理工科-調(diào)頻收音機的設(shè)計

1、 課程題目： 調(diào)頻收音機的設(shè)計 學(xué) 院：萬方科技學(xué)院 系 別：電氣與自動化工程系 專業(yè)班級：07電信二班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 2010年06月20日目錄 1第1章 設(shè)計目的 2第2章 調(diào)頻收音機的主要技術(shù)指標 2第3章 調(diào)頻接收機組成 2第4章 單元電路設(shè)計3 4.1 高頻功率放大電路 4 4.2 混頻電路 4 4.3 中頻放大電路 7 4.4 鑒頻電路 9 4.5 MC3361的功能介紹10第 5 章 實驗內(nèi)容 14第 6 章 設(shè)計總結(jié) 15第 7 章 參考書目 15設(shè)計目的：通過本課程設(shè)計與調(diào)試，提高動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，能建立無線電調(diào)頻接收機的整機概念，了解調(diào)頻接收機

2、整機各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算調(diào)頻接收機的單各元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級。初步掌握調(diào)頻接收機的調(diào)整及測試方法。調(diào)頻接收機的主要技術(shù)指標調(diào)頻接收機的主要技術(shù)指標有：1工作頻率范圍接收機可以接受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發(fā)射機的工作頻率相對應(yīng)。如調(diào)頻廣播收音機的頻率范圍為88108MH，是因為調(diào)頻廣播收音機的工作范圍也為88108MHz2靈敏度接收機接收微弱信號的能力稱為靈敏度，通常用輸入信號電壓的大小來表示，接收的輸入信號越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機的靈敏度一般為530uV。3選

3、擇性接收機從各種信號和干擾中選出所需信號（或衰減不需要的信號）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)頻收音機的中頻干擾應(yīng)大于50dB。4頻率特性接收機的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機的通頻帶一般為200KHz。5輸出功率接收機的負載輸出的最大不失真（或非線性失真系數(shù)為給定值時）功率稱為輸出功率。調(diào)頻接收機組成調(diào)頻接收機的工作原理：天線輸入回路高頻放大混 頻低頻功放中頻放大 本機振蕩圖3-1 頻接收機的組成一般調(diào)頻接收機的組成框圖如圖3-1所示。其工作原理是：天線接受到的高頻信號，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選頻為f1，再經(jīng)高頻放大級放大進入混頻級。本機振蕩器輸出的另一高

4、頻 f2亦進入混頻級，則混頻級的輸出為含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等頻率分量的信號?；祛l級的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號（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，由低頻功放級放大。由于天線接收到的高頻信號經(jīng)過混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。單元電路設(shè)計1. 高頻功率放大電路圖4-1高頻功率放大電路高頻功率放大電路如圖4-1所示, 他不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負載為LC并聯(lián)諧振回路。其具體的工作原理如下：從天線ANTA1接收到的高頻信號經(jīng)過CA1、CCA1、

5、LA1組成的選頻回路，選取信號為fs=10.7MHZ的有用信號，經(jīng)晶體管QA1進行放大，由CA3、TA1初級組成的調(diào)諧回路，進一步濾除無用信號，將有用信號經(jīng)變壓器和CB1耦合進入ICB1(MC3361).2. 混頻電路因為中頻比外來信號頻率低且固定不變，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)或濾波器進行選頻。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。如果器件僅實現(xiàn)變頻，振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。二極管環(huán)形混頻電路 圖 4-2 二極管環(huán)形混頻電路 （ a ）原理電路 （ b ）等效電路A 、原理電路及其

6、等效電路：如圖4-2 （ a ）、（ b ）所示。   對于圖4-2（ a ）所示電路，通常將 信號輸入端口稱之為 R 端口 ， 本振電壓輸入端口稱之為 L 端口， 中頻輸出信號端口稱之為 I 端口 。 需要說明的是： 二極管雙平衡組件用作雙邊帶調(diào)制電路時，由于變壓器的低頻響應(yīng)差，調(diào)制信號一般必須加到 I 端口，載波信號加到 R 端口，所需雙邊帶信號從 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行分類，其中常用的是 L evel 7 ， L evel 17 ， L evel 23 三種系列，它們所需的本振功率分別為 7dBm(5m

