調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)太原理工大學(xué)

1、課程名稱： 高頻電子線路 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 博學(xué)樓四層 專業(yè)班級(jí)： 電信1201 學(xué)號(hào)：201200 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 梁鳳梅 2015年 1 月 16 日調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)目的、要求通過本課程設(shè)計(jì)與調(diào)試，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，能使學(xué)生建立無線電調(diào)頻接收機(jī)的整機(jī)概念，了解調(diào)頻接收機(jī)整機(jī)基本的調(diào)頻接收機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而正確設(shè)計(jì)，計(jì)算調(diào)頻接收機(jī)的各個(gè)單元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級(jí)。 初步掌握調(diào)頻接收機(jī)的調(diào)整與測(cè)試方法 。 二、調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)2.1工作頻率范圍接收機(jī)可以接受到的無線電波

2、的頻率范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機(jī)的工作頻率必須與發(fā)射機(jī)的工作頻率相對(duì)應(yīng)。如調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88108MH，是因?yàn)檎{(diào)頻廣播收音機(jī)的工作范圍也為88108MHz。2.2靈敏度接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力稱為靈敏度，通常用輸入信號(hào)電壓的大小來表示，接收的輸入信號(hào)越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機(jī)的靈敏度一般為530uV。2.3選擇性接收機(jī)從各種信號(hào)和干擾中選出所需信號(hào)（或衰減不需要的信號(hào)）的能力稱為選擇性，單位用dB（分貝）表示dB數(shù)越高，選擇性越好。調(diào)頻收音機(jī)的中頻干擾應(yīng)大于50dB。2.4頻率特性接收機(jī)的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機(jī)的通頻帶一般為200KHz。

3、2.5輸出功率接收機(jī)的負(fù)載輸出的最大不失真（或非線性失真系數(shù)為給定值時(shí)）功率稱為輸出功率。三、調(diào)頻接收機(jī)組成調(diào)頻接收機(jī)的工作原理天線輸入回路高頻放大混 頻低頻功放中頻放大 本機(jī)振蕩圖一 調(diào)頻接收機(jī)組成框圖一般調(diào)頻接收機(jī)的組成框圖如圖一所示。其工作原理是：天線接受到的高頻信號(hào)，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選頻為f1，再經(jīng)高頻放大級(jí)放大進(jìn)入混頻級(jí)。本機(jī)振蕩器輸出的另一高頻 f2亦進(jìn)入混頻級(jí)，則混頻級(jí)的輸出為含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等頻率分量的信號(hào)。混頻級(jí)的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號(hào)（f2-f1），再經(jīng)中頻放大器放大，獲得足夠高增益，然后鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號(hào)，由低頻功放級(jí)放大。由于天線接

4、收到的高頻信號(hào)經(jīng)過混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機(jī)的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。四、元件清單1. 示波器一臺(tái)、萬用表一塊、低頻信號(hào)源、調(diào)頻信號(hào)發(fā)射模塊、12V直流電源、5V直流電源。2. 集成電路芯片MC3361 、 晶體管3DG12C 、 455KHz陶瓷濾波器、 10.245MHz晶體。3. 變壓器、標(biāo)稱電感、電容、電阻若干。五、單元電路設(shè)計(jì)及仿真5.1高頻小信號(hào)放大電路圖二 高頻功率放大電路共射級(jí)接法的晶體管高頻小信號(hào)放大器如上圖所示。它不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分

5、布參數(shù)等會(huì)影響的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RA2,RA3,RA4及RA6決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。從天線ANTA1接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號(hào)為fs=10.7MHZ的有用信號(hào)，經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大，由CA3、TA1初級(jí)組成的調(diào)諧回路，進(jìn)一步濾除無用信號(hào)，將有用信號(hào)經(jīng)變壓器和CB1耦合進(jìn)入MC3361。5.2混頻電路 因?yàn)橹蓄l比外來信號(hào)頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機(jī)的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復(fù)雜的回路系統(tǒng)或?yàn)V波器進(jìn)行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如

