调频接收机的设计与仿真.docx
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调频接收机的设计与仿真.docx
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调频接收机的设计与仿真
高
频
课
程
设
计
班级:
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学号:
调频接收机设计报告
一、实验目的:
通过本实验,要求掌握、基本的调频接收机电路的组和调试方法,了解集成电路单片接收机的性能及应用。
二、调频接收机的主要技术指标
调频接收机的主要技术指标有:
1.工作频率范围
接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。
接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。
如调频广播收音机的频率范围为88~108MH,是因为调频广播收音机的工作范围也为88~108MHz
2.灵敏度
接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度,通常用输入信号电压的大小来表示,接收的输入信号越小,灵敏度越高。
调频广播收音机的灵敏度一般为5~30uV。
3.选择性
接收机从各种信号和干扰中选出所需信号(或衰减不需要的信号)的能力称为选择性,单位用dB(分贝)表示dB数越高,选择性越好。
调频收音机的中频干扰应大于50dB。
4.频率特性
接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。
调频机的通频带一般为200KHz。
5.输出功率
接收机的负载输出的最大不失真(或非线性失真系数为给定值时)功率称为输出功率。
三、调频接收机组成
调频接收机的工作原理
f1f1f2-f1f2-f1fΩ
图一调频接收机组成框图
一般调频接收机的组成框图如图一所示。
其工作原理是:
天线接受到的高频信号,经输入调谐回路选频为f1,再经高频放大级放大进入混频级。
本机振荡器输出的另一高频f2亦进入混频级,则混频级的输出为含有f1、f2、(f1+f2)、(f2-f1)等频率分量的信号。
混频级的输出接调频回路选出中频信号(f2-f1),再经中频放大器放大,获得足够高增益,然后鉴频器解调出低频调制信号,由低频功放级放大。
由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频,再加以放大,因此接收机的灵敏度较高,选择性较好,性能也比较稳定。
四.单元电路设计
1.高频功率放大电路
如下图所示为共射级接法的晶体管高频小信号放大器。
他不仅要放大高频信号,而且还要有一定的选频作用,因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。
在高频情况下,晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。
晶体管的静态工作点由电阻RA2,RA3,RA4及RA6决定,其计算方法与低频单管放大器相同。
从天线ANTA1接收到的高频信号经过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路,选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号,经晶体管QA1进行放大,由CA3、TA1初级组成的调谐回路,进一步滤除无用信号,将有用信号经变压器和CB1耦合进入MC3361。
直流通路图
交流等效电路图
电路参数确定:
1)设置静态工作点
由于放大器工作在小信号放大状态,而且有下式:
UBQ=Rb1/(Rb1+Rb2)VCC
IEQ=(UBQ-UBEQ)/Re=ICQ
UCEQ=Vcc-ICQ(Rc+Re)
IBQ=ICQ/β
取晶体管的静态工作点:
IEQ=1.5mA
UEQ=3V
UCEQ=9V
则RE=UEQ/IE=1.5KΩ则RA6=1.5kΩ
取流过RA3的电流基极电流的7倍,则有:
RA3=UBQ/7IBQ=17.6K取18KΩ
则RA2+WA1=(12-3.7)/3.7*18=40K
则取RA2=5.1KWA1选用50K的可调电阻以调整静态工作点
2)计算谐振回路参数
其中gbe={IE}mA/26βS=1.15mS
Gm={IE}mA/26S=58mS
Yie=(gbe+jwcbe)/[1+rbe(gbe+jwcbe)]
=1.373*10-3S+j2.88*10-3S
则有gie=1.373msrie=1/gie=728Ω
Cie=2.88mS/w=22.5pF
Yoe=(jwcbbcbcgm)/[1+rbb(gbe+jwcbe)]+jwcbe
=0.216mS+j1.37mS
则有goe=0.216mScoe=1.37mS/w=10.2pF
计算回路总电容CΣ
CΣ=1/(2πf0)2L
=1/[(2*3.14*10.7*106)2*1.8*10-6]
=123pF
C=CΣ-p12Coe-p22Cie
=120-0.432*22.5-10.2
=119pF
则有CA3=119pF取标称值120pF
3)确定耦合电容及高频滤波电容
高频电路中的耦合电容及滤波电容一般选取体积较小的瓷片电容,现取耦合电容CA2=0.001uF,旁路电容CA4=0.1uF,滤波电容CA5=0.1uF
电压增益:
AV0=-u0/ui
=-p1p2yfe/gΣ
=-p1p2yfe/p12goe+p22gie+G
=(N2=-N1)dB
通频带:
BW=2Δf0.7=f0/QL
放大器的选择性:
Kr0.1=B0.1/B0.7
2.混频电路
因为中频比外来信号频率低且固定不变,中频放大器容易获得比较大的增益,从而提高收音机的灵敏度。
在较低而又固定的中频上,还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。
它们具有接近理想矩形的选择性曲线,因此有较高的邻道选择性。
如果器件仅实现变频,振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。
二极管环形混频器
四个二极管组成平衡电路如下图所示。
构成的二极管环形混频电路中,各二极管均工作在受参考信号控制的开关的状态,它是另一类开关工作的乘法器。
二极管环形混频电路
具有如下特点:
1结构上四个二极管接成环形。
作为混频时,环形的两个对角端AB和CD通过变压器接入本振信号VL和有用信号VS.
