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课程设计报告
摘要
随着广播技术的发展,无论是发射机还是接收机都在更新换代,尤其是以接收机的发展更为明显。
而调频接收机是一种通用形式,本文主要讲述以双失谐回路斜率鉴频器为核心构成接收机和工作原理。
此种调频接收机由六部分构成,分别是:
高频放大器、混频器、中频放大器、鉴频器、低频功率放大器和本地振荡器。
接收机的接收天线将接收到的高频调幅波通过变频变换成一个高频和低频之间的固定频率(中频),然后进行中频放大,在解调出低频信号。
关键词:
混频、放大、鉴频、本振
一、前言
随着现代科技的快速发展和人们生活水平的不断提高,人们相互交往所利用的通信方法也越来越多,电子科学的发展尤其是无线通信的快速发展给人们的信息交流带来了方便和快捷。
调频模拟通信是最早的语音通信方式,广播电台虽然现在已经不是人们获取信息的一种重要手段,但它在很多方面依然发挥着很重要的作用,它已经深深走进了我们的生活,在我们的周围如:
学生宿舍,宾馆的场所,由于其使用方便,价格低廉,技术成熟,可进行一对多的诸多优点,依然发挥着很多作用。
因此我们设计这个调频接收电路是很有意义的,这对于我们更好的了解高频电路和通信理论知识起着巨大的作用。
本次设计的目的是:
通过本课程设计与调试,提高动手能力,巩固已学的理论知识,能建立调频接收的整体概念,了解调频接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算调频接收机的单各元电路:
输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级,初步掌握调频接收的调整及测试方法。
同时,使我们加强对通信电子线路的理解,掌握文献资料检索,设计方案论证比较,以及设计参数计算等能力的环节。
进一步提高分析解决实际问题的能力,提高解决通信电子电路问题的实际本领,真正实现由课本知识向实际能力的转化;通过典型电路的仿真,加深对基本原理的了解,增强我们的实践能力。
二、设计指标
2.1单元电路设计及仿真
1)设计三级管混频电路
设计二极管单、双平衡混频电路
设计单(双)差分对构成的乘法器混频电路
2)设计高频、中频谐振放大器电路
3)设计叠加型(乘法型)相位鉴频器
设计双失谐回路斜率鉴频器
设计计数式鉴频器
设计锁相环鉴频器
4)设计低频功率放大器电路
2.2调幅接收系统整机电路设计
2.3高频实验平台整机联调
三、系统总述
调频接收的工作原理:
图一调频接收机组成框图
一般调频接收机的组成框图如图一所示。
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。
3.1高频谐振放大器的工作原理
放大高频小信号使发射机末级获得足够大的发射功率。
高频功放和其它放大器一样,其输入和输出端的管外电路均由直流馈线电路和匹配网络两部分组成。
3.2混频电路工作原理
在调幅接收系统中,对接收到的信号在解调之前要进行混频(也称变频)处理,即完成信号频率的加减法运算,实现将信号的中心频率及个分量频谱搬移至新的频段,各分量的频率间隔和相对幅值保持不变。
进行这种频率变换时,新的频率等于原信号频率与某一参数频率之和或差,取其和者为上混频,取其差者为下混频。
新的中心频率常称为中间频率,简称为中频,参考频率称为本机振荡频率,简称本振频率。
3.3中频放大电路
中频放大电路是调频接收机的重要组成部分,是决定接收机灵敏度及选择性的关键电路。
中频放大电路一般是由两级中频放大电路组成,每级放大器的前面和后面均设有中频选频回路,以对中频信号进行放大和选频。
第一级中频放大的信号来自混频电路的中频信号,第二级中频放大器的输出信号经第三中频变压器耦合送入检波器进行解调。
在该设计报告中,中频放大电路采用二极管混频电路实现下混频,即将其高频信号的频率降低达到中频,为下一级中频放大做准备。
3.4鉴频器电路
鉴频过程实际就是一个调频波的解调过程,它与调制过程相反。
鉴频器的作用是是将调频波频率变化转换为电压的相应变换。
3.5低频功率放大电路
在多级放大电路中,输出的信号往往是送去驱动一定的装置。
在调幅接收系统中,低频功率放大器就是要求有一定的输出功率的输出级。
它主要用于向负载提供功率的放大电路。
而经过解调器输出的信号为低频功率信号,是我们所需要的信号。
可信号功率太小,不能达到我们的要求,将它通过一个低频功率放大器后,其幅值和功率均得到提高,可以达到要求,以方便那观察和研究。
3.6本地振荡电路
振荡器是一个不需要外加入信号控制就能自动将直流能量转换为特定的频率和振幅的交流信号。
而在调频接收系统中的本地振荡电路是产生混频电路中所需频率载波的电路,该振荡器采用差分对管实现本地振荡的产生。
四、单元电路设计及仿真
4.1高频谐振放大器
高频谐振放大器是放大我们从信道中取出的高频小信号,要求它除具有放大功能外还应具有低噪声性能的特性。
其电路图如图4-1所示,仿真波形如图4-2所示。
图4—1高频谐振放大器仿真电路
图4—2高频谐振放大器仿真波形
4.2双差分对构成的乘法器混频电路
混频电路是将放大后的高频信号的频谱从高频段搬移到固定的中频段,使其得到更好
的放大效果。
其电路图和仿真波形图如图4-3和图4-4所示。