6、果器件僅實(shí)現(xiàn)變頻，振蕩信號(hào)由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。 圖三（a） 二極管環(huán)形混頻電路原理電路 圖三（b） 二極管環(huán)形混頻電路等效電路四個(gè)二極管組成平衡電路如上圖所示。構(gòu)成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號(hào)控制的開關(guān)的狀態(tài)，它是另一類開關(guān)工作的乘法器。二極管雙平衡組件用作雙邊帶調(diào)制電路時(shí)，由于變壓器的低頻響應(yīng)差，調(diào)制信號(hào)一般必須加到 I 端口，載波信號(hào)加到 R 端口，所需雙邊帶信號(hào)從 L 端取出。二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)品已形成完整的系列，它用保證二極管開關(guān)工作所需本振功率電平的高低進(jìn)行分類，其中常用的是 L evel 7 ， L evel 17 ， L evel 23 三種系列，

7、它們所需的本振功率分別為 7dBm(5mW) ， 17dBm(50mW) 和 23dBm(200mW) ，顯然，本振功率電平越高，相應(yīng)的 1dB 壓縮電平也就越高，混頻器的動(dòng)態(tài)范圍也就越大。對(duì)應(yīng)于上述三種系列， 1dB 壓縮電平所對(duì)應(yīng)的最大輸入信號(hào)功率分別為 1dBm(1.25mW) 、 10dBm(10mW) 、 15dBm(32mW) 。 二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬（從幾十千赫到幾千兆赫）、噪聲系數(shù)低（約 6dB ）、混頻失真小、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。 二極管環(huán)形混頻器的主要缺點(diǎn)是沒有混頻增益，端口之間的隔離度較低，其中 L 端口到 R 端口的隔離度一般小于 40dB ，且隨著工作頻率的提

8、高而下降。實(shí)驗(yàn)表明，工作頻率提高一倍，隔離度下降 5dB 。具有如下特點(diǎn)：a、結(jié)構(gòu)上四個(gè)二極管接成環(huán)形。作為混頻時(shí)，環(huán)形的兩個(gè)對(duì)角端AB和CD通過變壓器接入本振信號(hào)VL和有用信號(hào)VS。b、如果電路平衡,則各端口是相互隔離的,即L端口的本振信號(hào)不會(huì)通到R端,R端口的有用信號(hào)不會(huì)竄入L端,有用信號(hào)和本振信號(hào)均不會(huì)通到I端。c、有增益,存在損耗.作為混頻器時(shí),混頻損耗的理論值為4dBd、為調(diào)幅器時(shí),考慮到高頻變壓器的低頻頻率特性差的缺點(diǎn),調(diào)制信號(hào)改從端口輸入,載波信號(hào)從端口輸入,從端輸出振幅調(diào)制信號(hào)。仿真如下：5.3中頻放大電路中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號(hào)加以放大，然后送到檢波器檢波。中

9、頻放大電路對(duì)超外差收音機(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的作用。   下圖（a）是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖（b）為它的交流等效電路。圖中B1、B2為中頻變壓器，它們分別與C1、C2組成輸入和輸出選頻網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還起阻抗變換的作用，因此，中頻變壓器是中放電路的關(guān)鍵元件。     中頻變壓器的初級(jí)線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，由于并聯(lián)諧振回路對(duì)詣?wù)耦l率的信號(hào)阻抗很大，對(duì)非諧振頻率的信號(hào)阻抗較小。所以中頻信號(hào)在中頻變壓器的初級(jí)線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級(jí)放大，對(duì)非諧振頻率信號(hào)壓降很小，幾乎被短路（通常說它只能通過中

