超外差調(diào)幅接收機(jī)

1、吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 超外差式調(diào)幅接收機(jī) 專業(yè)班級(jí)： 信科121 學(xué)生姓名： 張雙旭 學(xué) 號(hào)： 100312103 指導(dǎo)教師： 高曉紅 王超 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.9.212015.10.9 教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī) 評(píng)閱教師 日期 目 錄目錄一、設(shè)計(jì)概述.11.1設(shè)計(jì)目的及要求.11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容.12、 工作原理.13、 總體設(shè)計(jì)方案.24、 單元電路設(shè)計(jì).34.1高頻放大器電路.34.2本地振蕩器電路.44.3混頻器電路.54.4中頻放大器電路.64.5振幅檢波器電路.74.6低頻放大器電路.7五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析.85.1系統(tǒng)工作流程.85.2總電路的仿

2、真分析.85.3仿真結(jié)果.96、 總結(jié)與體會(huì).13七、參考文獻(xiàn) .14附錄一.15一、設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)目的及要求（1）回顧課堂所學(xué)到的知識(shí)，通過(guò)翻閱教科書和相關(guān)資料，瀏覽網(wǎng)頁(yè)等方式收集相關(guān)信息，自行學(xué)習(xí)所需的知識(shí)盲點(diǎn)，激發(fā)靈感為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。 （2）通過(guò)獨(dú)立思考和策劃來(lái)培養(yǎng)一定的獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。 （3）熟練掌握Multiuse、MATLAB、System View等軟件的仿真。（4）掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)的工作原理，以及對(duì)其電路模塊高頻小信號(hào)放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、檢波器、低頻放大器等的電路、原理、功能的鞏固理解。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容（1） 明白掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)的

3、原理。（2） 設(shè)計(jì)出總體方案并設(shè)計(jì)接收機(jī)的各個(gè)單元電路，畫出單元電路圖。（3） 應(yīng)用multisim軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)的各部分電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 （4）技術(shù)指標(biāo): 接收頻率范圍5351605KHz，輸出功率150mW，靈敏度50V。 2、 工作原理 本次設(shè)計(jì)采用超外差調(diào)幅接收機(jī)，它總體有六大功能模塊組成，分別為高頻小信號(hào)放大、混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大。接收天線將接收到的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻小信號(hào)放大器放大器將有用信號(hào)進(jìn)行放大，并抑制干擾信號(hào)，然后信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻器進(jìn)行變頻。其中變頻器是由混頻器與本地振蕩器組成，將高頻信號(hào)變成中頻信號(hào)，然后中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻放大器進(jìn)行功率放大，然后再經(jīng)過(guò)檢波器進(jìn)行

4、檢波，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，將信號(hào)變成變成低頻調(diào)制信號(hào)，最后進(jìn)過(guò)低頻放大器進(jìn)行功率放大以實(shí)現(xiàn)對(duì)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)。為了使混頻和本振分別調(diào)到最佳狀態(tài)，要采用單獨(dú)的本振。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都變成為中頻信號(hào)，然后都能進(jìn)入中頻放大級(jí)，所以對(duì)不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。中放的級(jí)數(shù)可以根據(jù)要求增加或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，而只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成選臺(tái)。超外差電路的典型應(yīng)用是超外差接收機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。具有較高的選擇性和較好的頻率特

5、性，容易調(diào)整。缺點(diǎn)是電路比較復(fù)雜，同時(shí)也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。其原理框圖如圖1所示。 高頻 混頻器 中頻 振幅 低頻 放大器 放大器 檢波器 放大器 本地 振蕩器圖1 原理框圖3、 總體設(shè)計(jì)方案 超外差式調(diào)幅接收機(jī)電路由六部分組成，分別為高頻小信號(hào)放大、混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大。（1）高頻小信號(hào)放大：高頻放大器是用來(lái)放大高頻信號(hào)的器件，在接收機(jī)中高頻小信號(hào)放大所放大的對(duì)象是已調(diào)信號(hào)，它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量，運(yùn)用并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載。（2）混頻：混頻是將高頻放大信號(hào)和本振信號(hào)混合，輸出一個(gè)中頻信號(hào)。在調(diào)幅電路中，本振信號(hào)必須是獨(dú)立的，這是與調(diào)

