调频接收机设计说明书(杨佳宜).doc

《通信电子线路》课程设计说明书

调频接收机设计

院、 部： 电气与信息工程学院
学生姓名： 杨佳宜
指导教师： 张松华 职称 讲师
专 业： 电子信息工程
班 级： 电子1004班
学 号： 10401140428
完成时间： 2012年12月12日

摘 要

本次课程设计，其目的是得到一个简易的调频接收机。所谓调频接收机，是指将所要接收的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。
在调频接收机的设计过程中，应将其分为选频网络、高频放大、变频、解调、低放和低频功放六个部分。但是在设计时必须全面考虑，妥善处理一些相互牵制的矛盾，特别要抓住主要矛盾（稳定性、选择性、失真等），才能使得接收机有较好的指标。接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。调频电路的典型应用是调频接收机，其优点是：一、容易得到足够大而且比较稳定的放大量。二、具有较高的选择性和较好的频率特性。三、容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。随着集成电路技术的发展，调频接收机已经可以单片集成。
关键词：调频;混频;鉴频

ABSTRACT

The curriculum design, the goal is to have a simple FM receiver. The FM receiver, are to be received by the radio in the tuned circuit in good tune, after the circuit itself, it becomes a predetermined frequency, and then the amplification and detection. The fixed frequency, by difference frequency effect.
The FM receiver design process, it should be divided in frequency selection network, high-frequency amplification, demodulation, frequency conversion, low and low frequency power amplifier six parts. But in the design must be considered comprehensively, properly handle some mutual contradiction, especially to capture main contradiction ( stability, selectivity, distortion and so on ), in order to make the receiver has better index. The receiver can greatly improve the gain of the receiver, sensitivity and selectivity.. Frequency modulation circuit is the typical application of FM receiver, the utility model has the advantages of: A, easy to get large enough and stable amount of amplification. In two, high selectivity and good frequency characteristics. Three, easy adjustment. Disadvantage is the electric circuit is very complicated, there are also some special interference, such as image frequency interference, combined frequency interference and interference etc.. With the development of integrated circuit technology, FM receiver can already be monolithic integrated.
Key words: FM; mixing; Frequency discriminator
I

目 录

1 设计任务 1
1.1调频接收机的主要技术指标 1
1.2 设计思路 2
2 调频接收机系统原理分析 3
2.1 调频原理 3
2.2 调频接收机原理 4
3 详细设计 5
3.1 高频小信号放大电路 5
3.1.1工作原理 5
3.1.2高频小信号放大电路图及仿真图 5
3.2本地振荡回路 7
3.2.1工作原理 7
3.2.2本地振荡电路图及仿真图 7
3.3 混频电路 8
3.3.1工作原理 8
3.3.2一次混频原理图及仿真图 9
3.4 二次混频 10
3.4.1原理图及仿真图 10
3.5斜率鉴频器——双失谐回路 11
3.5.1电路组成 11
3.5.2工作原理 11
3.5.3鉴频电路图及仿真图 12
3.6低频放大电路 13
结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
附 录 17

1 设计任务

调频接收机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路四个阶段，他们的原理框图大同小异。
对于超外差接收机，由接收天线、高频带通滤波器、高频放大器、本振、混频、陶瓷滤波器、 包络检波器、低放及功放还有扬声器等组成。
1.1调频接收机的主要技术指标
1.工作频率范围
接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。如调频广播收音机的频率范围为88～108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88～108MHz
2.灵敏度
在标准调制（如调制频率fΩ= kHz 、频偏△fm =kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz ）条件下，使接收机输出端为额定音频功率和规定信噪比的输入信号电平，称为灵敏度。接受的输入信号电平越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度为50µV,
3.中频选择性
接收机6dB带宽和带外的抑制能力称为中额选择性，一般调频收音机的中频
6dB带宽为±100kHz,±200kHz处的带宽抑制能应大于40dB手机中频6dB带宽为 ±5kHz，±10kHz处带外抑制能力应大于40dB。
4.中频抑制比
接收机对输入信号为本机中频信号fI的抑制能力称为中频抑（ IFR ）IFR=20㏒(VIF/VS) ，式中，VS是输入灵敏度电平，VIF是使输出功率为额定值的输入中频信号电平，单位用dB（分贝）表示dB数越高，中频抑制能力越强。
频率fj比本振频频率高一个中频 fI ，它与本振频率fo之差仍等于中频fI ，fj =fo+fI=fS+2fI ,fS是接收机工作频率。

5．音频响应
接收机在标准调制（如调制频率fΩ=1kHz 、频偏△fm=5kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz）和标准输入信号电平（如灵敏度或两倍灵敏度）下音频输出电平和调制频率的输出关系，称音频响应。
6．额定输出功率
接收机的负载上获得的规定的（由接收机指标规定）不失真（或非线性系统为给定值时）功率，称额定输出功率。
本次设计的基本要求是：
1、 工作频率；
2、 输出功率；
3、 灵敏度为。

