超外差收音机的课程设计报告.docx
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超外差收音机的课程设计报告
第一章绪论
收音机的历史并不长，从1904年英国物理学家发明世界上第一只电子二极管至今不足百年，半导体的问世仅有50多年。
我国直到20世纪60年代，才研制出1只晶体管的“单管收音机”和三四只晶体管的“来复式收音机”。
这些“老古董”随着新产品的不断推出，早已被人们废弃了，保存到现在的已相当不容易了。
作为科技发展的见证，它们具有很高的史料文物价值。
随着电视机、VCD、DVD、电脑等先进媒体逐渐流行普及，收音机的用处和地位越来越小了。
作为半个世纪电子工业发展的缩影和历史的见证，收音机曾经在经济、文化、体育、军事、气象、教育等诸多方面扮演着非常重要的角色，一度是人们家庭中的豪华摆设品。
随着科技和社会的进步，三十年前青年结婚时兴的“三大件”中的“老大”，如今成了“文物”，成了收藏者追宠的对象，很值得留心收藏。
收音机从体积大小上可以基本分为袖珍型、便携式、台式收音机；从波段上可以基本分为调频与中波二波段收音机、短波与调频二波段收音机、短波与中波二波段收音机、3-4多波段收音机（调频/中波/1-2短波）、5-14多波段收音机（调频/中波/3-12个短波）。
目前市场上单波段、二波段收音机较少，融调频、中波与短波为一体的多波段收音机为多；从功能上可以基本分为传统机械调谐指针式收音机、非存储模拟调谐数显收音机、能存储电台频率的PLL合成电子数字调谐机；从生产基地上可以基分为进口机与国产机；从发烧程度上可以分为普及机与发烧机。
直接放大式（直放式）收音机电路简单，一般只用1—4只晶体管和一些基本元件，易于安装调试，成本低，但灵敏度比较低，只能接受本地区强信号的电台，接收远地电台的能力较弱，它的选择性差，接收相邻频率的电台信号时存在串台现象。
为了克服以上不足，从而引入“超外差”这一概念。
“外差”是输入信号和本机振荡信号产生差频的过程。
“超外差”是输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。
因为它是比高频信号低、又比低频信号高的超音频信号，所以这种接收方式叫超外差式。
本次课程设计制作的S66D型收音机，采用典型六管超外差式电路，具有安装调试方便、工作稳定、灵敏度高、选择性好等特点，功放级采用无输出变压器的功率放大器（OTL电路），有效率高、频率特性好、声音宏亮、耗电省等特点。
它由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前级低放兼检波级、低放级和功放级等部分组成，接收频率范围为535KHz—1605KHz的中波段。
组装收音机的元件清单如表1所示。
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
三极管
9018F
VT1、VT2
2支
2
三极管
9018H
VT3
1支
3
三极管
9014D
VT4
1支
4
三极管
9013H
VT5、VT6
2支
5
发光二极管
Φ3红
LED
1支
6
磁棒线圈
5×13×55mm
T1
1套
7
中周
红、白、黑
T2、T3、T4
3个
8
输入变压器
E型六个引出脚
T5
1个
9
扬声器
Φ58mm
BL
1个
10
电阻器
100Ω
R6、R8、R10
3支
11
电阻器
120Ω
R7、R9
2支
12
电阻器
330Ω、1.8K
R11、R2
各1支
13
电阻器
30K、100K
R4、R5
各1支
14
电阻器
120K、200K
R3、R1
各1支
15
电位器
5K（带开关插脚）
RP
1支
16
电解电容
0.47μF（小）10μF
C6、C3
各1支
17
电解电容
100μF
C8、C9
2支
18
瓷片电容
628、103
C2、C1
各1支
19
瓷片电容
223
C4、C5、C7
3支
20
双联电容
CBM-223P
CA
1支
21
收音机前盖
1个
22
收音机后盖
1个
23
刻度尺、音窗
各1块
24
双联拔盘
1个
25
电位器拔盘
1个
26
磁棒支架
1个
27
印刷电路板
S66E
1块
28
电池正负极簧片（3件）
1套
29
连接导线
4根
30
立体声耳机插座
Φ3.5mm
J
1个
31
双联及拔盘螺丝
Φ2.5×5
3粒
32
电位器拔盘螺丝
Φ1.6×5
1粒
33
自攻螺丝
Φ2×5
1粒
表1组装收音机的元件清单表
收音机电路的印刷电路板如图1.1所示。
图1.1收音机电路的印刷电路板
收音机电路实物如图1.2所示。
图1.2收音机实物图
第二章超外差收音机工作原理
2.1引言
因为晶体管元件的非线性特性，晶体管放大电路只能对某一个频段的信号有最佳的放大特性。
