超外差式调频FM收音机硬件部分.docx
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超外差式调频FM收音机硬件部分
学校代码：
10128
学号：
201310203045
课程设计报告
（
题目：
超外差式调频（FM）收音机（硬件部分）
学生姓名：
学院：
信息工程学院
系别：
电子系
班级：
电子13-1
指导教师：
杨玉兰
二〇一六年一月
第一部分调频收音机原理及电路组成
一、调频收音机原理
1频率调制
调频（FM）是用音频信号去调制高频载波的频率，使高频载波的瞬时频率随调制信号而有规律的变化，载波的幅度保持不变。
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。
设调制信号为：
载波信号为：
调频时，载波电压振幅度Ucm不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化，即为：
式中
为载波角频率，又称为调频波中心频率；
为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。
其值由调频电路决定，单位是弧度/秒·伏（rad/s·v）；
为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。
调频后载波瞬时相位也会产生变化，其瞬时相位为
式中，ωct为未调频时载波相位；
为调频后，瞬时相位相对于
的相位偏移。
调频波的数字表示式为
根据上式可画出调频波的波形图，如图一所示。
图一调频
从调频波形可见，调频波振幅保持不变。
调频波的频率跟随信号的变化规律
而改变。
即当调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；而当调制信号负的绝对值最大时，调频波最稀疏，频率最低。
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87MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。
2调频收音机原理
收音机的原理是把从天线接受到的高频信号，经检波还原成音频信号，送到扬声器变成音波。
是把接收到的电台高频信号，用一个变频级电路将它转化为频率固定的中频信号，然后再对这个中频信号进行多级放大，再检波，低放。
由于不同频率的无线电波用途较广、接受的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好，所以当要选择所需的电台并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，所以在我们收听广播时，使用选台按钮。
由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做的较大，工作较稳定，通频带特性也可做的理想、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,所以中频调谐放大电路可以做到选择性好、增益高又不易自激。
这样灵敏度和选择性都可大幅度改善，而且可使整个波段接受灵敏度均匀。
二、调频收音机电路组成
超外差式FM收音机原理框图如图二所示：
收音机通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。
图二FM收音机原理框图
要求：
阐述调频收音机的工作过程，画出各阶段信号的波形及频谱图。
（高频、中频、低频）
三、调频收音机主要芯片
（1）调频高频/混频电路TA7358AP
1.TA7358芯片简介
TA7358在超外差式调频（FM）收音机中做调频段高放/混频电路。
其性能、参数如下：
单列直插9脚封装;
工作电压=1.6～6V,最大值=8V;
电源电流=5.2mA,静态电流=5.2mA;
允许功耗=500mW;
本停振电压=0.9V;
本振电压=150～350mV;
限幅灵敏度=3～7dBu;
变频增益=31dB,工作温度=-20～70℃,贮存温度=-55～125℃。
2.TA7358内部电路分析
1）内部框图（英文）
图1.3.1TA7358内部框图（英文）
2）内部框图（中文）
图1.3.2TA7358内部框图（中文）
3）内部电路
图a图b
图c
4）管脚用途分析
①为射频输入、②外接旁路电容接地、③为射频输出、④为混频输入、⑤接地、⑥为混频输出、⑦和⑧外接本地振荡，使得图c构成电容三点式、⑨接VCC
（2）中频放大器MC1350
1.MC1350芯片简介
TheMC1350isanintegratedcircuitfeaturingwiderangeAGCforuseasanIFamplifierinradioandTVoveranoperatingtemperaturerangeof0︒to+75︒C.
PowerGain:
50dBTypat45MHZ50dBTypat58MHZ
•AGCRange:
60dBMin,DCto45MHz
•NearlyConstantInput&OutputAdmittanceovertheEntireAGCRange
•Y21Constant（±3.0dB）to90MHz
•LowReverseTransferAdmittance:
<<1.0μmhoTyp
•12VOperation,Single±PolarityPowerSupply
mc1350是集成电路具有宽范围AGC作为中频放大器在广播和电视在0操作温度范围为±75C.