图4-3双差分对构成的乘法器混频仿真电路
图4-4仿真电路波形
4.3中频放大电路
中频放大电路决定了接收机灵敏度及选择性。
中频放大电路一般是由两级中频放大电路组成,在该设计报告中只例举了一级中频放大电路作为中频选频回路,以对中频信号进行放大和选频。
其电路原理图和波形仿真图如图4-5和图4-6所示
图4-5中频谐振放大电路
图4-6中频谐振放大仿真波形
中频放大电路是对经过混频器频率降低到中频的AM信号进行放大处理,在图4-6中,上面的波形为未经过放大的AM信号,下面的波形是经过放大后的信号。
这只是一级放大,在实际电路中一般为两级放大,故其放大后的波形图应比上面的幅值大。
4.4鉴频器电路
(1)原理图和仿真图
检波电路有相干检波和非相干检波两大类,其中相干检波中又包含有乘法型相干检波和加法型相干检波两类。
在这个报告中主要对加法型相干检波原理进行描述。
其电路原理图和和仿真图如图4-7和图4-8所示。
图4-7乘法型相干检波电路原理图
图4-8仿真波形
(2)参数选择
加法型同步检波是同步检波电路中的一种,主要用于解调DSB,波SSB波,可以用于解调AM波。
在该检波电路中采用的是二极管包络检波电路,其原理框图如图4-9所示:
图4-9叠加型同步检波方框图
当输入信号为DSB信号时,即
则
,只要选取合适的
和
使
那么
为AM信号,再经包络检波,解调出低频信号,输出为
,其中
为二极管包络检波电路的检波效率。
而AM信号经过低通滤波器RC的取值原则为:
在载波频率
上,电容C呈现阻抗远小于负载电阻
,即
电容C对高频载波
近似短路,滤除高频分量;在调制信号频率
上,电容C呈现阻抗远大于负载阻抗
,
,即电容C对调制信号频率
近似开路,低通滤波器的通频带让低频调制信号通过。
4.5低频功率放大电路
在调幅接收系统中,低频功率放大电路的特性直接决定了负载的工作状态。
它是为负载提供功率的放大电路。
其电路图和仿真波形图如图4-10和图4-11所示。
图4-10低频功率放大电路原理图
图4-11低频功率放大电路仿真波形图
低频功率放大器是对解调出来的单音频信号进行功率放大,以驱动负载工作。
如图4-11所示,上面的波形为景低频功率放大后的信号波形,明显比下面的波形幅值大。
因为其工作在丙类状态,工作效率高。
4.6本地振荡电路
本地振荡器在调幅接收系统中产生本地载波。
其电路形式有多种,如LC振荡器,单差分对和双差分对振荡器。
在该调幅接收系统中用的是单差分对振荡器,其电路原理图和仿真波形图如图4-12和图4-13所示。
图4-12单差分对振荡器电路原理图
图4-13单差分对振荡器仿真波形图
五、整机电路设计图
下图是整机电路图,从左到右,从上到下分别为高频功率放大电路、二极管单平衡混频电路、中频放大器电路、双失谐回路斜率鉴频电路和低频功率放大电路。
图5-1调频接收整机电路图
六、高频实验平台整机联调
如下图7-1、7-2、7-3所示分别为接收到的调幅小信号、经混频器后产生的中频信号和解调出来的低频信号。
图6-1接收到的调幅小信号
图6-2中频信号
图6-3解调后的信号
七、设计总结(包含承担具体设计任务、设计过程、学习心得及建议等)
在这次课程设计中我担任了设计高频,中频谐振放大电路和叠加型相位鉴频器的任务,在设计的过程中遇到了很多的问题和困难,例如单元电路参数的计算与设定,电路性能的调试以及在仿真时出现的波形失真等一系列问题,不过在经过上网查询资料,翻阅相关书籍和向老师同学请教后,这些问题也都迎刃而解了。
在同伴都完成各自的单元电路元件后,我们一起进行了整体电路的构思和设计,各自阐述了自己的设计构思后,我们一起挑选了比较容易完成,电路简单且性能最佳的几个方案。
最后经过对挑选的几个方案一一论证后,我们挑出了一个最佳的方案进行了联机调试,最后顺利完成了设计。
这个学期接触了高频电子线路这门专业课程的学习,书本上学的都是一些的理论知识,也比较抽象。
但是经过这次高频电子线路的课程设计,才真正明白理论与实践的深刻含义,也培养了自己独立思考问题与独立的动手能力。
并且这次调频接收机的设计,让我对电路的设计过程有了一定的了解,也让我明白了实际中的电路与理想的接线也还是有区别的。
同时也让我更深的认识到:
什么都只有通过自己动脑,自己动手才能体会学习的乐趣,真正享受学习的过程,获得成功的快乐。
同时在这次的课程设计中不仅让我学习到了很多的课本上学不到的知识。
一些问题必须在课程设计前解决才能够是课程设计变得更加顺利。
只有在不断的探索与求知中才能得到更多的知识。
让这次高频课设更有意义。
不过,这次设计没有用到单片机芯片,使得设计出的调频接收电路没有想象中的职能,也没有那么全面和完善,希望在以后的设计中能够把高频电路,通信,芯片等相互联系起来,设计出更好的电路。
八、参考文献
[1]Multisim11电路设计及仿真应用清华大学出版社2012年7月
[2]高频电路原理与分析。
西安电子科技大学出版社。
曾兴雯,刘乃安2006年7月
[3]通信电子线路主编:
候丽敏清华大学出版社2008年12月
[4]电子线路设计、实验、测试主编:
谢自美华中理工大学出版社
[5]高频电子线路实验平台说明书南京润众科技有限公司
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