通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 調(diào)頻接收機(jī)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱： 通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 莫佳佳 學(xué) 號： 201216020108 專業(yè)班級： 通信12101 指導(dǎo)教師： 邵湘怡 完成時間： 2015年12月17日 評閱意見： 評閱教師 日期 報(bào)告成績： 摘 要本次課程設(shè)計(jì)，其目的是得到一個簡易的調(diào)頻接收機(jī)。所謂調(diào)頻接收機(jī)，是指將所要接收的電臺在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過電路本身的作用，就變成另外一個預(yù)先確定好的頻率，然后再進(jìn)行放大和檢波。這個固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的。在調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將其分為選頻網(wǎng)絡(luò)、高頻放大、變頻、解調(diào)、低放和低頻功放六個部分。但是在設(shè)計(jì)時必須全面考慮，妥善處理一些相互牽制的矛盾

2、，特別要抓住主要矛盾（穩(wěn)定性、選擇性、失真等），才能使得接收機(jī)有較好的指標(biāo)。接收機(jī)能夠大大提高接收機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。提高了動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，能建立無線電調(diào)頻接收機(jī)的整機(jī)概念，了解調(diào)頻接收機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算調(diào)頻接收機(jī)的單各元電路。 關(guān)鍵詞：調(diào)頻;混頻;鑒頻目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.1調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)11.2 設(shè)計(jì)思路22 調(diào)頻接收機(jī)系統(tǒng)原理分析32.1 調(diào)頻原理32.2 調(diào)頻接收機(jī)原理43 設(shè)計(jì)內(nèi)容5 3.1 高頻小信號放大電路5 3.1.1工作原理5 3.1.2高頻小信號放大電路圖及仿真圖5 3.2本地振蕩回路7 3.2.1工作

3、原理7 3.2.2本地振蕩電路圖及仿真圖7 3.3 混頻電路8 3.3.1工作原理8 3.3.2一次混頻原理圖及仿真圖9 3.4 二次混頻10 3.4.1原理圖及仿真圖10 3.5斜率鑒頻器雙失諧回路11 3.5.1工作原理11 3.5.2鑒頻電路圖及仿真圖12 3.6低頻放大電路13結(jié)束語14參考文獻(xiàn)15附 錄16III1設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)頻接收機(jī)經(jīng)歷了電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模集成電路四個階段，他們的原理框圖大同小異。 對于超外差接收機(jī)，由接收天線、高頻帶通濾波器、高頻放大器、本振、混頻、陶瓷濾波器、包絡(luò)檢波器、低放及功放還有聲器等組成。1.1調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1.工作頻率范圍

4、接收機(jī)可以接受到的無線電波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.靈敏度在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制（如調(diào)制頻率f=1 kHz 、頻偏fm =5kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz ）條件下，使接收機(jī)輸出端為額定音頻功率和規(guī)定信噪比的輸入信號電平，稱為靈敏度。接受的輸入信號電平越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機(jī)的靈敏度為50µV。3.中頻選擇性接收機(jī)6dB帶寬和帶外的抑制能力稱為中額選擇性，一般調(diào)頻收音機(jī)的中頻6dB帶寬為±100kH

5、z,±200kHz處的帶寬抑制能力應(yīng)大于40dB，手機(jī)中頻6dB帶寬為±5kHz，±10kHz處的帶寬抑制能力應(yīng)大于40dB。4.中頻抑制比接收機(jī)對輸入信號為本機(jī)中頻信號fi的抑制能力稱為中頻抑（IFR）IFR=20(VIF/VS) ，式中VS是輸入靈敏度電平，VIF是使輸出功率為額定值的輸入中頻信號電平，單位用dB（分貝）表示dB數(shù)越高，中頻抑制能力越強(qiáng)。頻率fj比本振頻頻率高一個中頻fi，它與本振頻率fo之差仍等于中頻fI，fj =fo+fi=fs+2fi，fs是接收機(jī)工作頻率。5音頻響應(yīng) 接收機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制（如調(diào)制頻率f=1kHz 、頻偏fm=5kHz或25k

6、Hz、50 kHz、75 kHz）和標(biāo)準(zhǔn)輸入信號電平（如靈敏度或兩倍靈敏度）下音頻輸出電平和調(diào)制頻率的輸出關(guān)系，稱音頻響應(yīng)。6額定輸出功率 接收機(jī)的負(fù)載上獲得的規(guī)定的（由接收機(jī)指標(biāo)規(guī)定）不失真（或非線性系統(tǒng)為給定值時）功率，稱額定輸出功率。本次設(shè)計(jì)的基本要求是：1、 工作頻率；2、 輸出功率；3、靈敏度為。1.2 設(shè)計(jì)思路根據(jù)此次課程設(shè)計(jì)的要求，我設(shè)計(jì)的是一個簡易的調(diào)頻接收機(jī)。整個電路由五部分組成，分別為高頻放大、混頻、本振、鑒頻和低頻放大。其中中頻部分由二次混頻得到。（1）高頻放大：高頻放大器是用來放大高頻信號的器件（在接收機(jī)中，高放所放大的對象是已調(diào)信號，它除載頻信號外還有邊頻分量）。根據(jù)

