1、超外差式收音机原理及安装调试全版定稿超外差收音机原理安装与调试实验指导书1.无线电广播和接收概述1.1 无线电广播无线电广播是一种利用电磁波传播声音信号的手段。为此需要了解一些基本概念。声波：声波声音是辐射振动产生的疏密波。人们说话时，声带的振动引起周围空气共振，并以340米/秒的速度向四周传播，称为声波。声波频率：声波频率在20Hz20kHz范围内，人能够听到。声波传递途径：声波只有依赖媒质传递，在不同的媒质中传递的速度不同。声波在媒质中传播产生发射的散射，声音强度随距离增大而衰减，因此，远距离声波传送必须依靠载体来完成，这个载体就是电磁波。电磁波：电磁波是电磁振荡电路产生的，通过天线传到空
2、中去，即为无线电波。电磁波的传送速度为光速（3108米/秒）。当无线电波在地球表面传送时，其延时效应微乎其微。因此，选择电磁波作为载体是非常理想的。无线电的发射：声波经过电声器件转换成声频电信号，调制器使高频等幅振荡信号被声频信号所调制；已调制的高频振荡信号经放大后送入发射天线，转换成无线电波辐射出去。无线电广播的接收：收音机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号(即解调)；调制方式：利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用不同的装载方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。1.2电磁波的发射和接收广播节目的发送是在广播电台进行。广
3、播节目的声波，经过电声器件如话筒等转换成音频电信号，并由音频放大器放大，经音频放大器放大后送往调制器，对高频载波信号进行调制，从调制器输出的调副或调频信号再经过高频放大器放大后送到发射天线，将载有声音“信息”的无线电波发出，就形成无线电广播，如图1.1所示。优点：1.抗干扰能力好；2.频带宽，音质好；3.频道容量大,解决电台拥挤问题。音频信号加载到载波信号上的过程，称为调制。根据调制方式不同，分成调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。 图1.1 无线电广播示意图无线电广播的接收是由收音机实现的。收音机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号(即解
4、调)；解调后得到的声频信号再经过放大获得足够的推动功率；最后经过电声转换还原出广播内容。可见，在无线电广播和接收过程中，无线电波是信息传播的重要工具。利用无线电波作为载波，对信号进行传递，可以用不同的装载方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。1.3 振幅调制（Amplitude Modulation）所谓调幅，就是使载波的振幅随着调制信号的变化规律而变化，其实质就是将调制信号频谱搬移到载波频率两侧的频率搬移过程。经过调制后的高频已调波，其波形和频谱都与原来的载波不同，因此调制过程也就是波形和频谱的变换过程。调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。其变化的周期与调
5、制信号的周期相同，而振幅的变化与调制信号的振幅成正比。设调制信号为 U(t)=Umcost式中， Um调制信号电压振幅为调制信号角频率（=2f）载波信号为 UC(t)=Ucmcosct式中, Ucm为载波电压振幅c为载波信号角频率(c=2fc)则调幅波的表示为: UAM(t)=Umo(1+macost)cosct 式中,ma称为调制度或调制系数。它是调幅波振幅最大变化量与载波振幅Umo的比值。正常情况下ma1,通常以百分数表示。根据式可画出单音调制时调幅波的波形图,如图1.2所示。图1.2调幅从调幅波形可见，它保持着高频载波的频率特性，调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。即当调制
6、信号最大时，调幅波振幅最大； 而当调制信号负的绝对值最大时，调幅波振幅最小。调幅波振幅的平均值即是载波振幅。目前，调幅制无线电广播分做长波、中波和短波三个大波段，分别由相应波段的无线电波传送信号。长波（LW:Long Wave） （频率：150kHz415kHz）中波（MW:Medium Wave） （频率：535kHz1605kHz）短波（SW:Short Wave） （频率：1.5MHz26.1MHz）我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播使用的频段的电磁波主要靠地波传播，也伴有部分天波；短波广播使用的频段的电磁波主要靠天波传播，近距离内伴有地波。1.4 频率调制（Freque