可是广播电台的频率都不相同，中波广播频率是535KHz-1605KHz，要想对整个频段都有较好的放大特性是不可能的，所以就想办法把外部接收到的不同频率的电台信号统一变成同一个频率的信号，放大器只对这一个频率的信号进行放大就可以了，这样便于放大器的参数设计。
超外差式收音机的特点是，它不直接放大广播信号，而是通过一个叫变频级的电路将接收的任何一个频率的广播电台信号变成一个固定中频信号（我国规定中频频率是465KHz），由中频放大器进行放大，然后进行检波，得到音频信号，最后通过功率放大推动扬声器工作。
其优点是灵敏度高，选择性好，音质好（通频带宽），工作稳定（不容易自激），同时也有缺点，比如镜像干扰（比接收频率高两个中频的干扰信号）、假响应（变频电路的非线性）等。
目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式。
2.2电路的工作原理
超外差收音机原理图如图2.1所示。
图2.1恒兴S66型袖珍收音机的原理电路图
超外差收音机方框图如图2.2所示。
输入回路
本地振荡
自动增益控制
低频放大
检波
中频放大
混频器
功放（OTL）
图2.2超外差收音机方框图
1）输入调谐电路
输入调谐电路的电路图如图2.3所示。
输入调谐电路由双连可变电容器的CA和T1的初级线圈Lab组成，是一并联谐振电路，Tl是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，电台信号频率是f=l／2πLabCA，当改变CA时，就能收到不同频率的电台信号，最低535KHz，最高1605KHz。
图2.3输入调谐电路的电路图图2.4变频电路的电路图
磁棒线圈同样作为机音机的天线，接收频率范围为535KHz—1605KHz的中波段。
一般接收中波是用磁棒天线，接收短波和超短波要用拉杆天线，这是因为当天线的长度（L）为无线电信号波长（λ）的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高，即L=λ/4。
又因为λ=V×T，V是电磁波的速度，300000公里/秒，T是电磁波的周期，即频率F的倒数，T=1/F，所以L=λ/4=V×T/4=300000K/4F，把接收频率范围535KHz—1605KHz带入可得，L的范围在47—140米，做这样长的天线是不切实际的，所以用磁性材料加绕线圈，来增强接收效果。
因为天线的长度和接收或发射的信号的波长成正比，而短波和超短波因为波长比较短，可以直接用拉杆天线。
2）变频电路
本机振荡和混频合起来称为变频电路。
变频电路是以VT1为中心，它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号（高频信号）变换成固定的465KHz的中频信号。
因为接收到的信号强度较弱，所以VT1同时起到高频放大的作用。
变频电路的电路图如图2.4所示。
①本地振荡电路
VT1、T2、CB等元件组成本地振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅高频振荡信号。
由于C1对高频信号相当于短路，T1的次级Lcd的电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本地振荡电路是共基极电路，选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰最小，工作稳定，与共射式相比可获得较高的频率。
振荡频率由T2、CB控制，CB是双联电容器的另一连，调节它以改变本地振荡频率。
通过设计可变电容的值，使它的振荡频率在535+465KHz到1605+465KHz。
因为CA和CB是联动的，所以输入线圈的谐振频率会和本机振荡频率同时改变，使得本振频率总是比外来信号高465KHz。
T2是振荡线圈，其初次级绕在同一磁芯上，它们把VT1的集电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，正反馈回路由T2的次级构成，本地振荡的电压由T2的初级的抽头引出，通过C2耦合到VT1的发射极上。
②混频电路
混频电路由VT1、T2的初级线圈等组成，是共发射极电路。
其工作过程是：
输入调谐电路（磁性天线）接收到的电台信号，通过T1的次级线圈Lcd送到VT1的基极，本机振荡信号又通过C2送到VT1和发射极，两种频率的信号在VT1中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号，这就是中频信号。
混频电路的负载是中频变压器，T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，通过调整磁芯，使得它的谐振频率是465KHz，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过T3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。