•功率增益：
在45兆赫，50分贝典型在58兆赫，50分贝典型
增益范围：
60分贝时，直流到45MHz
几乎恒定的输入和输出在整个AGC范围导纳
Y21常数（±3分贝）90兆赫
低的反向转移导纳：
<<1姆欧型
12伏操作，单电源供电
2.MC1350内部电路分析
1）内部电路
图1.3.3MC1350内部电路
2）管脚分析
①接电源VCC、②接电源VCC、④和⑥为信号输入、⑤为增益输入、⑦接地、⑧做输出
Q1、Q2管是为Q3、Q4、Q5、Q6提供静态工作点，并且静态工作点小，放大倍数小。
两个二极管构成稳压管，使得三极管基极有稳定电压，从而与2.8K、200、200、2.8K一起为Q7、Q8提供静态工作点
3）外围电路连接及分析
图1.3.4MC1350外围电路
相关参数：
Theinputamplifiers（Q1andQ2）operateatconstantemittercurrentssothatinputimpedanceremainsindependentofAGCaction.Inputsignalsmaybeappliedsingle±endedordifferentially（forac）withidenticalresults.Terminals4and6maybedrivenfromatransformer,butadcpathfromeitherterminaltogroundisnotpermitted.
输入放大器（Q1和Q2）在恒定的发射极电流，输入阻抗是独立的AGC动作操作。
输入信号可应用于单端或差分（交流）相同的结果。
端口4和6可由变压器驱动，但不允许从端子到地面的直流路径。
AGCactionoccursasaresultofanincreasingvoltageonthebaseofQ4andQ5causingthesetransistorstoconductmoreheavilytherebyshuntingsignalcurrentfromtheinterstageamplifiersQ3andQ6.Theoutputamplifiersaresuppliedfromanactivecurrentsourcetomaintainconstantquiescentbiastherebyholdingoutputadmittancenearlyconstant.Collectorvoltagefortheoutputamplifiermustbesuppliedthroughacenter±tappedtuningcoiltoPins1and8.The12Vsupply（V+）atPin2maybeusedforthispurpose,AGCAmplifierSectionInputAmplifierSectionBiasSuppliesOutputAmplifierSectionseparate15Vsupply（V++）isused,becausethebasevoltageontheoutputamplifiervarieswithAGCbias.
AGC动作发生的结果，对造成这些晶体管Q4和Q5进行更多从而调车信号电流从中间级放大器Q3和基地，提高电压Q6。
输出放大器提供从一个积极的电流源，以保持恒定的静态偏置，从而保持输出导纳几乎恒定。
输出放大器的集电极电压必须通过一个中心±抽头调谐线圈引脚1和8提供。
在12伏的电源（伏）在引脚2可用于此目的，但输出导纳保持更接近恒定的，如果独立的15V电源（V++）的使用因为在输出放大器的基极电压与AGC偏压的变化。
（3）运算放大器TL082
1.TL082简介
TL082是一种通用的J-FET双运算放大器，其特点有：
较低的输入偏置电压和偏移电流；输出没有短路保护；输出级具有较高的输入阻抗；内建频率补偿电路；较高的压摆率。
最大的工作电压：
Vcc=
V。
2.TL082内部电路及分析
1）引脚图
2）内部电路
图1.3.5TL082内部电路图
（4）乘法器MC1496
1.MC1496简介
集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件，在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。
采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管或三极管要简单，而且性能优越。
2.MC1496内部电路及分析
1）内部电路
MC1496的内部结构
图1.3.6MC1496内部电路图以及引脚图
2）电路分析
MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。
其内部电路图和引脚图如图1.3.6（a）（b）所示。
其中VT1、VT2与VT3、VT4组成双差分放大器，VT5、VT6组成的单差分放大
器用以激励VT1~VT4。
VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器VT5、VT6的恒流源。
引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12
输出。
引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6产生串联电流负反馈，以
扩展输入电压Uy的线性动态范围。
引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端
（单电源供电使），引脚5外接电阻R5。
用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。
（5）音频功放LM386
