超外差式調(diào)幅接收機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

-.z.**建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：超外差調(diào)幅接收機(jī)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電子信息工程111學(xué)生**：樊海燕學(xué)號(hào)：10211137指導(dǎo)教師：王超高曉紅設(shè)計(jì)時(shí)間：2014.12.08－2013.12.19教師評(píng)語(yǔ)：教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)?cè)u(píng)閱教師日期-.z.（一）設(shè)計(jì)題目超外差調(diào)幅接收機(jī)設(shè)計(jì)（二）目的、內(nèi)容及要求1.設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）、掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)原理；（2）、設(shè)計(jì)接收機(jī)的各個(gè)單元電路，畫(huà)出單元電路圖；（3）、應(yīng)用EDA軟件（multisim軟件）對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。（4）、總電路圖技術(shù)指標(biāo):接收頻率*圍535～1605KHz，輸出功率150mW，靈敏度50μV。2.設(shè)計(jì)目的與要求（1）、聯(lián)系課堂所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)查閱、收集、整理、吸收消化資料的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。（2）、培養(yǎng)一定的獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題能通過(guò)獨(dú)立思考、查閱有關(guān)資料，尋找解決問(wèn)題的途徑。（3）、熟練掌握Multiuse、MATLAB、SystemView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。（三）工作原理超外差式接收機(jī)的核心是混頻器部分?；祛l器的作用是將收到的不同的載波頻率轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l。這種作用就是所謂的外差作用，這也是超外差式接收機(jī)名稱(chēng)的由來(lái)。由于中頻是固定的，因此中頻放大器的選著性與增益與接收機(jī)的載波頻率無(wú)關(guān)。這就克服了直接放大式的缺點(diǎn)。超外差式接收機(jī)能夠大大提高接收機(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：(1)容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。(2)具有較高的選擇性和較好的頻率特性。(3)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。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，超外差接收機(jī)已經(jīng)可以單片集成。（四）總體方案超外差式調(diào)幅接收機(jī)，整個(gè)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)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)這種搬移。（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。（五）單元電路設(shè)計(jì)1、高頻小信號(hào)放大器高頻放大器是用來(lái)放大高頻信號(hào)的器件，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。在接收機(jī)中，高頻放大器所放大的對(duì)象是已調(diào)信號(hào)，它除載頻信號(hào)外還有邊頻分量。根據(jù)高放的對(duì)象是載頻信號(hào)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(hào)諧振在信號(hào)載頻。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*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(duì)高頻放大器的主要要求是:(1)工作穩(wěn)定：放大器可能會(huì)產(chǎn)生正反饋，它影響放大器的穩(wěn)定工作，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起振蕩，使放大器變成振蕩器，從而完全破壞了放大器的正常工作。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(shí)增益變動(dòng)不應(yīng)過(guò)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(shí)，則靈敏度相差將很懸殊。（4）噪聲系數(shù)小，盡量減小本級(jí)的內(nèi)部噪聲。圖1高頻小信號(hào)放大電路圖1中LN及為中和元件。在高頻時(shí)，為了抵消之反饋，采用了LN及。當(dāng)（即LN及串聯(lián)的諧振頻率低于工作頻率，LN于之路呈感性）且等效電感之感抗值與相等時(shí)，則與數(shù)值相等，符號(hào)相反，互相抵消。調(diào)節(jié)可使。為漏極輸出電容，與L諧振，其諧振電阻為,將與=合并為()，便得諧振時(shí)的輸出電壓為于是電壓增益為對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管，主要關(guān)心電壓增益，至于功率增益，由于放大器的輸入電流很小，輸入端就不消耗什么功率，因而功率增益很高，于是功率增益便不太重要。本次設(shè)計(jì)的高頻放大電路運(yùn)用的核心器件是場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管放大器有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）場(chǎng)效應(yīng)管柵流小，輸入阻抗高，Kp大。（2）放大時(shí)工作在幾乎不隨改變的區(qū)域，輸出阻抗高。（3）因輸入輸出阻抗高，故回路可直接與管子相連，而不一定要經(jīng)過(guò)阻抗變換器。當(dāng)然，在頻率相當(dāng)高時(shí)，因輸入輸出阻抗急劇下降，并且為了匹配，場(chǎng)效應(yīng)管亦應(yīng)通過(guò)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)與回路相連。（4）內(nèi)部反饋比晶體管小。這是因?yàn)榉答亴?dǎo)納比普通晶體管的小。在頻率很高時(shí)，通過(guò)的反饋較大，這時(shí)可用中和法消除的影響。（5）場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性為平方曲線，不產(chǎn)生包絡(luò)失真、交叉調(diào)制、三階互調(diào)，阻塞電平可達(dá)3-4V。當(dāng)然，實(shí)際特性不可能是理想平方曲線，因而總會(huì)有些失真，不過(guò)他比一般的晶體管要小的多。（6）噪聲系數(shù)小。圖2高頻小信號(hào)放大的仿真結(jié)果2、混頻器混頻器是一個(gè)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(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了，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。