CA，CB旁边的半可变电容叫补偿电容，是防止两边在最高和最低频率时频率差不准而设置的，通过微调这两个电容，使得在接收信号的频率在535—1605KHz时都与本地振荡电路的频率正好相差465KHz。
3）中频放大电路
中频放大电路的电路图如图2.5所示。
图2.5中频放大电路及检波、自动增益控制电路的电路图
中频放大电路主要由VT2、VT3组成的两级中频放大器。
第一中放电路中的VT2负载是中频变压器T4，T4的线圈和内部电容构成并联谐振电路，谐振频率是465KHz，起到再次选频的作用。
第二中放电路中的VT3既起到再次放大的作用，将信号从发射级送出，由R4提供静态工作电压。
与直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。
C3是为VT2,VT3的信号提供交流回路，同时隔开直流,以免影响VT2的工作电压。
VT2,VT3的信号是高频与低频的混合信号,所以C3的值不能太小,否则会隔断低频信号的通路。
4）检波和自动增益控制电路（AGC）
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3，VT3既起放大作用，又是检波管，VT3构成三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制（AGC）作用。
AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，其控制过程是：
AGC是用直流电压控制VT2的基极电压,不需要高频信号，所以C4滤掉AGC信号中的交流分量，保留直流分量。
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C5起滤去残余的中频成分的作用，保留低频分量，输入到下一级。
5）前置低频放大电路
前置低频放大电路的电路图如图2.6所示。
图2.6前置低频放大电路的电路图图2.7功率放大器电路的电路图
检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。
旋转电位器RP，改变RP的阻值，从而可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的。
C6是隔直流电容器，只让交流信号通过，防止VT3的直流电压影响VT4的工作点。
6）功率放大器电路（OTL）
功率放大器电路的电路图如图2.7所示。
功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。
本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。
T5是输入变压器，做倒相耦合，次级是两组线圈，把VT4送来的信号变成对称的两路信号。
VT5、VT6组成功率放大器，分别在信号的正半周和负半周导通，一个负责放大正半周的信号，一个负责放大负半周的信号。
为避免交越失真或非对称失真，就要调整好两个管子的工作点，并且两个管特性要一致。
R7、R8和R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。
最终放大的信号通过C9输出，推动喇叭发出声音。
C9是隔直电容，也是耦合电容。
为了减少低频失真，电容C9选得越大越好。
无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。
第三章安装及调试
3.1安装过程
1）组装前的准备
①三极管
VT5、VT6属于中功率三极管，VT1—VT4属于高频小功率三极管，相互之间不要相混淆。
三极管的型号规格在元件表面已经标明，组装前需辨认清楚。
辨认三极管管脚时，将管脚向下，面对横平面，从左到右依次是集电极e、基极b和发射极c。
②电阻
这里提供的电阻阻值都用颜色码表示的，每一种颜色都有对应的数值。
前两个色环表示数字，第三个色环表示“0”的个数，最后的色环表示误差%。
色环对应数值如下表：
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
黑
金
银
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
5%
10%
③电容
这里提供的电容有两种，一种是电解电容，一种是瓷片电容。
电解电容有极性，瓷片电容没有极性。
判断电解电容的极性时，可根据引脚的长短来判断，一般长的一端为正（+），短的一端为负（-），电容器的外皮上也有明显的“-”极标志。
