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调频接收机
目录
前言I
1调频收音机组成和基本原理1
1.1组成1
1.2原理1
2调频接收机设计6
2.1总电路图及原理6
2.2总电路各部组成7
2.2.1混频电路7
2.2.2中频放大电路8
2.2.3鉴频电路9
2.3电路调试10
3心得体会11
4实验元件12
5参考文献13
前言
掌握基本的高频接收机电路的设计与调试方法,了解集成电路调频调谐器的性能及应用。
对于收音机的结构工作原理及各类工作电路包括混频、调频、鉴频、集成电路等作了详细的介绍。
。
特别对于芯片TDA7088集成电路的作用尤为重要,举例说明接收机的设计电路,利用芯片TDA7088设计高频接收机,对信号进行放大、检波、频率放大、功率放大等功能以及收音机的调试灯都做了特别的说明。
1调频收音机组成和基本原理
1.1组成
调频收音机主要由输入调谐回路,高频放大,混频,本机振荡,中频放大,鉴频,低频功放这7部分组成。
简略框图如下所示:
图1.1调频接收机组成框图
1.2原理
(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1.2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1.2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)工作原理
1.输入调谐回路
输入调谐回路也称为天线输入回路,T1是中波段输入调谐回路高频变压器,高频变压器分初级线圈和次级线圈,均绕在磁棒上,C1.1是双连可变电容器的调谐连,C1.2是补偿电容,补偿电容采用小型半可变电容器,调整其电容量,可以使输入回路和振荡回路的高端频率同步,从而提高频率高端的灵敏度。
C1.1与T1的初级线圈组成串联谐振回路,C1.1的容量从大到小,可使谐振频率从最低的535千赫到最高的1605千赫范围内连续变化。
当外来信号的某一电台频率的信号与谐振频率一致时,调谐电路发生谐振,这时T1初级线圈两端某一电台频率的信号电压最高,并同时衰减了其他频率信号,达到了选台的目的。
T1的初级还与次级线圈组成高频变压器,将调谐电路选出的信号电压,通过次级耦合到下一级。
2.变频级电路
变频级的任务是把调谐回路选出来的某种频率的高频信号转变为一个固定的465
千赫中频信号,然后把载有音频信号的465千赫中频信号耦合到中放级。
为完成变频
级的任务,变频级电路必须具备两部分电路:
●本机振荡电路; ●混频电路。
用一只晶体管完成本机振荡和混频两个任务的电路称为变频电路。
外来的高频调幅信号经T1次级线圈耦合到V1管的基极和发射极回路中,而从集电极和发射极回路输出。
本机振荡回路的高频信号加在V1管的发射极和基极回路中,而从集电极和基极回路输出。
结果,在V1管的集电极电流中包含外来信号和本机振荡两种频率。
当这两种不同频率的信号在同一时刻从基极和发射极进入三极管的输入回路以后,就会在集电极中输出f振、f振+f外、f振-f外、f外-f振 、f外……等多种频率的混合信号。
其中f振-f外 =465千赫,正是中放级所需要的中频信号。
为了选择出465千赫的中频信号,并同时衰减集电极的其他频率信号,在集电极回路中并联了由第一中频变压器T3的初级线圈和电容组成的谐振电路,电路谐振于465千赫,此时,中频变压器初级线圈两端阻抗很大,使集电极输出的465千赫的电流转换成很高的谐振电压,耦合到T3的次级。
对于其他频率,由于他们的谐振阻抗极低,几乎没有电压耦合到次级,达到了选频的目的。
3.中频放大电路
采用两级单调谐中频放大电路,V3是第一级中放管,V4是第二级中放管,两管组成两级共发射极放大电路。
放大465千赫的中频信号。
T3是第一中频变压器,通常称为中周,T4、T5分别为第二中周和第三中周。
上述三个中周的作用有四点:
a、中周内的线圈初级与电容组成谐振回路,选择465千赫的中频信号,并衰其他频率的信号;b、隔直流,使各级晶体管的静态工作点独立;c、转换阻抗,在前后级的输出与输入回路之间进行阻抗匹配;d、传递中频信号。
每一级的中周的参数和性能有所不同:
第一级中周主要考虑选择性;第二级中周兼顾通频带的宽度和选择性;第三级中周兼顾通频带的宽度和增益。
并且各中周的变压比、抽头数不一样。
中频信号在中频级经过两次放大,并经过四个中频谐振回路的选择。
可以说,超外差式晶体管收音机整机的灵敏度和选择性决定于中频级。
4.检波级电路
检波级的任务是把所需要的低频信号从中频信号中取出来,并耦合到低频放大级去。
