超外差式调幅接收机课程设计190924957.docx
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超外差式调幅接收机课程设计190924957.docx
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超外差式调幅接收机课程设计190924957
沈阳工程学院
课程设计
设计题目:
超外差式调幅接收机
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目:
超外差式调幅接收机
系别自控系班级电子本101
学生姓名学号
指导教师职称教授
课程设计进行地址:
实训A
任务下达时间:
2021年9月17日
起止日期:
2021年9月17日起——至2013年1月4日止
教研室主任2021年9月16日批准
沈阳工程学院
音频功率放大电路课程设计成绩评定表
系(部):
自控系班级:
电子本101学生姓名:
赵丽
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料;能制定课程设计方案和日程安排。
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作,
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度适宜。
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
5
4
3
2
指导教师评审成绩
(加权分合计乘以12)
分
加权分合计
指导教师签名:
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力
5
4
3
2
工作量
工作量饱满,难度适中。
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
(加权分合计乘以8)
分
加权分合计
评阅教师签名:
年月日
课程设计总评成绩
分
中文摘要
随着科学技术的进展调频收音机的应用十分普遍,尤其消费类占有相当的市场。
从分离元件组成的收音机到由集成电路组成的收音机,调频收音机技术已达到十分成熟的境界。
在众多种收音机中,调频收音机以较高的技术含量和较高的音质取得了普遍的欢迎。
调频发射机也以其良好的发射成效而被普遍应用。
超外差收音机,第一把接收到不同频率的电台信号都变成固定的中频信号(我国规定中频信号是465kHZ),由中频放大器进行放大,然后进行检波如此就克服了直放式收音机在接收不同频率的时候灵敏度不均匀的缺点。
而且固定频率的中频信号既便于放大又便于调谐因此超外差式收音机具有灵敏度高、选择性好的特点。
广播方式从调幅(AM)广播时期开始经历了调频(FM)广播、调频立体声(FMSTEREO)广播、数字音频广播(DAB)等时期。
目前科学家正研究短波段的数字广播(DRM)。
本论文要紧介绍了利用分立元件组成的FM收音机设计全进程包括电路各个模块参数的计算,电路各个模块的分析电路板的焊接进程、调试进程讨论了在设计进程中碰到的问题和如何解决问题。
本次课程设计功效,大体上知足要求,性能指标符合。
FM收音机电路的缺点是伴有音质噪声,需进一步改良。
在本次设计中,其目的是取得一个调幅接收机机。
在超外差式调幅接收机的设计进程中,应将其分为高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、低频放大七个部份。
整个电路的设计必需注意几个方面。
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址把干扰抑制下去,成效最好。
如干扰及信号专门大,那么由于晶体管的非线性,将产生严峻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,输入电路常采纳复杂的高选择电路。
为了使混频和本振别离调到最正确状态,要采纳单独的本振。
总的来讲,设计一部接收机时必需全面考虑,妥帖处置一些彼此牵制的矛盾,专门要抓住要紧矛盾(稳固性、选择性、失真等),才能使得接收机有较好的指标。
关键词:
超外差,调幅,本振,混频
课程设计(论文)任务书
课程设计(论文)成绩评定表
中文摘要I
1设计任务描述1
设计题目:
1
设计要求1
设计目的1
大体要求1
2.设计方案选择和论证2
设计思路2
方案论证2
整体电路的功能框图及其说明2
3.功能块及单元电路设计7
功能块设计及其参数计算7
高频功率放大电路7
混频电路7
中频放大电路11
鉴频电路13
要紧元器件选择14
