xx达课程设计.docx

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xx达课程设计

一、概述：

调频接收机的主要技术指标有：

1．工作频率范围

接收机可以接收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频率范围也为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2～30uV。

3．选择性

接收机从各种信号和干扰信号中选出所需信号（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。

一般调频收音机频偏±10KHz的选择性大于20Db，调频接收机的中频干扰比应大于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。

二、实验步骤

1.调频接收机组成

调频接收机的工作原理如下图所示

天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大器放大，进入混频器；本机振荡器输出的另一高频信号f2亦进入混频器，则混频器的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。

混频器的输出接有选频回路，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f2-f1，再加以放大，称之为超外差式接收机。

因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。

2．调频接收机的电路设计框图

根据设计的要求我们选择运用FS2204单片FM/AM集成电路来实现调频接收机的电路设计及功能，调频接收机的电路设计框图如下图（图二）所示。

8

3.FS2204单片FM/AM集成电路内部电路框图及引脚功能

FS2204为16脚双列直插塑料封装结构：

它包含了调幅的变频、中放、检波，调频的中放、鉴频，以及前置低放、功放与稳压电源系统；本集成电路既可以接收中波调幅信号,也可以接收调频信号。

FS2204单片FM/AM集成电路内部电路框图及引脚功能如下图（图三）所示。

（一）、外封装：

双列直插16脚塑封

（二）、电路特点：

（1）内有五级中放增益较高，所以接收灵敏度很高。

（2）工作电压范围较宽（3—12伏）（3）功耗低

（4）外围元件较少（5）功放级工作稳定，具有短路保护

（三）、内部电路：

变频、中放、检波、低功放。

（四）、信号流程分析：

（1）调频接收信号流程：

调频天线、带通、高放、变频、进集成块2脚中放、出15脚、回14脚鉴频、低功放后出8脚送扬声器放音。

（2）调幅接收信号流程：

磁性天线、调谐回路、进集成块6脚、便频、中放、检波、低功放、出12脚给扬声器放音。

4.FS2204单片FM/AM集成电路内部电路图（图四）所示

5.设计出调频接收机具体的原理图，如下图（图五）所示

6.信号流程：

调频接收时，天线接收到的调频信号经L1、C2输入回路选通滤波，由C3耦合至高放管V1放大，L2、C5高放调谐回路选出所要接收的电台信号，通过C7耦合到变频级V2，与本振信号混频，产生10.7MHz中频，经F1、F2选通后送入集成电路②脚。

中频信号经ULN2204放大、限幅、鉴频后，解调输出的音频信号从⑧脚输出，经音量控制后又由⑨脚送人低放，在经功放后从12脚输出，通过C19加给扬声器。

在集成电路内，鉴频或检波输出的一部分信号送到可变稳压器，它为中放及调频头的偏置（16脚）提供一可变电压，作为调频的AFC的控制电压。

接收调频信号时，如果鉴频器输入10.7MHz的是正确的中频值，则16脚输出的直流成分为基点，若本振偏移，使鉴频器输入的中频偏离10.7MHz，反馈到稳压器电压也相应变化，使高频电路（高放与变频）的基极偏置随之相应变化，利用基极与发射极的极间电容的变化，改变本振频率，使其回复到正确的本振值。

各部分电路分析

电路由供电电路、高频头、中放、鉴频、音频放大几部分组成,下面具体介绍各部分电路。

（1）供电电路

FS2204内设有稳压与过压保护电路。

其中，13脚为电源正极输入端，11脚为电源负端。

（2）高频头电路

高频头电路由输入回路、高放和变频器三部分组成,总电压增益大于20dB。

其输入阻抗应与拉杆天线阻抗匹配（约75Ω）,输出阻抗应与片内中放的输入阻抗匹配（约几千欧）。

输入回路由天线线圈Ｌ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｒ1及高放管V101的输入阻抗等组成,通频带较宽,能通过88MHz～108MHz信号。

