超外差式調頻(FM)收音機(硬件部分)

1、學校代碼： 10128學 號：201310203045 課程設計報告（ 題 目：超外差式調頻（FM）收音機（硬件部分） 學生姓名： 學 院：信息工程學院 系 別：電子系 班 級：電子13-1指導教師：楊玉蘭二 一 六 年 一 月目 錄第一部分 調頻收音機原理及電路組成1一、調頻收音機原理11頻率調制12 調頻收音機原理2二、調頻收音機電路組成2三、調頻收音機主要芯片3（一） 調頻高頻/混頻電路TA7358AP3（二） 中頻放大器MC13504（三） 運算放大器TL0827（四） 乘法器MC14968（五） 音頻功放LM3869第二部分 調頻收音機的個單元電路設計與電路功能驗證11一、 高頻及混

2、頻電路設計與電路功能驗證11（一） 高頻及混頻電路11（二） 混頻數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結果分析12二、中頻放大電路設計與電路功能驗證13（一） 中頻放大電路13（二） 中放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結果分析14三、鑒頻及低頻放大電路設計與電路功能驗證14（一） 鑒頻及低頻放大電路設計14（二） 鑒頻及低放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結果分析15第三部分 單元電路級聯(lián)與收音機效果驗收16一、收音機效果驗收16三、課程設計體會及建議16第一部分 調頻收音機原理及電路組成一、調頻收音機原理1頻率調制調頻（FM）是用音頻信號去調制高頻載波的頻率，使高頻載波的瞬時頻率隨調制信號而有規(guī)律的變化，載波的幅度保持不變。已調波頻率變化的大小由調制信號的大

3、小決定，變化的周期由調制信號的頻率決定。已調波的振幅保持不變。調頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調頻波用英文字母FM表示。設調制信號為：載波信號為：調頻時，載波電壓振幅度Ucm不變，而載波瞬時間頻率則隨調制信號規(guī)律變化，即為：式中為載波角頻率，又稱為調頻波中心頻率；為比例常數(shù)表示載波頻率變化隨調制信號變化的程度大小。其值由調頻電路決定，單位是弧度/秒·伏（rad/s·v）；為瞬時角頻率相對于中心頻率的頻率偏移，簡稱頻偏。調頻后載波瞬時相位也會產生變化，其瞬時相位為 式中，ct 為未調頻時載波相位；為調頻后，瞬時相位相對于的相位偏移。 調頻波的數(shù)字表示式為 根據(jù)上式

4、可畫出調頻波的波形圖，如圖一所示。圖一 調頻從調頻波形可見，調頻波振幅保持不變。調頻波的頻率跟隨信號的變化規(guī)律而改變。即當調制信號幅度最大時，調頻波最密，頻率最大；而當調制信號負的絕對值最大時，調頻波最稀疏，頻率最低。調頻制無線電廣播多用超短波(甚高頻)無線電波傳送信號，使用頻率約為87MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。2 調頻收音機原理 收音機的原理是把從天線接受到的高頻信號，經檢波還原成音頻信號，送到揚聲器變成音波。是把接收到的電臺高頻信號，用一個變頻級電路將它轉化為頻率固定的中頻信號，然后再對這個中頻信號進行多級放大，再檢波，低放。由于不同頻率的無線電波用途較廣、接受的電波較多

5、，所以音頻信號就會互相干擾，導致音響效果不好，所以當要選擇所需的電臺并把不要的信號“濾掉”，以免產生干擾，所以在我們收聽廣播時，使用選臺按鈕。由于中頻固定，且頻率比高頻已調信號低，中放的增益可以做的較大，工作較穩(wěn)定，通頻帶特性也可做的理想、這樣可以使檢波器獲得足夠大的信號，從而使整機輸出音質較好的音頻信號,所以中頻調諧放大電路可以做到選擇性好、增益高又不易自激。這樣靈敏度和選擇性都可大幅度改善，而且可使整個波段接受靈敏度均勻。二、調頻收音機電路組成 超外差式FM收音機原理框圖如圖二所示：收音機通過調諧回路選出所需的電臺，送到變頻器與本機振蕩電路送出的本振信號進行混頻，然后選出差頻作為中頻輸出（

