半导体收音机制作.docx

半导体收音机制作.docx

《半导体收音机制作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体收音机制作.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

半导体收音机制作

调幅半导体收音机原理及其调试

一概述

虽然现在各种高科技的传播信息家电层出不穷，但是作为使用最为广泛的收音机,永远不会落伍，它即便在很偏僻的地方，也能被使用。

在1946年底，世界上一项新的发明诞生了：

这就是晶体管。

从一开始人们就意识到这个小小的精灵会永远地改变收音机。

这确实发生了，但并不是在一夜之间。

第一个商品化的收音机于1954年面市（RegencyTR1,现被收藏者严重破坏）.菲力普在采用新技术时总是慢半拍，事实上，菲力普对开发老产品做的不错。

但是在1957年，他们终于等不住了，推出了第一个便携式收音机，这就是L3X71T。

中国家庭的客厅，是一个值得文学家、历史学家、经济学家、社会学家去关注和研究的地方。

“客厅”，似乎是中国人最为重视和尊敬的家庭特殊场所，这里总是用来摆放家中最贵重的东西:

50～60年代是收音机，70年代末是录音机，80年代是电冰箱、电视机，90年代是音响、VCD、DVD……到中国人的客厅里坐一坐，就能了解中国经济发展和人民生活水平的大致状况。

　　电子工业是20世纪40年代发展起来的新兴工业。

党和国家从第一个五年计划开始，陆续建立了一批生产电子产品的骨干工厂和科学研究单位。

1958年，上海宏音无线电器材厂，天和电化厂等9个工厂及上海无线电子技术研究所联合研制成功了我国第一台半导体收音机。

此后，上海、北京、南京等地的一些无线电工厂先后生产出“春蕾”、“飞乐”、“红灯”等半导体收音机。

其中，最为著名的是南京无线电厂生产的相“熊猫”牌半导体收音机。

二总体方案

1种类划分

收音机的种类如果按所接收的波段来划分：

单波段中波收音机：

MW525--1600KHz

调频调幅收音机MW525--1600KHz，FM87.5--108MHz

调频/中/短波收音机**MW525--1600KHz，FM87.5--108MHz

只有一个短波段时SW：

3.9--12.00MHz（75--25米）

（或6.00--18.00MHz，49--16米）

（或9.00--16.00MHz，31--19米）

二个短波段时SW1：

2.2--7.50MHz，SW2：

7.50--23.00MHz

或SW1：

5.9--9.50MHz，SW2：

9.50--18.00MHz

按米波段来划分SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7………

2工作原理

收音机原理就是把从天线接收到的高频信号经检波（解调）还原成音频信号，送到耳机变成音波。

由于广播事业发展，天空中有了很多不同频率的无线电波。

如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会象处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。

为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。

选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动耳机（电声器）是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到耳机，就可以收到广播。

上面所讲的是最简单收音机称为直接检波机，但从接收天线得到的高频天线电信号一般非常微弱，直接把它送到检波器不太合适，最好在选择电路和检波器之间插入一个高频放大器，把高频信号放大。

即使已经增加高频放大器，检波输出的功率通常也只有几毫瓦，用耳机听还可以，但要用扬声器就嫌太小，因此在检波输出后增加音频放大器来推动扬声器。

高放式收音机比直接检波式收音机灵敏度高、功率大，但是选择性还较差，调谐也比较复杂。

把从天线接收到的高频信号放大几百甚至几万倍，一般要有几级的高频放大，每一级电路都有一个谐振回路，当被接收的频率改变时，谐振电路都要重新调整，而且每次调整后的选择性和通带很难保证完全一样，为了克服这些缺点，现在的收音机几乎都采用超外差式电路。

超外差的特点是：

被选择的高频信号的载波频率，变为较低的固定不变的中频（465KHz），再利用中频放大器放大，满足检波的要求，然后才进行检波。

在超外差接收机中，为了产生变频作用，还要有一个外加的正弦信号，这个信号通常叫外差信号，产生外差信号的电路，习惯叫本地振荡。

在收音机本振频率和被接收信号的频率相差一个中频，因此在混频器之前的选择电路，和本振采用统一调谐线，如用同轴的双联电容器（PVC）进行调谐，使之差保持固定的中频数值。

