AMFM解调及其实现02毕业设计.docx

AMFM解调及其实现02毕业设计.docx

《AMFM解调及其实现02毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AMFM解调及其实现02毕业设计.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

AMFM解调及其实现02毕业设计

毕业设计（论文）

专业

班次

姓名

指导老师

XXXXX学院

二Ｏ一七年六月

AM/FM解调及其实现

摘要:

信息社会中，信息无处不在，信息的传输已经成为人类生活的重要组成部分。

在这其中，无论是普通百姓的生活中、还是商业用途、军事活动中，无线电通信都起着举足轻重的作用。

无线通信系统包括发送设备、接收设备和他们之间的无线信道。

本文以接收设备中AM/FM解调的原理和具体实现电路进行分析来探讨通信电子线路，研究对象为收音机。

因为在一台完整的收音机中几乎包含了各种基本的单元电路，如变频（混频）、振荡、中频调谐放大、检波、低频电压放大和功率放大等，有助于全面地了解通信电子线路中AM/FM解调的原理及其实现的过程。

[关键词]解调；AM/FM；变频；检波

目录

第1章绪论1

1.1无线电的相关知识1

1.1.1什么是AM/FM1

1.1.2无线电的发射、传输和接收过程介绍1

1.2广播和收音机相关介绍2

第2章非相干解调与相干解调5

2.1非相干解调的方法5

2.2相干解调方法6

第3章超外差式收音机的工作原理8

3.1收音机工作的基本原理8

3.2直放式收音机的主要问题分析8

3.3超外差收音机9

3.4超外差收音机特点10

3.5AM超外差收音机单元电路功能11

3.5.1变频级电路分析11

3.5.2中频放大、检波及自动增益控制电路的分析13

3.5.3前级低频放大电路14

3.5.4末级功率放大器14

3.6典型六管调幅收音机的介绍15

第4章FM收音机17

4.1调频收音机的基本结构框图17

4.2FM收音机的电路图17

4.3频率转换电路的构成18

4.3.1混合电路18

4.3.2本机振荡电路的分析19

4.4中频放大电路20

4.4.1中频放大电路与陶瓷滤波器20

4.4.2振幅控制电路21

4.5FM检波电路22

4.6去加重电路22

结束语24

致谢25

参考文献26

第1章绪论

1.1无线电的相关知识

1.1.1什么是AM/FM

使载波振幅按照调制信号改变的调制方式叫调幅。

经过调幅的电波叫调幅波。

它保持着高频载波的频率特性，但包络线的形状则和信号波形相似。

调幅波的振幅大小，由调制信号的强度决定。

调幅波用英文字母AM表示。

　　使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。

已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。

已调波的振幅保持不变。

调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。

1.1.2无线电的发射、传输和接收过程介绍

目前，调幅制无线电广播分做长波、中波和短波三个大波段（具体的划分如表1.1），分别由相应波段的无线电波传送信号。

　　我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。

中波广播使用的频段大致为550kHz-1600kHz，主要靠地波传播，也伴有部分天波；短波广播使用的频段约为2MHz-24MHz，主要靠天波传播，近距离内伴有地波。

　　调频制无线电广播多用超短波（甚高频）无线电波传送信号，使用频率约为88MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。

　　目前，地面的广播电视分做VHF（甚高频或称米波）和UHF（特高频或称分米波）两个频段。

在我国，VHF频段电视使用的频率范围是48.5MHz-233MHz，划分成1-12频道，UHF频段使用的频率范围是470MHz-958MHz，划分成;13-68频道。

它们基本上都是靠空间波传播的。

国际上规定的卫星广播电视有6个频段，主要频段是12kMHz，也是靠空间波传播。

　　广播节目的发送是在广播电台进行。

广播节目的声波，经过电声器件转换成音频电信号，并由音频放大器放大，振荡器产生高频等幅振荡信号；调制器使高频等幅振荡信号被音频信号所调制；已调制的高频振荡信号经放大后送入发射天线，转换成无线电波辐射出去。