6、我國規(guī)定的FM中頻為10.7MHZ），中頻信號經過檢波器檢波后輸出調制信號（低頻信號），調制信號（低頻信號）經低頻放大、功率放大后獲得足夠的電流和電壓，即功率，再推動喇叭發(fā)出響的聲音。 圖二 FM收音機原理框圖要求：闡述調頻收音機的工作過程，畫出各階段信號的波形及頻譜圖。（高頻、中頻、低頻）三、調頻收音機主要芯片（1） 調頻高頻/混頻電路TA7358AP1. TA7358芯片簡介 TA7358在超外差式調頻（FM）收音機中做調頻段高放/混頻電路。其性能、參數(shù)如下： 單列直插9腳封裝; 工作電壓=1.66V,最大值=8V; 電源電流=5.2mA,靜態(tài)電流=5.2mA; 允許功耗=500mW; 本

7、停振電壓=0.9V; 本振電壓=150350mV; 限幅靈敏度=37dBu; 變頻增益=31dB,工作溫度=-2070,貯存溫度=-55125。2. TA7358內部電路分析1) 內部框圖（英文）圖1.3.1 TA7358內部框圖（英文）2) 內部框圖（中文） 圖1.3.2 TA7358內部框圖（中文）3) 內部電路3圖a 圖b 圖c4) 管腳用途分析 為射頻輸入、外接旁路電容接地、為射頻輸出、為混頻輸入、接地、為混頻輸出、和外接本地振蕩，使得圖c構成電容三點式、接VCC（2） 中頻放大器MC13501. MC1350芯片簡介 The MC1350 is an integrated circu

8、it featuring wide range AGC for use as an IF amplifier in radio and TV over an operating temperature range of 0° to +75°C. Power Gain: 50 dB Typ at 45 MHZ 50 dB Typ at 58 MHZ AGC Range: 60 dB Min, DC to 45 MHz Nearly Constant Input & Output Admittance over the Entire AGC Range Y21 Cons

9、tant ( ±3.0 dB) to 90 MHz Low Reverse Transfer Admittance: < < 1.0 mmho Typ 12 V Operation, Single±Polarity Power Supply mc1350是集成電路具有寬范圍AGC作為中頻放大器在廣播和電視在0°操作溫度范圍為±75°C.功率增益：在45兆赫，50分貝典型在58兆赫，50分貝典型增益范圍：60分貝時，直流到45 MHz幾乎恒定的輸入和輸出在整個AGC范圍導納Y21常數(shù)（±3分貝）90兆赫低的反向轉移導納：&l

10、t;< 1m姆歐型12伏操作，單電源供電2. MC1350內部電路分析1) 內部電路圖1.3.3 MC1350內部電路2) 管腳分析接電源VCC、接電源VCC、和為信號輸入、為增益輸入、接地、做輸出Q1、Q2管是為Q3、Q4、Q5、Q6提供靜態(tài)工作點，并且靜態(tài)工作點小，放大倍數(shù)小。兩個二極管構成穩(wěn)壓管，使得三極管基極有穩(wěn)定電壓，從而與2.8K、200、200、2.8K一起為Q7、Q8提供靜態(tài)工作點3) 外圍電路連接及分析圖1.3.4 MC1350外圍電路相關參數(shù)： The input amplifiers (Q1 and Q2) operate at constant emitter c

11、urrents so that input impedance remains independent of AGC action. Input signals may be applied single±ended or differentially (for ac) with identical results. Terminals 4 and 6 may be driven from a transformer, but a dc path from either terminal to ground is not permitted. 輸入放大器（Q1和Q2）在恒定的發(fā)射極電

12、流，輸入阻抗是獨立的AGC動作操作。輸入信號可應用于單端或差分（交流）相同的結果。端口4和6可由變壓器驅動，但不允許從端子到地面的直流路徑。 AGC action occurs as a result of an increasing voltage on the base of Q4 and Q5 causing these transistors to conduct more heavily thereby shunting signal current from the interstage amplifiers Q3 and Q6. The output amplifiers are

13、 supplied from an active current source to maintain constant quiescent bias thereby holding output admittance nearly constant. Collector voltage for the output amplifier must be supplied through a center±tapped tuning coil to Pins 1 and 8. The 12 V supply (V+) at Pin 2 may be used for this purp

14、ose,AGC Amplifier Section Input Amplifier SectionBias Supplies Output Amplifier Section separate 15 V supply (V+ +) is used, because the base voltage on the output amplifier varies with AGC bias.AGC動作發(fā)生的結果，對造成這些晶體管Q4和Q5進行更多從而調車信號電流從中間級放大器Q3和基地，提高電壓Q6。輸出放大器提供從一個積極的電流源，以保持恒定的靜態(tài)偏置，從而保持輸出導納幾乎恒定。輸出放大器的集電

