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电科080206
课程设计
课程名称通信电子线路课程设计
课题名称小功率调频接收机设计
专业电子科学与技术_____
班级_0802班___________
学号_06号__________
姓名王欢_________
指导教师浣喜明_________
2011年6月10日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称通信电子线路课程设计
题目调频接收机设计
专业班级电子科学0802班
学生姓名王欢学号06号
指导老师浣喜明
审批
任务书下达日期:
2011年05月27日星期五
设计完成日期:
2011年06月10日星期五
设计内容与设计要求
一、设计内容:
设计一调频接收机。
已知Vcc=6V,主要器件有17.8MHZ晶振,10.7MHZ中频变压器,
主要技术指标:
频率覆盖范围:
88~108MHZ;
灵敏度:
25μV;
选择性:
大于50dB(中频干扰抑制比)
中频频率:
10.7MHZ;
输出功率Po=0.5W(RL=8Ω);
二、设计要求:
1、给出整体设计框图;
2、绘制各单元电路电路图,并计算和选择各参数;
3、绘制总电路原理图,完成在实验箱完成整机联调;
1、写出设计报告;
主要设计条件
提供计算机和必要的实验仪器
说明书格式
1、课程设计报告书封面;
2、任务书;
3、说明书目录;
4、设计总体思路及方案比较;
5、单元电路设计;
6、总电路设计;
7、设计调试体会与总结;
8、附录(总电路原理图,PCB图);
9、参考文献。
进度安排
第一周:
星期一:
安排任务、讲课;
星期二~星期四:
查资料、设计;
星期五:
电路仿真
第二周:
星期一~星期二:
设计;
星期三~星期四:
写总结报告
星期五:
答辩。
参考文献
1、《无线接收发射应用集成电路手册》赵负图
化学工业出版社
2、《晶体管收音机手册》上海科学技术出版社
3、《接收机系统设计》美。
J。
E斯蒂芬
宇航出版社
4、《电子技术基础实验》陈大钦
高等教育出版社
目录
1设计任务与要求
1.1设计要求6
1.2调频接收机组成框图6
2设计原理
2.1调频接收机基本原理7
3单元电路设计与参数计算8
3.1总体电路框图8
3.2单元电路设计9
3.2.1高频功率放大电路9
3.2.2混频器电路10
3.2.3其他部分电路12
3.2.4整机电路15
4部分仿真电路16
4.1混频电路16
4.2中频放大电路17
4.3鉴频电路19
4.4低频功率放大电路21
5元器件清单23
6总结与体会24
一、设计任务与要求
1.1设计要求
1.工作频率范围
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
接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度,接收的输入信号越小,灵敏度越高。
调频广播收音机的灵敏度一般为5~30uV。
3.选择性
接收机从各种信号和干扰中选出所需信号的能力称为选择性dB数越高,选择性越好。
调频收音机的中频干扰应大于50dB。
4.频率特性
接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。
调频机的通频带一般为200KHz。
1.2调频接收机组成框图
图1调频接收机组成框图
2.1调频接收机基本原理
调频(FM)收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音频功率放大器组成。
要消除由寄生调幅所引起的鉴频器的输出噪声,通常在末级中放和鉴频器之间不需要此限幅器。
由此可见,限幅与鉴频一般是连用的,统称为限幅鉴频器。
但若调频信号的调频指数较大,它本身就具备抑制寄生调制的能力。
FM混频信号由FM中频回路进行选择,提取以中频10.7MHz为载波的调频波。
该中频选择回路由10.7MHz滤波器构成。
中频调制波经中放电路进行中频放大,然后进行鉴频得到音频信号,经功率放大输出,耦合到扬声器,还原为声音。
如图所示。
调频波的表达式:
数学表达式
瞬时频率
瞬时相位
最大相移
信号带宽
谐振频率:
回路空载Q值:
因此通频带:
3.1总体电路框图
图2总体工作原理图
一般调频接收机的组成框图如图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f1,再经高频放大级放大进入混频级。
本机振荡器输出的另一高频f2亦进入混频级,则混频级的输出为含有f1、f2、(f1+f2)、(f2-f1)等频率分量的信号。
混频级的输出接调频回路选出中频信号(f2-f1),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,由低频功放级放大。
由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频,再加以放大,因此接收机的灵敏度较高,选择性较好,性能也比较稳定。
3.2单元电路设计
3.2.1高频功率放大电路
高频功率放大电路如图3所示,他不仅要放大高频信号,而且还要有一定的选频作用,因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。
其具体的工作原理如下:
从天线ANTA1接收到的高频信号经过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路,选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号,经晶体管QA1进行放大,由CA3、TA1初级组成的调谐回路,进一步滤除无用信号,将有用信号经变压器和CB1耦合进入ICB1(MC3361).