由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做得较大，工作也比较稳定，通频带特性也可做得比较理想，这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号。

人的声音频率是20到20khz，在电台把人声和载波信号（一般为几十千赫兹到一百多兆赫兹）耦合一起，然后经过LC震荡电路发射出去，这时，我们收音机本身有个选频网络，用已知的频率（和载波频率一样就可以了）就能够接受到广播的信号，然后再把人声信号选出来放大……

半导体在收音机中一般就是两个作用：

检波，放大。

检波就是提取人声信号的过程，放大就是因为，广播信号接收到收音机后，信号很小，很微弱，不足以带动喇叭发声，所以，采用半导体将声音放大……

3总括

调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电路、检波电路、自动增益控制电路（AGC）及音频功率放大电路组成，本振信号经内部混频器，与输入信号相混合。

混频信号经中周和455kHz陶瓷滤波器构成的中频选择回路得到中频信号。

至此，电台的信号就变成了以中频455kHz为载波的调幅波，如图

（一）所示。

图

（一）

三各部分设计及原理分析

1输入

从天线到收音机第一级放大器之间的电路称为输入电路，它的作用是从天线感应到的各种信息中把需要的信号选择出来，并传送到下一级电路，同时把其它不需要的信号有效的进行抑制。

在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC＝XL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。

当电路发生串联谐振时，电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。

但是发生谐振时，由于感抗和容抗相等，所以电感和电容两端的电压有效值相等，即：

UL=UC。

又由于其相位相反，因此这两个电压是相互抵消的。

在电容或电感的电压有效值为：

UL=UC＝XLI0=ω0LIO=ω0LU/R。

式中ω0L/R称为谐振电路的品质因数，它代表电压比。

即UC/U或UL/U。

品质因数是衡量谐振电路特性的一个重要参数。

如电路中电抗越大，电阻越小，则品质因数越高。

因此电容或电感上的电压值将比外加电压大的多。

一般电感、电容谐振电路的品质因数可达几十甚至几百。

所以串联谐振又叫电压谐振。

在电力系统中，串联谐振将会产生高出电网额定电压数倍的过电压，对电力设备的安全造成很大危害。

在R-L-C串联电路中，出现线路端电压和电流同相位的现象叫串联谐振。

在收音机输入时,使用串联谐振电路，如图

（二）

图

（二）

2变频器（混频器）

变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。

具有这种功能的电路称为变频器（或混频器），如图（三）

混频电路图（三）

一般用混频器产生中频信号：

混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频，当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。

检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。

由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。

当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。

变频器的作用和原理。

变频器是现今工控领域应用比较广泛的一种可以节能的设备，按控制电机定子电压等级分有高压变频器和低压变频器，其简单的原理就是将原来直接接入电动机定子回路的工频50赫兹的交流电先行输入变频器，在变频器内部运用电子变流等技术经过整流和逆变过程后变成一种频率可控制变化的交流电再输入到专用的变频电机的定子绕组内，根据不同的需求通过调整频率的高低间接改变电机输出功率大小，特别是在轻载时可以明显的节省电能，是一种高效的节能产品。

V-F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。

把这个受控的频率用于控制输出电压的频率，使得受控的电机的转速变化

 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

可分为交——交变频器，交——直——交变频器。

交——交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交——直——交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。

   PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。

PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。

   变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。

   非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。

因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。

这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。

频率下降（低速）时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。

   采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%-200%）。

用工频电源直接起动时，起动电流为6-7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。

采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。

起动电流为额定电流的1.2-1.5倍，起动转矩为70%-120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。

   频率下降时电压V也成比例下降，V与F的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。

   频率下降时完全成比例地降低电压，那麽由於交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。

因此，在低频时给定V/F,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。

可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/F模式或调整电位器等方法。

   在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。

变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5-3Hz.