发光二极管LED也可以此为依据判断其正负。
电解电容会将容值和单位标记在元件上，而瓷片电容则标记三位数。
第一、二位数字代表电容值，第三位数字代表“0”的个数，单位为PF。
如：
223表示22000PF=0.022μF。
④线圈
T1表示的磁棒线圈在焊接前也要分清a、b、c、d端，ab表示的是初级线圈的两端，cd表示的是次级线圈的两端，初级线圈数明显多于次级线圈数。
在实物中，a、d是最外侧的两端。
2）焊接
焊接的质量如何，直接影响到收音机的质量。
若有假焊，接触不良，则会成为故障源，检修中难以发现。
为了保证焊接质量，必须遵循以下几点：
①金属表面必须清洁干净。
②当将焊锡加到一预热的导线和线路板表面时，加到该焊接点的热量必须足够熔化焊锡。
③烙铁头不能过热，选25w左右的电烙铁为宜。
过热会导致半导体元件损坏。
④焊接某点时，时间不要过长，否则将损坏铜箔；时间也不能过短，造成虚焊。
操作速度要适当，焊得牢固，焊点圆润饱满。
⑤为确保连接的永久性，不能使用酸性的焊药和焊膏，应用松香或松脂焊剂。
焊接前，电烙铁的头部必须先上锡，新的或是用旧的铜制烙铁头必须用小刀、金刚砂布、钢丝刷或细纱纸刮削或打磨干净，凹陷的理当锉平；对于镀金的烙铁头，应该用湿的海绵试擦，含铁的烙铁头则可用钢丝刷清洁，不可锉平或打磨。
如果烙铁头温度太高上锡也是困难的。
不仅烙铁头需要上锡，而且大部分元件引脚也要清洁后上锡（天线线圈等有漆的线头需去漆后再上锡）。
如若铜箔进脚孔处因处理不佳难以吃锡，可以用松香和酒精的混合液注滴上，如有必要对其孔周围也可先上点薄锡。
3）组装顺序
组装要按序进行，先装低放部分，即先将VT4以后的元件都焊接好，接通电池，若喇叭里有电流声，再用金属碰VT4基极，发出噪声，说明低放部分就没问题了。
检测、调试后好低放部分后再装变频级电路，变频电路起振正常后再依次组装其它各级，组装中若发现变压器、中周等元件不易插入时切勿硬插，应把电路板上所涉及的孔处理好后再装。
最后要注意连接集电极回路A、B、C、D处断开的点。
3.2各晶体管静态工作点值的测量
三极管
基极电压Vb
集电极电压Vc
发射极电压Ve
VT1
1.249V
2.265V
0.646V
VT2
0.726V
2.252V
0.002V
VT3
0.739V
1.550V
0.100V
VT4
0.692V
1.174V
0.003V
VT5
2.182V
2.720V
1.500V
VT6
0.672V
1.488V
0.003V
根据各个三极管的管脚电压值可看出，六个管子都工作在放大区，都满足Je正偏Jc反偏。
可以从原理分析中看出，VT1作为高频放大，将接收到的较弱的电台信号放大；VT2和VT3构成两级的中频放大器；VT4是前置低频放大器；VT5、VT6后级构成功率放大器。
同时由VT1发射极电压0.646V/R2可得该管发射极电流Ie=0.36mA，因为Ie约等于集电极电流Ic，Ic又是测试点A点的电流，原理图中提供的A点的参考电流为0.3mA，所以可证明VT1直流工作状态正常。
3.3调试及统调过程
1）调试前的检查
①检查三极管及其管脚是否装错，振荡变压器是否错装中频变压器，各中频变压器是否前后倒装，是否有漏装的元件。
②天线线圈初次级接入电路位置是否正确。
③电路中电解电容正负极性是否有误。
④印刷线路是否有断裂、搭线，各焊点是否确实焊牢，正面元件是否相互碰触。
2）统调
统调过程如下：
①调中频
调中频就是调中周，让两个中周T3、T4都谐振在465上。
可以先找到一强台，从后向前依次调中周T4、T3至声音最大，再找一个弱台，反复调几次。
②调覆盖
调覆盖就是调天线线圈的谐振频率，让磁性天线的谐振频率正好落在535-1605KHz上。
这个主要是调天线线圈在磁棒上的位置和圈数，因为圈数是固定的，所以只能调线圈的位置。
③调跟踪
调跟踪就是调本振频率，始终比外信号频率高465KHz。
首先调节第一个中周T2（本振线圈）的磁帽，因为后面两个中周T3、T4已经谐振到465KHz了，所以找一个中间位置的电台，调本振线圈，使声音最大，那么它的谐振频率就比电台信号高465KHz了。
由于晶体管振荡电路的非线性，使振荡电路不能时刻与电台信号相差465KHz，这时就需要先调到频率最低端，再调节CB旁的补偿电容。
补偿电容的作用就是让低端频率高一点，高端频率低一点，保证从接收从535KHz到1605KHz信号时，振荡频率处处都能比外来信号高465KHz。
因为在组装收音机时工具有限，所以没有测试各晶体管的集电极电流，也因为收音机的元件均已做好调整，装好后只需微调，所以在统调过程中我只做了微调中周，和调整磁棒线圈在磁棒上的位置，使信号在某种状态下声音最大最清晰。
因为中周的谐振频率在出厂时是已经调好的，所以在没有仪器的情况下不要随意动它的磁帽，一但失谐很难调准，但可以记住原来的位置，左右微调，找一个声音最大的位置。