6、幅電路最大的一個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）本振：本振電路用LC諧振回路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個(gè)穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號(hào)混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)?；祛l器和本振放在一起叫做變頻器。（4）中頻放大：如果外來(lái)信號(hào)和本機(jī)振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進(jìn)入放大電路。因此在接收一個(gè)需要的信號(hào)時(shí)，混進(jìn)來(lái)的干擾電波首先就在變頻電路被剔除掉，加之中頻放大電路是一個(gè)調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機(jī)的選擇性指標(biāo)很高。超外差式接收機(jī)能夠大大提高收音機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。因?yàn)椴还茈娕_(tái)信號(hào)頻率如何都能變成為中頻信號(hào)，然后都能進(jìn)入中頻放大級(jí)，

7、所以對(duì)不同頻率電臺(tái)都能夠進(jìn)行均勻地放大。中放的級(jí)數(shù)可以根據(jù)要求增加或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，要避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。（5）檢波：將音頻信號(hào)或視頻信號(hào)從高頻信號(hào)(無(wú)線電波)中分離出來(lái)叫解調(diào)也叫檢波。檢波分為同步檢波和包絡(luò)檢波。（6）低頻放大：一般從檢波電路輸出的信號(hào)都比較小，為了得到我們所需的信號(hào)，必須將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。一般采用運(yùn)算放大器進(jìn)行放大。4、 單元電路設(shè)計(jì)4.1高頻放大器電路高頻放大器一般采用調(diào)諧于工作頻率的諧振電路作為輸入和輸出電路

8、，因此高頻放大器在放大微弱的高頻信號(hào)的同時(shí)，還可以起到濾除鏡象干擾和中頻干擾的作用。高頻放大器與低頻相比較，它的工作頻率高，但整個(gè)工作頻帶寬度比較窄。雖然高頻放大器對(duì)信號(hào)具有放大作用，但設(shè)置高頻放大器的主要目的是著眼于提高輸出信噪比。對(duì)于高頻小信號(hào)放大器來(lái)說(shuō)，由于信號(hào)小，可以認(rèn)為它工作在晶體管的線性范圍內(nèi)。高頻放大器電路圖如圖2所示。 圖2 高頻放大電路路圖4.2本地振蕩器電路本振電路采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路。本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個(gè)和調(diào)幅信號(hào)相乘的高頻信號(hào)，通過(guò)信號(hào)相乘以得到新的頻率。若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會(huì)使產(chǎn)生的中頻信號(hào)不穩(wěn)。如果本振電路的輸出不穩(wěn)定，將引起變頻器輸出信號(hào)的大小改

9、變，振蕩頻率的漂移將使中頻改變。為保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。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)。本振電路用LC諧振回路來(lái)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩頻率。本地振蕩器電路如圖3所示。圖3 本地振蕩器電路圖4.3混頻器電路混頻器是一個(gè)變頻電路，高頻放大電路和本地振蕩電路的輸出信號(hào)加到混頻器的輸入端，得到一個(gè)差頻，調(diào)諧回路的輸出，進(jìn)入混頻級(jí)的是高頻調(diào)制信號(hào)，即載波與其攜帶的調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過(guò)混頻，輸出載波的波形變得很稀疏其頻率降低，但音頻信號(hào)的形狀沒(méi)有變，通常將這個(gè)過(guò)程(混瀕和本振的作用)叫做變頻?；祛l電路的原理是，把本機(jī)振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號(hào)f1與輸入回路選擇

10、出來(lái)的廣播電臺(tái)的高頻已調(diào)波信號(hào)f2同時(shí)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。輸出頻率為f1、f2以及頻率為f1+f2、f1f2、高次諧波等多種信號(hào)。在設(shè)計(jì)中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，混頻失真小等，但其主要缺點(diǎn)就是沒(méi)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(duì)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。由于混頻依靠非線性特性來(lái)完成，因此在混頻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾，如組合頻率，交叉調(diào)制，互相調(diào)制等干擾。這些干擾將會(huì)嚴(yán)重的影響通信質(zhì)量，因此要求混頻電路對(duì)此應(yīng)能有效的抑制。