高放由V101组成共基单调谐放大器,V101的基极偏置受16脚输出的UAGC控制,所以增益可控。

与调幅接收时不同之处在于,这时的AGC时间常数由外接电阻Ｒ18与电容Ｃ28、Ｃ29、Ｃ30确定。

变频管V102兼有本振和混频两种功能。

作为本振,V102和Ｌ4、Ｃ12、Ｃ11、Ｃ9以及双连可调电容组成电容三点式电路,中频变压器FT1的初级回路调谐于10.7MHz,远低于本振频率,故对于本振信号可视为短路。

16脚输出的UAGC同时也加到V102的基极上,使管子的结电容受控而发生变化,从而控制本振频率,起到ＡＦＣ的作用。

作为混频器,输入信号和本振信号均加到V102的be结,V102的输出由FT1和FT2组成双调谐回路,均调谐于10.7MHz,矩形系数较好且兼有阻抗变换作用。

混频器输出中频信号经②、①脚送入集成电路内的中放。

（3）中放电路

集成电路的②脚为中放的输入端，①脚外接去耦电容，16脚为AFC控制端。

当接收信号时，若本振信号偏移，使输入到鉴频器的中频信号偏离10.7MHz，反馈到16脚的电压也相应变化，该变化电压可控制变容元件，以改变本振频率，使其回复到正确的频率值。

15脚外接中放负载，即中放输出端。

（4）鉴频电路

中放输出的被限幅的调频脉冲信号一路由V10的集电极直接送入Ｖ18的基极,另一路由V10的集电极经15脚外接的90°移相电路后,又由14脚送回V19的基极。

V18和Ｖ19组成与门鉴频电路。

相位鉴频器由90°移相电路、模拟乘法器和低通滤波器组成。

对于二进制脉冲信号来说,与门也是实现乘法功能的。

所以,用与门代替模拟乘法器,可构成脉冲相位鉴频电路,或称为脉冲均值鉴频电路。

对于10.7MHz调频波中频来说,与AT3并联的电容可视为短路。

由于⑦脚接地,从而V29截止,Ｖ28不工作,Ｖ33截止,所以调幅检波通路被切断,调幅振荡级和混频级均不工作。

Ｖ18、Ｖ19的基极作输入,二者发射极相连作输出构成与门,因为仅当二者基极均为高电平“1”时,两管均导通,发射极输出才为高电平“1”。

V24和Ｖ27组成施密特触发器,起整形作用。

Ｖ20与片内电阻Ｒ24（7.5kΩ）、⑧脚外接电容2（0.005μF）组成有源低通滤波电路,取出脉冲信号中的音频分量。

⑧脚外接Ｒ15、Ｃ22和电位器组成高音提升电路,用以补偿信号中高音频的损失。

电路如图A—4所示。

（5）音频放大电路

音频放大电路由两部分组成。

前一部分是由V44、V45组成的PNP型差分放大器,Ｖ50为集电极有源负载,用以提高电压放大倍数；V52和Ｖ53均为射随器,起缓冲隔离和电平位移作用。

V36～V39是多路微电流恒流源,为音频放大器提供合适的恒定电流。

后一部分是PNP型复合管V48、V42和NPN管V49组成的互补对称的OTL电路,从V49集电极输出的音频信号经12脚外接C19耦合到扬声器,同时,C19上的直流电压又作为V49的集电极电源,这是OTL电路固有的特点。

