简易调频接收机高频课程设计济南大学信息学院.docx

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简易调频接收机高频课程设计济南大学信息学院

课程设计报告

《高频电路》

题目调频接收机模块设计

学院信息科学与工程学院

专业集成电路设计与系统集成

班级集成1001

学生葛茂菁

学号20101221062

指导教师孙传伟

二〇一二年十二月二十八日

目录

摘要1

一、选题意义1

二、总体方案2

2.1、设计目的2

2.2、设计思路2

三、调频接收机的工作原理3

四、调频接收机的主要技术指标3

4.1、接收机的工作频率范围3

4.2、灵敏度3

4.3、选择性4

4.4、信噪比4

4.5、输出功率4

4.6、直流电源4

五、各部分性能设计4

5.1、高频放大电路4

5.2、本振电路6

5.3、混频器6

5.4、中频放大及鉴频电路7

5.5、低频放大电路8

5.6、调频接收机总电路图9

六、心得体会10

摘要

本次课程设计，其目的是得到一个简易的超外差调频接收机。

所谓超外差，是指将所要接收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。

在超外差式调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、中频放大、解调、低放和低频功放七个部分。

但是在设计时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标。

超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。

。

超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是：

一、容易得到足够大而且比较稳定的放大量。

二、具有较高的选择性和较好的频率特性。

三、容易调整。

缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。

随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。

关键词：

超外差，高频，调频，本振，混频，中频放大，鉴频，低频放大。

一、选题意义

随着科技日新月异的发展，知识的不断更新，信息传输是人类社会生活不可缺少的一部分。

从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。

电报、电话的发明，为迅速准确的传递信息提供了新手段，是通信技术的重大突破。

但是电报电话都是沿着导线传送信号的。

能否不用导线，就在空间中实现信号的传送呢？

答案是肯定的，这也就是本次课程设计的要实现的这个目的的一部分。

虽说科技淘汰产品很快，我们今天学的知识可能明天就落伍了，但是掌握基础知识会为我们学习新的知识打下坚实的基础。

所以，本次课程设计就是为我们在通信基本电路这门课中消化所学知识，理解并掌握其中的重要知识点奠定基础。

因为简易调频接收机的设计包括几个知识点，摘要中已经叙述，我觉得囊括的知识点越多，对自己的锻炼也就越充分越全面。

故而我选择了这个题目。

一、总体方案

2.1、设计目的

一、全面复习通信基本电路的基础知识。

二、理解课本知识从而掌握调频接收机整机电路的设计方法。

三、学会如何将高频单元电路组合起来实现满足工程实际需要的整机电路。

四、掌握使用电路仿真软件multisim进行基础的电路仿真与调试。

五、巩固word的基本操作以及visio辅助画图软件的用法。

2.2、设计思路

设计思路分为以下几个步骤：

由于调频接收机分为高频小信号放大器，本地振荡器，混频器，中频放大器，鉴频器以及低频放大器六部分。

所以我们可以分步实现，各司其职。

A、高频小信号放大器

对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管（或场效应管）的线性范围之内。

这就允许把晶体管看成线性元件了，因此可作为有源线性四端网络来分析。

B、本地振荡器

本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号经过混频器混频，从而输出一个中频信号。

C、混频器

晶体管混频器的主要优点是变频增益较高，有二极管组成的环形混频器的优点是它有组合频率少、动态范围大、噪声小、本振电压为反向辐射的特点。

D、中频放大器

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，所以接收机的选择性指标很高。

E、鉴频器

在此设计中，我选用了比例鉴频器，虽然课堂上我们并没有学习这一节，但是有基础是可以慢慢摸索的。

在电路参数相同的条件下，比例鉴频器的输出只有相位鉴频器的一半，可以说，比例鉴频器的限幅作用是以降低输出为代价的。

但是，比例鉴频器也有一个优点就是可以提供一个适合于自动增益控制的电压。

F、低频放大器

一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。

一般采用三极管放大电路来实现这一功能。

因为本次设计是音频信号，所以采用运算放大器效果比较好。

三、调频接收机的工作原理

如图3.1所示，即该设计所需求的调频接收机的原理方框图。

图3.1调频接收机的原理方框图

其工作原理即为：

把从天线上接收到的微弱的高频信号v1先经过一级或几级高频小信号放大器（而这部分往往也可以省略不用）放大为v2。

然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅震荡电压v3相混合，所得到的输出电压v4包络线形状不变，仍与原来的信号波形相似，但是载波频率则转换为v2与v3两个高频频率之差（和）。