7、W) ， 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，混頻器的動態(tài)范圍也就越大。對應(yīng)于上述三種系列， 1dB 壓縮電平所對應(yīng)的最大輸入信號功率分別為 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、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。 二極管環(huán)形混頻器的主要缺點是沒有混頻增益，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高而下降。實驗表明，工作頻率提高一倍，隔

8、離度下降 5dB 。 B 、原理分析   電路工作條件：二極管伏安特性為過原點斜率等于 的直線；輸入電壓中， ， ，且 ，此時，二極管將在 的控制下輪流工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。   由圖4-2 (a) 知，流過負載 的總電流為： 當 時，二極管 D 3 、 D 2 導(dǎo)通， D 1 、 D 4 截止，相應(yīng)的等效電路為圖4-2 (c) ：列出的 KVL 方程為：     所以，流過各二極管的電流為： 圖4-2 (c) （ 4.2.3 ） 流過負載的總電流為： （ 4.2.4 ） 當 0 時，二極管 D

9、 1 、 D 4 導(dǎo)通， D 3 、 D 2 截止，相的等效電路如圖4-2 (d) 圖4-2 (d)列出的 KVL 方程為： 流過各二極管的電流為： （ 4.2.5 ）流過負載的總電流為： （ 4.2.6 ） 在 的整個周期內(nèi)，流過負載的總電流可以表示為： （ 4.2.7 ） 利用開關(guān)函數(shù)，可以將上式表示為： 即： （ 4.2.8 ） 由此可見，電流中包含的頻率分量為： 中的有用中頻分量為 （ 4.2.9 ） 電路特點 ：若二極管特性一致，變壓器中心抽頭上、下又完全對稱，則環(huán) 形電路的最重要特點就是 各端口之間有良好的隔離 。 C 、插入損耗 根據(jù)定義，由圖 4-2(a) 知，流過輸入信號源端

10、的電流為 將式（ 4.2.4 ）和（ 4.2.6 ）代入上式中得： 所以接在信號源端的等效負載電阻為： 若令 ，實現(xiàn)功率匹配，信號源提供的信號功率最大，為 輸出端輸出的中頻電壓幅值為 相應(yīng)的輸出中頻功率為： 因此，電路的插入損耗為： 實際二極管環(huán)形混頻器各端口的匹配阻抗均為 50 。應(yīng)用時，各端口都必須接入濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，分別實現(xiàn)混頻器與輸入信號源、本振信號源、輸出負載之間的阻抗匹配。 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加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標起著極其重要的作用。圖Z1008（a）是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖

11、Z1008（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。中頻變壓器的初級線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，它諧振于中頻465kHz。由于并聯(lián)諧振回路對詣?wù)耦l率的信號阻抗很大，對非諧振頻率的信號阻抗較小。所以中頻信號在中頻變壓器的初級線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級放大，對非諧振頻率信號壓降很小，幾乎被短路（通常說它只能通過中頻信號），從而完成選頻作用，提高了收音機的選擇性。由LC調(diào)諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶Bf2- f1 ，見圖Z1009。式中QL是回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

12、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。因為晶體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，使前后級之間實現(xiàn)阻抗匹配。一般收音機采用兩級中放，有3個中頻變壓器（常稱中周）。第一個中頻變壓器要求有較好的選擇性，第二個中頻變壓器要求有適當?shù)耐l帶和選擇性，第三個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，匝數(shù)比不一樣，通常磁帽用不同顏色標志，以示區(qū)別，所以不能互換使用。 實際電路中常采用具有中間抽頭的并聯(lián)諧振回路,如圖Z1010（a）所示。（b）是它的等效電路，可以看出，它是由兩個阻抗性質(zhì)不同的支路

13、組成。由于L1、L2都繞在同一磁芯上，實際上是一個自耦變壓器。利用變壓器的阻抗變換關(guān)系，可求得等效諧振電路的諧振阻抗：ZOB0（）2ZAB0（）2ZAB0（式中NN1N2為電感線圈的總匝數(shù)）。即具有抽頭并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗ZOB0等于沒有抽頭的諧振阻抗ZAB0的倍。由于1，所以ZOB0ZAB0，適當選擇變比可取得所需求的ZOB0，從而實現(xiàn)阻抗匹配。     上述中放電路結(jié)構(gòu)簡單，回路損耗小，調(diào)試方便，所以應(yīng)用廣泛。4.鑒頻電路實現(xiàn)調(diào)頻信號解調(diào)的鑒頻電路可分為三類,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)頻波瞬時頻