10、頻信號(hào)），從而完成選頻作用，提高了接收機(jī)的選擇性。      由LC調(diào)諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶Bf2- f1fd/QL，式中QL是回路的有載品質(zhì)因數(shù)。QL值愈高，選擇性愈好，通頻帶愈窄；反之,通頻帶愈寬，選擇性愈差。中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因?yàn)榫w管共射極電路輸入阻抗低，輸出阻抗高，所以一般用變壓器耦合，使前后級(jí)之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。一般收音機(jī)采用兩級(jí)中放，有3個(gè)中頻變壓器（常稱中周）。第一個(gè)中頻變壓器要求有較好的選擇性，第二個(gè)中頻變壓器要求有適當(dāng)?shù)耐l帶和選擇性，第三個(gè)中頻變壓器要求有足夠的通頻帶和電壓傳輸系數(shù)，由于各中頻變壓器的要求不同

11、，匝數(shù)比不一樣，通常磁帽用不同顏色標(biāo)志，以示區(qū)別，所以不能互換使用。圖四（a）中頻放大電路圖四（b）中頻等效電路仿真：5.4鑒頻電路下圖是回路鑒頻器的原理圖。它是由三個(gè)調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對(duì)稱的兩個(gè)振幅檢波器組成。第一類是調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波,然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波,其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化成線性關(guān)系,然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較,通過低通濾波器取出解調(diào)信號(hào)。因?yàn)橄辔槐容^器通常用乘法器組成,所

12、以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把調(diào)頻信號(hào)通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率相等的單極性等幅脈沖序列,然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值,這就恢復(fù)出與瞬時(shí)頻率變化成正比的信號(hào)。下圖是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個(gè)調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對(duì)稱的兩個(gè)振幅檢波器組成。初級(jí)回路諧振于調(diào)頻信號(hào)的中心頻率 ,其通帶較寬。次級(jí)兩個(gè)回路的諧振頻率分別01 、02 ,并使01 、02 與c成對(duì)稱失諧。即：01 - c = c - 02 。圖五 雙失諧回路鑒頻器的原理圖下圖是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實(shí)線表示第一個(gè)回路的幅頻特性,虛線表示第二個(gè)回路的

13、幅頻特性,這兩個(gè)幅頻特性對(duì)于c 是對(duì)稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的頻率為c 時(shí),兩個(gè)次級(jí)回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓0 = 01 - 02。當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的頻率由c向升高的方向偏離時(shí), 22回路輸出電壓大,而11 回路輸出電壓小,則經(jīng)檢波后01 <02 ,則0 = 01 - 02 < 0。當(dāng)輸入調(diào)頻波信號(hào)的頻率由c向降低方向偏離時(shí), 11回路輸出電壓大, 22回路輸出電壓小,經(jīng)檢波后01 >02 ,則0 = 01 - 02 > 0 。其總鑒頻特性如下圖所示圖六 總鑒頻特性 仿真：5.5 MC3361的功能介紹在本實(shí)驗(yàn)中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混頻、中頻

14、放大、鑒頻、低頻放大等其他功能電路全部由MC3361實(shí)現(xiàn)。MC3361是美國MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片窄帶調(diào)頻接收電路，主要應(yīng)用于語音通訊的無線接收機(jī)。片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開關(guān)電路。主要應(yīng)用在二次變頻的通訊接收設(shè)備。MC3361集成電路采用16腳雙列直插式封裝。它具有較寬的電源電壓范圍(29V)，能在2V低電源電壓條件下可靠地工作，耗電電流小(當(dāng)Vcc=3.6V時(shí)，靜態(tài)耗電電流典型值為2.8mA),靈敏度高(在2.0V輸入時(shí)典型值為3dB)，音頻輸出電壓幅值大。它的內(nèi)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。IC內(nèi)設(shè)置有雙平衡雙差分混頻器、電容

