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关于超外差式调幅接收机的课设论文

兰州理工大学

高频电子线路课程设计

题目：

调幅接收机电路设计

学院：

计算机与通信学院

专业班级：

通信工程3班

学号：

学生姓名：

指导教师：

起止时间：

2012.1.2——2012.1.13

目录

摘要1

第一章设计方案分析与选取2

第二章局部电路的设计3

第三章单元电路设计分析4

3.1输入回路的设计4

3.2高频小信号放大电路的设计5

33本地振荡产生电路的设计6

3.4中频放大器（包括AGC电路）的设计7

3.5检波电路的设计9

3.6低频放大电路的设计10

3.7音频功率放大电路的设计12

3.8调幅接收机整体电路结构14

第四章心得体会15

附录A：

元件清单16

附录B：

参考文献17

摘要

调幅接收机是一种常用的广播通信工具,有多种制作形式。

例如超外差式调幅接收机和点频调幅接收机。

本文主要介绍点频调幅接收机的电路设计与调试方法.此种调幅接收机主要有五部分组成,输入回路,高频放大,本机振荡,解调和音频放大.输入回路是选择接收信号的部分,需要调谐于接收机的工作频率;高频放大是将输入信号进行放大,同样需要调谐于接收机的工作频率;解调是将已调信号还原成低频信号;本机振荡则是为解调器提供与输入信号载波同频的信号;最后的音频功放则是将声音信号放大。

本文详细介绍了点频调幅接收机各部分的制作过程和最后在电类软件中的仿真。

关键词调幅接收机音频放大高频放大

第一章设计方案的分析与选取

1.1超外差式调幅接收机的原理框图

本设计总体有七大功能模块组成，其中接收天线将接收到的微弱信号经过高频小信号放大器放大器将有用信号进行放大，并抑制干扰信号，然后信号经过变频器进行变频，其中变频器是由混频器与本地振荡器组成，将高频信号变成中频信号，然后中频信号经过中频放大器进行功率的放大，然后再经过检波器进行检波，即对信号进行解调，将信号变成变成低频调制信号，最后进过低频放大器进行功率放大以实现对扬声器的驱动。

1.2点频调幅接收机的原理框图

天线接收到的信号传到输入回路,输入回路用来选择接收到的信号。

并且输入回路应该调谐于接收机的工作频率。

被选择后的信号传到高频放大器部分,经过选频放大。

并且选频回路同样要调谐于接收机的工作频率。

经过高频放大后的信号传到由模拟乘法器构成的解调电路,将已调信号还原成低频信号。

由于模拟乘法器用作检波时必须有一与接收信号同频的本振信号,因此用本机振荡来提供与输入信号载波同频的信号。

经过解调后的低频信号传入音频放大器电路,放大后再传到扬声器,发出声音。

1.3最终方案的选取

综合比较两种方案可知,虽然点频调幅接收机明显较超外差式调幅接收机简单,对于课程设计的可行性来说,点频调幅接收机比较实际。

但在超外差式调幅接收机中,要采用两个自动增益控制器。

接收机利用接收信号中的载波控制其增益以保证输出电平信号恒定的能力称为自动控制能力。

在课程设计中采用自动增益故意控制电路,这样的话我们能够做到相对高的的精度,这样我最终决定选择超外差式电路。

第二章局部电路的设计

2.1天线回路的设计

天线在无线电通信技术中是起到发射或接收电磁波的作用，天线性能的优良与否，往往在无线通信中起到事半功倍的作用。

从原理上讲，发射天线和接收天线是互易的，但在实际应用中还是有差别的。

一副在某一段频率上发射性能优良的天线，一定也是在该段频率上接收性能优良的接收天线，但随便一条能接收的天线，却不一定也是优良的发射天线。

一般来说（除了发射和接收共用的天线），发射天线为了突出和强调发射效果，往往采用谐振天线（窄带天线），而接收天线却往往采用非谐振天线（宽带天线），即使接收天线回路在某些频率上存在谐振，但天线回路衡量谐振程度的品质因数（Q值）还是比较低的，这样的天线基本上可以看成是非谐振天线。

如果用想同一条天线来完成全波段接收，包括V/U波段，甚至到1G以上频率的接收，最好是选择一些厂家经过专门设计的宽带天线，有些宽带天线可以工作在500kHz-1500MHz的频率范围内，但宽带天线（非谐振天线）接收弱信号的效果总是不如窄带天线（谐振天线）。

本次课程设计中采用的是谐振天线回路。

具体电路设计如图2.1所示

图2.1天线回路的电路设计

图为单调谐输入回路。

根据接收信号的中心频率f0和接收信号的带宽B，确定表示输入回路谐振特性的品质因数Q=f0/B。

根据中心频率f=1/（2?