图1.1无线电传输过程方框图

图1.2无线电接收方框图

广播电台播出节目是首先把声音通过话筒转换成音频电信号，经放大后被高频信号（载波）调制，这时高频载波信号的某一参量随着音频信号作相应的变化，使我们要传送的音频信号包含在高频载波信号之内，高频信号再经放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射，无线电波传播速度为3×108m/s，这种无线电波被收音机天线接收，然后经过放大、解调，还原为音频电信号，送入喇叭音圈中，引起纸盆相应的振动，就可以还原声音，即是声电转换传送——电声转换的过程。

中波的频率（高频载波频率）规定为525—1605kHz（千周）。

短波的频率范围为3500—18000kHz。

无线电广播的接收是由收音机实现的。

收音机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号（即解调）；解调后得到的声频信号再经过放大获得足够的推动功率；最后经过电声转换还原出广播内容。

　　综上所述，可以把无线电通信（广播也属于无线电通信范畴）的发送和接收概括为互为相反的三个方面的转换过程，即：

传送信息—低频信号、低频信号—高频信号、高频信号一电磁波。

1.2广播和收音机相关介绍

在一般的收音机或收录音机上都有AM及FM波段，相信大家已经熟悉，这两个波段是用来供您收听国内广播的，若收音机上还有SW波段时，那么除了国内短波电台之外，您还可以收听到世界各国的广播电台节目。

为了让您对收音机的使用有更进一步的认识，以下就什么是AM、FM、SW、LW作一简单的说明。

　　事实上AM及FM指的是无线电学上的二种不同调制方式。

AM:

AmplitudeModulation称为调幅，而FM:

FrequencyModulation称为调频。

只是一般中波广播（MW:

MediumWave）采用了调幅（AM）的方式，在不知不觉中，MW及AM之间就划上了等号。

实际上MW只是诸多利用AM调制方式的一种广播，像在高频（3-30MHz）中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM，甚至比调频广播更高频率的航空导航通讯（116-136MHz）也是采用AM的方式，只是我们日常所说的AM波段指的就是中波广播（MW）。

　　那FM呢？

它也同MW的命运相类似。

我们习惯上用FM来指一般的调频广播（76-108MHz，在我国为87.5-108MHz、日本为76-90MHz），事实上FM也是一种调制方式，即使在短波范围的27-30MHz之间，作为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM）方式的。

　　而SW呢？

它可以说是对短波的一种很简单的称呼，其实正确的说法应该是高频（HF:

HighFrequency）比较贴切。

而短波这名称是怎么来的呢？

以波长而言，中波介于200-600米（公尺）之间，而HF的波长却是在10～100米（公尺）之间，与上述的波长相比较，HF的波长的确是短了些，因此就把HF称作短波（SW:

ShortWave）。

同样的，比中波MW更低频率的150KHz-284KHz之间的这一段频谱也是作为广播用的，以波长而言，它大约在1000～2000米（公尺）之间，和MW的200-600米相比较显然"长"多了，因此就把这段频谱的广播称作长波（LW:

LongWave）。

实际上，不论长波（LW）、中波（MW）或者是短波（SW）都是采用AM调制方式。

　　对一般收（录）音机而言，FM、MW、LW波段是提供您收听国内广播用的，但我国目前没有设立LW电台，而SW波段则主要供您收听国内/国际远距离广播。

民用广播和收音机发明于20世纪初。

近百年来，无线电广播与收音机技术发生了翻天覆地的变化。

广播方式从调幅（AM）广播时代开始，经历了调频（FM）广播、调频立体声（FMSTEREO）广播、数字音频广播（DAB）等阶段（如表1.2）。

　　目前，科学家正研究短波段的数字广播（DRM）。

民用广播所使用的频率，经历了长波（LW）、中波（MW）、短波（SW）、超短波调频（FM）、卫星调频广播等阶段；广播的传播距离和覆盖范围也从近距离到利用人造地球卫星进行全球转播等；收音机从矿石收音机、电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机，到使用微电脑处理器的数字调谐收音机；收音机的基本电路形式、也从直接放大式，到超外差式、多次变频式电路。

　　收音机的体积也越来越小，而音质却越来越好......