V5三极管作为二极管用,R9为检波滤波电阻,C9、C6为检波滤波电容,RP为音量电位器,R6是自动增益控制电路中的滤波电阻。
中放级输出的465千赫的中频信号,经T5耦合到V5,由于二极管的单相导电性,把中频信号负半波去掉,变成正半周的中频脉动直流信号。
实验证明,中频脉动直流信号中包括如下三种成分:
中频等幅成分、音频成分、直流成分。
C8、C9和R9组成的π型滤波电路。
由于C8、C9对中频的容抗很小,对音频的容抗较大,对直流的容抗无限大,同时,R9对中频、音频、直流成分的分压一视同仁。
因此经过π型滤波后,中频成分被虑掉,大部分的音频信号加在电位器RP上,形成音频电压,经C12耦合到低频放大级。
5.自动增益控制电路(AGC电路):
自动增益控制电路(简称AGC电路)的作用是为了使收音机在接收强弱不同的信号时都能收听到同样的音量,即使信号的强弱变化较大,也能大体维持一定音量不变。
自动增益控制的工作原理是利用了检波输出的音频脉动直流成分通过电阻R6控制V3发射结正向电压的大小,从而改变V3的增益,AGC电路实际上上起了一种负反馈的作用(电压并联负反馈)。
6.低频放大电路:
低频放大电路是V6、V7管等元件组成两级共发射极放大电路,检波器负载RP取得的音频信号电压经C12耦合到V4管的基极,放大后从集电极输出,经C13耦合到V7管的基极。
功率放大器的输入变压器T6的初级是V7管的集电极负载。
7.推挽功率放大电路:
功率放大的主要任务是将末前级送来的音频交流信号放大到足够大的功率输出,从而推动喇叭发音。
电路中V9、V10两只低频功率三极管与输入输出变压器组成推挽功率放大电路。
对于NPN型晶体管V9、V10来说,推挽放大就是轮流地分别放大T6次级输出正半周信号。
由于输出变压器T7初级两端反相,因而T7次级得到一个完整的音频信号。
R16是两管的上偏流电阻,V8是两管的下偏流二极管,上述器件给两功放管提供偏置。
C15、C14分别为V10、V9的负反馈电容,可以减少啸叫和噪音,改善音质。
2调频接收机设计
2.1总电路图及原理
图3.1调频收音机总电路图
调频收音机的电原理图。
其核心器件是一块TDA7088集成电路,这块集成电路中包含了调频收音机中从天线接收、振荡器、混频器、AFC(频率自动控制)电路、中频放大器(中频频率为70kHz)、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等全部功能,还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。
取代可变电容器的是变容二极管,它是一种特殊的二极管。
它的PN结电容随着PN结上的偏压(反向电压)变化而改变。
偏压增大,PN结变厚,PN结电容变小;偏压降低,PN结变薄,则PN结电容增大。
因此改变PN结上的偏压,就可以改变PN结的电容。
电路中变容二极管接在本机振荡电路上,就可以改变振荡频率。
因为集成电路中很难集成较大容量的电容器,所以集成电路外接的电容器较多。
TDA7088集成电路的1脚接的电容器C1为静噪电容;3脚外接环路滤波元件;6脚上的C4为中频反馈电容;7脚上的C5为低通电容器;8脚为中频输出端;9脚为中频输入端;{10}脚上的C7为中频限幅放大器的低通电容;{15}脚为搜索调谐输入端,C12为滤波电容器;{16}脚为电调谐、AFC输出端。
调频收音机的耳机线兼作天线,电台信号送入集成电路的第{11}脚和{12}脚,电感L2、电容器C8、C9、C10构成输入回路。
电路的频率由L1、C3及变容二极管VD1决定。
混频后产生的70kHz中频信号经集成电路内的中频放大器、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器后变为音频信号,由集成电路的第2脚输出,送到音量电位器上,再由电容器C15送到由三极管VT1、VT2等组成的低频放大电路中进行放大,推动耳机发声。
连接耳机插座的电感器L3、L4是为了防止天线的信号被耳机旁路而设置的。
发光二极管和电阻器R6组成电源显示电路。
电容器C18和C19为电源滤波电路。
电容器C17是用来改善音质的。
2.2总电路各部组成
2.2.1混频电路
图3.2.1混频电路图
上图为TDA7088的混频电路,因为中频比外来信号频率低且固定不变,中频放大器容易获得比较大的增益,从而提高收音机的灵敏度。
在较低而又固定的中频上,还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。
它们具有接近理想矩形的选择性曲线,因此有较高的邻道选择性。