7、ncy Modulation）调频（FM）是用音频信号去调制高频载波的频率，使高频载波的瞬时频率随调制信号而有规律的变化，载波的幅度保持不变。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。设调制信号为U（t）= Umcost载波信号为UC（t）= UCmcosCt调频时，载波电压振幅度Ucm不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化，即为(t)=c+KfU(t)=c+(t)式中c为载波角频率，又称为调频波中心频率；Kf为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。其值由
8、调频电路决定，单位是弧度/秒伏（rad/sv）；（t）=KfU(t)为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。调频后载波瞬时相位也会产生变化，其瞬时相位为 式中，ct 为未调频时载波相位； 为调频后，瞬时相位相对于的相位偏移。 调频波的数字表示式为 根据式可画出调频波的波形图，如图1.3所示。图1.3 调频从调频波形可见，调频波振幅保持不变。调频波的频率跟随信号的变化规律而改变。即当调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；而当调制信号负的绝对值最大时，调频波最稀疏，频率最低。调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号，使用频率约为87MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号
9、。目前，地面的广播电视分做VHF(甚高频或称米波)和UHF(特高频或称分米波)两个频段。在我国，VHF频段电视使用的频率范围是48.5MHz-300MHz，划分成1-12频道，UHF频段使用的频率范围是470MHz-956MHz，划分成：3-68频道。它们基本上都是靠空间波传播的。国际上规定的卫星广 播电视有6个频段，主要频段是12kMHz，也是靠空间波传播。 调频（FM）广播频率是在VHF波段中划分出的一段，规定专门用于广播。电视信号的传播也采用调频方式，由于原理相近，因此可将调频收音机接收头作部分改动，使得收音机不仅能覆盖87108MHz波段，还能达到更低频率或更高频率，这样就能接收到电视
10、伴音。调幅和调频两种方式各有优缺点，如表1.1表1.1调幅和调频两种方式优缺点比较调幅（AM）调频（FM） 优 点1. 传播距离远，覆盖面大2. 电路相对简单 1.传送音频频带较宽（100Hz 5KHz）适宜于高保真音乐广播2.抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰3.应用范围广，用于多种信息传递4.可实现立体声广播缺点1.传送音频频带窄（200Hz2500Hz），高音缺乏 2.传播中易受干扰，噪声大1.传播衰减大，覆盖范围小所谓全波段收音机，应包括以上各波段，覆盖全部频率范围。所谓多波段收音机，是指其接收范围没有完全覆盖所有波段。为使短波的频率调整更准确、更为容易，多波段收音机又将短波波段分为若
11、干频段SW1、SW2、SW3通常分为七段。2 收音机基本原理2.1 最简收音机原理如图2.1 所示，图中LC谐振回路是收音机输入回路，改变电容C使谐振回路固有频率与无线电发射频率相同，从而引起电磁共振，谐振回路两端电压VAB最大，将该电波接收下来。经高频放大电路放大后，通过由二极管D和滤波电容C1构成的检波电路，将调幅信号包络解调下来，得到调制前的音频信号，再将音频信号进行低频放大，送到喇叭，就完全还原成可闻的声波信号。图2.1 最简单的收音机组成框图这就是最简AM收音机（也称高放式收音机）的工作原理，它电路简单，易于安装调试，成本低，但它的灵敏度低，选择性不太好，不适合日常使用。为了克服以上
12、不足，我们引入“超外差”这一概念。2.2 超外差式收音机基本原理由于最简AM收音机中高频放大器只能适应较窄频率范围的放大，要想在整个中波频段535kHZ1605kHZ获得一致放大是很困难的。因此用超外差接收方式来代替高放式收音机。所谓超外差式，就是通过输入回路先将电台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器（利用晶体管的非线性作用导致混频的结果产生许多新的频率），再经中频回路进行频率选择，得到一固定的中频载波（如：调幅中频国际上统一为465KHz或455KHz）调制波,这个过程称为变频。超外差的实质就是将调制波不同频率的载波，变成固定的且频率较低的中频载波（简称中频）。在