波段名称

波段范围

频率范围

频段名称

超长波

长波

中波

短波

超短波（米波）

100-10km

10-1km

1000-200m

200-10m

10-1m

3-30kHz

30-300kHz

0.3-1.5Mhz

1.5-30Mhz

30-300Mhz

甚低频VLF

低频LF

中频MF

高频HF

甚高频VHF

微波

分米波

厘米波

毫米波

亚毫米波

100-10cm

10-1cm

10-1mm

1-0．1mm

0.3-3GHz

3-30GHz

30-300GHz

300-3000GHz

特高频UHF

超高频SHF

极高频EHF

超级高频

表1.1

年  代

收音机基本电路和常用信号放大元件

主要民用广播制式和波段

1920-1960年代

1950-1970年代

1970-1980年代

1990年代

电子管电路/直放式，外差式

晶体管电路/外差式，多次变频

集成电路/外差式，多次变频，数字调谐

集成电路/外差式，多次变频，数字调谐

长波/中波/短波

中波/短波/调频

中波/短波/调频

中波/短波/调频

表1.2

第2章非相干解调与相干解调

在收音机中，信号的解调方式主要分为两种——非相干解调和相干解调，下面就这两种方式的工作原理进行详细介绍。

2.1非相干解调的方法

对于常规调幅信号，由于已调信号的包络载有原调制信号的信息，因此通过非相干解调，就可以恢复原调制信号，所采用的是包络检波方法。

图2.1二极管包络检波原理图

图2.2检波电路波形及失真

包络检波的方法简单有效，因此常规调幅信号一般没有必要采用相干解调的方法。

但是常规调幅以外的各种线性调制却不能采用包络检波的方法，其原因是这些已调信号不含有载波分量，已调信号的包络不完全载有调制信号的信息。

由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而调频信号的解调必须能产生正比于输入频率的输出电压，也就是当输入调频信号为