15、三點(diǎn)式本機(jī)振蕩器、六級(jí)差動(dòng)放大器構(gòu)成的調(diào)頻455kHz寬帶中頻限幅放大器、雙差分正交調(diào)頻鑒頻器、音頻放大器及靜噪控制電路。其主要特性如下：a 低功耗（在Vcc=4.0V，耗電典型值僅為3.9mA）b 極限靈敏度：2.6uV(-3bB)（典型值）c 少量的外接元件d 工作電壓：2.08.0Ve DIP16和SO-16兩種封裝形式f 工作頻率：60MHz(max)MC3361內(nèi)部電路如下 :MC3361的內(nèi)部振蕩電路與Pin1和Pin2的外接元件組成第二本振級(jí)，第一中頻IF輸入信號(hào)10.7MHz從MC3361的Pin16輸入，在內(nèi)部第二混頻級(jí)進(jìn)行混頻，其差頻

16、為：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中頻信號(hào)。     第二中頻信號(hào)由Pin3輸出，由455kHz陶瓷濾波器選頻，再經(jīng)Pin5送入MC3361的限幅放大器進(jìn)行高增益放大，限幅放大級(jí)是整個(gè)電路的主要增益級(jí)。Pin8的外接元件組成455kHz鑒頻諧振回路，經(jīng)放大后的第二中頻信號(hào)在內(nèi)部進(jìn)行鑒頻解調(diào)，并經(jīng)一級(jí)音頻電壓放大后由Pin9輸出音頻信號(hào)。     Pin12Pin15為載頻檢測(cè)和電子開關(guān)電路，通過外接少量的元件即可構(gòu)成載頻檢測(cè)電路，用于調(diào)頻接收機(jī)的靜噪控制。MC3361內(nèi)部還置有一

17、級(jí)濾波信號(hào)放大級(jí)，加上少量的外接元件可組成有源選頻電路，為載頻檢測(cè)電路提供信號(hào)，該濾波器Pin10為輸入端，Pin11為輸出端。Pin6和Pin7為第二中放級(jí)的退耦電容。5.6完整的電路圖仿真結(jié)果： 六、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及記錄(1).按下開關(guān)，調(diào)試好小信號(hào)放大單元電路，調(diào)試好高頻功率放大單元電路。(2).連接好發(fā)射電路和接收電路（連LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1），同時(shí)用實(shí)驗(yàn)箱所配的天線（一端帶夾子的導(dǎo)線）分別將發(fā)射單元的天線ANTE1和本實(shí)驗(yàn)單元天線ANTA1連好.(3).在不加調(diào)制信號(hào)的情況下，接通發(fā)射電路和接收電路的電源，調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管單元的L84，用示波

18、器探頭測(cè)量TTB2，當(dāng)TTB2處有455 KHz的信號(hào)輸出時(shí)，說明調(diào)頻單元的工作頻率在10.7MHz附近。此時(shí)從處加入1KHz，峰峰值為100mV左右的調(diào)制信號(hào)，則從TTB1處用示波器可觀測(cè)到輸出的解調(diào)波。(4).當(dāng)從TTB1處觀察鑒頻輸出信號(hào)，此時(shí)如果波形失真可以微調(diào)LB1和微調(diào)L84。注意觀察鑒頻信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率是否一致，幅度大小與調(diào)制頻偏的關(guān)系（調(diào)制頻率可以通過改變調(diào)制信號(hào)大小來改變）。如果TTB1處的信號(hào)失真，一般要考慮是否調(diào)制信號(hào)幅度過大以及變?nèi)荻O管調(diào)頻產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)的中心頻率偏高10.7MHz太遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)記錄：七、課設(shè)總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)的過程中，需要經(jīng)過仔細(xì)反復(fù)去實(shí)踐，在每一個(gè)不正確的過程中去查找原因。而且在現(xiàn)實(shí)中接收天線所收到的電磁波很微弱。為了提高接收機(jī)的靈敏度，可在檢波器之前加一級(jí)至幾級(jí)高頻小信號(hào)放大器，即直接放大式接收機(jī)，然后再檢波。檢波之后，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)牡皖l放大，最后送到揚(yáng)聲器或耳機(jī)中轉(zhuǎn)為聲音。