1.2 设计思路
根据此次课程设计的要求，我设计的是一个简易的调频接收机。整个电路由五部分组成，分别为高频放大、混频、本振、鉴频和低频放大。其中中频部分由二次混频得到。
（1） 高频放大：高频放大器是用来放大高频信号的器件（在接收机中，高
放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量）。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用管子做放大器件，而且并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频（若有边频分量，便要设计回路的通频带能通过边频，使已调信号不失真）。这样做的好处是：a.回路谐振能抑制干扰；b.并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。
（2）混频：混频是将高频放大信号和本振信号混合，输出一个中频信号，在调频电路中，本振信号必须是独立的，这是与调幅电路最大的一个区别。混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。
（3）本振：本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号混频，得到一个中频信号。
（4） 鉴频：在本次设计中采用的是斜率鉴频器。
（5）低放：一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能。因为本次设计是音频信号，所以采用运算放大器效果比较好。

2 调频接收机系统原理分析

2.1 调频原理
调频（FM） 就是用高频载波信号的频率来装载音频信号，即用音频信号（调制信号）来调制高频载波信号的频率，从而使原为等幅恒频的高频载波信号的频率随着调制信号的幅度而变化，但其幅值不变（如图2.1所示）。频率被音频信号调制过的高频信号叫已调频信号，简称调频信号。调幅信号和调频信号统称为已调制信号，或简称为已调信号。

图2.1 调频波

调频广播所能传输的音频频带较宽，宜于传送高保真音乐节目，并且它的抗干扰能力较强。这是因为调频信号的幅值是固定不变的，可以用限幅的方法，将由干扰而产生的调频信号的幅值的变化有效地消除掉。同时，它比AM的发射功率也可减小，这是因为调幅信号的幅值一般都比载波的幅值大，有效发射功率比发射机发射的功率小得多。而调频信号的幅值和载波的幅值一样大，在发射机功率发射功率一样时，调频信号的有效发射功率要比调幅信号的有效发射功率大。但由于调频广播工作于超短波波段，其缺点是传播距离短，覆盖范围小，且易于被高大建筑物等物体所阻挡。然而人们恰恰利用了这一点，不同地区或城市可使用同一或相近的频率，而不致引起相互干扰，提高了频率利用率。
2.2调频接收机原理
天线接受到的高频信号，经过输入调谐回路选频为fi，再经高频放大器放大，进入混频器；本机振荡器输出的另一高频信号f2亦进入混频器，则混频器的输出为含有f1、f2、(f1＋ f2)、(f2- f1)等频率分量的信号。混频器的输出接有选频回路，选出中频信号(f2- f1)，再经中频放器放大，获得足够高的增益，然后经过鉴频器解调出低频调制信号，再由低频功放级放大，驱动扬声器。从天线接受到的高频信号经过混频初成为固定的中频f2- f1，故成为超外差式接收机。这种接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。图2.2为本次设计的调频接收机的基本原理框。

高频放大
一次混频
本振一16.455MHz
输入回路
二次混频
本振二6.9MHz
鉴频
低频放大
图2.2 调频接收机基本原理框图

3 详细设计

3.1 高频小信号放大电路
3.1.1工作原理
高频放大器是用来放大高频信号的器件，高频放大器与低频相比较，它的工作频率高，但整个工作频带宽度比较窄。在接收机中，高频放大器放所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量。根据高放的对象是载频信号这一情况，一般采用晶体管做放大器件，而且用并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号载频。对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内。允许把晶体管看成线性元件，可以看成有源线性四端网络。
对高放的主要要求是:(1) 工作稳定：放大器可能会产生正反馈，它影响放大器的稳定工作，严重时，会引起振荡，使放大器变成振荡器，从而完全破坏了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保证放大器远离振荡状态而稳定的工作。（2）选择性好，有一定的通频带。（3）失真小，增益高，并且工作频率变化时增益变动不应过大，工作频率越高，晶体管的放大能力越小，增益越低。增益变化太大时，则灵敏度相差将很悬殊。（4）噪声系数小，尽量减小本级的内部噪声。

3.1.2高频小信号放大电路及仿真图

图3.1高频放大电路

R4、R5为三极管Q1的偏置电阻，以使其工作在放大区。VCC=12V，V(BR)>=VCC, 输出电压:
; (3.1.1)
输出功率：
; (3.1.2)
电容C1起隔直耦合作用，C3起隔直作用，Q2、Q3两三极管构成乙类功率放大器，R7、R8的值都取1.0欧，负载R9为8.2欧，最终由R9输出功率。由仿真结果得，放大器将电压幅值放大20倍左右。

图3.2高频放大电路仿真图

3.2本地振荡回路
3.2.1工作原理
本振电路采用改进型电容三点式振荡电路。因为本振电路的输出频率要与高
频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。所以要求本振电路的输出频率必须很稳定。所以采用石英晶体振荡器。如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关。
3.2.2电容三点式电路图及仿真图