4.整体电路原理图及说明15
总电路图15
整体电路原理15
元器件清单16
5.电路仿真17
仿真图17
仿真软件介绍18
小结20
致谢21
参考文献22
附录A1电路图23
1设计任务描述
设计题目:
超外差式调幅接收机
设计要求
(1)设计一个超外差式调幅接收机。
(2)设计指标
一、接收频率范围540~1600kHz
二、灵敏度≤1mV
3、选择性≥50dB
4、频率特性通频带为9KHz
五、额定功率≥100mW
1.2.1设计目的
巩固已学的理论知识,能够成立超外差式调幅接收机的整机概念,了解超外差式调幅接收机整机各单元电路之间的关系及彼此阻碍,正确设计、计算接收机的各个单元电路。
1.2.2大体要求
(1)进行方案的论证,给出原理框图。
(2)设计单元电路的原理图,完成大体理论计算。
(3)对单元电路进行运算机仿真分析。
(4)按国家有关标准画出整机电路图及线路板图。
(5)撰写符合设计要求的报告一份。
2.设计方案选择和论证
设计思路
由输入电路,即选择电路,或称调谐电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个,送给混频电路。
混频将输入信号的频率变成中频,但其幅值转变规律不改变。
不管输入的高频信号的频率如何,混频后的频率是固定的,我国规定为465KHZ。
中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。
由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来,送给前置放低频放大器。
前置低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。
再由功率放大器将音频信号放大,放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。
由扬声器或耳机将音频电信号转变成声音。
方案论证
择中波晶体管超外差调幅收音机(不超过七只晶体管),其方框图如图1所示。
图超外差收音机方框图
整体电路的功能框图及其说明
1.整体电路功能框图
图整体电路功能框图
2.模块说明
依照超外差收音机的原理,咱们能够将电路分成以下几个模块:
输入回路、变频回路(包括本振电路、混频电路和选频电路)、中频放大(中放)回路、检涉及AGC回路、低放级回路、功放级回路。
(1)输入回路
接收机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波,并从当选择出所需电台信号。
输入回路是由接收机内部的磁棒天线线圈与调台旋钮相连的可变电容CA组成的LC调谐电路,如下图。
调剂可变电容CA可使LC的固有频率等于电台频率,产生谐振,以选择不同频率的电台信号。
再由L2耦合到下一级变频级。
图输入回路图
(2)变频级电路
图、变频电路原理图
本机振荡和混频合起来称为变频电路。
变频电路是以VTl为中心,它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号(高频信号)变换成固定465KHz的中频信号。
图、混频示用意
VTl、T2、CB等元件组本钱机振荡电路,它的任务是产生一个比输入信号频率高465KHz的等幅高频振荡信号。
由于Cl对高频信号相当短路,Tl的次级Lcd的电感量又很小,对高频信号提供了通路,因此本机振荡电路是共基极电路,振荡频率由T2、CB操纵,CB是双连电容器的另连续,调剂它以改变本机振荡频率。
T2是振荡线圈,其第一次绕在同一磁芯上,它们把VT1的等电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路,本机振荡的电压由T2的低级的抽头引出,通过C2耦合到VT1的发射极上
混频电路由VTl、T3的低级线圈等组成,是共发射极电路。
其工作进程是:
(磁性天线接收的电台信号)通过输入调谐电路接收到的电台信号,通过Tl的次级线圈Lcd送到VTl的基极,本机振荡信号又通过C2送到VTl和发射极,两种频率的信号在T1中进行混频,由于晶体三极管的非线性作用,混合的结果产生各类频率的信号,其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号,这确实是中频信号。
混频电路的负载是中频变压器,T3的低级线圈和内部电容组成的并联谐振电路,它的谐振频率是465KHz,能够把465KHz的中频信号从多种频率的信号当选择出来,并通过T3的次级线圈耦合到下一级去,而其它信号几乎被滤掉。
(3)中频放大检涉及自动增益操纵电路
图中频放大及检波电路示用意
