調頻接收機設計報告

1、課程名稱： 高頻電子線路 實驗項目： 調頻接收機設計 實驗地點： 多學科樓實驗室 專業(yè)班級： 通信1002 學號：2010001291 學生姓名： 吳桂生 指導教師： 梁鳳梅 2013年 1 月 17 日調頻接收機設計報告一、設計目的、要求通過本課程設計與調試，提高學生的動手能力，鞏固已學的理論知識，能使學生建立無線電調頻接收機的整機概念，了解調頻接收機整機基本的調頻接收機各單元電路之間的關系及相互影響，從而正確設計，計算調頻接收機的各個單元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級。 初步掌握調頻接收機的調整與測試方法 。 二、調頻接收機的主要技術指標2.1工作頻率范圍接收機

2、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。如調頻廣播收音機的頻率范圍為88108MH，是因為調頻廣播收音機的工作范圍也為88108MHz。2.2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。調頻廣播收音機的靈敏度一般為530uV。2.3選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。調頻收音機的中頻干擾應大于50dB。2.4頻率特性接收機的頻率響應范圍稱為頻率特性或通頻帶。調頻機的通頻帶

3、一般為200KHz。2.5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。三、調頻接收機組成調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 本機振蕩圖一 調頻接收機組成框圖一般調頻接收機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，經(jīng)輸入調諧回路選頻為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。混頻級的輸出接調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，然后鑒頻器解調出低頻調制信號，由低頻功

4、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。四、元件清單1. 示波器一臺、萬用表一塊、低頻信號源、調頻信號發(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、標稱電感、電容、電阻若干。五、單元電路設計及仿真5.1高頻小信號放大電路圖二 高頻功率放大電路共射級接法的晶體管高頻小信號放大器如上圖所示。它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。在高頻情況下，晶體管本身的極

5、間電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RA2,RA3,RA4及RA6決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。從天線ANTA1接收到的高頻信號經(jīng)過CA1、CCA1、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MC3361。5.2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

6、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。 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二極管組成平衡電路如上圖所示。構成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號控制的開關的狀態(tài)，它是另一類開關工作的乘法器。二極管雙平衡組件用作雙邊帶調制電路時，由于變壓器的低頻響應差，調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 eve

7、l 23 三種系列，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。對應于上述三種系列， 1dB 壓縮電平所對應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

8、，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，隔離度下降 5dB 。具有如下特點：a、結構上四個二極管接成環(huán)形。作為混頻時，環(huán)形的兩個對角端AB和CD通過變壓器接入本振信號VL和有用信號VS。b、如果電路平衡,則各端口是相互隔離的,即L端口的本振信號不會通到R端,R端口的有用信號不會竄入L端,有用信號和本振信號均不會通到I端。c、有增益,存在損耗.作為混頻器時,混頻損耗的理論值為4dBd、為調幅器時,考慮到高頻變壓器的低頻頻率特性差的缺點,調制信號改從端口輸入,載波信號從端口輸入,從端輸出振幅調制信號。仿真如下：5.3中頻放大電路中頻放大電路的任務是把變頻得到的中頻信號加以放大，然

9、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。   下圖（a）是LC單調諧中頻放大電路，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，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，由于并聯(lián)諧振回路對詣振頻率的信號阻抗很大，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

10、（通常說它只能通過中頻信號），從而完成選頻作用，提高了接收機的選擇性。      由LC調諧回路特性知，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

11、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。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。它是由三個調諧回路組成的調頻-調幅調頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。第一類是調頻-調幅調頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡把等幅調頻波變換成振幅與調頻波瞬時頻率成正比的調幅調頻波,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。這種類型是將調頻波經(jīng)過移相電路變成調相調頻波,其相位的變化正好與調頻波瞬時頻率的變化成線性關系,然后將調相調頻波與原調頻波進行相位比較,通過低通濾波器取出解調信號。因為相位比較器

12、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。這種類型是把調頻信號通過過零比較器變換成重復頻率與調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,這就恢復出與瞬時頻率變化成正比的信號。下圖是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調諧回路組成的調頻-調幅調頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。初級回路諧振于調頻信號的中心頻率 ,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,其中實線表示第一個回路的幅頻特性,

13、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 。其總鑒頻特性如下圖所示圖六 總鑒頻特性 仿真：5.5 MC3361的功能介紹在本實驗中采用了MC3361芯片，所以工

14、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)的單片窄帶調頻接收電路，主要應用于語音通訊的無線接收機。片內包含振蕩電路、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電路。主要應用在二次變頻的通訊接收設備。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)，音頻輸出電壓幅值大。它的內電路結構框圖如圖1所示。IC內設置有雙平

15、衡雙差分混頻器、電容三點式本機振蕩器、六級差動放大器構成的調頻455kHz寬帶中頻限幅放大器、雙差分正交調頻鑒頻器、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內部電路如下 :MC3361的內部振蕩電路與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，在內部第二混

16、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455kHz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部進行鑒頻解調，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電路，通過外接少量的元件即可構成載頻檢測電路，用于調頻接收機的靜噪控制。MC

17、3361內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。5.6完整的電路圖仿真結果： 六、課程設計實驗內容及記錄(1).按下開關，調試好小信號放大單元電路，調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），同時用實驗箱所配的天線（一端帶夾子的導線）分別將發(fā)射單元的天線ANTE1和本實驗單元天線ANTA1連好.(3).在不加調制信號的情況下，接通發(fā)射電路和接收電路的電源，調節(jié)變容二極管單元的L84，用示波器探頭測量TTB2，當TTB2處有455 KHz的信號輸出時，說明調頻單元的工作頻率在10.7MHz附近。此時從處加入1KHz，峰峰值為100mV左右的調制信號，則從TTB1處用示波器可觀測到輸出的解調波。(4).當從TTB1處觀察鑒頻輸出信號，此時如果波形失真可以微調LB1和微調L84。注意觀察鑒頻信號頻率與調制信號頻率是否一致，幅度大小與調制頻偏的關