调频接收机.docx
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调频接收机
编号:
(高频电路设计与制作)
实训论文说明书
题目:
调频接收机
院(系):
信息与通信学院
专业:
电子信息工程
学生姓名:
学号:
指导教师:
李秀东胡机秀班立新邓艳容
2012年12月27日
摘 要
本次实训设计,目的是得到一个调频接收机。
此接收机为超外差接收机,是指将所要接收的电台在调谐电路里调好以后,经过电路本身的作用,就变成另外一个预先确定好的频率,然后再进行放大和检波。
这个固定的频率,是由差频的作用产生的。
调频接收机的设计过程中,应将其分为选频网络、高频放大、变频、中频放大、解调、低放和低频功放七个部分。
但是在设计时必须全面考虑,妥善处理一些相互牵制的矛盾,特别要抓住主要矛盾(稳定性、选择性、失真等),才能使得接收机有较好的指标。
超外差式接收机能够大大提高接收机的增益、灵敏度和选择性。
了解收音机的工作原理并通过画原理图、焊接电路板、调试作品等电子电工实训对我们学习电子技术类的大学生有很多意义。
本实训报告简单分析了超外差式收音机电路的工作原理及其组装和调试等。
收音机的主要参数:
调频波段88MHZ~108MHZ;工作电源电压范围2.5V~5V;静态电流13.5Ma,信噪比>80Db,谐波失真<0.8%,输出功率>350MA。
关键词:
超外差;调频;本振;混频;CXA1691BM
Abstract
Thistrainingdesign,thepurposeistogetaFMreceiver.Thereceiverforspecializedsuperheterodynereceivers,itistopointtowillhavetoreceiveradiotunedcircuitintheadjustedthelater,overtheroleofthecircuititself,theybecomeanotherapredeterminedfrequency,andthenamplifiedanddetection.Thefixedfrequency,isbythedifferencefrequencyroleofgeneration.
FMreceiverdesignprocess,shouldbeclassifiedintothefrequencyselectivenetwork,thehighfrequencyamplifier,thefrequencyconversion,intermediatefrequencyamplifier,demodulation,lowputandlowfrequencyamplifiersevenparts.Butinthedesignmustbefullyconsidered,properlydealwithsomemutualcontaincontradiction,specialtocatchthemaincontradiction(stability,selectivity,distortion,etc),tomakeagoodindexreceiver.Specializedsuperheterodynereceiverscangreatlyimprovethereceiverofthegain,sensitiveandselective.Understandtheworkingprincipleoftheradioandthroughthepaintingprinciplediagram,weldingcircuitboard,commissioningworksandotherelectronicelectriciantrainingtoourstudyofcollegestudentshavemanyelectronictechnicalsignificance.Thistrainingreportsimpleanalysisthesuperheterodynecircuitprincipleofworkanditsassemblyanddebugging,etc.Themainparametersoftheradio:
FMband88MHZto108MHZ;Workpowervoltagerange2.5V~5V;Staticcurrent13.5Ma,signal-to-noiseratio(SNR)>80Db,harmonicdistortion<0.8%,outputpower>350Ma.