选频级输出的中频信号由V2的基极输入并进行放大,中放电路中的负载是中频变压器B4和谐振电容C。
它们也是并联谐振在中频465kHz。
中频信号进行中频放大器放大以后,再送给检波以取得所需的音频信号,经功率放大输出,耦合到扬声器,还原为声音。
电路如下图。
VT2、VT3为中放管。
T2、T3为中频变压器,因谐振频率为465kHz,故简称“中周”。
电路作用是放大465kHz的中频信号,提高灵敏度和选择性。
接收机检波电路的任务是把要接收的广播电台音频信号从中频载波中“取下来”,以达到接收的目的。
实际电路中采纳一个三极管将基极和集电极连在一路,用基极和发射极来从当一个二极管。
它的作用是对中频载波信号进行检波,检波后的残余中频及高次谐波再通过C16、C17、R10组成高频滤波电路滤除,最后把掏出来的音频信号经电容耦合到低放级放大。
RP为检波负载。
电路作用是利用VD的单向导电性,掏出中频调幅信号中的音频信号,以便放大和声音还原。
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3,VT3既起放大作用,又是检波管,VT3组成的三极管检波电路,这种电路检波效率高,有较强的自动增益操纵(AGC)作用。
AGC操纵电压通过R3加到VT2的基极,
检波级的要紧任务是把中频调幅信号还原成音频信号,C4、C5起滤去残余的中频成份的作用。
保证中频信号不随电台信号强弱而转变,趋于稳固。
(4)前级低频放大电路
它将前级的信号再加以放大,以达到规定的功率输出,去推动喇叭发声,可选择咱们熟悉的OTL电路。
低频放大电路的设计,是依照要求的输出功率、选择的电源电压、喇叭的交流电阻,从后向前进行。
确信输出功率后进行功放管的选择,应通过手册查出功放管要紧极限参数。
例:
小功率晶体管3AX31B的极限参数:
PCM≥125mW,ICM≥125mA,BVCEO≥12V。
末级一对功放管的β、
及正向基极—发射级电阻RBE等都要对称(保证误差在20%之内)。
鼓励级要求输出功率较小,一样甲类放大器能知足要求。
可求出输出级的功率增益,依照所要求的输出功率指标及输入变压器的效率η求出鼓励级的输出功率,定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值Icm,求出变比K及ICQ。
功率放大至低放前级要加入适合的负反馈。
3.功能块及单元电路设计
功能块设计及其参数计算
3.1.1高频功率放大电路
图高频功率放大电路
高频功率放大电路如下图,他不仅要放大高频信号,而且还要有必然的选频作用,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接收到的高频信号通过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路,选取信号为fs=的有效信号,经晶体管QA1进行放大,由CA3、TA1低级组成的调谐回路,进一步滤除无用信号,将有效信号经变压器和CB1耦合进入ICB1
.
3.1.2混频电路
因为中频比外来信号频率低且固定不变,中频放大器容易取得比较大的增益,从而提高收音机的灵敏度。
在较低而又固定的中频上,还能够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。
若是器件仅实现变频,振荡信号由其它器件产生那么称之为混频器。
二极管环形混频电路
图二极管环形混频电路(a)原理电路(b)等效电路
A、原理电路及其等效电路:
如图(a)、(b)所示。
关于图(a)所示电路,通常将信号输入端口称之为R端口,本振电压输入端口称之为L端口,中频输出信号端口称之为I端口。
需要说明的是:
二极管双平稳组件用作双边带调制电路时,由于变压器的低频响应差,调制信号一样必需加到I端口,载波信号加到R端口,所需双边带信号从L端掏出。
二极管环形混频器产品已形成完整的系列,它用保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分类,其中经常使用的是Level7,Level17,Level23三种系列,它们所需的本振功率别离为7dBm(5mW),17dBm(50mW)和23dBm(200mW),显然,本振功率电平越高,相应的1dB紧缩电平也就越高,混频器的动态范围也就越大。
对应于上述三种系列,1dB紧缩电平所对应的最大输入信号功率别离为1dBm、10dBm(10mW)、15dBm(32mW)。
二极管环形混频器具有工作频带宽(从几十千赫到几千兆赫)、噪声系数低(约6dB)、混频失真小、动态范围大等优势。
