高频课程设计调频接收机 - 副本.doc

目录一、绪论二、设计目的、要求 2.1调频接收机的主要技术指标2.1.1工作频率范围2.1.2灵敏度2.1.3中频选择性2.1.4中频抑制比2.1.5镜相抑制比2.1.6音频响应2.1.7额定输出功率三、 调频接收机系统原理分析四、 单元电路设计与仿真五、 心得体会六、 参考文献七、 致谢 1绪论调频收音机（FMRadio）一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。如今，随着消费类电子的兴起和繁荣以及数字电子的发展，广大从事消费类电子设计的厂商都不忘在诸如MP3、智能手机、便携式Video播放器等产品中嵌入FM部分。传统的调频解决方案存在电路体积大、调谐不方便、稳定性欠佳等弊端。为了解决上述问题，众多半导体公司纷纷寻求调频接收机的ASIC解决途径。调频即使载波频率按照调制信号改变的调制方式。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母 FM 表示。 FM收音机就是通过采用FM调频载波方式传输无线电信号的收音机。由于采用的波长较短，因此传输的信号要比采用AM波长传播信号的收音机要好很多，但是因为是短波，因此传播距离比较短。2 设计目的、要求在本次设计中，其目的是得到一个超外差调频收音机。在超外差式调频收音机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、低频放大七个部分。整个电路的设计必须注意几个方面。选择性好的级，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最好。如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。2.1 调频接收机的主要技术指标调频收音机的主要技术指标有：2.1.1 工作频率范围收音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。收音机的工作频率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88108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88108MHz。2.1.2 灵敏度在标准调制（如调制频率f= 1kHz 、频偏fm =5kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz ）条件下，使收音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50V。2.1.3 中频选择性收音机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。2.1.4 中频抑制比收音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。2.1.5 镜相抑制比收音机对输入信号为镜象频率信号（fj）的抑制能力，称为镜像（IRR）IRR=20(Vj /VS)式中，VS是输入灵敏度电平，Vj是使输出功率为额定值的输入镜像信号电平，单位用dB（分贝）表示dB数越高，镜相抑制能力越强。镜像频率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。2.1.6 音频响应收音机在标准调制（如调制频率f=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。2.1.7 额定输出功率收音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。本次的基本要求是：1、接收频率范围 87108MHz 2、灵敏度 10uV 3、选择性 50dB 4、频率特性 频响为80-15kHz（）5、失真度6、输出功率 500mW3 调频接收机系统原理分析3.1 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。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。3.2.超外差式接收系统3.2.1 工作原理在超外差式调频收音机的设计过程中，应将其分为高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、低频放大七个部分。整个电路的设计必须注意几个方面。选择性好的级，应尽可能靠近前面，因在干扰及信号都不大的地方把干扰抑制下去，效果最好。如干扰及信号很大，则由于晶体管的非线性，将产生严重的组合频率及其他非线性失真，这时滤除杂波比较困难。为此，在高级接收机中，输入电路常采用复杂的高选择电路。为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。 超外差式收音机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成选台。超外差电路的典型应用是超外差收音机，其优点是：容易得到足够大而且比较稳定的放大量。具有较高的选择性和较好的频率特性。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，超外差收音机已经可以单片集成。3.2.2 电路方框图图2-2 调频接收机的组成3.2.3.调频收音机的工作过程一般调频收音机的组成框图如图2-2所示。其工作原理是：天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为fS，进入混频器。第一本机振荡器输出的高频信号f1 亦进入第一混频器，则混频级的输出为含有fS 、f1、（fS + f1）、（fS f1）等频率分量的信号。混频器的输出接滤波器电路，选出第一中频信号f3= f1fS, f3与第二本机振荡器输出的高频信号f2进入第二混频器，第二混频器的输出信号的频率成分有f3、f2、f2+ f3 、f2 - f3、滤波器选出第二中频信号，再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号f，由低频功放级放大，驱动扬声器。从天线接收到的高频信号fS，经过混频、滤波成为固定中频 fI = f1 fS 的接受机，称为超外差式收音机。这种收音机的灵敏度较高，比较性较好，性能也比较稳定。4单元电路设计与仿真4.1 分立元件仿真（原理分析仿真）4.1.1高频小信号放大器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。电路如图3-1，仿真效果如图3-2：图3-1 高频放大图3-2 仿真图4.1.2 混频电路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。电路如图3-3所示，仿真如图3-4所示:图3-3 原理电路图3-4 仿真图4.1.3 本地振荡回路在本次设计中，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。为了稳定振幅，可在各波段振荡器的反馈线圈上并联不同的电阻以平滑电抗元件的频率特性，还可用自动增益控制稳定振幅。电路图如图3-5所示，仿真图如图3-6所示：图3-5 电路图图3-6 仿真图4.1.4 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。斜率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。斜率鉴频器的U=为普通鉴频器的一半。但因斜率鉴频器有限幅作用，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。其单元电路图如图3-7所示，仿真图如图3-8、3-9、3-10所示：图3-7 斜率鉴频电路图3-8 仿真波形图3-9 输出仿真波形4.1.5 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。仿真电路及仿真图见图3-10、图3-11。图3-10 仿真电路图3-11 仿真图4.1.6 低频功放电路 低频功放电路位于调频接收机的最末端，低频功率放大器的任务就是供给负载一个不失真或失真较小的额电功率，一般放大电路的最后一级就是功率放大器，简称功放级。由此可见，它的要求是功率管在安全工作的条件下、并在允许的失真范围内高效地输出尽可能大的功率。仿真电路及仿真图见图3-12、图3-13。图3-12 仿真电路图3-13 仿真图5心得体会通过这次的课程设计让我了解了无线电信号的产生、发射和接收过程，尤其是懂得了接收机的完全工作原理。在接收处，先用接收天线将收到的电磁波转变为已调波电流，然后从这已调波电流中检出原始的信号。最后再用听筒或扬声器将检波取出的音频电流转为声能，人就听到了发射机处发送的语言、音乐等信号。但是，接收天线所收到的电磁波很微弱。为了提高接收机的灵敏度，可在检波器之前加一级至几级高频小信号放大器，然后再检波。最后送到扬声器或耳机中转为声音，通过这次课程设计，使我对课本上的知识有了更进一步的了解，对一些基本的线路连接和器件的功能也有了更加深刻的理解和形象的认识。而且课程设计是在我们课本知识结束后开始的，正好使我们巩固加强了所学的知识，也为我们考试复习做好了准备。同时也增强了我们的实际动手能力，独立思考能力.6参考文献数字电子技术基础(第5 版高等教育出版社， 2005）张肃文等编 高频电子线路（第四版） 高等教育出版社高频电子线路实验与课程设计指导书杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计M.哈尔滨工程大学出版社,20057致谢 在本论文完成之际，特别感谢徐丽莎老师精心的指导，没有他们的远见卓识，严格的要求和矢志不渝的支持，我的设计难以如此顺利的完成，感谢电信老师们的支持和鼓励，谢谢