14、率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波,然后用振幅檢波器進行振幅檢波。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)頻波進行相位比較,通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因為相位比較器通常用乘法器組成,所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)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時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)出與瞬時頻率變化成正比的信號。圖4-3是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。初

15、級回路諧振于調(diào)頻信號的中心頻率 ,其通帶較寬。次級兩個回路的諧振頻率分別01 、02 ,并使01 、02 與c成對稱失諧。即:01 - c = c - 02 。圖4-3 雙失諧回路鑒頻器的原理圖圖4-4左邊是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實線表示第一個回路的幅頻特性,虛線表示第二個回路的幅頻特性,這兩個幅頻特性對于c 是對稱的。當輸入調(diào)頻信號的頻率為c 時,兩個次級回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓0 = 01 - 02當輸入調(diào)頻信號的頻率由c向升高的方向偏離時, 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。當輸入調(diào)

16、頻波信號的頻率由c向降低方向偏離時, 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 。其總鑒頻特性如圖4-4所示 (見下頁)圖4-4 總鑒頻特性5.MC3361的功能介紹：在本實驗中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放大等其他功能電路全部由MC3361實現(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。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。其主要特性如下： &

17、#183; 低功耗（在Vcc=4.0V，耗電典型值僅為3.9mA） · 極限靈敏度：2.6uV(-3bB)（典型值） · 少量的外接元件 · 工作電壓：2.08.0V · DIP16和SO-16兩種封裝形式 · 工作頻率：60MHz(max)MC3361結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示（見下頁）圖4-5 MC3361結(jié)構(gòu)框圖 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Vcc=3.6V時，靜態(tài)耗電電流典型值為2.8mA),靈敏度高(在2.0V輸入時典型值為3dB)，音

18、頻輸出電壓幅值大。它的內(nèi)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示。IC內(nèi)設(shè)置有雙平衡雙差分混頻器、電容三點式本機振蕩器、六級差動放大器構(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MC3361外形圖如圖4-6所示 圖4-6 MC3361外形MC3361單片窄帶調(diào)頻接收電路工作原理：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，第一中頻IF輸入信號10.7MHz從MC3361的Pin16輸入，在內(nèi)部第二混頻級進行混頻，其差頻為：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中頻信號。第二中頻信號由Pin3輸出，由455kH

19、z陶瓷濾波器選頻，再經(jīng)Pin5送入MC3361的限幅放大器進行高增益放大，限幅放大級是整個電路的主要增益級。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在內(nèi)部進行鑒頻解調(diào)，并經(jīng)一級音頻電壓放大后由Pin9輸出音頻信號。 Pin12Pin15為載頻檢測和電子開關(guān)電路，通過外接少量的元件即可構(gòu)成載頻檢測電路，用于調(diào)頻接收機的靜噪控制。MC3361內(nèi)部還置有一級濾波信號放大級，加上少量的外接元件可組成有源選頻電路，為載頻檢測電路提供信號，該濾波器Pin10為輸入端，Pin11為輸出端。Pin6和Pin7為第二中放級的退耦電容。MC3361窄帶調(diào)頻接收電路如圖4-6所示圖4-6 MC3361窄帶調(diào)頻接收電路MC3361的極限參數(shù)如下表MC3361的極限參數(shù)(Ta=25)名稱引腳位置標識符極限值單位電源電壓4Vcc(max)10V(DC)工作電壓范圍4Vcc48V(DC)檢波輸入電壓8-1Vp-p輸入電壓16V161VRMS靜噪功能14V14-0.55.0Vpk焊接溫度-Tj150工作周圍溫度范圍-TA-30+70儲藏溫度-Tstg-65+1506.整體電路圖綜合上述15可得其整體電路圖如圖4-7所示圖4-7 整體電路圖實驗內(nèi)容(1).按下開關(guān)KA1、KB2，調(diào)試好小信號調(diào)諧放大單元電路，調(diào)試好高頻功率放大單元電路。(2).連接好發(fā)射