二极管环形混频器的要紧缺点是没有混频增益,端口之间的隔离度较低,其中L端口到R端口的隔离度一样小于40dB,且随着工作频率的提高而下降。
实验说明,工作频率提高一倍,隔离度下降5dB。
B、原理分析
电路工作条件:
二极管伏安特性为过原点斜率等于
的直线;输入电压中,
,
,且
,现在,二极管将在
的操纵下连番工作在导通区和截止区。
由图(a)知,流过负载
的总电流
为:
当
时,二极管D3、D2导通,D1、D4截止,相应的等效电路为图(c):
图(c)
列出的KVL方程为:
因此,流过各二极管的电流为:
()
流过负载的总电流为:
()
当
<0时,二极管D1、D4导通,D3、D2截止,相的等效电路如图(d)
图(d)
列出的KVL方程为:
()
流过各二极管的电流为:
()
流过负载的总电流为:
()
在
的整个周期内,流过负载的总电流能够表示为:
()
利用开关函数,能够将上式表示为:
即:
()
由此可见,电流中包括的频率分量为:
中的有效中频分量为
()
电路特点:
假设二极管特性一致,变压器中心抽头上、下又完全对称,那么环形电路的最重要特点确实是各端口之间有良好的隔离。
C、插入损耗
依照概念,由图(a)知,流过输入信号源端的电流为
将式()和()代入上式中得:
()
因此接在信号源端的等效负载电阻为:
()
假设令
,实现功率匹配,信号源提供的信号功率最大,为
()
输出端输出的中频电压幅值为
()
相应的输出中频功率为:
()
因此,电路的插入损耗为:
()
实际二极管环形混频器各端口的匹配阻抗均为50Ω。
应历时,各端口都必需接入滤波匹配网络,别离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。
3.1.3.中频放大电路
中频放大电路的任务是把变频取得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为重要的作用。
图(a)是LC单调谐中频放大电路,图(b)为它的交流等效电路。
图中tr1、tr2为中频变压器,它们别离与C1、C4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。
图中频放大电路
中频变压器的低级线圈与电容组成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专门大,对非谐振频率的信号阻抗较小。
因其中频信号在中频变压器的低级线圈上产生专门大的压降,而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,提高了收音机的选择性。
由LC调谐回路特性知,中频选频回路的通频带B=f2-f1=,见图。
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。
图放大器的频率特性
中频变压器的另一作用是阻抗变换。
因为晶体管共射极电路输入阻抗低,输出阻抗高,因此一样用变压器耦合,使前后级之间实现阻抗匹配。
一样收音机采纳两级中放,有3个中频变压器(常称中周)。
第一个中频变压器要求有较好的选择性,第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性,第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数,由于各中频变压器的要求不同,匝数比不一样,通常磁帽用不同颜色标志,以示区别,因此不能互换利用。
实际电路中常采纳具有中间抽头的并联谐振回路,如图(a)所示。
(b)是它的等效电路,能够看出,它是由两个阻抗性质不同的支路组成。
由于L1、L2都绕在同一磁芯上,事实上是一个自耦变压器。
图并联回路部份接入法
利用变压器的阻抗变换关系,可求得等效谐振电路的谐振阻抗:
ZOB0=(
)2ZAB0=(
)2ZAB0(式中N=N1+N2为电感线圈的总匝数)。
即具有抽头并联谐振电路的谐振阻抗ZOB0等于没有抽头的谐振阻抗ZAB0的
倍。
由于
<1,因此ZOB0<ZAB0,适被选择变比可取得所需求的ZOB0,从而实现阻抗匹配。
上述中放电路结构简单,回路损耗小,调试方便,因此应用普遍。
3.1.4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通过移相电路变成调相调频波,其相位的转变正好与调频波瞬时频率的转变成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相位比较,通太低通滤波器掏出解调信号。
因为相位比较器通经常使用乘法器组成,因此称为相移乘法鉴频。