13、广播、电视、通讯领域，超外差接收方式被广泛采用，如图2.2。通过变频，将所要收听的电台的高频信号变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行中频放大和检波。图2.2 超外差原理超外差式收音机的中频一般选择在465kHz或455KHz。混频器的输出回路和中频变压器专门对465kHz或465KHz谐振。为什么固定在一个频率能够选择电台呢?原来，仍是调谐回路调选到电台，但本地振荡电路的工作频率随着调谐回路的频率变化，即本振频率总比电台的频率高一个中频，并且中频信号的振幅包络与高频信号的振幅包络完全相同，这就使得音额信号能够通过检波器再现。假设一个收音机工作在800KHz到1800KHz，中频工作在470
14、KHz，那么本地振荡频率应当在800+4701270kHz到1800+4702270kHz之间变化。当然如果本地振荡频率从1800-4701330KHz到18000-4701330KHz间变化，即比电台总低470kHz的频率，那么仍旧能够得出差频470KHz的结果。但实际生产的收音机中的本振频率是选高于电台信号频率的。如接收信号频率是：600kHz，则本振频率是1055kHz；1000kHz，则本振频率是1455kHz；1500kHz，则本振频率是1955kHz；即电台信号频率或称调幅信号频率(Fs)与本地振荡频率(Fo)和中频频率(IF)之间的关系为Fo-Fs=IF。由于谐振回路谐振频率，f
15、 与C不成线性变化，因此必须有补偿电容对其特性进行修正，以获得在收听范围内f与C近似成线性变化，保证f本振-f信号=f中频为一固定中频信号。超外差方式使接收的调制信号变为统一的中频调制信号，在作高频放大时，就可以得到稳定且倍数较高的放大，从而大大提高收音机的品质。比较起来，超外差式收音机具有以下优点：接收高低端电台（不同载波频率）的灵敏度一致；灵敏度高；选择性好（不易串台）。超外差式收音机包括调频与调幅两种，本书仅介绍调幅式超外差式收音机的组成、原理、安装与调试方法。2.3 超外差式调幅收音机基本组成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
16、路组成，如图2.3所示。图2.3 调幅收音机原理框图2.3.1 输入回路收音机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波，并从中选择出所需电台信号。输入回路是由收音机内部的磁棒天线线圈与调台旋钮相连的可变电容构成的LC调谐电路，如图2.4所示。调节可变电容 C 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2.4 输入回路2.3.2 变频电路变频电路由混频、本机振荡和选频三部分电路，其主要作用是把不同频率的输入信号变成频率固定的465 kHz的中频信号，如图2.5所示。V1、L4、L3、C2b组成本机振荡电路，产生一个比输入信号频率高4
17、65kHz的等幅振荡信号。V1、C5、T1组成混频器，把输入信号和本振信号在V1中进行混频，利用晶体管的非线性，产生各种频率的电信号，再通过负载谐振电路(T1、C5)，从众多频率的信号群中选出465 kHz的中频信号。图2.5 变频电路2.3.3 中频放大及检波电路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，再送给检波以得到所需的音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。电路如图2.5所示。V2、V3为中放管。T2、T3为中频变压器，因谐振频率为465 kHz，故简称
18、“中周”。电路作用是放大465 kHz的中频信号，提高灵敏度和选择性。图2.5中频放大及检波电路收音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。V7为检波二极管，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，最后把取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V7的单向导电性，取出中频调幅信号中的音频信号，以便放大和声音还原。2.3.4 自动增益控制电路（AGC）如图2.5所示，R6、C3组成音频滤波电路，电路作用是利用R6、C8电路输出的随音频信号强弱变化的直流电
19、压，控制放大管V2的静态工作电流，从而控制增益。保证中频信号不随电台信号强弱而变化，趋于稳定。2.3.5 音频功率放大电路组成如图2.6所示，V4为前置放大管。V5、V6为推挽功放管。T4、T5为输入、输出变压器。电路作用是放大音频信号，输出足够的音频功率，推动扬声器Y发声。图2.6 音频功率放大电路2.3.6 六管超外差式调幅收音机的整机电路图2.7 六管超外差式调幅收音机的整机电路3 中夏牌S66D(E)型收音机的安装与焊接中夏牌S66D(E)型收音机，采用典型六管超外差式电路，具有安装调试方便、工作稳定、灵敏度高、选择性好等特点，功放级采用无输出变压器的功率放大器(OTL电路)，有效率高