7、高放的對象是載頻信號這一情況，一般采用管子做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號諧振在信號載頻（若有邊頻分量，便要設(shè)計(jì)回路的通頻帶能通過邊頻，使已調(diào)信號不失真）。這樣做的好處是：a.回路諧振能抑制干擾；b.并聯(lián)回路諧振時，其阻抗很大，從而可輸出很大的信號。 （2）本振：本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號混頻，得到一個中頻信號。 （3）混頻：混頻是將高頻放大信號和本振信號混合，輸出一個中頻信號，在調(diào)頻電路中，本振信號必須是獨(dú)立的，這是與調(diào)幅電路最大的一個區(qū)別?；祛l電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)這種搬移。

8、（4）鑒頻：在本次設(shè)計(jì)中采用的是斜率鑒頻器。 （5）低放：一般從鑒頻器輸出的信號都比較小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來實(shí)現(xiàn)這一功能。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是音頻信號，所以采用運(yùn)算放大器效果比較好。2 調(diào)頻接收機(jī)系統(tǒng)原理分析2.1 調(diào)頻原理調(diào)頻（FM） 就是用高頻載波信號的頻率來裝載音頻信號，即用音頻信號（調(diào)制信號）來調(diào)制高頻載波信號的頻率，從而使原為等幅恒頻的高頻載波信號的頻率隨著調(diào)制信號的幅度而變化，但其幅值不變（如圖1所示）。頻率被音頻信號調(diào)制過的高頻信號叫已調(diào)頻信號，簡稱調(diào)頻信號。調(diào)幅信號和調(diào)頻信號統(tǒng)稱為已調(diào)制信號，或簡稱為已調(diào)信號。 圖1 調(diào)頻波2.2

9、調(diào)頻接收機(jī)原理天線接受到的高頻信號，經(jīng)過輸入調(diào)諧回路選頻為f1，再經(jīng)高頻放大器放大，進(jìn)入混頻器；本機(jī)振蕩器輸出的另一高頻信號f2亦進(jìn)入混頻器，則混頻器的輸出為含有f1、f2、(f1 f2)、(f2- f1)等頻率分量的信號?；祛l器的輸出接有選頻回路，選出中頻信號(f2- f1)，再經(jīng)中頻放器放大，獲得足夠高的增益，然后經(jīng)過鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號，再由低頻功放級放大，驅(qū)動揚(yáng)聲器。從天線接受到的高頻信號經(jīng)過混頻初成為固定的中頻f2- f1，故成為超外差式接收機(jī)。這種接收機(jī)的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。圖2為本次設(shè)計(jì)的調(diào)頻接收機(jī)的基本原理框。圖2 調(diào)頻接收機(jī)基本原理框圖3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.

10、1 高頻小信號放大電路3.1.1工作原理高頻放大器是用來放大高頻信號的器件，高頻放大器與低頻相比較，它的工作頻率高，但整個工作頻帶寬度比較窄。在接收機(jī)中，高頻放大器放所放大的對象是已調(diào)信號，它除載頻信號外還有邊頻分量。根據(jù)高放的對象是載頻信號這一情況，一般采用晶體管做放大器件，而且用并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載，讓信號諧振在信號載頻。對于高頻小信號放大器來說，由于信號小，可以認(rèn)為它工作在晶體管的線性范圍內(nèi)。允許把晶體管看成線性元件，可以看成有源線性四端網(wǎng)絡(luò)。對高放的主要要求是:(1) 工作穩(wěn)定：放大器可能會產(chǎn)生正反饋，它影響放大器的穩(wěn)定工作，嚴(yán)重時，會引起振蕩，使放大器變成振蕩器，從而完全破壞了放大器

11、的正常工作。因此，在正常工作中要保證放大器遠(yuǎn)離振蕩狀態(tài)而穩(wěn)定的工作。（2）選擇性好，有一定的通頻帶。（3）失真小，增益高，并且工作頻率變化時增益變動不應(yīng)過大，工作頻率越高，晶體管的放大能力越小，增益越低。增益變化太大時，則靈敏度相差將很懸殊。（4）噪聲系數(shù)小，盡量減小本級的內(nèi)部噪聲。3.1.2高頻小信號放大電路及仿真圖 圖3高頻放大電路R4、R5為三極管Q1的偏置電阻，以使其工作在放大區(qū)。VCC=12V，V(BR)>=VCC, 輸出電壓: 輸出功率： 電容C1起隔直耦合作用，C3起隔直作用，Q2、Q3兩三極管構(gòu)成乙類功率放大器，R7、R8的值都取1.0歐，負(fù)載R9為8.2歐，最終由R9輸

