调幅接收机.docx
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调幅接收机.docx
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调幅接收机
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称通信(高频)电子线路
题目调幅接收机设计
专业班级电子技术0802
学生姓名***
指导老师***
审批***
任务书下达日期2010年5月25日
设计完成日期2010年6月10
第1章课程设计任务书1
第2章设计总体思路及框图3
第3章方案整体分析4
第4章单元电路设计分析5
4.1输入回路的设计5
4.2高频小信号放大电路的设计5
4.3本地振荡产生电路的设计7
4.4、混频电路模块设计:
8
4.5中频放大器(包括AGC电路)的设计10
4.6检波电路的设计12
4.7前置放大电路的设计14
4.8音频功率放大电路的设计16
4.9调幅接收机整体电路结构18
第5章心得与体会19
附录A:
元件清单20
附录B:
参考文献21
第1章课程设计任务书
设计内容与设计要求
一.设计内容
1、设计一个超外差调幅接收机。
2、主要技术指标要求:
接收频率范围535~1605KHz,输出功率150mW,灵敏度50μV。
3、已知条件:
电源+4.5V,参考器件有锰锌铁氧体磁棒MX-400;465KHZ中周一套,8Ω/0.25W扬声器、集成音频功放(如LA4102)、晶体管等。
4、晶体管、集成电路等器件可自由选择,或根据高频实验箱器件来选用。
二.设计要求
1、设计思路清晰,画出整体设计框图;
2、给出具体设计思路,画出单元电路;
3、单元电路进行分析计算,确定器件参数;
4、编写设计说明书;
5、画出整机原理图。
6、由于涉及单元电路多,每个同学可以各自重点负责其中之一,然后合作完成整个接收机设计。
参考调幅收音机原理!
主要设计条件
1、提供函数信号发生器、示波器;
2、提供直流电源一台;
3、必要的元器件和导线等;
4、高频电路实验箱。
5、画图可用Protel99se、VISIO2003等软件,分析仿真参考软件Multisim。
说明书格式
1)课程设计封面;
2)设计任务书;
3)说明书目录;
4)设计总体思路,基本原理和框图;
5)单元电路设计分析;
6)实验调试;
7)总结与体会;
8)附录;
9)参考文献;
10)整机原理图。
进度安排
第1天:
下达设计任务书,介绍课题内容与要求;
第2、3天:
查找资料,确定总体设计方案,设计方案论证;
第4~8天:
硬件电路设计,单元电路原理和计算分析;
第9天:
书写论文,画整机原理图
第10天:
整理资料,准备答辩。
(共两周时间)
参考文献
1、高吉祥主编,高频电子线路,(第2版),高等教育出版社。
2、谢自美主编,电子线路设计.实验.测试,华中理工大学出版社。
3、李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社。
4、彭介华主编,电子技术课程设计指导,高等教育出版社。
第2章设计总体思路及框图
高频本次设计的是超外差调幅接收机的设计,电路主要有高频小信号放大器、本地振荡器、混频器、中频放大器、包络检波器和低频放大器组成。
采用晶体三极管设计电路实现,中频放大器是提高电压增益的作用。
包络检波器有从调幅信号中取出调制信号的作用。
此电路功能是由信号发生器产生的调幅信号送到混频器与本地振荡所产生的等幅高频信号进行混频,产生载波信号,此载波信号再经过中频放大器将电压放大,从而通过二极管峰值包络检波器以提取包络检波实现检波,最后输出低频信号。
再通过低频放大器将低频信号进行放大,此过程的作用是使低频信号便于观察的测试。
第3章方案整体分析
早期的接收机采用多级高频放大器来放大接收信号,称为高频放大式接收机。
后来广泛采用的是超外差接收机,主要依靠频率固定的中频放大器放大信号。
和高频放大式接收机相比,超外差接收机具有一些突出的优点。
1.容易得到足够大而且比较稳定的放大量。
2.具有较高的选择性和较好的频率特性。
这是因为中频频率fi是固定的,所以中频放大器的负载可以采用比较复杂、但性能比较好的有源或无源网络,也可以采用固体滤波器,如陶瓷滤波器、声表面波滤波器(见声表面波器件)等。
3.容易调整。
除了混频器之前的天线回路和高频放大器的协调回路需要与本地振荡器的谐振回路统一调谐之外,中频放大器的负载回路或滤波器是固定的,在接受不同频率的输入信号时不需要再调整。