  时，解调器的输出应当为

图2.3鉴频器模型

最简单的解调器是具有频率-电压转换作用的鉴频器。

图2.3给出了理想鉴频特性和鉴频器的方框图。

理想鉴频器可看成是微分器与包络检波器的级联。

微分器输出

这是一个调幅调频信号，其幅度和频率皆包含调制信息。

用包络检波器取出其包络，并滤去直流后输出

即恢复出原始调制信号。

这里，Kd称为鉴频器灵敏度。

    上述解调方法称为包络检测，又称为非相干解调。

这种方法的缺点是包络检波器对于由信道噪声和其它原因引起的幅度起伏也有反应。

因而，使用中常在微分器之前加一个限幅器和带通滤波器。

 微分器实际上是一个FM-AM转换器，它可以用一个谐振回路来实现，但其鉴频特性的线性范围较小。

实用电路常常采用图2.4所示的双谐振回路组成的平衡鉴频器。

该电路鉴频线性好，线性范围宽，特别适合宽带鉴频，因而得到广泛使用。

图2.4平衡鉴频器

2.2相干解调方法

相干解调，又称同步检波在幅度调制信号的解调中主要用来解决双边带和单边带调制信号。

它有两种实现电路，一种是采用二极管包络检波器构成叠加型同步检波器，另一种是由乘法器和低通滤波器组成。

图2.5叠加型同步建波电路模型

叠加型同步检波电路工作的原理是将双边带调制信号F2与同步信号F1叠加，叠加后的信号时普通调幅波，然后在经过包络检波器，解调出调制信号如图（2..5）。

图2.6窄带调频信号的相干解调

解调时所使用的载波与调制载波同频同相，因此称之为相干载波，相应的解调方式称为相干解调。

相干解调的关键是必须产生一个同频同相的载波，如过这个条件得不到保，将会对原始信号的恢复产生不利影响。

解调与调制中的相乘运算完全相同，因而解调电路也可以采用与调制电路一样的形式。

由于窄带调频信号可分解成正交分量与同相分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调。

其原理图如图2.6所示。

图中的带通滤波器用来限制信道所引入的噪声，但调频信号应能正常通过。

设窄带调频信号为

相干载波

则乘法器输出为

经低通滤波器滤除高频分量，得

再经微分，得输出信号

可见，相干解调可以恢复原调制信号，这种解调方法与线性调制中的相干解调一样，要求本地载波与调制载波同步，否则将使解调信号失真。

实际上，在前面所提及到的二极管包络检波电路中也存在这失真。

如果电路参数选择不当，二极管包络检波器会产生惰性失真和负峰切割失真。

惰性失真是由于RC取值过大而造成的。

在实际电路中，为了提高检波性能，RC取值足够大，但是RC取值过大，将会对二极管截止期间电容C对R的放电速度变慢，这样检波输出的电压就不能跟随包络线变化，于是产生惰性失真。

第3章超外差式收音机的工作原理

3.1收音机工作的基本原理

收音机原理就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机变成音波。

由于广播事业发展，天空中有了很多不同频率的无线电波。

如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会像处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。

为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。

选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播。

上面所讲的是最简单收音机称为直接检波机，但从接收天线得到的高频天线电信号一般非常微弱，直接把它送到检波器不太合适，最好在选择电路和检波器之间插入一个高频放大器，把高频信号放大。

即使已经增加高频放大器，检波输出的功率通常也只有几毫瓦，用耳机听还可以，但要用扬声器就嫌太小，因此在检波输出后增加音频放大器来推动扬声器。

超外差式收音机比直接检波式收音机灵敏度高、功率大，但是选择性还较差，调谐也比较复杂。

把从天线接收到的高频信号放大几百甚至几万倍，一般要有几级的高频放大，每一级电路都有一个谐振回路，当被接收的频率改变时，谐振电路都要重新调整，而且每次调整后的选择性和通带很难保证完全一样，为了克服这些缺点，我们采用超外差式电路来设计收音机。

3.2直放式收音机的主要问题分析

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，但它的灵敏度低，选择性不太好。

高频放大电路每级的增益大概为20~30db，然而，作为实际使用的收音机，为了达到一定的接收灵敏度，需要80~120db左右的增益。

虽然可以增加几级放大电路来达到此效果，但高放级级数的增加是有限度的，而且如果我们设计较多的高频放大电路，则不但统调因难，则极容易产生“噼一噼”的振荡，即发生寄生振荡。

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。

由于电源电路公用以及磁感应作用等原因，造成一部分输出信号反馈回输入端，使电路产生振荡。

当反馈的信号只是少许,且增益较低时，不会产生振荡。

而如果增加若干级放大，随着增益的增高，就非常容易产生振荡了。

图3.1典型单管直放式收音机电路

3.3超外差收音机

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，则不但统调困难，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，而是分布在一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一个振荡电波（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。

