175KHz，峰值分隔=550KHz，R8=∞，R16=Ω

输入限幅临界值

Vth

—

30

60

µV

检波还原音频

Vo

VIN=10mV

—

250

—

mV

检波输出失真度

THD

VIN=10mV

—

—

%

调幅抑制比

AMR

VIN=10mV,30%

—

dB

中频输入阻抗

Z2

—

40

—

kΩ

中频输入电容

C2

—

—

pF

静态端电压

V1

—

21

—

V

V8

—

—

V

静态供应电流

Icc

VCC=

—

14

20

mA

VCC=

—

18

—

mA

特性

符号

测试条件

极限值

单位

min

typ

max

调频fo=1MHz，fn=455KHz，fm=400Hz，30%，R16=∞

灵敏度

最大音量，VOut（s）=20mV

—

10

µV

检波还原音频

V6

—

—

mV

输入过载量

80%，10%THD

—

—

mV

有用灵敏度

（S+N）/N=20dB

—

35

µV

混频输入阻抗

Z6

—

—

kΩ

混频输入电容

C6

—

—

pF

混频输出阻抗

Z4

—

—

kΩ

混频输出电容

C4

—

—

pF

中频输入阻抗

Z2

—

—

kΩ

中频输出电容

C2

—

—

pF

静态端电压

V1

—

—

V

静态供应电流

V8

—

—

V

Icc

Vcc=

—

—

mA

Vcc=

—

—

mA

音频放大器fc=400Hz,RL=8Ω

音频增益

Ao

36

40

44

dB

Io

Vcc=,10%THD

—

50

—

mW

输出功率

Vcc=,10%THD

250

350

—

mW

Vcc=,10%THD

500

650

—

mW

输出失真度

THD

Po=c50mW

—

—

%

音频输入阻抗

Z9

—

250

—

kΩ

静态端电压

V10

—

—

V

V13

—

—

V

电源电压的选择

晶体管收音机所选用的电源电压一样为、3v、，6v、9v等。

本收音机选用6v。

电源电压选得高，关于提高灵敏度和输出功率有利。

输入回路和变频级

该部份的任务是接收各个频率的高频信号转变成一个固定的中几回率（465KHz）信号输送到中放级放大。

它涉及到两个调谐槽路，一个是输入调谐槽路、一个是本机震荡槽路。

输入调谐回路选择电感耦合形式，本机震荡回路选择变压器耦合振荡形式。

相关联的元件：

1.磁性天线（由线骗局在磁棒上组成）

低级感应出较高的外来信号电压，经调谐回路选择后的信号电压感应给次级输入到变频级。

2.双联可变电容器（两只可变电容器，共用一个旋转轴）

可同轴同步伐谐回路和本机震荡回路的槽路频率，使它们频率差维持不变。

依照频率范围要求，磁棒采纳中波磁棒（锰锌铁氧体材料），磁棒长点为宜。

线圈的初、次级耦合的松紧，次级圈数的多少，直接阻碍输入电路特性。

线圈的初、次级匝比约为1/10。

双联可变电容器连到输入回路要并一个小微调电容器用来调整其高端的槽路频率；连到本机振荡回路要并入微调小电容器，以明显改变其高端槽路频率，并要串入小电容器（垫整电容），以明显地增高可变电容器调到低端位置时的槽路频率。

依照指标要求，输入回路的频率覆盖系数为：

kd =

=

=3

振荡回路的频率覆盖系数：

kd=

=

可变电容器与磁性天线、振荡线圈的配用，有资料可查。

选用配套的磁棒、天线线圈、刻度盘、双联电容器、振荡线圈及垫整电容器等，该部份所要求的指标是容易达到的。

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，因此能够取得频率变换作用。

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4所示。

图4混频示用意

选择共基调发振荡电路的缘故是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的连累干扰最小，工作稳固，可比共射式取得较高的频率。

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用意

变频管选择要求，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。

典型变频级一样在～1mA之间有一个最大值。

统筹考虑，

设计在左右为宜。

本机振荡电压的强弱直接阻碍到反映管子变频放大能力的跨导，存在着一个最正确本振电压值。

假设振荡电压值过小，一旦电池电压下降，就会停振；假设过大，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刻减少。

本振电压一样选择在100mV左右，由于采取的是共基电路，它的输入阻抗低，若是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，乃至停振。