图3高频功率放大电路
.3.2.2混频器电路
下图是一种简单点频接收实用混频放大器电路,其中三极管T1实现频率变换:
图4混频电路
将接收到的信号
与三极管T2和晶体组成的本机振荡的输出信号
进行混频,由
和C选频网络选出中频信号
,其原理是,利用三极管集电极电流ic与输入电压ubc之间的非线性关系实现频率转换。
变换后的调制参数(调制信号和偏频)保持不变,仅仅改变载波频率,因为高频调制信号从基级输入,本机振荡信号从发射极输入。
这种电路的特点是:
信号的相互影响较小,不容易产生牵引现象,但是要求本振的输出电压幅值较大,以便使三极管工作在非线性区,实现频率转换。
混频管T1的静态工作点由R1、R2和R3决定,为使三极管工作在非线性区,静态工作点IcQ不能太大,否则非线性作用消失,混频增益会大大的下降,但也不能太小,一般选在0.3mA左右较为合适。
三极管T2晶振JT组成的本机振荡器电路称为电容反馈三点式振荡电路,又称“卡毕兹”电路。
电路的反馈系数F=C7/C5。
振荡频率主要由晶振的频率决定,因此频率稳定度较高。
分析表明,振荡频率
的表达式为
式中,
为晶振的等效电容,与频率有关,对于频率为几十兆赫的晶振,
约为几毫亨;
为谐振回路中的总电容,由晶振的等效电容与外接电容共同决定。
3.2.3其它部分电路
在本实验中我选择了MC3361芯片,所以工作原理中的混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路全部由MC3361实现MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路,主要应用于语音通讯的无线接收机。
片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。
MC3361集成电路采用16脚双列直插式封装。
它具有较宽的电源电压范围(2~9V),能在2V低电源电压条件下可靠地工作,耗电电流小(当Vcc=3.6V时,静态耗电电流典型值为2.8mA),灵敏度高(在2.0μV输入时典型值为-3dB),音频输出电压幅值大。
它的内电路结构框图如图5所示。
图5MC3361的内部电路
以下分别为中频放大电路,鉴频电路,低频功放电路。
(介绍在后面的仿真原理图)
图6中频放大电路
图7鉴频电路
图8低频功放电路
3.2.4整机电路
图9整机电路图
4.部分仿真电路
4.1混频电路
是一种简单点频接收实用混频放大器电路,其中三极管T1实现频率变换将接收到的信号
与三极管T2和晶体组成的本机振荡的输出信号
进行混频,由
和C选频网络选出中频信号
,其原理是,利用三极管集电极电流ic与输入电压ubc之间的非线性关系实现频率转换。
。
电路图如下:
图10混频器电路
4.2中频放大电路
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接收机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。
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,它谐振于中频465kHz。
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。
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。
电路图如下:
图11中频放大电路
图12中频放大仿真波形
4.3.鉴频电路
实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类,第一类是调频-调幅调频变换型。
这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波,然后用振幅检波器进行振幅检波。
第二类是相移乘法鉴频型。
这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波,其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相位比较,通过低通滤波器取出解调信号。
因为相位比较器通常用乘法器组成,所以称为相移乘法鉴频。
第三类是脉冲均值型。
这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列,然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值,这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。