   外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。

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。

图3.2超外差式收音机的方框图

图3.2示出了超外差式收音机的方框图。

可以看出，调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。

经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。

通常将这个过程（混濒和本振的作用）叫做变频。

   变频很像货物转运。

货物从遥远的地方由火车运到终点车站，然后由汽车转运到目的地。

货物内容没有变，但运输工具由火车改为汽车。

   我们还可以再作简单归纳：

变频仅仅是载波频率变低了，并且无论输入信号频率如何变化最终都变为465KHz（备注：

这个频率各国不同，或455KHz），而音频信号（包络线的形状）没变。

这包络线正是我们运输的货物。

   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大的音量。

若要求超外差式收音机得到更高的灵敏度，在调谐回路与混频之间还可以加入高频放大级然后再去混频。

这样效果会更好。

3.4超外差收音机特点

通过前面的研究，我们知道超外差式是与直放式相对而言的一种接收方式。

超外差式收音机能把接收到的频率不同的电台信号都变成固定的中频信号（465kHz），再由放大器对这个固定的中频信号进行放大。

在选择回路（输入回路）或高频放大器与检波器之间插入一个变频器及中频放大器。

超外差的特点是：

被选择的高频信号的载波频率，变为较低的固定不变的中频（465KHz），再利用中频放大器放大，满足检波的要求，然后才进行检波。

在超外差接收机中，为了产生变频作用，还要有一个外加的正弦信号，这个信号通常叫外差信号，产生外差信号的电路，习惯叫本地振荡。

在收音机本振频率和被接收信号的频率相差一个中频，因此在混频器之前的选择电路和本振采用统一调谐线，如用同轴的双联电容器（PVC）进行调谐，使之差保持固定的中频数值。

由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做得较大，工作也比较稳定，通频带特性也可做得比较理想，这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号。

   超外差式收音机能够大大提高收音机的增益、灵敏度和选择性。

因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。

中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。

此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成选台。

现在，绝大多数商品化收音机都是超外差式的。

  民用超外差式收音机的中频一般选择在465kHz或455KHz。

混频器的输出回路和中领变压器专门对465kHz或465KHz谐振。

为什么固定在一个频率能够选择电台呢?

原来，仍是调谐回路调选到电台，但本地振荡电路的工作频率随着调谐回路的频率变化，即本振频率总比电台的频率高一个中频，并且中频信号的振幅包络与高频信号的振幅包络完全相同，这就使得音频信号能够通过检波器再现。

假设一个收音机工作在600KHz到1800KHz，中频工作在470KHz，那么本地振荡频率应当在（600+470＝1070kHz）到（1800+470＝2270kHz）之间变化。

当然如果本地振荡频率从（600-470＝130KHz）到（18000-470＝1330KHz）间变化，即比电台总低470kHz的频率，那么仍旧能够得出差频470KHz的结果。

但实际生产的收音机中的本振频率是选高于电台信号频率的。

因此电台信号频率或称调幅信号频率（Fs）与本地振荡频率（Fo）和中频频率（IF）之间的关系为Fo-Fs=IF。

   从上面分析可知高于本振一个中频或者低于本振一个中频的电台信号都能够进入中频放大器，从而在收音机中产生干扰，这种干扰叫做镜像干扰，两信号的频率叫做镜像频率。

解决镜像干扰的基本方法就是提高输入调谐回路的选择性，使本振频率严格高于电台信号的频率，在上例中当本振频率为1070KHz时，调谐回路尖锐地选择在600KHz，那么镜像频率1540KHz就难以进入调谐回路引起干扰。

超外差式收音机的中频放大电路采用了固定调谐的电路，这一特点使它比其他收音机优越得多，综合起来有如下优点：

（1）用作放大的中频，可以选择那些易于控制的、有利于工作的领率（我国采用的中频频率为465千赫），以便适合于管子和电路的性质，能够得到较为稳定和最大限度的放大量。

（2）各个波段的输入信号都变成了固定的中频，电路将不因外来频率的差异而影响工作，这样各个频带就能够得到均匀的放大，这对于频率相差很大的高频信号（短波）来说，是特别有利的。

   （3）如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。

因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以收音机的选择性指标很高。

缺点：

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）

超外差式收音机和简易型收音机相比，虽然线路比较复杂，晶体管和元件用的较多，因而成本较贵，但无论在灵敏度、选择性、音量和音质等方面，都远优于简易型收音机。

它与简易型收音机不同的地方是增加了两个部分：

变频级和中频放大级。

除此以外，检波级及音频放大级和简易型半导体收音机里所用的电路没有什么两样。

3.5AM超外差收音机单元电路功能

3.5.1变频级电路分析

图3.3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，所以可以获得频率变换作用。

可选择“共基调发变压器耦合振荡器”。

按本设计要求，在图3.3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

-