12、出功率。由仿真結(jié)果得，放大器將電壓幅值放大20倍左右。圖4高頻放大電路仿真圖3.2本地振蕩回路3.2.1工作原理本振電路采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路。因?yàn)楸菊耠娐返妮敵鲱l率要與高頻放大電路的輸出信號進(jìn)行混頻，得到一個中頻信號。所以要求本振電路的輸出頻率必須很穩(wěn)定。所以采用石英晶體振蕩器。如果本振電路的輸出不穩(wěn)定，將引起變頻器輸出信號的大小改變，振蕩頻率的漂移將使中頻改變。振蕩器的振幅與振蕩管的特性以及反饋電路的特性有關(guān)。3.2.2電容三點(diǎn)式電路圖及仿真圖圖5本振蕩回路電路 回路諧振電容 : 由以上可知諧振頻率 : 對于提高振蕩電路的穩(wěn)定度有以下幾種方法：（1） 提高回路的Q值。Q值高，可使頻率

13、穩(wěn)定?；芈稱值主要由電感的Q值決定，故要提高電感的Q值。為此應(yīng)盡量減小損耗而加大特性電阻。不過，的提高有一定限制，L太大時，損耗也大，而且C太小時并聯(lián)在回路中散電容可與C相比擬，雜散電容將顯著影響頻率的穩(wěn)定。 （2）減小負(fù)載的影響。減小振蕩回路和負(fù)載間的耦合程度可減弱負(fù)載的影響，不過這時傳送到負(fù)載上的振蕩信號也小了，故振蕩要求更強(qiáng)。在振蕩器和負(fù)載之間加一級射極輸出器可改善負(fù)載對振蕩器的影響，因射極輸出器之輸入阻抗較高，隔離作用較好，同時不增加振蕩功率的要求。圖6本地振蕩仿真圖 3.3 混頻電路3.3.1工作原理混頻器是一個變頻電路，一般用相乘器，高頻放大電路和本地振蕩電路的輸出信號加到混頻器的

14、輸入端，得到一個差頻。調(diào)諧回路的輸出，進(jìn)入混頻級的是高頻調(diào)制信號，即載波與其攜帶的調(diào)制信號。經(jīng)過混頻，輸出載波的波形變得很稀疏其頻率降低了，但音頻信號的形狀沒有變。通常將這個過程 ( 混瀕和本振的作用 ) 叫做變頻。從頻譜觀點(diǎn)上來看，混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真的從的位置上，因此，混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可用相乘器和帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)這種搬移。如圖7所示:圖7 頻譜電路 混頻電路的原理是：把本機(jī)振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號f1，與輸入回路選擇出來的廣播電臺的高頻已調(diào)波信號f2同時加到非線性元件的輸入端。利用元件的非線性作用（晶體管的非線性作用）進(jìn)行混頻?；祛l結(jié)果：輸出頻率為f1、f

15、2以及頻率為f1+f2、f1f2、高次諧波等多種信號。在本次設(shè)計(jì)中我們采用晶體三極管混頻器，晶體三極管環(huán)型混頻器的優(yōu)點(diǎn)是工作頻帶寬，可達(dá)到幾千兆赫，噪聲系數(shù)低，混頻失真小，動態(tài)范圍等，但其主要缺點(diǎn)就是沒有混頻增益。由于混頻器處于接收機(jī)的前端，它的噪聲電平高低對整機(jī)有較大的影響，因此要求混頻器的噪聲系數(shù)越小越好。 3.3.2一次混頻電路原理圖及仿真圖 圖8 晶體管混頻電路 圖9 晶體管混頻電路仿真圖3.4 二次混頻3.4.1原理圖及仿真圖 二次混頻原理與一次混頻相同，我們將二次混頻本振頻率改為6.9MHz，輸入的是一次混頻輸出的頻率6.45MHz，所以經(jīng)混頻電路得到的頻率應(yīng)為450KHz的調(diào)制信

16、號。 圖10二次混頻電路 圖11二次混頻仿真波形3.5斜率鑒頻器雙失諧回路3.5.1工作原理 調(diào)頻信號的的解調(diào)稱為頻率檢波，也稱鑒頻，其作用是把包含在調(diào)頻信號頻率中的原調(diào)制信號檢出。調(diào)頻波經(jīng)兩個失諧回路轉(zhuǎn)換為兩個調(diào)幅-調(diào)頻波，再經(jīng)各自的包絡(luò)檢波器，得到兩反相的輸出信號，然后合成得到總的輸出信號。3.5.3鑒頻器電路圖及仿真圖圖12 斜率鑒頻器電路 圖13斜率鑒頻器仿真波形3.6 低頻放大電路從檢波器解調(diào)出的輸出信號一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路，把信號放大到所需要的大信號，然后再輸出。電路如圖14所示：圖14 低頻放大電路圖15 低頻放大仿真波形 電壓增益Av根據(jù)虛短和虛斷的概

17、念: 由圖可知: 由此可得增益： 結(jié)束語通過這次對調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的過程，也讓我了解了關(guān)于調(diào)頻接收機(jī)的原理與設(shè)計(jì)理念。實(shí)際接線中有著各種各樣的條件制約，不可能與理想情況完全一致，。所以，在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。 我深刻體會到實(shí)際動手操作與書本理論知識有很大的反差，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。在設(shè)計(jì)中遇到很多困難，通過上網(wǎng)和查找書本相關(guān)內(nèi)容而慢慢