图是双失谐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。
次级两个回路的谐振频率分别W01、W02,并使W01、W02与Wc成对称失谐。
即:
W01-Wc=Wc-W02。
当输入调频信号的频率为Wc时,两个次级回路输出电压幅度相等,经检波后输出电压U0=U01-U02。
当输入调频信号的频率由Wc向升高的方向偏离时,L2C2回路输出电压大,而L1C1回路输出电压小,则经检波后U01<U02,则U0=U01-U02<0。
当输入调频波信号的频率由Wc向降低方向偏离时,L1C1回路输出电压大,L2C2回路输出电压小,经检波后U01>U02,则U0=U01-U02>0。
电路图如下:
图13鉴频电路
图14鉴频电路仿真波形
4.4低频功率放大电路
变压器耦合单管功率放大电路,图中Rb1、Rb2和Re组成分压式电流负反馈偏置电路,Ce是发射极旁路电容器,RL为放大器的负载电阻,T1和T2是输入和输出变压器,统称为耦合变压器。
其作用一方面是隔断直流耦合交流信号,另一方面用来变换阻抗,使负载能够获得最大的功率。
三极管V常被称为功放管。
通常功率放大器的负载RL小于三极管集电极所需最佳负载R′L,阻抗不匹配。
根据变压器变换阻抗原理,T2的初、次级阻抗关系为:
R′L=n2RL式中,n=
是变压器的匝数比,只要合理地选择变压比n,即可使负载RL通过T2在它的初级得晶体管所需要的最佳负载阻抗R′L。
图15变压器耦合单管功率放大电路
等效电路图如下:
图16低频功放仿真电路图
图17低频功放仿真波形
5元器件清单
序号
名称
规格
数量
备注
1
天线
1
2
电容
2pF
1
3
电容
15pF
1
4
电容
62pF
1
5
电容
100pF
2
6
电容
510pF
1
7
电容
0.001μF
2
8
电容
0.01μF
3
9
电容
0.02μF
2
10
电容
100μF
4
11
电容
220μF
1
12
可变电容
20~5pF
1
13
变压器
10.7MHz
2
14
电阻
330Ω
1
15
电阻
510Ω
1
16
电阻
3.3kΩ
3
17
电阻
15kΩ
1
18
电阻
22kΩ
2
19
电阻
30kΩ
1
20
电阻
80kΩ
1
21
集成电路
FS2204
1
22
三极管
3DG100
2
高频小信号放大
23
扬声器
8Ω/4W
1
24
晶体振荡器
17.8MHz
1
25
滑动变阻器
0~1kΩ
1
26
滑动变阻器
0~47kΩ
1
6、总结与体会
通过这次对调频接收机的设计与制作,让我了解了设计电路的过程,也让我了解了关于调频接收机的原理与设计理念。
实际接线中有着各种各样的条件制约,不可能与理想情况完全一致,。
所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法
两个星期的课程设计时间飞快的过去了。
在两周的时间中,我独立完成了设计报告的书写、相关资料的查询和搜集、电路图的仿真模拟、电路相关数据和参数的整理和分析、等任务。
在课程设计的过程中,自己遇到了这样那样的困难,但最后运用自己的相关知识、查阅相关资料和请教同学老师等方式成功克服了。
MC3361芯片的选择,大大的降低了设计的难度,也提高了设计的效率和电路的性能。
我觉得课程设计让我明白了整体与局部的结合很重要,必须先把整体的电路图弄明白,把各个电路弄懂,然后逐个画出来,最后组合成我们所需要的能够实现功能的电路。
课程设计要我们学习的是一种使我们去掌握独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力,使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其解决。
最后,这次课程设计也激发了我对电子电路的兴趣,认识了他的用途和优点,在以后的生活中,我会更加关注更加的加以运用。
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性
软件设计完成情况
硬件调试完成情况
设计说明书与设计图纸质量
答辩情况
独立工作能力
完成任务情况
出勤情况
综合评分
指导教师签名:
________________
日期:
________________
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