20、、频率特性好、声音宏亮、耗电省等特色。3.1 电路组成及原理图3.1是中夏S66D型收音机的原理电路图。为了分析方便，它的工作过程可以画成方框图，如图3.2。图3.1 S66d电原理图图3.2 S66d框图3.1.1 输入调谐电路输入调谐电路由双连可变电容器的CA和T1的初级线圈Lab组成，是一并联谐振电路，Tl是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，电台信号频率是f=l2LabCA，当改变CA时，就能收到不同频率的电台信号。3.1.2 变频电路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
21、信号(高频信号)变换成固定的465KHz的中频信号。VTl、T2、CB等元件组成本机振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高465 KHz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，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由T2、cB控制，CB是双连电容器的另一连，调节它以改变本机振荡频率。T2是振荡线圈，其初次绕在同一磁芯上，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的初级的抽头引出，通过C2耦合到VT1的发射极上。混频电路由VTl、T3的初级线圈等组成，是共发射极电路。其工作过程是
22、：(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，混合的结果产生各种频率的信号，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，这就是中频信号。混频电路的负载是中频变压器，T3的初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，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，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。3.1.3 中频放大电路它主要由VT2、VT3组成的两级中频放大器。第一
23、中放电路中的VT2负载是中频变压器T4和内部电容组成，它们构成并联谐振电路，谐振频率是465KHz，与前面介绍的直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。3.1.4 检波和自动增益控制电路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构成的三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制(AGC)作用。AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，其控制过程是：外信号电压Vb3Ib3Ic3Vc3，通过R3，Vb2Ib2Ic2信号电压。检波级的主要任务是把中频调幅信号
24、还原成音频信号，C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。3.1.5 前置低放电路检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。旋转电位器RP可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的。3.1.6 功率放大器(OTL电路)功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。VT5、VT6组成同类型晶体管的推挽电路，R7、R8和
25、R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。变压器T5做倒相耦合，C9是隔直电容，也是耦合电容。为了减少低频失真，电容C9选得越大越好。无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。3.2 S66D所用元器件介绍S66D为六管超外差收音机，所用元器件较为简单，下面对主要器件作一简单介绍。磁性天线采用5mm13mm55mm的中波扃磁棒，初级Lab用线经017毫米的漆包线绕100圈，次级用同规格的线绕10圈。其外形见图3.3。可变电容器CA，CB采用CMB-223型的密封双连。T2是振荡线圈，型号为LFl0-1(红色)，T3、T4是中频变压器，中频变压器也叫作中周。它的初级线圈有三