LC），确定回路电感L和电容C的值。

其中，电容值不能太小，否则，分布电容会影响回路的稳定性，一般取C>>Cie（Cie表示下级高频放大电路中晶体管的输入电容）。

为便于调整，实际电路中电容C常用固定电容和可变电容并联的形式。

在设计输入回路时，还要考虑它与天线之间，以及它与下一级放大电路之间的阻抗匹配。

所以，要事先确定天线的等效阻抗，以及放大电路的等效输入阻抗。

输入回路可以采用部分接入的方法，改善下一级电路对输入回路选频性能的影响。

第三章单元电路设计分析

3.1输入回路的设计

输入回路应使在天线上感应到的有用信号在接收

输入端呈最大值，设输入回路初级电感为L1，次级回路电感为L2，选择C1和C2使初级回路和次级回路均调谐于接收机的工作频率。

在设定回路的LC参数时，应使L值较大。

因为Q=_ωol/R（R为回路电阻，由回路中的电感绕线电阻和电容引线电阻形成），Q值越大，回路的选择行就越好，但电感值也不能太大，电感值大则电容值就应小，电容值的大小则分布电容就会影响回路的稳定性，一般取C>>Cie（Cie为高频放大电路中晶体管的输入电容）

3.2高频小信号放大电路的设计

3.2.1电路的基本工作原理：

如下图3.2.4所示，电路从直流电源端接通R2，R3，利用R2，R3两个电阻的分压给晶体管Q1提供一个偏置电压，以保证其静态工作点电压大于BE间的电压以使晶体管处于放大状态。

C2是个耦合电容。

C3和T1组成一个并联谐振回路，其谐振频率设定在535khz，谐振后再通过变压器T1耦合到下一级电路。

3.2.2高频小信号放大器特点

放大高频小信号（中心频率在几百kHz到几百MHz，频谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内）的放大器。

3.2.3高频小信号放大器的主要质量指标

1.通频带：

放大器的总通频带随着放大级数的增加而变窄，并且通频带越宽，放大器的增益就越小，两者是相矛盾的！

2.选择性

从各种不同频率信号的总和（有用的和有害的）中选出有用信号，抑制干扰信号的能力称为放大器的选择性。

选择性常采用矩形系数和抑制比来表示。

3.工作稳定性

指放大器的工作状态（直流偏置）、晶体管参数、电路元件参数等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。