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

。

L4不能接反，不然变成负反馈，不能起振。

中频放大、检涉及自动增益操纵电路

（如图 5所示）

图5中放级电路原理示意

中放级可采纳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。

假设三个中频变压器的槽路频率良莠不齐，不仅灵敏度低，而且选择性差，乃至无法收听。

中频变压器采取降压变压器，其低级线圈L5要采纳部份接入方式（道理同本振调谐电路）见图6。

图6　中频变压器接法示用意

此接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的阻碍，低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，以取得较大的功率增益；中频变压器初、次级变比以各自大载选取，减小负载对谐振回路的阻碍。

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，由于第一级老是带有自动增益操纵电路，该级

的选取要考虑到在功率增益转变比较急剧处，应选的比较小；但

过小，功率增益也过小，整机性能随着电池电压转变时，稳固性就很差。

综合考虑，关于某些管选为左右。

第二级

应考虑充分利用功率增益，那么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，再选择适合的电容量，滤掉残余的中频信号，掏出音频成份送到低放级（见图5）。

检波输出的脉动音频信号经RF、C8（C8可选几十微法）滤波取得的直流成份作为自动增益（AGC）电压，使第一中放基极取得反向偏置，当外来信号强弱转变时，自动地稳固中放级的增益。

从图5可见，利用的是PNP型中放管，需要“+”的AGC电压。

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

前级低频放大电路

图7　低放鼓励原理图

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，可选择咱们熟悉的OTL电路。

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

确信输出功率后进行功放管的选择，应通过手册查出功放管要紧极限参数。

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%之内）。

若是以高频管代替低频管，用于小信号前置放大级是能够的，可是大信号运历时，功率嫌得不够，整机失真将增大。

静态电流一样取3～5mA左右，它的大小阻碍着输出功率，失真和效率。

鼓励级要求输出功率较小，一样甲类放大器能知足要求。

可求出输出级的功率增益，依照所要求的输出功率指标及输入变压器的效率η求出鼓励级的输出功率，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适合的负反馈。

关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先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，对前级阻碍最大，应着重考虑末级的信号电流阻碍。

排除这些寄生偶合的方式（退耦）是在电池的两头并联电容器（C21）旁路掉原先通过电池内阻的大部份的信号电流。

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，不然直流压降太大，致使前级需要直流电压降低过量，一样取100～470Ω之间，退耦电容C21、C17选为50～200µF之间。

因为大电容散布电感较大，关于高频有较大的感抗，能够在退耦电解电容两头再并一个小电容（例：

并一个µF的电容）。

关于其它因素产生的寄生耦合，能够通过屏蔽、妥帖布线等手腕解决。

部份元件的选择

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都应该尽可能小，关于β的选择，一样希望选大些，专门是第一中放管的β值应选大于100，但不宜过大（容易引发自激），应依如实际需要选配适当的β值。

能够全数选用中等β值（60～80）配套，或采纳β=80～120的与30～60的配成一套（电源电压不高，功率管ICEO即便稍大些也可用）。

 电容的选择

高频部份的电容耦合电容和旁路电容在～μF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，不然，因容值过大引发间歇振荡，过小引发低端停振现象，应依照振荡频率f估算所涉及回路的时刻常数选取该电容。

中频槽路电容误差可许诺

5%～

10%（通常中周TTF系列配200pF电容）。

电解电允许诺误差不作要求，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，可采纳具有负温度系数的拉线电容。

画出整机电路原理图   参考整机电原理图如图9所示

整机印刷电路板设计原那么

依照电原理图，配齐元件，设计印刷电路板。

元件在电路板上的安排、走线务必遵循一样规律：

磁棒不要靠近中放级和检波级，也不要靠近机内的其它金属物和电池等。

喇叭尽可能远离磁棒，以减小磁钢漏磁对磁棒的阻碍。

不管中频放大仍是低频放大，整体要求第一级元件布置要紧凑，走线尽可能短，而且远离输出回路。

输入与输出印刷走线不要平行，以抑制对输入回路的干扰。

地线最好粗些，末级的所有接地元件应集中接地；末前级的所有接地一样较为集中地接在本级的周围，通过印刷线引至末级的地线。

各级接地址（线）依照由末级到前级依次连接，勿要乱接，使前各级信号电流都由前向后通过地线到末级接地址入地，以避免发生寄生耦合。

按其规那么画出整机印刷板电路图（制出电路板）

3设计进程

绘制原理图

在本设计中采纳altiumdesigner10对原理图和PCB进行绘制，原理图如下：

图中AT1，AT3，AT4为中周，AT2为黑色振荡。

在焊接之前需要将中周所在回路的振荡频率调为465KHZ，

回路参数计算

本设计的收各个频率的高频信号转变成一个固定的中几回率（465KHz）信号输送到中放级放大。

它涉及到两个调谐槽路，一个是输入调谐槽路、一个是本机震荡槽路。

输入调谐回路选择电感耦合形式，本机震荡回路选择变压器耦合振荡形式。

所有回路都是采纳核心公式:

本振回路振荡频率f0与天线接收到的fs进入混频器以后变成中频信号465HZ，如此才能使收音机工作其中本振回路中的垫整电容的计算程序如下：

#include<>

#include<>

#include<>

voidmain（）

{

doublefs=531*pow（10,3）,f0,f,c1,c3,pi=,

L1=327*pow（10,-6）,L2=180*pow（10,-6）;

for（intk=59;k<=179;k++）

{

c1=1/（4*pi*pi*fs*fs*L1）;

f0=465*pow（10,3）+fs;

c3=c1/（4*pi*pi*f0*f0*L2*c1-1）;

f=f0-fs;

cout<<"fs="<

fs=9*k*pow（10,3）;

}

}

其中：

L1为天线回路中低级线圈的电感值，L2为振荡回路中的低级线圈电感值，另外L1在305至327范围内均适合。

运行结果如下（部份）：

本振线圈L1=180uH天线线圈L2=305~327uH

天线回路本振回路C3可变电容

fs=531000f0=996000f=465000

fs=531000f0=996000f=465000

fs=540000f0=+006f=465000

fs=549000f0=+006f=465000

fs=558000f0=+006f=465000

fs=567000f0=+006f=465000

fs=576000f0=+006f=465000

fs=585000f0=+006f=465000

fs=594000f0=+006f=465000

fs=603000f0=+006f=465000

fs=612000f0=+006f=465000

fs=621000f0=+006f=465000

fs=630000f0=+006f=465000

fs=639000f0=+006f=465000

fs=648000f0=+006f=465000

fs=657000f0=+006f=465000

fs=666000f0=+006f=465000

fs=675000f0=+006f=465000

fs=684000f0=+006f=465000

fs=693000f0=+006f=465000

fs=702000f0=+006f=465000

fs=711000f0=+006f=465000

fs=720000f0=+006f=465000

fs=729000f0=+006f=465000

fs=738000f0=+006f=465000

fs=747000f0=+006f=465000

fs=756000f0=+006f=465000

4安装进程及注意事项

利用的要紧工具和仪表

有电烙铁、吸锡器、焊锡、指针式万用表、数字式万用表、无感改锥

组装前的预备

三极管的检查

1.弄清三极管是NPN仍是PNP型。

β值，再以β值决定决定某级配用三极管。

小的三极管

最好不要单纯地从颜色标记作为三极管β值的依据，尽可能用晶体管参数测试仪测量β和

。

电阻检查

电阻阻值有效数字表示的，有效颜色码表示的，但都要用万用表一一测量，阻值误差10%左右照常选用，没必要强求原先的标称值。

选用的功率应大于在电路中耗散功率2倍以上，以避免电阻过热、变值乃至烧毁。

因受热而损伤的电阻不能再用，带开关的电位器也要按其在电路中的功能要求检测。

电容检查

用万用表“Ω”档测量电容，要紧从表针观看

（该档表的电阻）、C充电时刻。

由于经常使用的指针式万用表“Ω”档最大为“

10KΩ”，故测量几百皮法小电容时，其时刻常数

C过小，只能判定其是不是断路。

μF左右的小电容可观看到指针的转变，漏电电阻应为几十～几百兆欧。

关于大容量的电解电容，选择适当的“Ω”档测量，其泄漏电阻是与电容量成正比的，泄漏电阻几千百欧以上可用。

测量前，充过电的电容要进行放电。

测量时，指针式万用表的“—”要接在电解电容的“+”极，不要把人体电阻加进去。

电容器的耐压值应大于电源电压。

本机振荡回路或谐振槽路的固定电容最好用云母或瓷介电容，其电容值不要偏离过大。

电解电容误差在100%也照常利用。

如有必要，能够用数字万用表（多数带有测电容功能）和电桥测量。

线圈的检测（用万用表的“Ω”测量）

关于图9中输入变压器的一组次级线圈，其直流电阻值应相等，原边线圈阻值也应与次级的阻值相较较，看是不是符合所要求