如果器件仅实现变频,振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。
2.2.2中频放大电路
TDA7088的中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大,然后送到检波器检波。
中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。
下图(a)是LC单调谐中频放大电路,R1上端为输入电压U。
图(b)为它的交流等效电路。
图中B1、B2为中频变压器,它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络,同时还起阻抗变换的作用,因此,中频变压器是中放电路的关键元件。
中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路,由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大,对非谐振频率的信号阻抗较小。
所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降,并且耦合到下一级放大,对非谐振频率信号压降很小,几乎被短路(通常说它只能通过中频信号),从而完成选频作用,提高了接收机的选择性。
由LC调谐回路特性知,中频选频回路的通频带B=f2-f1=fd/QL,式中QL是回路的有载品质因数。
QL值愈高,选择性愈好,通频带愈窄;反之,通频带愈宽,选择性愈差。
图a中频放大电路图
图b中频放大电路交流等效电路
2.2.3鉴频电路
下图是回路鉴频器的原理图。
它是由三个调谐回路组成的调频-调幅调频变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。
初级回路谐振于调频信号的中心频率,其通带较宽。
图中C3和C4的俩段为输出电压u0。
3-4鉴频电路图
2.3电路调试
调试方法:
先用一个直流电源(用电池)接到16脚上调收音机的频率覆盖,将直流电源调到Vcc-0.1V的电压值上(如收音机所用的电源Vcc=3V则调到3-0.1=2.9V),拨动振荡线圈的间距即调节其电感量使收音机收到87.5MHz的信号,然后把直流电源调到Vcc-1.6V的电压值附近,只要能收到108MHz的信号就可以了。
频率覆盖调好后,去掉直流电源,即组装调试完毕。
该机接收频率在88~108MHz范围电路见上图所示。
特殊规格可将本机接收频率调为76~106MHz。
在实物调试时,测量电流,电位器开关关掉,装上电池(注意正负级)用万用表的50mA档,表笔跨接在电位器开关的两端(黑表笔接电池负极、红表笔接开关另一端)若电流指示小于10mA,则说明可以通电,将电位器开关打开(音量旋至最小即测量静态电流)用万用表分别依次测量D、C、B、A四个电流缺口,若被测量的数字在规定(参考电路原理图)的参考植左右即可用烙铁将这四个缺口依次连通,再把音量开到最大,用双联拨盘即可收到电台。
在安装电路板时注意把喇叭及电池引线埋在比较隐蔽的地方,并不要影响调谐拨盘的旋转和避开螺丝桩子,电路板挪位后再上螺丝固定。
当测量不在规定值左右时仔细检查三极管的极性有无装错,中周是否装错位置以及虚假错焊等,若哪一极不正常则说明哪一极有问题。
3.心得体会
实验元件
器件
规格(数量)
TDA7088TDA2088
集成电路一片
二极管(VD1)
一片
发光二极管(VD2)
一片
电阻(R1R2R3R4R5)极变电阻
5.6K22K150K6801K一片
电容(C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18C19C20)
0.1u0.068u0.01u3300p180p3300p330p82p33p220p0.1u470p0.04u1000p1u1000p0.1u10u0.01u0.01u
三极管(VT1VT2)
两片
电感(L1L2L3L4)
四片
开关(SB1SB2SA)
电源(VCC)
3V
喇叭
1个
参考文献
[1]《通信电子线路》第2版武汉理工大学出版社2005刘泉主编
[2]《电子技术实验与课程设计》第3版 机械工业出版社2005 毕满清主编.
[3]《电子线路课程设计》第1版 电子工业出版社2004 陈晓文主编.
[4]《数字电子技术基础》第4版 高等教育出版社,1997阎石主编.
[5]《高频电子线路》第1版 西安交通大学出版社,2005谈文心等主编.
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