11、混頻器電路圖如圖4所示。圖4 混頻器電路圖4.4中頻放大器電路由于中頻是恒定的，所以不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器。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、選擇性和通頻帶等指標(biāo)起著極其重要的作用。不必每級(jí)都加入可變電容器選擇電臺(tái)，只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就接收。中頻放大器電路圖如圖5所示。圖5 中頻放大器電路4.5振幅檢波器電路把信號(hào)從中頻放大輸出的載波中解調(diào)出來(lái)，需要用到檢波電路。檢波器包括同步檢波器和包絡(luò)檢波器。本次設(shè)計(jì)采用包絡(luò)檢波器，檢波器電路圖如圖6所示。圖6 檢波器電路

12、圖4.6低頻放大器電路一般從鑒頻器輸出的信號(hào)都比較小，為了得到所需的信號(hào)必須將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。一般采用三極管放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，低頻放大電路圖如圖7所示。圖7 低頻放大電路圖5、 系統(tǒng)仿真結(jié)果與分析5.1系統(tǒng)工作流程空間中有許許多多電臺(tái)發(fā)送的電磁波，它們都有自己的固定頻率，收音機(jī)通過(guò)天線和由電感線圈和可變電容器組成的諧振電路（稱調(diào)諧電路）來(lái)選擇性的接收所需高頻信號(hào)。由調(diào)諧電路所選擇出的所需要的電臺(tái)信號(hào)是已調(diào)幅的高頻信號(hào)，并且十分微弱，需要先經(jīng)過(guò)高頻小信號(hào)放大器進(jìn)行放大處理，再經(jīng)過(guò)變頻器（混頻器和本振）將高頻信號(hào)變?yōu)轭l率為465KHZ的中頻信號(hào)，這是超外差式收音機(jī)的核心部分。由于它是調(diào)制信

13、號(hào)，喇叭無(wú)法將這種信號(hào)直接還原成為聲音，因此必須從高頻信號(hào)中把音頻信號(hào)分離出來(lái)，這個(gè)分離過(guò)程被稱為解調(diào)或檢波。 在收音機(jī)中，檢波是由半導(dǎo)體器件二極管或三極管來(lái)完成。調(diào)幅的高頻信號(hào)經(jīng)檢波還原出音頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)低頻功放然后送往喇叭，喇叭將音頻信號(hào)還原為聲音。收音機(jī)接收天線將廣播電臺(tái)播發(fā)的高頻的調(diào)幅波接收下來(lái)，通過(guò)變頻級(jí)把外來(lái)的各調(diào)幅波信號(hào)變換成一個(gè)低頻和高頻之間的固定頻率然后進(jìn)行放大，再由檢波級(jí)檢出音頻信號(hào)，送入低頻放大級(jí)放大，由動(dòng)喇叭發(fā)聲。而不是把接收天線接收下來(lái)的高頻調(diào)幅波直接放大去檢出音頻信號(hào)（直放式）。超外差式收音機(jī)由輸入回路高放混頻級(jí)、一級(jí)中放、二級(jí)中放、前置低頻放大器兼檢波級(jí)、低放級(jí)和

14、功放級(jí)等部分組成，接受頻率范圍為535KHZ-1605KHZ的中波段。5.2總電路的仿真分析從天線感應(yīng)到的高頻調(diào)幅信號(hào)，經(jīng)輸入回路的選擇送入變頻器。本振信號(hào)與接收到的高頻調(diào)幅信號(hào)在變頻器內(nèi)經(jīng)過(guò)混頻作用，得到一個(gè)與接收信號(hào)調(diào)制規(guī)律相同的固定中頻調(diào)幅信號(hào)。該中頻調(diào)幅信號(hào)經(jīng)中頻放大后，送入檢波器，把原音頻信號(hào)解調(diào)出來(lái)，并慮出殘余中頻分量，再由低頻功率放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。經(jīng)過(guò)超外差式調(diào)幅接收機(jī)的濾波和解調(diào)，輸出信號(hào)相比從天線接收的信號(hào)平滑，濾除了大部分噪音，電壓也有所提高，信號(hào)強(qiáng)度有所加強(qiáng)，并且保證了信號(hào)真實(shí)性，沒(méi)有失真現(xiàn)象產(chǎn)生。本次超外差式調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計(jì)成功完成，還原了信號(hào)的真實(shí)性和完整性，