1.LM386简介
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。
LM386主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
2.LM386内部电路及分析
1）内部电路
2）电路分析
第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。
使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。
第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。
第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。
二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。
引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。
电路由单电源供电，故为OTL电路。
输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。
电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。
引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。
查LM386的datasheet，电源电压4-12V或5-18V（LM386N-4）；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200dB；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。
尽管LM386的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。
第二部分调频收音机的个单元电路设计与电路功能验证
1、高频及混频电路设计与电路功能验证
（1）高频及混频电路
1）电路设计
图2.1.1高频及混频电路
2）电路分析及相关参数计算
信号从①端输入③输出经LC选频后再经过④端输入到TA7358里面，与⑧端输入的本地振荡信号进行混频，由⑦端输出。
其中本地振荡电路是由C19、CC3、L3等效成一个变阻电感与图C构成电容三点式（如图2.1.3所示）使之发生振荡，并通过TP3观察本地振荡信号的变化，其中N1在电路中是为了方便示波器观察而进行的放大作用。
变压器与陶瓷晶振配合使得脉冲信号更加精准。
从TP7处即可看到混频后输出的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧。
其频率约为10.7MHz。
图2.1.2示波器测混频输出波形
图2.1.2本地振荡等效电路
（2）混频数据及数据结果分析
表1混频电路实测数据表
本地振荡频率
本地振荡幅度
已调波频率
已调波幅度
100MHz
49.2mv
10.66MHz
78.4mv
101.5MHz
50.8mv
10.57MHz
46.8mv
103.6MHz
51.2mv
10.59MHz
63.6mv
104.2MHz
52.8mv
10.53MHz
12.6mv
107MHz
54.4mv
10.53MHz
52mv
108.7MHz
54.8mv
10.82MHz
35.6mv
117.7MHz
46.8mv
10.42MHz
64.8mv
114.9MHz
49.2mv
10.64MHz
76mv
117.6MHz
38mv
10.64MHz
25.2mv
118.3MHz
42mv
10.58MHz
9.52mv
由数据分析可知本地振幅最大的时候其频率为108.7MHz，而声音最大的时候在本地振荡为100MHz，究其原因，分析如下：
为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压VS和本振电压VL外，不可避免地还存在干扰和噪声。
它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。
干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。
二、中频放大电路设计与电路功能验证
（1）中频放大电路
1.电路设计
图2.2.1中频放大电路
2.电路分析
信号从TP2输入，经陶瓷晶振滤波后从④端输入，⑤端为增益输入，经MC1350进行中频放大后从⑧端输出，在TP5处可以观察到波形。
（2）中放数据及数据结果分析
表2中放电路实测数据表（
）
中频输出
有载输入
输出
有增益的输出
放大倍数
15mv
8.4mv
72.8mv
4~72mv
4.85
25mv
13mv
142mv
4~142mv
5.68
35mv
17mv
204mv
4~204mv
5.83
45mv
20.8mv
284mv
4~282mv
6.31
55mv
23mv
358mv
4~360mv
6.51
65mv
28mv
420mv
4~424mv
6.46
75mv
33.6mv
488mv
4~488mv
6.906
85mv
38mv
500mv
4~500mv
5.88
95mv
42mv
508mv
4~508mv
5.347
105mv
45.2mv
496mv
4~632mv
4.72
115mv
46.8mv
512mv
4~656mv
4.45
125mv
52.8mv
516mv
4~680mv
4.128
150mv
62.4mv
496mv
4~712mv
3.306