   在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。

3本振

高频振荡电路广泛地应用在电子系统及设备中。

当今随着通信的飞速发展，对本振性能的要求也越来越高。

有关振荡器的理论、设计和技术在近年来也得到了不断的发展。

在射频接收电路中，本地振荡信号源（高频振荡器）一般采用正弦波振荡器，如图（4），对振荡器提出的主要指标为振荡频率和振荡幅度的精确性与稳定性。

正弦波振荡电路主要包括LC振荡电路和RC振荡电路。

在要求本地振荡信号频率精度较高的应用中，晶体振荡器频率稳定度比陶瓷振荡电路要高，可以超过10-5数量级。

图（4）

但由于受晶体晶片本身的局限，在几百kHz频段时的昌振体积就很大，不适用于小型化的无线寻呼接收机。

由于SCA无线数据传输信息是经过两次不同的调制（FSK调制和FM调制）后，与调频广播台其它信息一起，由调频电台发射天线发射到空间的，所以FM-SCA无线数据传输接收终端在接收到主载波的复合信号后，需经过两次解调才能还原出原来的数据信息，即：

首先，通过天线接收且高频放大后，经第一次混频、第一中频滤波、第一次解调输出SCA信号，此信号是FSK信号。

然后，必须再进行一次解调才能还原出FM-SCA信息，即经第二次混频、第二中频滤波、第二次解调、低通滤波，最后得到数字信号。

所以二本振电路在FM-SCA射频接收电路中占有很重要的地位。

然而，在SCA射频接收电路中图（5），根据超外差接收原理，其二本振听频率为522kHZ（67kHz+455kHz）。

由于该频段内石英晶体的体积很大，不利于实现SCA射频接收的小型化，因此，二本振电路采用了陶瓷振子振荡电路

电路图

二阶本振电路图（5）

本振就是LC振荡器.用在超外差接收机中.超外差接收机中有一个振荡器叫本机振荡器.它产生的高频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频,这个差频就是中频.如要接收的信号是900KHZ.本振频率是1365KHZ.两频率混合后就可以产生一个465KHZ或者2200KHZ的差频.接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号.因为本振频率比外来信号高465KHZ所以叫超外差.

对本振的要求：

1,对振荡频率的选取有要求;要求振荡器的振荡频率和幅度精度高,稳定性好;

2,有锁相环,数字分频、数字鉴相器等电路，保证极高的稳定度,否则会产生本振频率漂移;

3,都有锁相环电路来保证本振频率的稳定度;

4,一般采用稳定性好的晶体振荡器

5,振荡频率高,易起振,振频稳,振幅高,振荡特性好;

6,本振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器,

7,每一级电源都应有0.1μF或0.01μF的旁路电容接地

8,电源可数模分开供电，接地及屏蔽良好,本振输出端有带通滤波器，使本振输出杂波小。

4中放

AGC为自动增益控制,它的作用是当信号源较强时,使其增益自动降低;当信号较弱时,又使其增益自动增高,从而保证了强弱信号的均匀性，有时需测AGC电路如图（6）。

AGC测试框图图（6）

第一中放加AGC控制,保证整级增益和稳定性.

第二中放保证选择性.

第三中放保证带宽.