Keywords:
Specializedsuperheterodyne;FM;Thisvibration;Frequencymixing;CXA1691BM
目 录
1项目设计要求1
1.1完成要求1
1.2完成形式1
2收音机原理介绍1
3集成芯片CXA1691M的介绍3
4接收机各功能模块电路分析4
4.1高频放大电路4
4.2混频电路5
4.3本振电路5
4.4低频放大与功率放大6
4.5电源及其他电路6
4.5天线接收部分7
5安装焊接7
6接收机电路调试8
6.1调中频——即是调中频调谐回路8
6.2调覆盖——即是调本振谐振回路8
6.3统调——即是调输入回路8
7接收机的调试9
7.1中频放大电路的调整9
7.2调整调频段的接收范围(频率覆盖)——调FM的电感和电容9
8实训总结10
谢辞11
参考文献12
附录13
引言
随着社会的快速发展,现代化的工具显得越来越重要,接收机在这里起到了重要的作用。
接收机的功能是恢复用于调制发射机的原始信号。
该过程称作解调,实现这一恢复功能的电路称作解调器。
检波器这一术语也在使用,有时将单个超外差式接收机的解调器称为第二检波器。
对于模拟解调器,我们希望能够使失真和噪声最小,这样输出信号波形就会尽可能地接近原始信号了。
数字解调的作用是产生或恢复出与发射机输入同样类型的数字输出,且具有尽可能少的误差和正确的信号速率。
因此,模拟与数字信号解调器的性能测量方法是个同的。
通常,数字解调器可在调制解调器中单独配制,也可与数字调制器一起构成发射机。
本次设计介绍了采用单片集成电路设计组装调频收音机,该电路调试简单,所需外围元件少,因而得到了广泛的应用。
这些集成电路的内部工作原理基本相同,只是引脚的排列、外形封装和外围元件略有不同。
用CXA1691BM组装的调频收音机只需用单联选台,通常需要调试的外围元器件、甚至中频滤波器都制作在了IC内部。
它采用锁相环来锁定频率,并没有特殊的静噪电路,避免了中频调试,也不需要统调,成本很低但灵敏度高且一致性好,很适合初学者试装活动。
1项目设计要求
1.1完成要求
1)调频波段88MHZ~108MHZ;
2)工作电源电压范围5V~8V;
3)静态电流13.5Ma;
4)信噪比>80Db;
5)谐波失真<0.8%;
6)输出功率>350MA。
1.2完成形式
1)独立组装和调试一台调频发射机并完成要求的技术指标后由指导教师验收;
2)按毕业设计论文要求撰写5000字以上的实训论文。
2收音机原理介绍
收音机的电路结构种类有很多,早期生产的收音机多为分立元件电路,目前基本上都采用了大规模集成电路为核心的电路(本机电路采用日本索尼公司生产的调频调幅专用集成电路CXA1691M,国产型号为CD1691M)。
集成电路收音机的特点是:
结构比较简单,性能指标优越,体积小等优。
AM/FM型的收音机电路可用如图2.1所示的方框图来表示。
收音机通过调谐回路选出所需的电台,送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频,然后选出差频作为中频输出(我国规定的AM中频为465KHZ,FM中为10.7MHZ),中频信号经过检波器检波后输出调制信号(低频信号),调制信号(低频信号)经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压,即功率,再推动喇叭发出响亮的声音。
图2.1调频收音机原理框图
调频收音机的主要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,音频信号就会像处于闹市之中一样,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,并把不需要的信号“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,FM混频信号由FM中频回路进行选择,提取以中频10.7MHz为载波的调频波。
该中频选择回路由10.7MHz滤波器构成。
中频调制波经中放电路进行中频放大,然后进行鉴频得到音频信号,经功率放大输出,耦合到扬声器,还原为声音。
出的功率通常也只有几HW,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。
3集成芯片CXA1691M的介绍
本实训中采用的收音机是一种50型的AM/FM二波段的收音机,此收音机电路主要由大规模集成电路CXA1691M(CD1691M)组成。
