超外差接收机解调部分的设计.docx

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超外差接收机解调部分的设计

超外差接收机解调部分的设计

摘要：

本设计目的是超外差接收机解调部分的设计，该设计主要分为三部分，即混频器设计、中频放大器设计、包络检波三个部分，混频器部分由模拟相乘器和带通滤波器组成，将接收到的高频调幅波和本机振荡变为频率为465KHz的中频信号。

中频放大部分采用单管小信号调谐放大器，对中频信号进行放大，以达到二极管包络检波的幅度要求。

包络检波部分由二极管包络检波完成。

对这几部分设计完成后，通过Multisim软件仿真，基本上完成了设计的任务。

关键字：

混频器；中频放大器；二极管包络检波；超外差接收机

一.概述

该设计任务是设计一个超外差接收机的解调电路，其中被解调信号先经过混频变成中频信号，然后通过包络检波电路进行解调。

系统的结构框图如图1所示。

图1超外差接收机的系统结构电路框图

相关技术指标如下：

本地振荡器可以使用高频信号源代替，输出信号频率为1000KHz，幅值为500mV的正弦波。

调幅波信号由信号发生器产生，输出信号载波为535KHz正弦波，调幅度为0.5，调制信号为1KHz的正弦波。

设计混频器能够很好的输出465kHz的中频信号，且不失真。

中频放大器要有选频放大的作用，其输出信号载波幅值U>0.2V，信号不能失真。

包络检波部分采用二极管包络检波器检波。

超外差接收机与一般高放式收音机相比，有很大的优越性，超外差接收机有整机灵敏度大、选择性显著提高、稳定性较高等优点，因此应用非常广泛，所以该课题具有很大的实用价值。

该课题涉及知识范围较广，涉及到高频电子电路的许多重点内容，通过这次课程设计能够学到高频电子电路的诸多方面，如：

调幅波的调制解调、混频放大、检波等。

对于我们对知识的综合应用和掌握有很好的帮助，能更好的指导我们今后的学习，能让我们认识到理论与实际的联系。

二.工作原理说明

超外差式收音机的主要特点是有频率变换过程，能将接收到的高频信号变为统一的465KHz的中频信号，从而可以采用固定调谐的中频放大器。

天线接收到的高频调幅信号，经过调谐回路和选择，送入变频级的混频器。

本机振荡电路则总是跟踪着接收的信号，产生一个和高频调幅波频率差为固定频率的等幅振荡信号，这个信号也送入混频器。

混频器可以采用三极管混频、二极管混频、模拟相乘器混频等多种方法，这里考虑到设计时间短和软件仿真等问题，采用模拟相乘器混频，混频输出一个465KHz的中频调幅信号，然后将此调幅信号输入中频放大器，中频放大部分采用单管小信号调谐放大器，将放大后的信号再通过二极管的包络检波即可得到调制信号。

综上，确定此设计的原理框图如图2所示。

图2系统结构原理框图

三.电路工作原理及设计说明

1、混频器电路

一般超外差接收机都需要根据实际运用，需要进行1、2次频率变换，将高频信号变为中频信号，因为直接放大高频信号的高频放大器不易制作，且容易产生自激振荡。

变频器主要由混频器和本机振荡组成，这里混频器采用模拟相乘器，实际电路可使用MC1596模拟相乘器，因为最终使用软件仿真且Multisim中没有MC1596，所以采用三端口的理想模拟相乘器代替，如果在模拟相乘器的输入端输入不同频率的两个信号，在输出端将产生一个和频信号和一个差频信号，然后通过一个带通滤波器选出其差频信号。

原理框图如图3所示。

图3混频电路的基本框图

带通滤波器选用RLC串联谐振电路，如图4所示。

图4RLC串联谐振电路

RLC串联谐振电路的转移电压比为：

上式表明当

时，

达最大值，当w高于或低于

时

将下降，因而RLC串联谐振电路可以作为带通滤波器使用。

又根据通频带的定义可得：

因为需要滤出465KHz的中频，所以谐振频率为465KHz，又因为其和频超过1MHz，选取通频带为200KHz，从而确定参数L=234uF，C=500Pf，R=50

。

综上，混频器的电路原理图如图5所示。

图5混频器电路原理图

2、中频放大器电路

中频放大器的主要作用是将混频器中输出的465KHz的中频信号进行选频放大，使其幅度达到二极管包络检波的要求。

这里采用三极管调谐放大器，混频后的中频信号从基极输入，在集电极加选频网路进行选频放大。

选频网路采用电感部分接入的LC并联谐振回路，其谐振频率为465KHz，因为谐振频率

可令C=1nF，由

得

因为

，可令

=100uH,

=17.1uH。

为保证品质因数取R6=420K，R6=2K。

由此可求得品质因数Q、BW。

因为

所以

由上式可知该选频网路的选频效果不错。

对三极管Q1进行有效偏置，实际仿真时使用万用表测量

和

，调整R2、R3的值，保证三极管工作在放大状态，L2为高频扼流圈，作用是防止交流流入直流电源，C3、C2、C5为旁路电容，作用是隔直流、通交流。

中频放大器电路原理图如图6所示。

图6中频放大器电路

3、二极管包络检波电路

对于标准调幅波，由于其包迹形状和调制信号形状相同，故可采用提取包迹的方法以实现检波。

二极管包迹检波是一种应用十分广泛，而且工作频率高的电路，而且电路简单，易于实现。

本设计的检波电路就是采用二极管包络检波，当然也可以采用平均值检波和相乘检波等电路。

对于二极管包络检波电路，因为二极管只是在输入信号正半周的峰值附近一部分时间导电，在二极管导电期间，电容被充电，其点电位逐渐升高；在二极管截止期间，电容对电阻放电，电容上电位逐渐下降。