15、極電壓必須通過一個中心±抽頭調諧線圈引腳1和8提供。在12伏的電源（伏）在引腳2可用于此目的，但輸出導納保持更接近恒定的，如果獨立的15V電源（V + +）的使用因為在輸出放大器的基極電壓與AGC偏壓的變化。（3） 運算放大器TL0821. TL082簡介 TL082是一種通用的J-FET雙運算放大器，其特點有：較低的輸入偏置電壓和偏移電流；輸出沒有短路保護；輸出級具有較高的輸入阻抗；內建頻率補償電路；較高的壓擺率。最大的工作電壓：Vcc=V。2. TL082內部電路及分析1) 引腳圖2) 內部電路圖1.3.5 TL082內部電路圖 （4） 乘法器MC14961. MC1496簡介集

16、成模擬乘法器是完成兩個模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件，在高頻電子線路中，振幅調制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分離器件如二極管或三極管要簡單，而且性能優(yōu)越。2. MC1496內部電路及分析1) 內部電路MC1496的內部結構 圖1.3.6 MC1496內部電路圖以及引腳圖2) 電路分析 MC1496 是雙平衡四象限模擬乘法器。其內部 電路圖和引腳圖如圖 1.3.6(a)(b)所示。其中VT1、VT2 與VT3、VT4 組成雙差分放大器，VT5、VT6 組成的單差分放大器用以激勵VT1VT4。V

17、T7、VT8 及其偏置電路組成差分放大器VT5、VT6 的恒流源。引腳8 與10 接輸入電壓UX，1 與4 接另一輸入電壓Uy，輸出電壓U0 從引腳6 與12輸出。引腳2 與3 外接電阻RE，對差分放大器VT5、VT6 產生串聯(lián)電流負反饋，以擴展輸入電壓Uy 的線性動態(tài)范圍。引腳14 為負電源端（雙電源供電時）或接地端（單電源供電使），引腳5 外接電阻R5。用來調節(jié)偏置電流I5 及鏡像電流I0 的值。（5） 音頻功放LM3861. LM386簡介 LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內鏈增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應用于錄音機和收音

18、機之中。LM386主要應用于低電壓消費類產品。為使外圍元件最少,電壓增益內置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場合。 2. LM386內部電路及分析1) 內部電路2) 電路分析第一級為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構成復合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負載；T3和T4信號從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸 出差分電路。使用鏡像電流源作

19、為差分放大電路有源負載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 第二級為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。 第三級中的T8和T9管復合成PNP型管，與NPN型管T10構成準互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應外接輸出電容后再接負載。 電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構成反饋網(wǎng)絡，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引

20、腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。 查LM386的datasheet，電源電壓4-12V或5-18V(LM386N-4)；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20-200dB；在1、8腳開路時，帶寬為300KHz；輸入阻抗為50K；音頻功率0.5W。 盡管LM386的應用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產生非常討厭的噪聲。 第二部分 調頻收音機的個單元電路設計與電路功能驗證1、 高頻及混頻電路設計與電路功能驗證（1） 高頻及混頻

21、電路1) 電路設計圖2.1.1 高頻及混頻電路2) 電路分析及相關參數(shù)計算 信號從端輸入輸出經LC選頻后再經過端輸入到TA7358里面，與端輸入的本地振蕩信號進行混頻，由端輸出。其中本地振蕩電路是由C19、CC3、L3等效成一個變阻電感與圖C構成電容三點式（如圖2.1.3所示）使之發(fā)生振蕩，并通過TP3觀察本地振蕩信號的變化，其中N1在電路中是為了方便示波器觀察而進行的放大作用。變壓器與陶瓷晶振配合使得脈沖信號更加精準。從TP7處即可看到混頻后輸出的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧。其頻率約為10.7MHz。圖2.1.2 示波器測混頻輸出波形圖2.1.2 本地振蕩等效電路（2） 混頻數(shù)據(jù)及數(shù)

22、據(jù)結果分析 表1 混頻電路實測數(shù)據(jù)表本地振蕩頻率本地振蕩幅度已調波頻率已調波幅度100MHz49.2mv10.66MHz78.4mv101.5MHz50.8mv10.57MHz46.8mv103.6MHz51.2mv10.59MHz63.6mv104.2MHz52.8mv10.53MHz12.6mv107MHz54.4mv10.53MHz52mv108.7MHz54.8mv10.82MHz35.6mv117.7MHz46.8mv10.42MHz64.8mv114.9MHz49.2mv10.64MHz76mv117.6MHz38mv10.64MHz25.2mv118.3MHz42mv10.58M