由于集成电路内部不便制作电感、电容和大电阻以及可调元件,故外围元件多以电感、电容和电阻及可调元件为主,组成各种控制、谐振、供电、滤波、耦合等电路。
50型收音机电路图如图3.1所示。
CXA1691M(CD1691M)内部电路图如图3.2所示。
图3.150型收音机电路图
图3.2CXA1691M(CD1691M)内部电路图
1)它的调频信号(频率范围:
64—108MHZ)从ANT拉杆天线输入;
2)经C5送入IC(CXA1691)的12脚并进行高放、混频;
3)9脚为选频回路;
4)7脚外接本振回路;
5)混频后的中频信号由14脚输出经过10.7MHz的陶瓷滤波器CF2选频后进入;
6)17脚进行中放,并经内部鉴频,IC的2脚外接鉴频网络;
7)鉴频(调频波的解调)后的音频信号由23脚输出;
8)送入24脚进行功放放大;
9)最后从27脚输出推动扬声器。
4接收机各功能模块电路分析
4.1高频放大电路
高频放大器是用来放大高频信号的器件(在接收机中,高放所放大的对象是已调信号,它除载频信号外还有边频分量)。
根据高放的对象是载频信号这一情况,一般采用管子做放大器件,而且并联谐振回路作为负载,让信号谐振在信号载频。
这样做的好处是:
1)回路谐振能抑制干扰;2)并联回路谐振时,其阻抗很大,从而可输出很大的信号。
图4.1高频放大电路
4.2混频电路
混频是将高频放大信号和本振信号混合,输出一个中频信号,在调频电路中,本振信号必须是独立的,这是与调幅电路最大的一个区别。
混频电路是一种典型的频谱搬移电路,可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。
混频器是一个变频电路,一般用相乘器,高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端,得到一个差频。
调谐回路的输出,进入混频级的是高频调制信号,即载波与其携带的调制信号。
经过混频,输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了,但音频信号的形状没有变。
通常将这个过程(混濒和本振的作用)叫做变频。
混频电路的原理是:
把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1,与输入回路选择出来的广播电台的高频已调波信号f2同时加到非线性元件的输入端。
利用元件的非线性作用(晶体管的非线性作用)进行混频。
混频结果:
输出频率为f1、f2以及频率为f1+f2、f1-f2、……高次谐波等多种信号。
从频谱观点上来看,混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从
的位置上,因此,混频电路是一种典型的频谱搬移电路,可用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。
4.3本振电路
本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率,将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号混频,得到一个中在本次设计中,采用改进型电容三点式振荡电路。
因为本振电路的输出频率要与高频放大电路的输出信号进行混频,得到一个中频信号。
所以要求本振电路的输出频率必须很稳定,所以采用了改进型电容三点式。
如果本振电路的输出不稳定,将引起变频器输出信号的大小改变,振荡频率的漂移将使中频改变。
振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关,当温度及其它管子与反馈电路的特性改变时,振幅也就会改变。
为了稳定振幅,可在各波段振荡器的反馈线圈上并联不同的电阻以平滑电抗元件的频率特性,还可用自动增益控制稳定振幅。
本次设计的电容改进型电路图如下所示:
图4.3电容反馈改进振荡电路
4.4低频放大与功率放大
作用:
解调后得到的音频信号经低频和功率放大电路放大后送到扬声器或耳机,完成电声转换。
图3电路中IC的“1”、“3”、“4”、“24~28”脚内部都是低频放大电路。
“1”脚为静噪滤波,接有电容C10(0.022UF),“3”脚所接电容C8(4.7UF)为功率放大电路的负反馈电容,“4”脚为直流音量控制端(改变引脚电位来改变内部差动放大器的放大倍数),外接音量控制电位器中心抽头。