图3.3本地振荡回路电路
回路谐振电容 :
; (3.2.1)
由以上可知谐振频率 :
(3.2.2)
对于提高振荡电路的稳定度有以下几种方法：
（1） 提高回路的Q值。Q值高，可使频率稳定。回路Q值主要由电感的Q值决定，故要提高电感的Q值。为此应尽量减小损耗而加大特性电阻。不过，的提高有一定限制，L太大时，损耗也大，而且C太小时并联在回路中的杂散电容可与C相比拟，杂散电容将显著影响频率的稳定。 （2）减小负载的影响。减小振荡回路和负载间的耦合程度可减弱负载的影响，不过这时传送到负载上的振荡信号也小了，故振荡要求更强。在振荡器和负载之间加一级射极输出器可改善负载对振荡器的影响，因射极输出器之输入阻抗较高，隔离作用较好，同时不增加振荡功率的要求。

图3.4本地振荡仿真图

3.3 混频电路
3.3.1工作原理
混频器是一个变频电路，一般用相乘器，高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端，得到一个差频。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程 ( 混濒和本振的作用 ) 叫做变频。从频谱观点上来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。如图3.5所示:

图3.5 频谱电路

混频电路的原理是：把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1，与输入回路选择出来的广播电台的高频已调波信号f2同时加到非线性元件的输入端。利用元件的非线性作用（晶体管的非线性作用）进行混频。混频结果：输出频率为f1、f2以及频率为f1+f2、f1－f2、……高次谐波等多种信号。
在本次设计中我们采用晶体三极管混频器，晶体三极管环型混频器的优点是工作频带宽，可达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小，动态范围等，但其主要缺点就是没有混频增益。由于混频器处于接收机的前端，它的噪声电平高低对整机有较大的影响，因此要求混频器的噪声系数越小越好。

3.3.2一次混频电路原理图及仿真图

图3.6 晶体管混频电路

图3.7 晶体管混频电路仿真图

3.4 二次混频
3.4.1原理图及仿真图
二次混频原理与一次混频相同，我们将二次混频本振频率改为6.9MHz，输入的是一次混频输出的频率6.45MHz，所以经混频电路得到的频率应为450KHz的调制信号。

图3.8二次混频电路

图3.9二次混频仿真波形

3.5斜率鉴频器——双失谐回路
3.5.1电路组成

图3.10 斜率鉴频器电路组成
3.5.2工作原理
调频波经两个失谐回路转换为两个调幅-调频波，再经各自的包络检波器，得到两反相的输出信号，然后合成得到总的输出信号。

3.5.3鉴频器电路图及仿真图

图3.11 斜率鉴频器电路

图3.12斜率鉴频器仿真波形
3.6 低频放大电路
从检波器解调出的输出信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，把信号放大到所需要的大信号，然后再输出。电路如图3.13所示：

图3.13 低频放大电路

图3.14 低频放大仿真波形

电压增益Av
根据虚短和虚断的概念:
(3.6.1)
由图可知:
(3.6.2)
由此可得增益：
(3.6.3)
结束语

高频是一门比较难学的课程，相对来说,高频的课设也是不容易做的。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
在此课程设计过程中，我不仅可以学到了很多在书本上所没有学到过的知识，同时还巩固了以前所学过的知识。通过这次课程设计，让我对调频接收机各种电路都有了大概的了解。我深刻体会到实际动手操作与书本理论知识有很大的反差，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
在设计中遇到很多困难，我是通过张松华导师的悉心指导以及上网和查找书本相关内容而慢慢得到解决。在课程设计当中，我主要应用multisim软件，使得软件应用更加熟练了；另外对word排版也有了认识，为以后的毕业设计打下了很好的基础。
另外，设计过程中也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果

致 谢

本设计是在张松华导师的悉心指导下完成的，严谨的治学态度，一丝不苟的工作作风，平易近人的性格都是我学习的楷模。在课程设计与论文整理期间，导师给了我很大的支持和鼓励，才使得课程设计与说明书得以顺利的完成，在此谨向导师表示忠心的感谢和崇高的敬意。
同时，我感谢实验室老师，他们给我们提供了必要的实验器材，提供了很大的方便。另外，我也感谢同学及朋友，在做课程设计与制作期间，他们不仅在学习上对我有很大的帮助 ，也给了我精神上很大的鼓舞与支持。

参考文献

1. 《高频电子线路》 胡宴如主编，出版社：高等教育出版社
2. 《模拟电子技术基础》 康华康主编，出版社：高等教育出版社
3.《 高频电子线路实验与课程设计》 杨翠娥主编，出版社：哈尔滨工程大学出版社
4.《高频电子线路辅导》 曹馨文 陈剑主编，出版社：西安电子科技大学出版社

附 录
附录A：原理图

图3.15 总电路原理图

17