26、根引线，次级有二根引线。线圈绕在I型碾芯上，磁芯外面有磁帽。调节磁帽可改变线圈的电感量。中周外面有金属屏蔽外壳，把外壳接地，可减小互相干扰。T3是第一中放用中周，型号为TFl0-1(白色)，T4是第二中放用中周，型号为TFl02(黑色)。T2、T3、T4在出厂前均已调在规定频率上，装好图3.3磁性天线示意图后可以不调。如要调整只需微调，请不要调乱。中周外壳除起屏蔽作用外，本电路还起导线的作用，所以安装中周时外壳必须焊接在相应处。各种元器件如图3.4所示。 图3.3 磁棒线圈图3.4 元器件外形T5是输入变压器，型号是E14，有六个引出脚，线圈骨架上有凸点标记的为初级。VTlVT4是高频小功率三
27、极管，VT1选用低值(如绿点或黄点)，：4080间； VT2、VT3选用中值(如兰点和紫点)，：80180间；VT4选用高值(紫点或灰点)，：120270间，VTlVT4的型号一般是3DG201，9014；VT5、VT6选用9013属于中功率三极管，请不要与VTlVT4相混淆。电容要求容量准确，c1、C2、c4、c5、c7一般选用瓷片电容，c3、c6、c8、c9选用电解电容，耐压一般不低于6V，漏电要小。电阻器采用同规格的碳膜电阻器。误差在5以内。其余的元器件和附件见元件清单。3.3 S66D的安装S66D的印刷电路图见图3.5。印刷电路板上有元件面和焊接面之分。一般将元件安装面称为正面，覆铜
28、焊接面称为反面。正面上的各个孔位都标明了应安装元件的图形符号和文字符号，制作者只需按照印刷电路板上标明的符号，再通过原理电路图查找其规格，将相应元件对号入座即可。 图3.5 S66D印制板3.3.1 安装注意事项 安装前要认真认真学习实验指导书，仔细阅读安装说明书，先熟悉各个元器件的型号、参数、管脚分布及性能，检查各个元器件，了解焊接注意事项，将所有元件排列整齐，注意排除因裸线相碰造成的短路。具体如下： 电阻的检查：通过电阻的色环读出各电阻的电阻值并用万用表进行验证，检查其数量与参数是否与清单一致。 天线线圈及中周的检查：注意磁性天线线圈的导线较细，刮去漆皮时不要弄断导线。其中匝数多的为原边，
29、与双连电容C1A相接，匝数少的为副边，与混频管BG1相接。检查中周时主要应注意分清振荡线圈和中周，千万不要弄错。 电容的检查：因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R10k挡，用两表棒分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。检测10PF-0.01F固定电容器可选用万用表R1k挡。对于0.01F以上的固定电容，可用万用表的R10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。电解电容的容量较一般
30、固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。一般情况下，147F间的电容可用R1k挡测量，大于47F的电容可用R100挡位测量。 二极管的检查：选择万用表R1k 的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。 三极管的检查：三极管的基极和管型的辨识：先将万用表置于Rlk欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针偏转很小(或很大)，再将红黑两表棒对换，观测指针偏转都很大(或很小)，则假定的基极是正确的;且晶体管的管型为PNP型（或NPN型）。用同样的方法可检测出NPN型
31、三极管的基极和管型。三极管集电极、发射极的辨识：若被测管为NPN三极管，让黑表棒接假定的集电极C ，红表棒接假定的发射极E。两手分别捏住B、C两极充当基极电阻RB，注意不要让两手相接触。注意观察电表指针的偏转大小；之后，再将两检测极反过来假定，仍然注意观察电表指针偏转的大小。指针偏转较大的假定极是正确的。但是，如果两次测得的电阻相差不大，则说明管子的性能较差。对照原理图检查印刷电路板布线图及各元器件位置图，看元器件摆放的位置是否正确。要求组装之前能够清楚地将原理图和印刷电路的连线及元器件对应起来。焊接完毕，仔细检查电路是否有虚焊、假焊和短路的地方。电阻是否有阻值接错的，电容、发光二极管是否有正负极反了的，三极管的e、b、c脚接对了没有，中周的型号是否有误等。逐步分析，发现错误及时纠正，以免通电后烧坏元件。3.3.2 安装焊接工艺 安装时请先装低矮或耐热的元件(如电阻)，然后再装大一点的元件(如中周、变压器)，最后装怕热的元件(如三极管)。焊接时两手各持烙铁、焊锡，从两侧先后依次各以45度角接近所焊元器件管脚与焊盘铜箔交点处。待融化的焊