IC的“25”脚接的C18(10UF)是功率放大电路的自举电容,以提高OTL功放电路的输出动态范围,“26”脚为功放电路供电端,外接C19(100UF)和C17(0.1UF)分别为电源的低频滤波和高频滤波电容。
音频信号经“24”脚输入到IC中进行功率放大,放大后的音频信号从“27”脚输出,经C16(100U)耦合送到扬声器或耳机发声,C20(0.1UF)是一只高频滤波电容,防止高频成分送入扬声器。
4.5电源及其他电路
本机的电源部分包括有两节1.5V电池、“26”脚外围的低频滤波电容C19(100UF)、C17(0.1UF)电源高频滤波电容,“8”脚外围的低频去耦滤波电容C2(10U),电源高频滤波电容C3(0.22UF)及由音量电位器连动的电源开关K1,R3和LED构成电源指示电路。
“21”脚外围的C12(4.7UF)、“22”脚外围的C13(10UF)是自动增益控制(AGC)电路滤波电容。
此外,为了防止各部分电路的相互干扰,IC内部各部分的电路都单独接地,并通过多个引脚与外电路的地相接,如“13”脚是前置电路地,“28”脚是功放电路地。
4.5天线接收部分
CXAl691M(CDl691M)内部还设有调谐高放电路,目的是提高灵敏度。
拉杆天线收到的调频电磁波由C1耦合进入“12”脚调频FM高放输入,再进行混频。
调幅部分则由天线磁棒汇聚接收电磁波,经L1的次级线圈进入变频电路。
5安装焊接
按原理图行焊接,焊接时需注意几点:
①元器件在装配前务必检查其质量好坏,确保元器件是正常能使用的;②装插位置务必正确,不能有插错,漏插;③焊点要光滑、无虚焊、假焊和连焊。
(1)元器件的装插焊接:
应遵循先小后大,先轻后重,先低后高,先外围再集成电路的原则。
我这里还介绍一种办法就是:
以集成电路为中心,从“1—28”脚外围电路元件依次一一清理的办法进行装配,这样有利于电路熟悉和装配顺利进行。
(2)瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装:
引线不能太长,否则会降低元器件的稳定性,而且容易短路,也会导致分布参数受到影响而影响整机效果;但也不能过短,以免焊接时因过热损坏元器件。
一般要求距离电路板面2mm,并且要注意电解电容的正负极性,不能插错。
(3)可调电容器(四联)的装插:
六脚应插到位,不要插反(中心抽头多一个引脚的一面为调频部分可变电容),应该先上螺钉再进行焊接。
(4)音量开关电位器的安装:
首先用铜铆钉固定两边开关脚,然后再进行焊接。
使电位器与线路板平行,在焊电位器的焊接片时,应在短时间内完成,否则易焊坏电位器的动触片、从而造成音量电位器不起作用而失调或接触不良。
(5)集成电路的焊接:
CD1691M为双列28脚扁平式封装,焊接时首先要弄清引线脚的排列顺序,并与线路板上的焊盘引脚对准,核对无误后,先焊接1、15脚用于固定IC,然后再重复检查,确认后再焊接其余脚位。
由于IC引线脚较密,焊接完后要检查有无虚焊,连焊等现象,确保焊接质量,否则会有损坏IC的危险。
6接收机电路调试
接收机的调试是整个接收机实训的其中一个重要内容,不是电路板焊接完成,就能够认为大功告成的,特别是有时候只能收到一两个电台,就忽略了后面的实训总结,这是非常错误的学习思想。
所以我们一定要重视接收机的调试过程。
在调试前必须确保接收机能接收到沙沙的电流声(或电台),若听不到电流声或电台,应先检查电路的焊接有无错误、元件有无损坏,直到能听到声音才可做以下的调整实验。
6.1调中频——即是调中频调谐回路
中放电路是决定收音电路的灵敏度和选择性的关键所在,它的性能优劣直接决定了整机性能的好坏。
调整中频变压器,使之谐振在AM/465kHz(或FM/10.7MHz)频率,这就是中放电路的调整任务。
6.2调覆盖——即是调本振谐振回路
超外差收音机电路接收信号的频率范围与机壳刻度上的频率标应一致,所以,要进行校准调整,也叫调覆盖。
在超外差收音机中,决定接收频率的是本机振荡频率与中频频率的差值,而不是输入回路的频率,因此,调覆盖实质是调本振频率和中频频率之差。
因此调覆盖即调整本振回路,使它比收音机频率刻度盘的指示频率高AM/465kHz(或FM/10.7MHz)。
在本振电路中,改变振荡线圈的电感值(即调节磁芯)可以较为明显地改变低频端的振荡频率(但对高频端也有影响)。
改变振荡微调电容的电容量,可以明显地改变高频端的振荡频率。
6.1统调——即是调输入回路