3.2.4高频小信号放大电路结构图如下图3.2.4所示：

图3.2.4高频小信号放大电路结构图

3.2.5高频小信号放大电路仿真结果如下图3.2.5所示

图3.2.5高频小信号放大电路仿真结果

3.3本地振荡产生电路的设计

3.3.1电路的基本工作原理：

电路如下图所示，电阻R1，R2作为两个分压电阻，联通电源和地，产生晶体管的偏置电压，以保证其工作在放大状态。

电容C1是一个旁路电容，可以滤除输入信号中不需要得高频信号，R4起到了发射极稳定直流工作点的作用。

电路中C2，C3，C4+L1构成了电容三点式振荡电路，产生频率为f的等幅振荡信号。

其振荡信号与输入信号载波同频。

振荡信号要输入解调器。

（1）具体的本振电路设计如下图3.3.1所示

3.3.1本振电路设计

（2）仿真结果如下图所示3.3.2所示

3.3.2本振电路仿真结果

3.4中频放大器（包括AGC电路）的设计

3.4.1中频放大器模块

中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升，以满足解调电路的需要。

其主要质量指标有：

电压增益、通频带2、选择性，即矩形系数、噪声系数。

对于中频放大器，不仅需要得到高的增益、好的选择性，还要有足够宽的通频带和良好的频率响应、大的动态范围等。

由于中频信号为单位一的固定频率，其通频带可最大限度地做得很小，以提高相邻信道的选择性。

在实际工程上，一般采用多级放大器，并使每级实现某一技术要求，就电路形式而言，第一级中频放大器多采用共发射极电路，多级晶体管单调谐回路级联的方式实现应有的增益。

（1）中频放大器电路原理图如下图3.4.1所示

图3.4.1中频放大器电路原理图

（2）中频放大器电路仿真结果如下图3.4.2所示

图3.4.2中频放大器电路仿真结果

3.5检波电路的设计

3.5.1二极管包络检波的电路

（1）二极管包络检波的电路如下图3.6.1所示

图3.5.1二极管组成的包络检波电路

（2）二极管组成的包络检波电路的仿真结果如下图3.6.2所示

图3.5.2二极管组成的包络检波电路的仿真结果

（a）二极管D的选择

在选择检波二极管时，要考虑输入信号的频率，保证二极管的工作频率远小于其

自身的截止频率。

一般可选用点接触型检波二极管，如BA220，其截止频率为100MHz，

（b）检波负载电阻的确定

先估算检波器后的低频放大器等效输入电阻ri的值，一般为2～5k。

为满足检波输出波形不产生负峰切割失真的条件，即

Ma

式中ma表示调幅度，通常，在接收机中ma最大约为0.8，平均为0.3，所以，一般选RL=5～10k。

（c）负载电容C的确定

根据检波输出波形不产生惰性失真的条件，得工程上确定负载电容C的近似计算式：

Nmax*Rl*C<1.5

（d）隔直耦合电容CC的确定

CC的存在主要影响检波的下限频率。

为使调制信号频率为最小值时，CC上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下式：

1/（Nmin*Cc）<

在通常的音频范围内，上式是容易满足的。

一般取Cc为几uF，如5～10uF。

3.6低频放大器

3.6.1低频放大器模块

功率放大器，简称“功放”。

很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。

经过不断的电流放大，就完成了功率放大。

（1）低频放大器原理图如下图3.6.1所示

图3.6.1低频放大器原理图

（2）低频放大器仿真结果如下图3.6.2所示

图3.6.2低频放大器仿真结果

参数设置及性能指标

电路原理图中输入电压是1V，输入频率是2.5KHz，直流电压为5V，其中D1、D2是两个二极管，Q1、Q2是两个互补式三极管以实现功率的放大，进而以推动扬声器的工作。

3.7音频功率放大电路的设计

3.7.1功率放大电路基本工作原理

在功率放大电路的输入端，利用二次绕组具有中心抽头的输入变压器T4，将输入信号分为两个幅度相等、相位相反的信号。

分别控制两只功放管，使两只功放管轮流导通，分别放大输入信号的正、负半周。

在功率放大电路的输出端，利用一次绕组具有中心抽头的输出变压器T5，将两个功放管输出的半周信号，在二次绕组中合成为一个完整的信号波形。

其中，利用R21，R20的分压作为Q5的静态偏置电压，利用R22,R23的分压作为Q4的静态偏置电压。

R21，R22为可调电阻，可以适当调节以改变Q4，Q5的静态工作点，以保证信号输出的准确性。

加上D4，D5主要是为了减小此电路信号的交越失真。

3.7.2音频功率放大电路结构如下图3.7.2所示

图3.7.2音频功率放大电路结构

3.7.3仿真结果波形如下图3.7.3所示

图3.7.3音频功率放大电路仿真结果波形图

3.8调幅接收机整体电路

3.8.1调幅接收机整体电路结构如下图3.8.1所示

图3.8.1调幅接收机整体电路结构

3.8.2调幅接收机整体电路仿真结果波形如下图3.8.2所示

图3.8.2调幅接收机整体电路仿真结果波形

第四章心得体会

紧张而又繁忙的高频电子线路课程设计过去了，虽然这次实训只有一周，但我却过得相当充实。

从软件的安装，到自己动手画图，到最后的方真，对参数的修改以及结果的分析，每一步都花费了大量心血。

由于没有电脑，这是我第一次学会自己装multisim，没让别人帮忙，虽费了一番周则，但最后终于完成了，内心很有成就感，虽然条件很不便利，但最后还是完成了设计，很自豪。