2如果电路平衡,则各端口是相互隔离的,即L端口的本振信号不会通到R端,R端口的有用信号不会窜入L端,有用信号和本振信号均不会通到I端.
3有增益,存在损耗.作为混频器时,混频损耗的理论值为4dB
4为调幅器时,考虑到高频变压器的低频频率特性差的缺点,调制信号改从端口输入,载波信号从端口输入,,从端输出振幅调制信号.
3.中频放大电路
中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大,然后送到检波器检波。
中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。
下图(a)是LC单调谐中频放大电路,图(b)为它的交流等效电路。
图中B1、B2为中频变压器,它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络,同时还起阻抗变换的作用,因此,中频变压器是中放电路的关键元件。
中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路,由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大,对非谐振频率的信号阻抗较小。
所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降,并且耦合到下一级放大,对非谐振频率信号压降很小,几乎被短路(通常说它只能通过中频信号),从而完成选频作用,提高了接收机的选择性。
由LC调谐回路特性知,中频选频回路的通频带B=f2-f1=fd/QL,式中QL是回路的有载品质因数。
QL值愈高,选择性愈好,通频带愈窄;反之,通频带愈宽,选择性愈差。
4.鉴频电路
下图是回路鉴频器的原理图。
它是由三个调谐回路组成的调频-调幅调频变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。
初级回路谐振于调频信号的中心频率,其通带较宽。
5低频功放
1对放大电路的要求
1)对低频功放的要求是根据负载的需要,提供足够的输出功率。
为此,低频功放的输出电压和输出电流都应有足够大的变化量。
低频功放一个重要指标是最大输出功率,就是在正弦输入信号下,输出波形不超过规定的非线性失真指标时,放大电路的最大输出电压与最大输出电流有效值的乘机。
2)对低频功放的另一个重要的要求是具有较高的效率。
放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的。
在输出功率较大的情况下,效率问题更为重要。
如果功率放大电路的效率不高,不仅将造成能量的浪费,而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热能,使管子、元件等温度升高,因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备,很不经济。
2放大电路中三极管的作用
在低频功放中,三极管通常工作在大信号状态下,使得管子特性曲线的非线性问题充分暴露出来。
一般来说,低频功放输出波形的非线性失真比之小信号放大电路要严重的多。
在实际的低频功放中,应根据负载的要求,尽量设法减小输出波形的非线性失真。
3放大电路的分析方法
在低频功放中,由于三极管的工作点在大范围内变化,因此,对电路进行分析时,一般不能采用微变等效电路法,而常常采用图解法来分析放大电路的静态和动态工作情况。
6.MC3361的功能介绍:
在本实验中采用了MC3361芯片,所以工作原理中的混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路全部由MC3361实现
MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路,主要应用于语音通讯的无线接收机。
片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。
主要应用在二次变频的通讯接收设备。
其主要特性如下:
a 低功耗(在Vcc=4.0V,耗电典型值仅为3.9mA)
b 极限灵敏度:
2.6uV(-3bB)(典型值)
c少量的外接元件
d 工作电压:
2.0—8.0V
e DIP16和SO-16两种封装形式
f工作频率:
60MHz(max)
MC3361内部电路如下:
MC3361集成电路采用16脚双列直插式封装。
它具有较宽的电源电压范围(2~9V),能在2V低电源电压条件下可靠地工作,耗电电
流小(当Vcc=3.6V时,静态耗电电流典型值为2.8mA),灵敏度高(在2.0μV输入时典型值为-3dB),音频输出电压幅值大。
它的内电路结构框图如图1所示。
IC内设置有双平衡双差分混频器、电容三点式本机振荡器、六级差动放大器构成的调频455kHz宽带中频限幅放大器、双差分正交调频鉴频器、音频放大器及静噪控制电路。
MC3361的内部振荡电路与Pin1和Pin2的外接元件组成第二本振级,第一中频IF输入信号10.7MHz从MC3361的Pin16输入,在内部第二混频级进行混频,其差频为:
10.700-10.245=0.455MHz,也即455kHz第二中频信号。
第二中频信号由Pin3输出,由455kHz陶瓷滤波器选频,再经Pin5送入MC3361的限幅放大器进行高增益放大,限幅放大级是整个电路的主要增益级。
Pin8的外接元件组成455kHz鉴频谐振回路,经放大后的第二中频信号在内部进行鉴频解调,并经一级音频电压放大后由Pin9输出音频信号。
Pin12——Pin15为载频检测和电子开关电路,通过外接少量的元件即可构成载频检测电路,用于调频接收机的静噪控制。
MC3361内部还置有一级滤波信号放大级,加上少量的外接元件可组成有源选频电路,为载频检测电路提供信号,该滤波器Pin10为输入端,Pin11为输出端。
Pin6和Pin7为第二中放级的退耦电容。
7.画出完整的电路
五.实验内容
(1).按下开关,调试好小信号放大单元电路,调试好高频功率放大单元电路。
(2).连接好发射电路和接收电路(连LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1),同时用实验箱所配的天线(一端带夹子的导线)分别将发射单元的天线ANTE1和本实验单元天线ANTA1连好.
(3).在不加调制信号的情况下,接通发射电路和接收电路的电源,调节变容二极管单元的L84,用示波器探头测量TTB2,当TTB2处有455KHz的信号输出时,说明调频单元的工作频率在10.7MHz附近。
此时从处加入1KHz,峰峰值为100mV左右的调制信号,则从TTB1处用示波器可观测到输出的解调波。
(4).当从TTB1处观察鉴频输出信号,此时如果波形失真可以微调LB1和微调L84。
注意观察鉴频信号频率与调制信号频率是否一致,幅度大小与调制频偏的关系(调制频率可以通过改变调制信号大小来改变)。
如果TTB1处的信号失真,一般要考虑是否调制信号幅度过大以及变容二极管调频产生的调频信号的中心频率偏高10.7MHz太远。
六.心得体会
在信息通信如此发达的今天,对我们学习电子的学生而言,正是展示自己才能的时候。
然而过多的理论性学习使我们的思维都很僵硬,缺乏了必要的创新意识。
当老师说到我们即将进行课程设计时,我非常的兴奋,实践对我来说真是太有吸引力了。
在实验设计中,我们可以把自己所学习的知识充分运用,并进一步的的理解,知道了如何在实践中更好的运用。
当老师给我们课程题目的时候,我真的很兴奋,因为我们曾经在电子工艺实习的时候就做过收音机,也就是调频接收装置,这使我们能够更好的进行实验设计。
在设计过程中,我充分的熟悉了信号的发射与接收过程,以及组成接收机的各单元电路的具体作用和细节操作。
设计时遇到了很多的难题,困惑的时候我就去网上查找些资料进行参考,并对参考内容进行分析,然后应用到自己的设计中,这个过程使我对设计有了更深层的认识,学到了更多的东西。
这次设计,没有自己独立完成是我最大的遗憾,但我想在设计中体会到的东西将使我终身受用。
在下一次的实验设计时,我一定会努力自己完成所需要的所有知识,那样,我会在设计中得到更大的快乐。
最后,谢谢老师给我们这次实践的机会,让我们体会到收获的喜悦和成功的快乐。
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- 调频 接收机 设计 仿真
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