统调又称为调整灵敏度,本机振荡频率与中频频率确定了接收的外来信号频率,输入回路与外来信号的频率的谐振与否,决定了超外差收音机的灵敏度和选择性(即选台功能),因此,调整输入回路使它与外来信号频率谐振,可以使收音机灵敏度高,选择性较好。
调整输入回路的选择性也称为调补偿或调跟踪,但是在外差式收音电路中,调整输入谐振回路的选择性会影响灵敏度,因此,调整谐振回路的谐振频率主要是调整灵敏度,使整机各波段的调谐点一致。
调整时,低端调输入回路线圈在磁棒上的位置,高端调天线接收部分的与输入回路并联的微调电容。
7接收机的调试
7.1中频放大电路的调整
与调幅收音电路相类似,调频收音电路的中频放大级也要进行调整。
用调频高频信号发生器调整的方法如下:
调整时,整机置FM收音位置,调整前按图9配置仪表和接线或直接听收音机的喇叭输出声音。
将音量电位器置于最大位置,将收音机调谐到无电台广播又无其它干扰的地方。
高频信号发生器输出频率为10.7MHz,电平为99dB,调制频率为1000Hz,频偏为±22.5kHz的调频信号。
对于分立元件组成的调谐器,10.7MHz信号经中频输入电路引出,用夹子夹在混频管的塑料壳上,由电路中的分布电容耦合到电路中去,对于集成电路组成的调谐器,10.7MHZ的中频调频信号可直接加到调频天线连接的信号输入端。
然后由小至大调节信号发生器的输出信号的幅值,直至示波器里能在收音机的输出端看到lkHz的音频信号,此时用无感螺刀反复调整中周T2(绿色),使输出为最大,而且波形不失真,同时,注意当整机输出信号增大时,适当减小输入信号电平,再进行调整,最后将信号发生器的调制方式,由调频转向调幅,调制频率仍为1kHz,调制度为30%,调节绿色中周,使输出最小,这样反复进行调整,使整机在接收10.7MHz中频调频信号时的输出最大,而在接收10.7MHz调幅信号时输出最小,即两点重合。
在调整中频变压器时也可以用喇叭监听,当喇叭里能听到1000Hz的音频信号,且声音最大,音色纯正,此时可认为中频变压器调整到最佳状态。
7.2调整调频段的接收范围(频率覆盖)——调FM的电感和电容
调频广播的接收范围规定为88~108MHZ,实际调整时一般为86.2—108.5MHz。
这里介绍用信号发生器进行调整的方法:
调整时,整机置中波FM收音位置,将音量电位器置于最大位置,调整前按图8配置仪表和接线或直接听收音机的喇叭输出声音。
将可变电容器(调谐双联)旋到容量最大处,即机壳指针对准频率刻度的最低频端,将收音机调谐到无电台广播又无其它干扰的地方。
使调频高频信号发生器送出调制频率为1000Hz,频偏为22.5kHz,电平为30db(20uv)左右,频率为86.2MHz的调频信号,该信号经调频单信号标准模拟天线加到整机拉杆天线的输入端。
8实训总结
经过两周的实训,我比较顺利的完成了调频接收机的焊接与调试任务。
期间,由于高频电路对电路板的走线、元器件焊接等要求都很高,稍有偏差都会造成电路性能的下降,因此在焊接选择元器件时都需仔细检查、确认电路及元器件,尽量避免焊错元器件,小心焊点发生虚焊、漏焊、连锡等焊接工艺问题。
其次,在电路板上插件时,要尽量将元器件查放整齐,使同一类型的元器件保持在板面的同一高度与同一直线上,这样调试时,才会利于元器件的测试与电路问题的检查。
焊接电路的过程中,我遇到了不少问题。
例如,贴焊集成芯片时,由于芯片没有完全对准板面上的焊点,导致拖焊芯片管脚时,锡焊料很难完全包裹管脚,结果只能将焊了大部分管脚的芯片拆下,重新对准贴焊位焊接;并且,由于焊接技术掌握得不够熟练,焊点经常多锡,甚至有一两个焊点连锡,烙铁在甩掉多余锡液的时候,不小心将锡液甩到了焊板还未插元器件的焊盘上,堵塞了一些焊盘,最后还造成正个焊板的不美观。
所幸,调试的时候还比较顺利,首次给电路板通电是,接收到的音频声音小,且嘈杂不清晰,通过不断的调整可调电阻R1与可调电容C10和C25,可调整接收到的音频的音量的大小与清晰度、频段。
其中,调试过程发现还一个问题,就是可调电阻R1的阻值已经调到最大,但是接收到的音频的音量还是没有理论上能够得到的音量大声,对照原理图检查电路后发现,R1在电路中要求的是50K的可调电阻,而实际上我们用于焊接在电路板上的R1是20k的可调电阻,这样就限制了R1的调整范围,导致接收到的音频的音量没有达到理想的状态。
这次实训让我明白,实践是一个检验理论的过程,很多在理论上让人觉得抽象的问题可以在实践中变得很清晰,
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