电路不是自己完全设计的，参考了一些资料，下载了一些电路，对其进行分析，根据自己设计的指标修改一些参数，一及在仿真过程中的反复修改，最后终于完成。

例如在做高频小信号发生器时，结果出现截止失真，我就又回顾以前的知识，知道是由于静态工作点设置出了问题，就改了偏执置电阻，又减小点信号幅度，最后终于把问题解决了。

做高频设计是一个很细心的活，一不小心就容易在画图时将参数弄错，回头检查时也很费时间，所以要有耐心，并且认真。

同时还要有扎实的理论基础，否则连电路都看不懂，更别提设计了。

由于平时理论学的不太好，所以做起来感觉很力不从心，不过还是要感谢这次设计，让我对以前不懂的地方又从新学习了一遍，而理论联系实际的效果，比单纯的看书更有效果，也更能激发学习的兴趣，困难是阻力，同时也是动力，在终于做出结果时，内心的喜悦是无法比拟的。

通过这次设计学会，我学会了multisim的安装和使用，也掌握了一些基本的电路设计方法，它让我认识到了自己学习方面的不足，同时也提高了我对高频的兴趣，它不在枯燥，而是一门很有趣也很有用的学科。

我以后一定好好学习理论知识，注重理论联系实际，为以后走向社会做准备。

同时也感谢老师给我们的指导和讲解。

附录A：

元件清单

Quantity

Description

RefDes

3

CAPACITOR,510pF

C9,C11,C7

1

POWER_SOURCES,GROUND

0

1

DC_POWER,4.5V

V1

6

CAPACITOR,1uF

C8,C10,C1,C13,C16,C19

1

RESISTOR,22kΩ

RP1

2

RESISTOR,100Ω

R5,R1

1

RESISTOR,560Ω

R3

2

RESISTOR,10kΩ

R4,R11

1

RESISTOR,38kΩ

R2

1

RESISTOR,8kΩ

R6

1

RESISTOR,2kΩ

R7

1

RESISTOR,1kΩ

R9

1

CAPACITOR,15nF

C2

1

CAPACITOR,90nF

C3

1

CAPACITOR,3nF

C4

2

INDUCTOR,10uH

L1,L2

1

RESISTOR,27.5kΩ

R10

2

CAPACITOR,100nF

C5,C6

1

CAPACITOR,8.66nF

C12

1

RESISTOR,500Ω

R12

1

RESISTOR,27kΩ

R14

1

RESISTOR,8.2kΩ

R15

1

RESISTOR,1.2kΩ

R16

4

CAPACITOR,10uF

C14,C15,C18,C21

1

CAPACITOR,12nF

C17

1

POTENTIOMETER,10kΩ

R17

1

RESISTOR,20MΩ

R13

1

CAPACITOR,3pF

C20

1

POTENTIOMETER,200kΩ

RP2

1

CAPACITOR,10nF

C22

1

RESISTOR,5kΩ

R18

1

POTENTIOMETER,5.1kΩ

RO7

3

RESISTOR,220Ω

R20,R23,R25

1

RESISTOR,3kΩ

R21

2

POTENTIOMETER,220Ω

R22,R24

1

RESISTOR,56Ω

R8

3

BJT_NPN,2N1711

Q1,Q2,Q6

2

DIODE,1N1206C

D1,D2

6

TRANSFORMER,TS_AUDIO_10_TO_1

T2,T3,T1,T4,T6,T7

3

BJT_NPN,2N2222

Q3,Q4,Q5

3

DIODE,BAV18

D3,D6,D7

2

BJT_PNP,2N1132A

Q7,Q8

附录B：

参考文献

[1]HenryL.Bertoni；顾金星等译；现代无线通信系统电波传播；北京；电子工业出版社；2001.1

[2]ReinholdLudwig，PavelBretchko；王子宇等译；射频电路设计；北京；电子工业出版社；2002.5

[3]谢嘉奎电子线路（非线性部分·第四版）高等教育出版社2000.5

[4]沈伟慈高频电路西安电子科技大学出版社2000.5

[5]谢自美电子线路设计·实验·测试（第二版）华中科技大学出版社2000.7

[6]陈邦嫒射频通信电路科学出版社2002.8

[7]王福昌锁相原理华中科技大学出版社

[8]电子电路设计·实验·测试中国人民解放军空军雷达学院2000.7

[9]电子报合订本（2001年）四川科技出版社2001.12

[10]张冠百锁相与频率合成技术电子工业出版社1990

[11]JosephJ.Carr射频电路设计（RFCIRCUITDESIGN）3rdEdition电子工业出版社2001

2012年1月13日