于是在电阻和电容的两端形成锯齿状波形。

对于二极管包络检波的一个重要问题就是防止失真，产生失真的来源主要有三种：

（1）二极管伏安特性非线性引起的失真；

（2）检波负载时间常数过大引起的惰性失真；（3）检波负载交、直流值不同造成的平底切削失真。

对于二极管伏安特性非线性引起的失真，可以给二极管加一个微小的正向偏压，使它的静态工作点处于导通点附近，从而减少二极管导通电压不为零造成的失真。

任何瞬间都不产生惰性失真的条件为：

因为

，

，

所以

取R9=R=1KΩ,C9=C=200nF。

任何瞬间都不产生削底失真的条件为：

因为

，

=R9//R10,

=R9。

所以取R9=1KΩ,R10=2KΩ,C7=2uF。

具体电路原理图如图7所示。

图7二极管包络检波电路图

四.电路性能指标测试

对于混频器电路的测试，要求设计混频器能够很好的输出465kHz的中频信号，且不失真。

通过运行仿真软件可以得到如图8所示的混频器输出波形，经过频谱分析仪测试可知输出信号频率约为465kHz，基本上完成了设计要求的技术指标。

图8混频器输出波形

图9混频器输出信号的频谱分析仪

对于中频放大器输出信号的测试，根据设计要求，中频放大器要有选频放大的作用，其输出信号载波幅值U>0.2V，信号不能失真。

其输出信号经示波器测得的输出波形如图10所示，载波幅值约为1.4V，经频率计测得频率约等于465KHZ，如图11所示，基本上完成了设计要求的技术指标。

图10中频放大器的输出波形

图11中频放大器输出信号的频率

对于二极管包络检波的测试，因为是包络检波，所以输出的波形应该和输入调幅信号的包络一致，从而获得低频调制信号。

通过示波器测量其输入输出两种信号的波形如图12所示。

由图可知其输出波形基本为输入信号的包络，满足课程设计要求的技术指标。

图12二极管包络检波输入信号与输出低频信号波形

五．结论、性价比

本设计基本完成了对超外差接收机解调部分的设计，主要包括对混频器的设计、中频放大器设计、包络检波设计等，通过设计，混频器能输出频率较为稳定的465KHz的中频信号，中频放大器能较好的对混频后的信号进行放大，从而满足包络检波的幅值要求，二极管包络检波能基本检出低频调制信号。

总之，基本实现了对接收到的高频调幅信号的解调过程，完成了课程设计的要求。

且设计的电路结构简单，所用到的器件使用广泛，因而电路具有很高的性价比。

六.课设体会及合理化建议

通过本次课程设计，我对通信电子电路以及Multisim仿真软件的相关知识有了较深的理解。

对本课题涉及的调幅电路的解调、小信号调谐放大器、变频器等知识有了更深入的认识，通过查资料和自己设计，提高了自己的自学能力，了解了理论与实际的联系与区别，深知了实践是检验真理的唯一标准，为今后的学习方法和学习方向提供了参考。

作为电子信息类的大学生，我希望学校在今后的教学过程中能增加此类实践性的环节，多加强我们的实践能力，加强我们把理论应用于实践的能力，另外，对于这次课设，我希望能有更多的时间，来设计更加完善的电路，甚至将电路用硬件实现。

参考文献

[1]铃木宪次.无线电收音机及无线电路的设计与制作[M].北京：

科学业出版社，2006年

[2]铃木雅臣.高低频电路设计与制作[M].北京：

科学出版社，2006年

[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].华中理工大学出版社，2004年

[4]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工程大学出版社，2005年

[5]谢沅清.通信电子线路[M].北京：

电子工业出版社，2005年

[6]于洪珍.通信电子电路[M].北京：

清华大学出版社，2005年

附录I总电路图

附录II元器件清单

序号

编号

名称

型号

数量

1

R1

电阻

100Ω

1

2

R2

电阻

15kΩ

1

3

R3

电阻

6.2kΩ

1

4

R5

电阻

2kΩ

1

5

R6

电阻

402kΩ

1

6

R4

电阻

1kΩ

1

7

R7

电阻

2kΩ

1

8

R9

电阻

220Ω

1

9

R8

电阻

1kΩ

1

10

C1

电容

500pF

1

11

C2C5C6C8

电容

100pF

4

12

C3

电容

10nF

1

13

C4

电容

1nF

1

14

C7

电容

2uF

1

15

L2

电感

330uH

1

16

L1

电感

234uH

1

17

L3

电感

100uH

1

18

L4

电感

17.1uH

1

19

Q1

三极管

2SC945

1

20

D3

二极管

1N3064

1

21

VCC

电源

12V

1

22

VEE

电源

-0.2V

1

23

V1

交流信号源

f=1000KHz，U=500mV

1

24

V2

调幅信号源

f=535KHz

F=1KHz

1

25

A1

模拟相乘器

K=1

1

26

XSC1

示波器

1

27

XFC1

频率计

1

28

XSA2

频谱分析仪

1