调节中周要使用无感螺丝刀，一般铁的钢的不行，因为金属的物品一接近中周就会改变其中的电感量，等调好后，将螺丝刀离开电感量就又变了，所以我用竹筷子削了一个平口的螺丝刀，用以调节中周。
第四章所遇故障分析与解决
在组装收音机的过程中遇到了两次故障，一是在组装好前置低放与功放级的时候，理论上用金属触碰VT4的基极应该会有噪声，但实际并没有，后来经过检查，发现没有焊接R5，即没有给VT4提供直流电压，所以没有出现理论中的噪声，当焊接上R5后，接通电源扬声器中有电流声，并且触碰VT4基极有噪声。
第二次故障是在组装好全部元件并接通电源后，没有电台信号，经过检查发现磁棒线圈的其中一个线头焊接在了带有绝缘漆的部分，经过调整焊接点，最后再次接通电源，就可以接收到电台信号了。
有时候没有电台信号或信号较差时，不一定是焊接问题，只需要将收音机拿到阳台或信号较强的地方反复调试几次，或者调整一下收音机的方向，因为磁棒天线接收信号是有方向性的，当信号传播方向与磁感线成直角时信号强度最大。
最后要说明的是夜间收到的电台会比白天多，是因为超外差收音机接收的是中波信号，中波传播的途径主要是靠地波，只有一小部分以天波形式传播。
无线电波碰到导体时，就会在导体中产生感应电流，从而损耗掉一部分能量。
这种使电波能量变弱的现象，叫做对电波的吸收。
大地是导体，对中波的吸收较强，故以地波形式传播的中波传播不远（约二三百公里）。
白天，由于阳光照射，电离层密度增大，使电离层变成良导体，致使以天波形式传播的一小部分中波进入电离层就被强烈吸收，难于返回地面，加之以地波形式传播的中波又被大地吸收而传播不远，于是就造成白天难以收到远处的中波电台。
到了夜间，大气不再受阳光照射，电离层中的电子和离子相互复合而显著增加，故电离层变薄，密度变小，导电性能变差，对电波的吸收作用也大大地减弱。
这时，中波就可以通过天波途径，传送到较远的地方。
于是夜间收到的中波电台就多了。
第五章小结
5.1课程设计小结
在这次组装收音机的课程设计中，最重要的是理解了超外差收音机的原理。
超外差收音机的引入是因为放大器的频率响应只对某一频率的信号进行放大，所以不同电台信号要想同时放大，接收有最好的效果，就引入了超外差收音机，将不同的频率的信号都通过变频，成为465KHz频率的信号，再进行放大。
在本次组装的收音机中，由磁棒天线接收信号送入混频器，混频器采用三极管混频，该三极管既实现了构成正反馈回路产生本地振荡与原始信号混频，也作为放大器，将较弱的原始信号放大。
混频后的信号中就产生了465KHz的中频信号，经过两级中频放大后，就将465KHz频率的信号放大，当然在这之前会有LC滤波器，将除465KHz以外的频率信号滤除。
第二级中频三极管放大器同时也用于检波，检波则是利用了基极到发射极的单向导通性。
检波后的信号为低频信号，经过一级低频放大后仍达不到必须的带负载能力，所以需要功率放大器放大，带动扬声器发声。
自动增益控制则是控制检波后的信号强度，因为接收到电台信号的强度不等，所以经过两极放大后信号的强度也不等，若信号太强则会影响低频三极管放大器的工作状态，使三极管饱和失真。
因为在组装收音机的时候工具有限，所以没有太多的统调过程。
最后经过粗略的调试，收音机也算是能够正常工作，并收到了一些电台的信号，但只有三个电台的信号比较清楚。
最重要的是理解了超外差收音机的工作原理，对于电路中各个元件的功能有了一定的了解，相信通过这次课程设计我也能够做到举一反三，将收音机各部分的原理应用到其它电路中去，从而更好地理解与运用。
5.2体会与建议
本学期课程设计组装收音机和上个学期工艺实习中组装收音机相比，收获更大。
在上个学期的工艺实习中，更多地是学会了焊接技术，对于原理并没有认识很清楚，即使收到了台也没有仔细考虑其中的原委。
在科技日益发展的今天，高科技的电子产品应不暇，收音机似乎已经成为社会发展进步中的淘汰物，我们更多地是靠网络、电视去获取信息，收音机只在特定的时候会用到，比如考试时用来接收英语听力。
课余闲暇，我们已经不会再用收音机去调自己喜欢的台，收听新闻、音乐或者故事，所以就在我们认为收音机已经不是生活中的必需品时，也就没有去留意它的工作原理。
在工艺实习中，当收音机收到台的时候也只认为这是必然的，因为收音机就是要收到电台，却没有想过就是这样简单的“必然”，其中还包含着很多复杂的电路和原理。
焊接第一部收音机时，如果没有声音，习惯性地就会拍打几下，当“拍出”声音时还会忍不住发笑，看得多了也知道这是电子产品中常有的接触不良，却没有更细致地想到是因为自己焊接工艺不合格造成的虚焊；当收不到台的时候会拿着收音机到处走走，或将收音机摆放在不同的位置，因为这看上去像是常识性的问题，在不懂原理时也没有深入去想当电台信号与磁感线所成角
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