15、濾除了干擾限號(hào)，降低了噪聲，達(dá)到了預(yù)期的效果。超外差式調(diào)幅接收機(jī)總電路仿真圖如圖8所示。圖8 超外差式調(diào)幅接收機(jī)總電路仿真圖5.3仿真結(jié)果5.3.1高頻放大器仿真 高頻放大器仿真結(jié)果如圖9所示，輸出信號(hào)不變，相位有明顯延遲。圖9 高頻放大器仿真圖5.3.2混頻器圖10為混頻前仿真圖，圖11為混頻后仿真圖。進(jìn)入混頻級(jí)的是高頻調(diào)制信號(hào)，即載波與其攜帶的調(diào)制信號(hào)。經(jīng)過(guò)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(hào)的形狀沒(méi)有變。 圖10 混頻前仿真圖圖11 混頻后仿真圖5.3.3本地振蕩仿真 采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器，得到的仿真信號(hào)十分穩(wěn)定。本地振蕩仿真圖如圖12所示。圖12 本地振蕩仿真

16、圖5.3.4中頻放大器仿真 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。輸出信號(hào)頻率不變，振幅明顯增大。中頻放大器仿真圖如圖13所示。圖13 中頻放大器電路仿真圖5.3.5低頻放大器仿真NPN的三極管放大交流電正信號(hào)，PNP的放大負(fù)信號(hào)，兩三極管輪流導(dǎo)通與截止，功率輸出時(shí)效較高。一般從鑒頻器輸出的信號(hào)都比較小，為了得到我們所需的信號(hào)，必須將輸出信號(hào)進(jìn)行放大。低頻放大器仿真結(jié)果如圖14所示。圖14 低頻放大器仿真圖5.3.6 振幅檢波器仿真 將高頻變成低頻，即實(shí)現(xiàn)了解調(diào)，從已調(diào)波中獲得信息，并將信號(hào)送給低頻放大器。振幅檢波器仿真圖如圖15所示。圖15 振幅檢波器仿真圖六

17、、總結(jié)與體會(huì) 本次為期兩周的課程設(shè)計(jì)令我獲益匪淺。對(duì)于高頻電子線路這門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，書本上學(xué)的都是一些的理論知識(shí)，也比較抽象。但是經(jīng)過(guò)這次高頻電子線路的課程設(shè)計(jì)，才真正明白理論與實(shí)踐的深刻含義，也培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考問(wèn)題與獨(dú)立的動(dòng)手能力。并且這次調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程有了一定的了解，也讓我明白了實(shí)際中的電路與理想的接線也還是有區(qū)別的。電路的頻率很高，平時(shí)電路中很多不用考慮的東西現(xiàn)在都會(huì)影響電路的性能，所以電路在選擇原件及布局是時(shí)候都要很細(xì)心考慮。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多的問(wèn)題和困難，仿真過(guò)程總是出現(xiàn)各種問(wèn)題。不過(guò)在經(jīng)過(guò)上網(wǎng)查詢資料，翻閱相關(guān)書籍和向老師同學(xué)請(qǐng)教后，這些問(wèn)題也都

18、迎刃而解了。我理解到做任何事情都必須要具備耐心跟恒心，不能夠半途而廢，當(dāng)遇到難題無(wú)法解決時(shí)要學(xué)會(huì)不恥下問(wèn)，向身邊的同學(xué)詢問(wèn)和請(qǐng)求幫助。雖然每學(xué)期都會(huì)有這樣實(shí)踐性極強(qiáng)的設(shè)計(jì)，但是每一次的設(shè)計(jì)都是思考和實(shí)踐的結(jié)合，是對(duì)一學(xué)期學(xué)習(xí)的驗(yàn)收。什么都只有通過(guò)自己動(dòng)腦，自己動(dòng)手才能體會(huì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，真正享受學(xué)習(xí)的過(guò)程，獲得成功的快樂(lè)。同時(shí)在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅讓我學(xué)習(xí)到了很多的課本上學(xué)不到的知識(shí)。一些問(wèn)題必須在課程設(shè)計(jì)前解決才能夠是課程設(shè)計(jì)變得更加順利。只有在不斷的探索與求知中才能得到更多的知識(shí)。本次設(shè)計(jì)我熟練操作相關(guān)軟件并加強(qiáng)了自行查閱資料學(xué)習(xí)的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。也為將來(lái)的工作，實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。每一次進(jìn)行這種通過(guò)自己學(xué)習(xí)和反復(fù)改正的設(shè)計(jì)實(shí)踐都非常增長(zhǎng)個(gè)人能力也非常的有趣，不僅僅是獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)，更加是學(xué)以致用，豐富知識(shí)，培養(yǎng)興