太原理工大学 高频课设 调频接收机设计.docx
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太原理工大学高频课设调频接收机设计
本科高频电子线路课程设计
课程名称:
高频电子线路
实验名称:
调频接收机设计实验
实验地点:
北区学院楼四楼实验室
调频接收机设计实验
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
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、调频接收机的组成
使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。
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。
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88MHz-108MHz,主要靠空间波传送信号。
接收机可以接收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。
我们广播节目的声波,经过电声器件转换成声频电信号,并由声频放大器放大,振荡器产生高频等幅振荡信号;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。
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);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。
无线电通信(广播也属于无线电通信范畴)的发送和接收可概括为互为相反的三个方面的转换过程,即:
传送信息——低频信号,低频信号——高频信号,高频信号——电磁波。
但是接收天线所收到的电磁波很微弱。
为了提高接收机的灵敏度,可在检波器之前加一级至几级高频小信号放大器,然后再检波。
检波之后,再经过适当的低频放大,最后送到扬声器或耳机中转为声音,这样的接收机叫做直接放大式接收机。
它的缺点是,对于不同的频率,接收机的灵敏度和选择性变化叫剧烈,而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响,不能过高。
所以现在的接收机几乎全是超外差式接收机。
超外差式接收机的基本原理是:
从天线收到的微弱高频信号先经过一级或几级的高频小信号放大器放大,然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡电压想混合,所得到的输出电压包络线形状不变,仍与原来的信号波形相似,但载波频率所转换为两个高频频率之差,(或和),这叫做中频。
中频电压再经中频放大器放大,送入检波器,得检波输出电压。
最后检波输出电压经低频放大器放大,送到扬声器(或耳机)中转变为声音信号。
天线
输入回路
高频放大
混频
低频功放
中频放大
本机振荡
图1调频接收机组成框图
一般调频接收机的组成框图如图1所示。
接收机由调谐电路、变频器、中频放大器、检波器、音频放大器等部分电路组成。
调谐电路是将空中众多的电磁波中选出我们所需要的电台波。
变频器时是天线接收到的电磁波和本地振荡信号混合后产生一个中频信号,然后送入中频放大器进行放大。
鉴频器是将放大后的中频信号及声音信号从电磁波中分离出来,也叫解调,是调制的反过程。
音频信号经过音频放大器放大后通过喇叭发出声音。
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、元件清单
1.示波器一台、万用表一块、低频信号源、12V直流电源、5V直流电源。
2.集成电路芯片MC3361、晶体管3DG12C、455KH陶瓷滤波器、10.245MHz晶体。
3.变压器、标称电感、电容、电阻若干。
五、单元电路设计
1.高频小信号放大电路
如图2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。
图2高频小信号放大电路
在MUltisim窗口中,从示波器上观察到输入与输出波形如图3所示。
图3小信号放大电路输出波形
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。
二极管环形混频器原理分析
四个二极管组成平衡电路如图4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。
图4二极管环形混频器
这样导致
图5开关函数S(t)
与二极管平衡混频器相比,有减少了分量,除了,其他分量都是“垃圾”有利于降低噪声,提高性噪比。
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6(a)是LC单调谐中频放大电路,图6(b)为它的交流等效电路。
图中Tr1、Tr2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。
图6(a)LC单调谐中频放大电路图6(b)等效交流电路
4.鉴频电路
图7是双失谐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。
次级两个回路的谐振频率分别W01、W02,并使W01、W02与Wc成对称失谐。
即:
W01-Wc=Wc-W02。
图7双失谐回路鉴频器原理图
图8左边是双失谐回路鉴频器的幅频特性,其中实线表示第一个回路的幅频特性,虚线表示第二个回路的幅频特性,这两个幅频特性对于Wc是对称的。
当输入调频信号的频率为Wc时,两个次级回路输出电压幅度相等,经检波后输出电压
U0=U01-U02
当输入调频信号的频率由Wc向升高的方向偏离时,L2C2回路输出电压大,而L1C1回路输出电压小,则经检波后U01<U02,则U0=U01-U02<0。
当输入调频波信号的频率由Wc向降低方向偏离时,L1C1回路输出电压大,L2C2回路输出电压小,经检波后U01>U02,则U0=U01-U02>0。
其总鉴频特性如图8所示
图8双失谐回路鉴频器总鉴频特性
六、仿真
调幅检波模块电路图如下:
仿真结果:
七、实验内容
(1)按下开关KA1、KB1,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J82、JE1、JE3、JE4、JE5、JE6、JA1、JB1),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。
七、心得体会
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