從頻譜觀點(diǎn)上來(lái)看，混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真的從fc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(lái)實(shí)現(xiàn)這種搬移。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(hào)f1，與輸入回路選擇出來(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。混頻結(jié)果：輸出頻率為f1、f2以及頻率為f1+f2、f1－f2、……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，動(dòng)態(tài)*圍等，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。圖3混頻電路圖4混頻仿真結(jié)果圖5混頻仿真結(jié)果3、本地振蕩器本振電路采用改進(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(hào)進(jìn)行混頻，得到一個(gè)中頻信號(hào)。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(hào)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)。圖6本地振蕩器電路圖7本地振蕩器信號(hào)仿真結(jié)果4、中頻放大器超外差接收機(jī)中的中頻放大器是一種頻帶較寬的諧振放大器。中頻放大器采用諧振回路作負(fù)載，其諧振曲線接近理想曲線—矩形處。這對(duì)超外差接收機(jī)的中放來(lái)說(shuō)是完全必要的，因中放任務(wù)之一是削弱鄰近干擾，而鄰近干擾頻率離信號(hào)很近，變頻之后，離中頻放大器就很近，若中放的諧振曲線不好，便難以削弱。中頻放大的作用有兩個(gè)主要作用：（1）提高增益，因中頻低于信號(hào)頻率，晶體管的y參數(shù)及回路諧振電阻等較大，因此易于獲得較高的增益。差外差接收機(jī)檢波前的總增益主要取決于中放。（2）抑制鄰近干擾。對(duì)中放的主要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠?qū)挼耐l帶。對(duì)于高放，因工作頻率高，通頻帶寬，故高放回路的Q值越高越好，這時(shí)不必顧慮B太窄的問(wèn)題；但對(duì)于中放，由于工作頻率較低，若回路Q(chēng)值過(guò)高，頻帶可能太窄而不能通過(guò)全部信號(hào)分量，故希望他在要求的通頻帶條件下選擇性越高越好，也就是要求諧振曲線接近矩形。實(shí)際諧振曲線很難做到理想矩形，為了衡量實(shí)際諧振曲線接近矩形的程度，引入矩形系數(shù)，式中為通頻帶。圖8中頻放大電路圖9中頻放大仿真結(jié)果5、包絡(luò)檢波器把信號(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。包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)是：電壓傳輸系數(shù)、等效輸入電阻、失真等都要在電路中仿真中考慮。圖10檢波電路檢波電路如圖10所示。電路圖是二極管峰包絡(luò)檢波器，D1是檢波二極管，C1是檢波電容，其中檢波電容通高頻阻低頻，而R2是直流負(fù)載電阻。電路中調(diào)制指數(shù)m=0.8，輸入信號(hào)的載波頻率是465KHZ，幅值是0.2V，調(diào)制信號(hào)頻率60KHZ。圖11檢波電路仿真結(jié)果6、低頻放大器從檢波器解調(diào)出的輸出信號(hào)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(hào)放大到所需要的大信號(hào)，然后再輸出。電路如圖12所示：圖12低頻放大電路圖13低頻放大器仿真結(jié)果（六）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析系統(tǒng)工作流程：空間有許許多多電臺(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(chēng)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(chēng)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—465KHz（中頻），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，推動(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)和功放級(jí)等部分組成，接受頻率*圍為535KHZ~1605KHZ的中波段。系統(tǒng)原理圖見(jiàn)附錄二（七）總結(jié)與體會(huì)緊*而又繁忙的高頻電子線路課程設(shè)計(jì)過(guò)去了，通過(guò)這兩周的課程設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)中,使我受益匪淺。這次實(shí)訓(xùn)，使我真正的意識(shí)到自己對(duì)高頻電子線路相關(guān)知識(shí)的缺乏以及動(dòng)手能力的欠缺。沒(méi)有實(shí)踐，再好的理論也沒(méi)有用。設(shè)計(jì)電子線路最重要的一個(gè)方面就是要認(rèn)真；其次是要有耐心，勇于克服困難，不斷解決問(wèn)題，面對(duì)困難要永不退縮，迎難而上；再次是要有清晰的思維，能夠理清各個(gè)器件之間的關(guān)系，明確各個(gè)器件的功能；最后還要和同學(xué)多交流合作，多參考書(shū)籍。通過(guò)這次高頻電子線路課程設(shè)計(jì)，我了解并發(fā)現(xiàn)了很多設(shè)計(jì)電路的方法，而且懂得了如何處理錯(cuò)誤的方法。擁有足夠的耐力和信心，對(duì)課程設(shè)計(jì)每一步的順利進(jìn)行極其重要高頻是一門(mén)比較難學(xué)的課程，相對(duì)來(lái)說(shuō),高頻的課程設(shè)計(jì)也是不容易做的。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。回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)調(diào)幅接收機(jī)各種電路都有了大概的了解，我深刻體會(huì)到實(shí)際動(dòng)手操作與動(dòng)腦看書(shū)學(xué)理論的天壤之別，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)中遇到很多困難，都通過(guò)上網(wǎng)和查找書(shū)本相關(guān)內(nèi)容而慢慢解決了，每當(dāng)解決一個(gè)困難都會(huì)感覺(jué)到一次快樂(lè)，慢慢體會(huì)到枯燥的東西用心做好了也是一種快樂(lè)，苦中尋樂(lè)。在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我主要應(yīng)用multisim軟件了，使得軟件應(yīng)用更加熟練了；另外對(duì)word排版也有了認(rèn)識(shí)，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了很好的基礎(chǔ)（八）參考文獻(xiàn)[1]胡宴如.高頻電子線路.:高等教育,2007年.[2]于洪珍.通信電子線路.:清華大學(xué),2008年.[3]高吉祥.高頻電子線路.:電子工業(yè),2007年.[4]曾興雯等主編．高頻電路原理與分析．**電子科技大學(xué)，2004年．[5]*肅文.高頻電子線路．高等教育，2005年.附錄1：元器件