超外差式调幅收音机.docx
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超外差式调幅收音机.docx
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超外差式调幅收音机
超
外
差
调
幅
收
音
机超外差调幅收音机
学号:
2009040301
姓名:
常永辉
专业班级:
电子093
目录
1前言1
2电路原理1
3调幅半导体收音机的工作原理2
3.1调幅的过程2
3.2调幅收音机的工作原理3
4各电路模块设计及原理分析3
4.1输入回路4
4.2变频级回路4
4.3中频放大及检波回路6
4.4低放级回路7
4.5功率放大回路8
5收音机的调试8
5.1调整三极管的静态工作点8
5.1.1.三极管静态工作点的选取8
5.1.2.静态工作点调整前的检查9
5.1.3.静态工作点的测量与调整9
5.2中频频率调整9
5.3接收频率范围的调整10
1前言
本学期学习了《高频电子线路》这门课程,对无线电通信的理论知识有了进一步的理解和认识。
此外电子设计自动化技术已渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节,个中软件应用到电子设计,使电路的设计,调整和改进更加高效便捷。
低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制,利用高频信号作为载波,对信号进行传递,可以用不同的调制方式。
在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。
目前调频式或调幅式收音机,一般都采用超外差式,它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。
这次课程设计我选用的是超外差式调幅收音机。
2电路原理
图2.1超外差调幅收音机基本原理方框图
超外差调幅收音机基本原理:
空间有许许多多电台发送的电磁波,它们都有自己的固定频率,收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路(称调谐电路)来选择性的接收所需高频信号。
由调谐电路选择出的所需要的电台信号是已调幅的高频信号,并且十分微弱,需要先经过高频小信号放大器进行放大处理,再经过变频器(混频器和本振)将高频信号变为频率为465KHz的中频信号,这是超外差式收音机的核心部分,由于它是调制信号,喇叭无法将这种信号直接还原成声音,因此,必须从高频信号中把音频信号分离出来,这个分离过程称为解调,或检波。
在收音机中,检波是由半导体器件二极管或三极管来完成。
调幅的高频信号经检波还原出音频信号,再经过低频功放然后送往喇叭,喇叭将音频信号还原为声音。
收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来,通过变频级把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率—465KHz(中频),然后进行放大,再由检波级检出音频信号,送入低频放大级放大,推动喇叭发声。
而不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号(直放式)。
超外差式收音机由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部分组成,接受频率范围为535KHZ~1605KHZ的中波段。
图2.2调幅收音机原理图
3调幅半导体收音机的工作原理
3.1调幅的过程
调幅就是使高频振荡信号的振幅随着调制信号的变化而变化。
图3为Systemview仿真所示,是音频信号调制高频振荡载波的各主要过程的信号波形图。
在图3中,Sink4示一个音频信号电流,Sink5表示一个高频振荡器产生的高频等幅振荡信号,作为高频载波。
Sink3图音频信号调制高频振荡信号幅度的已调制高频振荡信号。
可以看出,被调幅后的高频振荡信号它的振幅包络线中跟音频电流的变化规律完全一样,高频振荡电流振幅的变化正比于音频信号的幅度,振幅变化的周期等于音频信号的周期。
图4表示了调幅广播的示意过程。
声音由话筒转变为音频电信号,经放大后送到调制器,高频振荡器的产生高频率等幅振荡信号也送到调制器。
在调制器中,高频振荡电流被音频信号调幅,调幅后的高频信号经高频放大后送往发射天线,然后由发射天线向四周空间发射电磁波。
由于该电磁波已受信号调幅,所以称它为调幅波。
图4调幅广播的过程示意
3.2调幅收音机的工作原理
调幅收音机的工作原理过程为:
天线接收到的高频信号通过输入,将所要收听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(我国为465KHz),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。
我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称为本机振荡),使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合,这种工作叫混频。