超外差接收机的解调就是由信号发生器产生的调幅信号送到混频器与本地振荡所产生的等幅高频信号进行混频,在其输出端得到波形包络形状与输入高频信号的波形相同,但频率由原来高频变化为中频的调幅信号,经中频放大后送到检波器,检出原调制的低频信号,再通过低频放大器对低频信号进行放大从扬声器输出。
第4章单元电路设计分析
4.1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)
4.2高频小信号放大电路的设计
4.2.1电路的基本工作原理:
如下图所示,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。
4.2.2高频小信号放大电路结构图如下:
4.2.3电路的仿真结果如下图所示:
4.3本地振荡产生电路的设计
4.3.1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,以使得电路自激产生1MHZ的载波频率。
再从C4,L1端中间输出信号到下一级。
4.3.2本地振荡产生电路结构如下:
4.3.3电路的仿真结果如下图所示:
4.4、混频电路模块设计:
4.4.1电路工作基本原理:
本电路利用三极管作为混频器件,其中,从输入回路选进来的有效音频信号通过高频小信号放大电路后加在了晶体管Q1的基极。
而本振信号加在Q1的发射极,由于,输入信号中的频率不仅包含和频信号,差频信号,同时也包含各高次谐波分量,因此通过电路混频后,就取出了固定的差频信号,即1MHZ-535KHZ=465KHZ信号,从而为以下各级提供了固定的谐振频率。
电路中C4,L1组成了一个以465KHZ为谐振频率的谐振回路,从而可以更进一步的让输出到下一级的信号为更加纯的465KHZ信号。
最后,通过C5的耦合以连接到下一级电路。
4.4.2混频电路图结构如下:
4.4.3仿真波形如下:
4.5中频放大器(包括AGC电路)的设计
4.5.1中放电路基本工作原理:
中频放大电路由两极中频放大器组成,没级中频放大器的前面及后面均设有465khz的中频选频回路,以对中频信号进行放大和选频。
第一级中频放大器的输入信号是来自变频级的中频信号,第二级中频放大器的输出信号经第三中频变压器的耦合送入检波器进行解调。
中频放大电路的结构如下图示。
下面截取了第一级中频放大器(保留了选频网络部分),其中利用两个二极管的串联来为晶体管提供基极稳压,并利用RP1作为Q1的基极偏置电阻,R5作为Q2的基极偏置电阻,R3则对二极管起限流保护作用,
作为AGC控制电路的反馈电阻,
从音量电位器的上端接出连接到第一级中频放大的基极,从而实现自动增益控制。
4.5.2参数计算:
中频放大器中的LC振荡回路的参数选择是由
决定的。
其中
为固定的465khz,因此可取C=510pf,L=2.23
H则
有:
基本满足谐振条件。
第一级中放晶体管静态工作点计算如下:
若保证晶体管处于放大状态,则
以保证其发射极正偏。
而一般硅管的
为0.6~0.7V,锗管的
为0.2~0.3V因此为保证满足正偏条件,一般满足0.4V即可,即得满足
=0.4V。
取
=10K
,
为5.1
的可调电阻,
,
为22
的可调电阻。
其中再取
,
时,
U=0.8V>0.4V,满足条件。
第二级中放晶体管静态工作点计算如下:
,满足条件。
由公式Auo=Vo/Vi=-P1P2Yfe/g∑=-P1P2Yfe/(gp+P12goe+P22gie)以及晶体管的相关参数计算可得,每级中放的放大倍数大约在25~30之间,因此,去每级中放放大倍数为30。
4.5.3中频放大器电路结构如下:
4.6检波电路的设计
4.6.1检波的基本工作原理:
中频放大器输出的中频信号经中频变压器T3二次绕组送入检波二级管D3,利用二级管的单向导电特性,把中频信号的负半周削去,变成只有正半周的中频脉动信号。
这个脉动信号中包含有直流成分,残余的中频信号及音频包络三部分。
利用C12,R6构成低通滤波器,滤除残余的中频信号,C13是隔直电容,滤除直流分量,检波后的音频信号电压降落在音量电位器RP2上,经电容耦合到下一级低频放大电路。
检波后得到的直流电压作为自动增益控制的AGC(后面模块将讲到)电压被送到受控的第一级中频放大管的基极。
4.6.2参数计算:
RC时间常数的选择很重要,RC时间常数过大,则会产生对角切割失真。
RC常数太小,高频分量会虑不干净。
为了避免由于电容放电惰性引起的惰性失真。
R,C应满足下列关系:
为了避免由于检波器的交直流负载不同而引起的底部切割失真,应满足下列关系:
m为调幅系数,Ω为调制信号角频率。
一般取:
其中:
由已知条件可知,接收的频率范围在535khz~1605khz,因此
取1605khz,并且
为固定的465khz,因此,可取R=20M
,
,从而可计算得出
,同时也可以确定电容C12的取值范围:
,因此可取C=3pf。
4.6.3检波器电路结构如下:
4.7前置放大电路的设计
4.7.1前置放大电路基本工作原理:
从音量电位器的滑动端与地之间取出的音频电压信号,经C15耦合,加在Q3的发射结两端。
D1,D2提供晶体管1.4V稳压。
由于VT4已经设置在放大状态,音频信号被Q3放大后从集电极输出。
从集电极输出的高频噪声信号将被C16旁路。
由于Q3集电极的负载是输入变压器T4的一次绕组,它是一个电感器件,当音频信号电流流过时,将在一次绕组两端产生感生的音频信号电压。
通过T4一次绕组与二次绕组的电感耦合,即可将音频信号电压送入功率放大器。
其中R7从稳压端接到Q3基极,提供基极偏置电压。
4.7.2前置放大电路结构如下:
4.7.3仿真波形如下:
输出回路:
输入回路:
4.8音频功率放大电路的设计
4.8.1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。
音频功率放大电路结构如下:
4.8.2仿真波形如下:
输出端参数:
输入端参数:
4.9调幅接收机整体电路结构
第5章心得与体会
通过这次高频课程设计,我真正学到了很多东西。
以前我们只是纯粹的进行枯燥的理论计算与学习,很少有机会拿个真正的课题来练手,通过这次课程设计,我们正好找到了个可以实践的契机,因此,我们组的成员也都为此努力准备着。
刚开始,选择题目的时候,我们犹豫了很久,最终选择了调幅接收机这个题目,刚拿到我们也确实不知道从哪里下手,也不知道这个东西怎样来完成,按照刘老师给我们的指点,我们第一天就在图书馆借了很多关于收音机的书籍,因为老师说我们这个差不多就是个收音机电路,因此,我们开始了认认真真的研究收音机电路的征程,我们一组四个成员,经常碰面探讨有关这个题目的相关问题,从相互的探讨与点拨下,我们很快就掌握了整个收音机电路的基本工作原理以及一些基本参数的考虑。
接下来,我们就开始在寝室进行电路仿真,我们按照书上的一些电路图以及自己改动的一些地方在multisim中进行电路仿真,但是,结果总是令人不太满意,输出波形失真,输出参数不符合既定要求等,刚开始在multisim中由于变压器的参数不知道怎样设置,因此,我们也尝试了用protues,等其他电路仿真软件,但是结果也差不多。
我们在寝室相互讨论与研究,但是,结果还是不令人满意,于是,后来我们便商量去找老师指点,老师给我们讲解了一些我们所面临的疑问,然后,我们便回来继续仿真然后进行最关键的一步——参数计算。
说到难点,这差不多就是这整个课程设计中的最难点啦,刚开始,我们简直不知道从哪里下手才好,这么多参数要怎样来确定等,后来也有请教老师,在刘老师的点拨下,我们找到了方法,并根据书上提供的一些步骤,我们终于计算出了大部分的电路参数,但是仍然有一些参数不能完全确定下来。
至此,我们的这次课程设计在我们一组四个成员的共同配合下顺利的提前完成了任务。
这次的课程设计,不仅让我对高频的教材理论知识有了一个系统全面的认识,而且也让我们在团结合作中找到了学习的乐趣,这次课程设计的最大价值不仅仅只是对课内知识的巩固与提高,更主要的是培养了我们新一代大学生的团队合作精神,让我们能够在一个团队力量下更加有效率的完成一个任务,也让我们在团队成员相处中有更加默契的配合,因此,在这个课程设计的整个过程中我一直挺享受的。
最后我也要在这里感谢我们的课程设计指导老师。
正是他的耐心指导才让我们能够顺利的完成此次高频课程设计。
在此说声谢谢。
我相信这次课程设计给我的收获将会让我终身受用……..
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].高吉祥.高频电子线路(第二版)[M].北京:
电子工业出版社,2007
[2].黄正瑾.电子设计竞赛赛题解析.东南大学出版社,2003
[3].吴慎山.高频电子线路[M].北京:
电子工业出版社,2007
[4].康华光.电子技术基础-模拟部分(第四版)[M].北京:
高等教育出版社,2005
[5].宋贵林.收音机、录音机原理与维修机械工业出版社,2002
[6].罗杰,谢自美主编的电子线路(第4版)
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