R40、R41和10脚外接大电容组成一个负反馈支路,将输出端信号反馈到输入端,保证电路稳定地工作。

V47和与其基极相连的R51、R52、R53和三个二极管的作用在于保证输出端（12脚处）的直流电压维持在上,这样才能使两个输出管处于对称状态下工作。

音频放大电路总电压增益约为43dB。

7.故障分析，不能接收信号

1.调频头电路有故障例如输入回路C1、C2开路；高放管V1损坏；变频管V2损坏；调谐回路F1、F2有开路或短路性故障。

2.FS2204内道路损坏。

3.FS2204的14脚F3外接10.7MHz移相电路不良。

8.检修方法

1.检查电源电压。

2.根据背景噪声判断若背景噪声正常，说明变频级之后电路正常，故障在输入与高放电路；若背景噪声过小，故障在变频级之后。

3.采用信号注入法逐级向后检查对音量电位器输入端注入信号，扬声器有声，说明电源与低放电路正常，可继续下面步骤检测。

否则，电源与低放电路有故障。

从FS2204解调输入端⑧注入干扰信号，若扬声器有声，说明音量电位器R14、滤波电容C23正常。

否则R14损坏电容C23击穿。

从FS2204中放输入②或⑥脚注入干扰信号，若扬声器正常，说明FS2204内中放及外围元件基本正常。

否则，通过对集成电路FS2204各脚静态电压，在路电阻的检测，判断其好坏；检测C25是否击穿，使信号短路；14、13脚是否断路。

三、混频器电路设计

混频器电路组成框图如图六所示

三极管T1实现频率变换，将天线接收到的高频调制信号f1与三极管T2和晶振组成的本机振荡器的输出信号f2进行混频，由LC选频网咯选出中频信号f2-f1。

频率变换的原理是，利用三极管集成电极电流ic与输入电压Vbe之间的非线性关系实现频率变换。

变换后的调制参数（调制频率和频率偏移）保持不变，仅载波频率变换成中频频率。

图二所以电路，由于高频调制信号从混频管的基极输入，本机振荡信号从混频管的发射极注入，故称这种电路为基极输入、发射极注入式混频电路。

这种电路的特点是：

信号的相互影响较小，不易产生牵引现象，但要求本振的输出电压较大，以便使三极管T1工作于非线性区，实现频率变换。

混频管T1的静态工作点由R1、R2及R3决定（在电源电压+Vcc确定时）。

为了使混频管在大信号输入下进入非线性工作区，静态工作电流Icq不能太大，否则非线性作用消失，混频增益将大大下降。

但Icq也不能太小。

实验表明+Vcc=+6V时，Icq取0.3mA-----0.5mA较合适。

三极管T2和晶振Jt组成的本机振荡电路称为电容反馈三点式振荡电路，又称“考毕兹”电路。

电路的反馈系数F=C7/C5。

振荡频率主要由晶振的频率决定，因此频率稳定度较高。

分析表明，振荡频率fo的表达式为

f0=1/2π√LpC∑

式中，Lq为晶振的等效电感，与频率有关，对于频率为几十兆赫兹的晶振，Lq约为几毫亨；Cs为谐振回路的总电容，有晶振的等效电容Co、Cq与外接电容C4、C5及C7共同决定。

若选C4<

C3=Cq（C0+C4）/（CQ+C0+C4）

式中，Cq为0.005pF----0.1pF，C0为2Pf----5pF，所以C4的取值比较小才能对晶振的频率实现微调，一般C4为几皮法----几十皮法的小微调电容。

本机振荡电路的静态工作点主要由R4、R5、R6及R7决定。

为了使本机振荡器输出较大的电压，静态工作电流Icq应较大，但也不能太大，否则会使振荡输出波形发生畸变，产生高次谐波，影响混频级电路的性能。

实验表明+Vcc=+6V时，Icq取0.4mA----0.8mA较好。

电容C3为本机振荡器的输出耦合电容。

混频管工作在非线性状态，易引起各种信号的干扰，如中频干扰，镜像干扰等，采用晶振构成本机振荡电路，可以减小干扰，必要时，在混频级前加一级高频调谐放大器，可大大抑制镜像干扰。

四、电路设计

调频接收机实验电路如图七所示

图中，输入耦合回路直接采用6.5MHz电视伴音中频变压器，本机振荡器为17.8MHz的晶振与三极管T2组成的考毕兹电路，微调电容C4可以使本振输出频率为17.2MHz；三极管T1与中频变压器Tr组成混频器，输出10.7MHz中频信号；FS2204集成电路完成10.7MHz中频信号的放大，鉴频及音频功率放大；FS2204为单电源工作方式，输出端接电容C15，组成OTL电路。