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,然后通太低通滤波器掏出脉冲序列的平均值,这就恢复出与瞬时频率转变成正比的信号。
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。
低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别离W01、W02,并使W01、W02与Wc成对称失谐。
即:
W01-Wc=Wc-W02。
图双失谐回路鉴频器的原理图
图左侧是双失谐回路鉴频器的幅频特性,其中实线表示第一个回路的幅频特性,虚线表示第二个回路的幅频特性,这两个幅频特性关于Wc是对称的。
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,那么经检波后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,那么U0=U01-U02>0。
其总鉴频特性如下图
图总鉴频特性
要紧元器件选择
1、三极管选择
变频管的截止频率f应比实际最高频率高出2~3倍以上。
各级三极管的穿透电流ICEO都应该尽可能小,关于β的选择,一样希望选大些,专门是第一中放管的β值应选大于100,但不宜过大(容易引发自激),应依如实际需要选配适当的β值。
能够全数选用中等β值(60~80)配套,或采纳β=80~120的与30~60的配成一套(电源电压不高,功率管ICEO即便稍大些也可用)。
2、电容的选择
高频部份的电容耦合电容和旁路电容在~μF间选用。
变频管的振荡耦合电容和基极旁路不能过大或过过小,不然,因容值过大引发间歇振荡,过小引发低端停振现象,应依照振荡频率f估算所涉及回路的时刻常数选取该电容。
中频槽路电容误差可许诺5%~10%(通常中周TTF系列配200pF电容)。
电解电允许诺误差不作要求,但要注意其耐压值,有较高的绝缘电阻。
本机振荡回路并联的微调电容,可采纳具有负温度系数的拉线电容。
4.整体电路原理图及说明
总电路图
超外差调幅接收机整机电路原理图:
图超外差调幅接收机整机电路原理图
整体电路原理
超外差调幅收音机大体原理:
空间有许许多多电台发送的电磁波,它们都有自己的固定频率,收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路(称调谐电路)来选择性的接收所需高频信号。
由调谐电路选择出的所需要的电台信号是已调幅的高频信号,而且十分微弱,需要先通太高频小信号放大器进行放大处置,再通过变频器(混频器和本振)将高频信号变成频率为465KHz的中频信号,这是超外差式收音机的核心部份,由于它是调制信号,喇叭无法将这种信号直接还原成声音,因此,必需从高频信号中把音频信号分离出来,那个分离进程称为解调,或检波。
在收音机中,检波是由半导体器件二极管或三极管来完成。
调幅的高频信号经检波还原出音频信号,再经太低频功放然后送往喇叭,喇叭将音频信号还原为声音。
收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来,通过变频级把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率—465KHz(中频),然后进行放大,再由检波级检出音频信号,送入低频放大级放大,推动喇叭发声。
而不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号(直放式)。
超外差式收音机由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部份组成,同意频率范围为540KHZ~1600KHZ的中波段。
元器件清单
表
序号
元件名
型号
个数
1
三极管
3DG201
4
2
三极管
9013
2
3
发光二极管
3mm红色
1
4
磁棒线圈
5*13*55
1
5
中周
465KHz
3
6
变压器
E14
1
7
扬声器
58mm
1
8
电阻
100
3
9
电阻
120
2
10
电阻
330,,30K,
100K,120K,200K
各1只
11
电位器
5K
1
12
电解电容
,10uF
各1只
13
电解电容
100uF
2
14
瓷片电容
682,103
各一只
15
瓷片电容
223
3
16
双联电容
CBM-223P
1
5.电路仿真
仿真图
对各个电路进行仿真,仿真图形如下:
图本地振荡器输出波形
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- 外差 调幅 接收机 课程设计 190924957