任何电台的频率,由于都变成了中频,放大起来就能得到相同的放大量。
调谐回路的输出,进入混频级的是高频调制信号,即载波与其携带的音频信号。
混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大,从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。
二极管将中频信号振幅的包络检波出来,这个包络就是我们需要的音频信号。
音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度,然后推动扬声器发出足够的音量
4各电路模块设计及原理分析
根据超外差收音机的原理,我们可以将图表3所示的电路分成以下几个模块:
输入回路、变频回路(包括本振电路、混频电路和选频电路)、中频放大(中放)回路、检波及AGC回路、低放级回路、功放级回路。
4.1输入回路
图6输入回路
从磁性天线感应的调幅信号送入C1a、C2和L1组成的输入回路进行调谐,选出所需接收的电台信号,通过互感耦合送入变频管T1的基极
4.2变频级回路
图7变频电路原理图
变频级电路的本振和混频,要求由一只三极管担任(自激式变频电路)。
由于三极管的放大作用和非线形特性,所以可以获得频率变换作用。
可选择“共基调发变压器耦合振荡器”。
按本设计要求,在图3中
为外来中波信号调幅波,载频为fc(535~1605KHz);ul为本机振荡电压信号(等幅波),fl应为1MHz~2MHz。
两个信号同时在晶体管内混合,通过晶体管的非线性作用产生fl+fc的各次谐波,在通过中频变压器的选频耦合作用,选出频率为fl+fc=465KHz的中频调幅波,如图8所示。
图8混频示意图
选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰最小,工作稳定,可比共射式获得较高的频率。
它的振荡调谐回路接在发射极与地之间,基极通过C5高频接地,振荡变压器的反馈线圈(L4)接在集极与地之间,如图9所示。
图9共基调发振荡电路示意图
变频管选择3AG1型能满足要求,其
应该小,静态工作点
的选择不能过大或过小。
大,噪声大;
小,噪声小。
但变频增益是随IC改变的。
典型变频级一般在0.2~1mA之间有一个最大值。
统筹考虑,
设计在0.5mA左右为宜。
本机振荡电压的强弱直接影响到反映管子变频放大能力的跨导,存在着一个最佳本振电压值。
若振荡电压值过小,一旦电池电压下降,就会停振;若过大,在高端会产生寄生振荡,由于管子自给偏压作用,会使管子正常导通时间减少。
本振电压一般选择在100mV左右,由于采取的是共基电路,它的输入电阻低,如果本机振荡调谐回路直接并入,会使调谐回路的品质因素降低,振荡减弱,波形变坏,甚至停振。
为提高振荡电路的性能,L3要采取部分接入的方式,使折合到振荡调谐回路的阻抗增加到
。
L4不能接反,否则变成负反馈,不能起振。
变频级是由一只晶体管T1同时起本振和混频作用的自激式变频电路。
本振回路由L2、C7、C5、C1b组成,它是互感耦合共基调射式的LC振荡电路。
L2抽头是为了减小晶体管的输入阻抗对振荡回路的影响。
本振信号通过耦合电容C4从T1的射极注入,它与输入回路耦合到T1管基极的高频调幅信号在T1管中混频,由集电极调谐回路(中周)选出二者的差频即465kHz的中频信号,然后再将中频信号送入中放电路去放大。
为了提高电路的稳定性,兼顾变频和振荡性能,静态工作电流一般取为0.3~0.4mA。
为了保证在电源电压降低时,本机振荡仍能稳定工作,变频级基极偏置电路采用了相应的稳压措施,即利用两只硅二极管D1、D2进行稳压中放级可采用两极单调谐中频放大。
4.3中频放大及检波回路
图10中放级及检波电路原理示意
变频级输出中频调幅波信号由T3次级送到VT2的基极,进行放大,放大后的中频信号再送到VT3的基极,由T5次级输出被放大的信号。
三个中频变压器(T3、T4、T5)都应当准确地调谐在465KHz。
若三个中频变压器的槽路频率参差不齐,不仅灵敏度低,而且选择性差,甚至无法收听。
中频变压器采取降压变压器,其初级线圈L5用部分接入方式(道理同本振调谐电路)这种接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的 影响,初级选取适当的接入系数使晶体管的输出阻抗 与中频变压器阻抗近似匹配,以获得较大的功率增益;中频变压器初、次级变比以各自负载选取,减小负载对谐振回路的影响。
但选择L5的接入系数及压降比时,不仅考虑到选择性,还要兼顾到增益和通频带。
两级工作点的选择要有所区别,由于第一级总是带有自动增益控制电路,该级
的 选取要考虑到在功率增益变化比较急剧处,应选的比较小;但
太小,功率增益也太小,整机性能随着电池电压变化时,稳定性就很差。
综合考虑,对于3AG1型管选为0.4mA左右。
第二级
应考虑充分利用功率增益,则选择功率增益已接近饱和处的
值可选1mA左右。
T5次级送到检波二极管的中频信号被截去了负半周,变成了正半周的调幅脉动信号,再选择合适的电容量,滤掉残余的中频信号,取出音频成分送到低放级经中频放大级放大了的中频信号,由中频变压器送至检波二极管D4进行检波。
检波后的残余中频及高次谐波由C14C13和R8组成的RCπ型滤波电路予以滤除。