23、Hz9.52mv 由數(shù)據(jù)分析可知本地振幅最大的時候其頻率為108.7MHz，而聲音最大的時候在本地振蕩為100MHz，究其原因，分析如下：為了實現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的除了輸入信號電壓VS和本振電壓VL外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產生組合頻率，這些組合信號頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號一起通過中頻放大器、解調器，對輸出級產生干涉，影響輸入信號的接收。干擾是由于混頻器不滿足線性時變工作條件而形成的，因此不可避免地會產生干擾，其中影響最大的是中頻干擾和鏡象干擾。二、中頻放大電路設計與電路功能驗證 （1） 中頻放大電路1. 電路設

24、計圖2.2.1 中頻放大電路2. 電路分析 信號從TP2輸入，經陶瓷晶振濾波后從端輸入，端為增益輸入，經MC1350進行中頻放大后從端輸出，在TP5處可以觀察到波形。（2） 中放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結果分析表2 中放電路實測數(shù)據(jù)表()中頻輸出有載輸入輸出有增益的輸出放大倍數(shù)15mv8.4mv72.8mv472mv4.8525mv13mv142mv4142mv5.6835mv17mv204mv4204mv5.8345mv20.8mv284mv4282mv6.3155mv23mv358mv4360mv6.5165mv28mv420mv4424mv6.4675mv33.6mv488mv4488mv6.9068

25、5mv38mv500mv4500mv5.8895mv42mv508mv4508mv5.347105mv45.2mv496mv4632mv4.72115mv46.8mv512mv4656mv4.45125mv52.8mv516mv4680mv4.128150mv62.4mv496mv4712mv3.306170mv67.2mv488mv4920mv190mv78mv496mv4936mv210mv88mv512mv4960mv310mv128mv512mv4990mv根據(jù)數(shù)據(jù)可選出最佳中頻輸出幅度為4595mv之間。三、鑒頻及低頻放大電路設計與電路功能驗證（1） 鑒頻及低頻放大電路設計1. 電路

26、設計圖2.3.1 鑒頻電路圖2.1.1 低頻放大電路圖2. 電路分析 中放后的信號從TP1出輸入，其走向為一端輸入至MC1496的10端，一端經過移相90度后從MC1496的1端輸入，其鑒頻輸出端為12端，12端后接了一個濾波電路和放大電路，是對鑒頻后的信號進行進一步的加工處理。其C11是為了濾除高頻信號，C12形成一個反饋網(wǎng)絡，主要是使得TL082輸出的中頻信號反饋回去，以此循環(huán)，這樣TL082的7端得到的就是低頻的音頻信號了。再通過放大從TP5輸出。 TP5輸出的低頻音頻信號又在低頻放大電路圖中的TP6處輸入，W1為音量調節(jié)旋鈕。通過LM386進行低放，從5端輸出，TP8處為最終的聲波，這

27、就是我們收到的臺。（2） 鑒頻及低放數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結果分析表3 鑒頻及低放中測最佳功率()射頻輸入解調輸出振幅解調輸出頻率功放輸出振幅功率27.6mv6mv1.773khz56mv35.6mv9.8mv1.748khz190mv45.2mv15.8mv1.786khz212mv55.2mv23.2mv1.767khz360mv63.2mv29.6mv1.767khz408mv76.8mv42.8mv1.786khz608mv87.2mv56mv1.767khz728mv100mv70.4mv1.767khz28mv(能找到波形,最小音量)0.02mw142mv(最佳音量)0.63mw1v31.2m

28、w1.58v(音量最大)78mw經過實際測量，我們找出在100mv射頻時能找到音量最佳時候的輸出振幅為142mv，此時算出的耳機的功率為0.63mw（實驗時耳機選用的是手機配置耳機，阻值約16）第三部分 單元電路級聯(lián)與收音機效果驗收 一、收音機效果驗收表4 收音機收臺結果本振幅度（mv）本振頻率（MHz）臺頻率（MHz）臺名實際臺頻率（MHz）24.8119109.3呼市交通臺107.424.8116.9104.2中央鄉(xiāng)村之聲104.427.2114103.3中央經濟之聲103.429.6113.1102.4內蒙評書曲藝102.830.8109.599.8中央音樂之聲99.145.6108.998.2土默特左旗敕勒川之聲98.545.6107.897.1中央中國之聲97.143.6105.795內蒙蒙古語廣播95.945.210