   音频信号是（Audio）带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。

根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。

其中规则音频又可以分为语音、音乐和音效。

规则音频是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示，称为声波。

声音的三个要素是音调、音强和音色。

声波或正弦波有三个重要参数：

频率ω0、幅度An和相位ψn，这也就决定了音频信号的特征。

音频信号特征

一、基频与音调：

频率是指信号每秒钟变化的次数。

人对声音频率的感觉表现为音调的高低，在音乐中称为音高。

音调正是由频率ω所决定的。

音乐中音阶的划分是在频率的对数坐标（20×log）上取等分而得的：

音阶

C

D

E

F

G

A

B

简谱符号

1

2

3

4

5

6

7

频率（Hz）

261

293

330

349

392

440

494

频率（对数）

48.3

49.3

50.3

50.8

51.8

52.8

53.8

二、谐波与音色：

n×ωO称为ωO的高次谐波分量，也称为泛音。

音色是由混入基音的泛音所决定的，高次谐波越丰富,音色就越有明亮感和穿透力。

不同的谐波具有不同的幅值An和相位偏移ψn，由此产生各种音色效果。

三、幅度与音强：

人耳对于声音细节的分辨只有在强度适中时才最灵敏。

人的听觉响应与强度成对数关系。

一般的人只能察觉出3分贝的音强变化，再细分则没有太多意义。

我们常用音量来描述音强，以分贝（dB=20log）为单位。

在处理音频信号时，绝对强度可以放大，但其相对强度更有意义，一般用动态范围定义：

动态范围＝20×log（信号的最大强度/信号的最小强度）（dB）

四、音宽与频带：

频带宽度或称为带宽，它是描述组成复合信号的频率范围。

音频信号采集

   电台等由于其自办频道的广告、新闻、广播剧、歌曲和转播节目等音频信号电平大小不一，导致节目播出时，音频信号忽大忽小，严重影响用户的收听效果。

在转播时，由于传输距离等原因，在信号的输出端也存在信号大小不一的现象。

过去，对大音频信号采用限幅方式，即对大信号进行限幅输出，小信号不予处理。

这样，仍然存在音频信号过小时，用户自行调节音量，也会影响用户的收听效果。

随着电子技术，计算机技术和通信技术的迅猛发展，数字信号处理技术已广泛地深入到人们生活等各个领域。

其中语音处理是数字信号处理最活跃的研究方向之一，在IP电话和多媒体通信中得到广泛应用。

语音处理可采用通用数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列（FPGA）实现，其中DSP实现方法具有实现简便、程序可移植行强、处理速度快等优点，特别是TI公司TMS320C54X系列在音频处理方面有很好的性价比，能够解决复杂的算法设计和满足系统的实时性要求，在许多领域得到广泛应用。

在DSP的基础上对音频信号做AGC算法处理可以使输出电平保持在一定范围内，能够解决不同节目音频不均衡等问题。

  电路的设计和布线是信号采集过程中一个很重要的环节，它的效果直接关系到后期信号处理的质量。

对于DSP达类高速器件，外部晶体经过内部的PLL倍频以后可达上百兆。

这就要求信号线走等长线和绘制多层电路板来消除电磁干扰和信号的反射。

在两层板的前提下，可以采取顶层与底层走交叉线、尽量加宽电源线和地线的宽度、电源线成"树杈型"、模拟区和数字区分开等原则，可以达到比较好的效果。

音频AGC算法

AGC算法 

  使放大电路的增益随信号强度的变化而自动调整的控制方法，就是AGC-自动增益控制。

实现AGC可以是硬件电路，即AGC闭环电子电路，也可以是软件算法。

本文主要讨论用软件算法来实现音频信号的AGC。

  音频AGC是音频自动增益控制算法，更为准确的说是峰值自动增益控制算法，是一种根据输入音频信号水平自动动态地调整增益的机制。

当音量（无论是捕捉到的音量还是再现的音量）超过某一门限值，信号就会被限幅。

限幅指的是音频设备的输出不再随着输入而变化，输出实质上变成了最大音量位置上的一条水平线；当检测到音频增益达到了某一门限时，它会自动减小增益来避免限幅的发生。

另一方面，如果捕捉到的音量太低时，系统将自动提高增益。

当然，增益的调整不会使音量超过用户在调节向导中设置的值。

AGC算法的实现过程    

  首先从串口获取音频数据，它是16位的整型数，一般来说，这些数都是比较小的，通过AGC算法将输入的音频数据投影在一个固定区间内，从而使得不论输入的数据点数值大小都会等比例地向这个空间映射。