1.设置静态工作点，计算元器件参数

为使混频管T1容易进入非线性区，T1的静态工作点Q1应较低，取Ic1=0.4mA，Vce=4V，Veq=0.2V，设B=60，则

R3=Veq/Icq=500nR2=Vbq/I1=22KnR1=81Kn

为使本机振荡器易于起振且输出电压较大，晶体管T2的静态工作点Q2比Q1要高。

取Ic2=0.6mA，Vce=3.5V，Veq=0.2V，设B=60，则

R6=330nR5=15KnR4=47KnR7=833n

电阻R8的作用是降低混频级中晶体管的静态工作点并滤除电源纹波。

R8可以由以下计算：

R8=1.8kn

FS2204集成电路各引脚的静态工作电压由电源电压+Vcc决定，当+Vcc=+6V，FS2204为调频工作方式时，各引脚对地的电压如下：

引脚⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂⒃

电压/V1.61.606600201.102.86661.8-2.0

2.交流信号通路的元器件参数

输入回路的电容C1取100pF，调整磁芯位置使回路频率为6.5MHz，C5=510pF。

C2、C6为高频旁路电容，取值为0.02uF。

本振电压输出耦合电容C3取几十皮法至几百皮法。

FS2204的⒃脚输出接1Kn的电位器RP1，用于调整⒃脚的直流电压，使其落在1.8V—2.0V的范围内。

C9、C10为滤波电容，C13进一步滤除中频信号，取0.001Uf,C12为音频耦合电容，取10uF。

音量控制电位器RP2取47Kn，充点电容C15取220uF，其他滤波电容参数如图所以。

3.电路安装与调试

如图七所示，电路分级安装与调试，混频级除了完成高频调频信号与本机振荡信号的差拍混频外，还要有一定的电压增益，以满足FS2204内部中放与鉴频器的要求。

混频级中T1的静态工作点调整及谐振回路的调谐方法与调频接收机的工作原理基本相同。

本机振荡器由于采用了晶振，输出固定频率，所以电路不需要反复调谐，但要注意，在电路不起振时，可以改变晶体管的静态工作点及有关参数。

本振的输出电压不能太低，一般要大于200mV（指耦合电容C3不接晶体管T1的射极时的测量值）。

由于FS2204为集成电路，电源电压确定后，各引脚对地的电压基本固定。

调整相移网咯参数，可以改变鉴频S曲线的线性范围，观察⑧脚或者⑿脚的输出波形，其波形失真为最小。

接收机的各项技术指标测量必须按照统一规定的参数和方法进行，所以对测试设备、测量条件都有一定的要求。

此课题为调频接收机的实验电路，只对其主要技术指标进行估测。

如灵敏度的测量可以按照下述方法估测，将高频信号发生器（输出阻抗为75n）的输出接输入回路（移去拉杆天线），使载波信号频率 f0=6.5MHz，调制频率为1KHz，频偏为22.5KHz（即最大频偏75KHz的30℅）。

调节音量控制电位器RP2及高频信号发生器的输出电压，使输出功率为标准输出功率50 mW，则此时接收机所需的输入电压称为输出功率为50 mW时的灵敏度。

如图三所示的电路图，测量输出功率为50 mW时的灵敏度为10uV。

五、心得体会

在拿到设计题目后的几天里，我查阅了大量的调频接收机设计的资料，并且整理了它们。

通过这次的课程设计让我了解了无线电信号的产生、发射和接收过程，尤其是懂得了接收机的完全工作原理。

在今后的实践工作中，它将带给我无穷的设计思路和指导。

无线电信号的接受过程正好和发送过程相反。

在接收处，先用接收天线将收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。

最后再用听筒或扬声器将检波取出的音频电流转为声能，人就听到了发射机处发送的语言、音乐等信号。

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，最后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。

它的缺点是，对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化叫剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高。

所以现在的接收机几乎全是超外差式接收机，包括上面的两个实验。

超外差式接收机的基本原理是：

从天线收到的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想混合，所得到的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）中转变为声音信号。

作为一个电子方面的大学生，在今后的工作中难免需要很强的实践动手能力，所以这次课程设计实践对我来说是很值得珍惜的好机会。

这次课程设计，虽然短暂，但却给了我一次自主设计电路的机会。

在设计过程中，以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现，并且遇到了书本中不曾学到的情况。

通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。

在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。

实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。

在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。

在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

六、参考书目

张啸文陆兆熊高频电子线路（第四版）高等教育出版社

曾兴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

理工系调频接收机课程设计成绩评定表

专业：

电子信息工程班级：

二班学号：

20077419姓名：

邓练达

课题名称

调频接收机

设计任务与要求

指导教师评语

建议成绩：

指导教师：

课程小组评定

评定成绩：

课程负责人：

年月日