音频信号由C15耦合到低放级去放大。
电位器Rw是音量调节电位器兼作电源开关。
检波后的直分经R4、C8组成的退耦电路送到T2的基极作为AGC控制之用。
4.4低放级回路
从检波级输出的音频信号,还需要进行放大再送到喇叭。
为了获得较大的增益,前级低频放大通常选用两级。
要求第二级能满足推动末级功率放大器的输入信号强度,要有一定的功率输出,该激励可选择变压器耦合的放大器。
以上各级静态工作点VE值以电源电压而定,VT1、VT2、VT5的VE可取电源电压的1/5左右。
T4为低频放大级,接成固定偏置电路,工作电流一般取0.5~1mA范围。
功放输出级为典型的OT电路,由T5、T6和T7等组成。
其中T5为激励级,T6、T7为互补推挽输出级。
R15、R16为激励级T5的偏置电阻;R18使T6、T7两管基极保持固定的电位差,改变R18可改变输出级的静态工作点。
输出级工作电流一般取1.5~5mA范围。
C16为交流负反馈电容,C19为输出电容,C12、R14、C20为电源去耦电路的电容、电阻。
另外,输出级T6、T7的中点电位(3v)可由R16来调节。
4.5功率放大回路
它将前级的信号再加以放大,以达到规定的功率输出,去推动喇叭发声,可选择我们熟悉的OTL电路。
低频放大电路的设计,是根据要求的输出功率、选择的电源电压、喇叭的交流电阻,从后向前进行。
确定输出功率后进行功放管的选择,应通过手册查出功放管主要极限参数。
例:
小功率晶体管3AX31B的极限参数:
PCM≥125mW,ICM≥125mA,BVCEO≥12V。
末级一对功放管的β、
及正向基极—发射级电阻RBE等都要对称(保证误差在20%以内)。
激励级要求输出功率较小,一般甲类放大器能满足要求。
可求出输出级的功率增益,根据所要求的输出功率指标及输入变压器的效率η求出激励级的输出功率,定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值Icm,求出变比K及ICQ。
功率放大至低放前级要加入合适的负反馈。
5收音机的调试
收音机机芯装配完后,经过反复检查,确实认为没有装错即可进行收音机的调整。
收音机的调整主要有如下几个方面内容:
(1)三极管静态工作点调整。
它主要是通过改变三极管上偏置电阻的阻值,使三极管静态工作在最佳状态。
(2)中频频率的调整。
它是通过改变中频变压器的电感量,使与它相并联的电容器组成的并联谐振电路,其谐振频率为465kHz。
(3)接收频率范围调整。
它是通过改变中波振荡线圈的电感量和本机振荡回路的微调电容器来实现收音机接收的中波频率范围为530~1605kHz。
(4)统调(灵敏度调整)。
它是通过调整天线线圈在磁棒上的位置(改变天线线圈的电感量)和输入回路微调电容使收音机在接收频率范围内始终有f振-f外=465kHz。
5.1调整三极管的静态工作点
5.1.1.三极管静态工作点的选取
收音机质量的优劣与三极管静态工作点的调整关系很大,因此,进行收音机的调整首先必须调整好各级静态工作电流。
5.1.2.静态工作点调整前的检查
静态工作点调整前的检查也称作通电前检查,其目的是为了防止收音机元件装错或元器件不良在通电时引起整机总电流太大而将电池耗尽或将元件损坏。
5.1.3.静态工作点的测量与调整
测量三极管静态工作点是在无交流信号输人的前提条件下进行的,因此,测量低频放大器时必须使音量控制电位器置最小的位置。
测量变频、中放电路时必须用一根导线短路天线线圈的次级L2
(1)功放级静态工作点的测量与调整。
(2)前置低放静态工作点的测量。
将万用表拨置直流2.5V档,万用表黑表笔接地(电源的负极),红表笔接BG6发射极,测量BG6发射极对地电压,正常电压为Ue6=0.6~0.7V。
(3)中放级静态工作点的测量。
(4)变频级静态工作点的测量与调整。
5.2中频频率调整
调整中频,就是调整收音机上各中频变压器的电感量,使它与其相并联的电容器组成的谐振电路谐振于465kHz中频频率上。
一般中频变压器出厂时都已校准过,但新安装的收音机由于与它相并联的电容器存在容量误差,印刷电路板线路间存在分布电容,所以会将造成各中频变压器不同时谐振在同一个频率上,因此新装配的收音机要进行中频调整。
由上所述可知,这种调整原则上是不能大范围调整中频变压器的磁帽位置,即不行将中频变压器的磁帽旋得很进去(这时对应电感量最大)或旋得很出来(这时对应电感量小)。
5.3接收频率范围的调整
中频变压器谐振频率校准后,将调谐拨盘直接紧固在双连可变电容器的轴柄上,然后用M2×5的沉头螺钉紧固好,将机芯装入机壳内并用两个M3×5头螺钉将它紧固在机壳上。
调整调谐拨盘,确认指针指示范围为530—1605kHz。
接通电源,调谐拨盘使拨盘指针指示在刻度盘低频端现正在播音的电台频率上(可取一架成品收音机进行比较),例如640kHz。
用无感螺丝刀调整中波振荡线圈B2的磁帽,使收音机收到该电台信号。
同样,调谐拨盘使拨盘指针指示在刻度盘高频端现正在播音的台频率上,使收音机收到该电台信号,用剪刀剪去拉出的导线,这样反复调整一两次,确认收音机中波接收频率为530—1605kHz,则收音机接收频率范围调整就结束了。
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