一方面将获得的音频数据最大值与原来的峰值进行比较，如果有新的峰值出现就计算新的增益系数；另一方面在一定的时间周期内获取一个新的峰值，这个峰值就具有检测性能，又与原峰值比较，然后就计算新的增益系数。

这个增益系数是相对稳定的。

当音量加大时，信号峰值会自动增加，从而增益系数自动下降；当音量减小时，新的峰值会减小并且取代原来的峰值，从而使峰值下降，使增益系数上升。

最后输出的数据乘以新增益系数后映射到音频信号输入的投影区间内。

AGC增益分配情况图（7）

AGC是自动增益控制电路的简称，AGC增益如图（7），常用在收音机、电视机、录像机的信号接收和电平处理电路中。

它的作用是当信号源较强时，使其增益自动降低；当信号较弱时，又使其增益自动增高，从而保证了强弱信号的均匀性。

在电视机中，它一般由AGC检波、AGC放大和抗干三部分组成。

按其类型又分平均值型、峰值型和键控型三种。

按控制电压又分正向AGC和反向AGC。

由于平均型AGC性能较差，控制电压受图像内容影响，现在已经很少采用，使用较多的是峰值型和键控型。

正向AGC是指控制信号电压的大小与被控晶体管信号的大小方向相同。

输入信号越强，AGC电压也越高，被控管的基极和集极电流也越大，但B值却减小，增益下降。

反向AGC是指控制信号电压的大小与被控晶体管输入信号电压的大小方向相反，输入信号加强，AGC电压也升高，但被控管基极和集电极的电流却减小；B值减小，使增益下降。

收音机电路一般为反向AGC控制。

黑白电视机多为正向AGC，但被控管是具有正向AGC特性的专用晶体管。

5检波

检波，就像带通滤波器一样的性质，靠外围元件的配合，吸收所在性能范围之内波长的频率，其它信号被隔离。

检波二极管的作用检波（也称解调）二极管的作用是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来，广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。

常用的国产检波二极管有2AP系列锗玻璃封装二极管。

常用的进口检波二极管有1N34/A、1N60等。

检波二极管的工作原理检波二极管具有结电容低，工作频率高和反向电流小等特点，传统上用于调幅信号检波。

工作原理如下：

调幅信号是一个高频信号承载一个低频信号，调幅信号的波包（envelope）即为基带低频信号。

如在每个信号周期取平均值，其恒为零。

若将调幅信号通过检波二极管，由于检波二极管的单向导电特性，调幅信号的负向部分被截去，仅留下其正向部分，此时如在每个信号周期取平均值（低通滤波），所得为调幅信号的波包（envelope）即为基带低频信号，实现了解调（检波）功能。

锗材料点接触型、工作频率可达400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型。

类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。

也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

检波二极管的选用检波二极管一般可选用点接触型锗二极管，例如2AP系列等。

选用时，应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。

虽然检波和整流的原理是一样的，而整流的目的只是为了得到直流电，而检波则是从被调制波中取出信号成分（包络线）。

检波电路和半波整流线路完全相同。

因检波是对高频波整流，二极管的结电容一定要小，所以选用点接触二极管。

能用于高频检波的二极管大多能用于限幅、箝位、开关和调制电路。

检波二极管的代换检波二极管损坏后，若无同型号二极管更换时，也可以选用半导体材料相同，主要参数相近的二极管来代换。

在业余条件下，也可用损坏了一个PN结的锗材料高频晶体管来代用。

用在检波电路中的二极管叫检波二极管。

由于检波二极管工作在高频电路中。

要求检波二极管的结电容小。

截止频率高。

一般用点接触型二极管。

检波二极管广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，处理信号幅度较弱。

广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。

对调幅波来说，是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波来说，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波来说，是从它的相位变化提取调制信号的过程。

狭义的检波是指从调幅波的包络提取调制信号的过程。

因此，有时把这种检波称为包络检波或幅度检波。

检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。

它的工作过程正好和调幅相反。

检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。

常用的有二极管和三极管。

另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。

电磁波的接收

（一）电谐振