170mv
67.2mv
488mv
4~920mv
190mv
78mv
496mv
4~936mv
210mv
88mv
512mv
4~960mv
310mv
128mv
512mv
4~990mv
根据数据可选出最佳中频输出幅度为45~95mv之间。
三、鉴频及低频放大电路设计与电路功能验证
（1）鉴频及低频放大电路设计
1.电路设计
图2.3.1鉴频电路
图2.1.1低频放大电路图
2.电路分析
中放后的信号从TP1出输入，其走向为一端输入至MC1496的10端，一端经过移相90度后从MC1496的1端输入，其鉴频输出端为12端，12端后接了一个滤波电路和放大电路，是对鉴频后的信号进行进一步的加工处理。
其C11是为了滤除高频信号，C12形成一个反馈网络，主要是使得TL082输出的中频信号反馈回去，以此循环，这样TL082的7端得到的就是低频的音频信号了。
再通过放大从TP5输出。
TP5输出的低频音频信号又在低频放大电路图中的TP6处输入，W1为音量调节旋钮。
通过LM386进行低放，从5端输出，TP8处为最终的声波，这就是我们收到的台。
（2）鉴频及低放数据及数据结果分析
表3鉴频及低放中测最佳功率（
）
射频输入
解调输出振幅
解调输出频率
功放输出振幅
功率
27.6mv
6mv
1.773khz
56mv
35.6mv
9.8mv
1.748khz
190mv
45.2mv
15.8mv
1.786khz
212mv
55.2mv
23.2mv
1.767khz
360mv
63.2mv
29.6mv
1.767khz
408mv
76.8mv
42.8mv
1.786khz
608mv
87.2mv
56mv
1.767khz
728mv
100mv
70.4mv
1.767khz
28mv（能找到波形,最小音量）
0.02mw
142mv（最佳音量）
0.63mw
1v
31.2mw
1.58v（音量最大）
78mw
经过实际测量，我们找出在100mv射频时能找到音量最佳时候的输出振幅为142mv，此时算出的耳机的功率为0.63mw（实验时耳机选用的是手机配置耳机，阻值约16Ω）
第三部分单元电路级联与收音机效果验收
一、收音机效果验收
表4收音机收台结果
本振幅度（mv）
本振频率（MHz）
台频率（MHz）
台名
实际台频率（MHz）
24.8
119
109.3
呼市交通台
107.4
24.8
116.9
104.2
中央乡村之声
104.4
27.2
114
103.3
中央经济之声
103.4
29.6
113.1
102.4
内蒙评书曲艺
102.8
30.8
109.5
99.8
中央音乐之声
99.1
45.6
108.9
98.2
土默特左旗敕勒川之声
98.5
45.6
107.8
97.1
中央中国之声
97.1
43.6
105.7
95
内蒙蒙古语广播
95.9
45.2
105.3
94.6
内蒙新闻广播
95
45.6
104.2
93.5
.....
94.2
40.4
102.6
91.7
内蒙绿川之声
91.9
35.2
100
89.3
内蒙新闻综合
89
三、课程设计体会及建议
这次课程设计的任务需要综合运用“高频电子线路”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计选取电路和元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。
在这次课程设计中，学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。
动手能力得到很大的提高。
从中发现自己并不能很好的熟练去使用所学到的数电知识。
在以后学习中要加强对使用电路的设计和选用能力。
把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。
这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。
通过这种综合训练，可以掌握高频电子线路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的际本领，为以后毕业设计和从事高频电子线路实验实际工作打下基础。
在设计的过程中我遇到很多困难，例如资料的翻译，编辑好的文档没有及时保存，以至于从头再来，浪费了很多时间。
但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会多一点经验，就会少出一些类似问题。
在两个星期的课程设计之后，我觉得不仅实际动手能力有所提高，更重要的是懂得设计流程，从开始设计思路，到实现，到纠正完善，再到最后设计论文的撰写，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。
经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决问题的能力。
虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。
本次课程设计没有要求制作电路板并且对其进行调试，但我相信要是调试的话也一定回去的满意的效果。
我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于通信工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会通信专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。
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