超外差调频接收机电路分析.doc

超外差调频接收机电路分析
1 电路方框图
输入
高放
混频
中放
鉴频器
放大
本振
限幅

2 各部分电路分析
2.1 高频放大电路
高频放大器是用来放大高频信号的器件，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：1）回路谐振能抑制干扰；2）并联回路谐振时，其阻抗很大，从而可输出很大的信号。
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。高频放大电路如图1所示。

图1 高频放大电路

图2 图1的等效电路

2.2 本振电路
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，所以采用了改进型电容三点式。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，当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时，振幅也就会改变。本次设计的电容改进型电路图如下所示：

图3 电容反馈改进振荡电路

图4 图3的等效电路
图3是一个电容反馈改进振荡器电路，其交流等效电路电路如图4所示。图4中C为

2．3 混频器
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5所示

图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。
在本电路设计中采用二极管环型混频器，二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。

图6 二极管环型混频电路
图6是二极管混频电路的原理图，图中Us、RS1为输入信号源，UL、RS2为本振信号源，RL为中频信号的负载。为了保证二极管工作在开关状态，本振信号UL的功率必须足够大，而输入信号US功率必须远小于本振功率。实际二极管环型混频器组件各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。
2.4 中频放大电路
超外差接收机中的中频放大器是一种频带较宽的谐振放大器。中放采用谐振回路作负载，这是与高放共同之处；但中放的谐振曲线接近理想曲线—矩形，这是与高放不同之处。后者对超外差接收机的中放来说是完全必要的，因中放任务之一是削弱邻近干扰，而邻近干扰频率离信号很近，变频之后，离中频就很近，若中放的谐振曲线不好，便难以削弱。此外，中放还具有工作频率固定与级数多两个特点。
中放的作用有两个主要作用：（1）提高增益，因中频低于信号频率，晶体管的y参数及回路谐振电阻等较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放。（2）抑制邻近干扰。对中放的主要要求是工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率高，通频带宽，故高放回路的Q值越高越好，这时不必顾虑B太窄的问题；但对于中放，由于工作频率较低，若回路Q值过高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，故希望他在要求的通频带条件下选择性越高越好，也就是要求谐振曲线接近矩形。实际谐振曲线很难做到理想矩形，为了衡量实际谐振曲线接近矩形的程度，引入矩形系数，式中为通频带。
中频放大电路如图所示：

图7 中频放大电路
信号从变频器输出，通过变压器B10加到第一级中放BG4. BG4为双回路放大器，B11的初级和C38构成初级回路。B11的次级和B12的初级构成次级回路的电感，而电容是C40。两者组成电感耦合对称双回路。BG4集电极以自耦变压器方式接到初级回路，BG5的输入电阻通过变压器B12变换为大一些的输入电阻后和B12的初级并联。因B11的次级线圈数N45只有一圈，而可忽略。R22及C34是自动增益控制滤波器。BG4既通过R15加有固定偏压，有通过R22加有自动增益控制电压，此外，射极还有偏压。第二级中放BG4.单回路中放，与检波器以变压器B13耦合。其余元件作用和BG4的相同。R16用的较大，使接收小信号的自动增益控制作用启动的晚一些，以提高小信号的灵敏度。BG5的工作电流较大，约1.6-2mA，以获得较大的增益和动态范围。
2.5限幅电路
发射机发出的调频信号，其幅度应该不变，但实际上存在寄生调幅，特别是信号在传输途中会受到干扰的调幅；这种不需要的幅度变化可被鉴频器检出而干扰有用信号。因此必须在鉴频之前用限幅器去掉寄生调幅，使输出调频信号的幅度不变，这样即可提高干扰性。要完成限幅任务，必须使用非线性器件，信号通过非线性元件后，必然产生新的频率。电路图如下：

图8 限幅电路
图中BG为放大管，LC回路为其负载，回路上并联了两个限幅二极管，E1=E2为二极管提供反向偏压。若回路AB两端的高频电压小于E1，则D1及D2均不导电。若高频电压大于E1，则正半周时D2导电，负半周时D1导电。当D1及D2导电时，其内阻甚小，故D1及D2上的电压甚小；而且隔直流电容C1对高频的容抗很小，故输出电压u0近似等于E1，高频电压的最大值被限制在E1电平上。
2.6 鉴频电路
鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。普通鉴频器的线性范围较宽，调整较易；但由可以看到，U=正比于前级集电极电流的基波幅度Icm1，鉴频前若无限幅器，则Icm1不为常数，于是U=将随Icm1即接收信号的大小改变，而不能去掉寄生调幅的影响。故用普通鉴频器时，前面必须使用限幅器。但限幅器要求较大的输入信号，这导致限幅前高频级数的增加哦。比例鉴频器可改正这一缺点，它能同时完成限幅及鉴频的任务，其输入信号不必太大。比例鉴频器的U=为普通鉴频器的一半。但因比例鉴频器有限幅作用其输入信号即鉴频器输入端初级回路电压约只有0.1V即可工作。所以在本次设计中采用了比例鉴频器，其单元电路图如下所示：

图9 鉴频电路
图中C1是高频滤波电容，R及C是减重网路，它用来提高抗干扰性。其作用原理是：在发射机中用加重网络加重高音，接收时用减重网络削弱高音，于是不存在高音频率失真。这样一来，减重网路把高音端的干扰削弱了，故接收机的信噪比得以提高；或者说，减重网络压缩了通频带，减小了噪声。图3.6.1中电容C上的输出电压在高音时因C的电抗减小而下降。
2.7 低频放大电路
从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路，如果是音频信号，可以外加一个喇叭。单元电路如图所示：

图10 低频放大电路