这叫做中频。

中频电压v4再经过中频放大器放大为v5，送入鉴频器，经鉴频得到输出电压v6。

最后v6再经低频放大器放大为v7，送到扬声器中转变为声音信号。

由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。

四、调频接收机的主要技术指标

4.1、接收机的工作频率范围

接收机可以接受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。

频率范围：

535～1065kHz，中频频率：

465kHz。

4.2、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5～30uV。

4.3、选择性

接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（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。

调频收音机的中频干扰应大于50dB。

4.4、信噪比

在电路中某一指定点处的信号功率Ps与噪声功率Pn之比，称为信号噪声比，简称信噪比（signal-noiseratio），以Ps/Pn（或S/N）表示。

4.5、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。

4.6、直流电源

在调频接收机的设计中，才用20V直流电源给电路供电。

五、各部分性能设计

5.1、高频放大电路

高频放大器是用来放大高频信号的器件，在接收机中，高频放大器放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量。

根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用高频功率管做放大器件，而且并联谐振回路作为负载。

这样做的好处是：

（1）回路谐振能抑制干扰；

（2）并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。

如图5.1所示。

图5.1高频放大电路

R6、R7为三极管Q2的偏置电阻，以使其工作在放大区。

VCC=20V，V（BR）>=VCC,输出功率P0=1/2（I0*R5）2,V0=I0*R5,电容C2起隔直耦合作用，C1起隔直作用，Q1、Q3两三极管构成乙类功率放大器，R2、R4的值都取1.0欧，负载R5为8.2欧，最终由R5输出功率。

由仿真结果得，放大器将电压幅值放大20倍。

图5.1a高频放大波形

5.2、本振电路

在本次设计中，采用改进型电容三点式振荡电路。

因为本振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。

所以要求本振电路的输出频率必须很稳定，所以采用了改进型电容三点式。

如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。

振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。

如图5.2所示。

图5.2本振电路

起振条件：

A0*F>1；平衡条件：

A*F=1，ΨA+ΨF=2nπ（n=0,1,2,3,••••••）。

R1、R3为三极管偏置电阻，C1起隔直作用，R3为负载，其上输出电路产生的振荡波。

C3=100pF,C4=200pF，输出振荡波的频率为11MHz。

仿真图形如下：

图5.2a本振波形

5.3、混频器

采用二极管环形混频器，R1、R2的值都为1000欧，V1端输入高频已调信号，V2端输入本振信号，VO输出中频信号。

由图可见，当V2在正半周时，加在D1、D4管上电压为正值，D1、D4管导通，而加在D2、D3管上电压为负值，D2、D3管截止。

同理，当V2在负半周时，D2、D3管导通，D1、D4管截止。

如图5.3所示。

图5.3二极管环形混频电路

由图可知示波器1中A、B通道分别显示的高频放大信号和本振信号，示波器2显示的是混频之后的波形。

图5.3a混频之前高频放大以及本地振荡波形

经过变频器混频之后输出的波形，如图5.3b所示。

图5.3b混频后波形

5.4、中频放大及鉴频电路

中放的作用有两个主要作用：

（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。

差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。

（2）抑制邻近干扰。

对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。

对于高放，因工作频率f0高，通频带BW=f0/QL宽，故高放回路的Q值越高越好，这时不必顾虑BW太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路Q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。

鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。

如图5.4所示，即为中放和鉴频的电路图。

图5.4中放及鉴频电路

图中C1是高频滤波电容，R及C是减重网路，它用来提高抗干扰性。

其作用原理是：

在发射机中用加重网络加重高音，接收时用减重网络削弱高音，于是不存在高音频率失真。

这样一来，减重网路把高音端的干扰削弱了，故接收机的信噪比得以提高；或者说，减重网络压缩了通频带，减小了噪声。

图中电容C上的输出电压在高音时因C的电抗减小而下降。

图5.4a即为中放前和鉴频后的包络。

图5.4a中放及鉴频波形

5.5、低频放大电路

从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，如果是音频信号，可以外加一个喇叭。

低频放大电路如图5.5所示：

图5.5低频放大电路

R1=56千欧、R2=15千欧，分别为Q1的偏置电阻，C1、C2起隔直耦合作用，C3为旁路电容，直流电压源为15V,负载R6上输出经低频放大后的原始信号，由模拟波形可看出放大倍数为100倍。

如下图所示：

图5.5a低频放大输入输出波形

5.6、调频接收机总电路图

如图5.6所示，为调频接收机总电路图：

图5.6调频接收机总电路图

六、心得体会

两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

通过这次通信基本电路课程设计，本人在多方面都有所提高。

了解高频调幅电路的基本结构，提高了计算能力，multisim以及visio绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的指导老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个模块电路的细节和每个数据，都离不开老师您以前课堂上的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。