理工科超外差调幅收音机.docx
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理工科超外差调幅收音机
高频课程设计
(超外差调幅收音机、无线调频话筒)
专业:
电子信息工程
班级:
07电信二班
学号:
07201
姓名:
高频课程设计
超外差调幅收音机、无线调频话筒
目录
超外差调幅收音机...2
概述...2
第一章、课程设计内容...3
1.1设计题目...3
1.2设计目的...3
1.3设计要求...3
1.4电子元器件...3
1.5设计步骤...3
1.6实践标准...3
1.7设计报告总结...4
第二章、调幅收音机的原理及电路图...4
2.1超外差调幅收音机原理...4
2.2无线电广播传输过程的解析...5
第三章、调幅收音机的设计...5
3.1方案的选择及其性能指标...5
3.2电源电压的选择...6
3.3输入回路...6
3.4变频级电路...6
3.5中频放大检波及自动增益控制电路...8
3.5.1中频放大检波...8
3.5.2自动增益控制电路...9
3.6前级低频放大电路...9
3.7末级功率放大器...9
3.8部分元件的选择...9
第四章、单元模块的调试、统调及试听...10
4.1调试...10
4.1.1调整各级晶体三极管的静态工作点...10
4.1.2调中频...10
4.1.3对刻度(调整振荡回路的电感、电容)...11
4.2调统调(调整输入回路的电感、电容)...11
4.3试听...11
第五章、系统的安装过程及注意事项...12
第六章、分析制作过程中所出现的故障及解决方法案...12
第七章、课程设计体会...12
参考文献:
...13
无线调频话筒...14
概述...14
第一章、课程设计内容...14
1.1设计题目...14
1.2设计目的...14
1.3设计要求...14
1.4电子元器件...15
1.5设计步骤...15
1.6设计报告总结...15
第二章、无线调频话筒工作原理及电路图...15
2.1无线调频话筒的原理图...16
2.2无线调频话筒的工作原理解析...16
第三章、无线调频话筒的设计...17
3.1性能指标...17
3.2元器件的选择与制作...18
3.3电源电压的选择...18
3.4调试说明...18
第四章、安装过程及注意事项...18
4.1安装过程(步骤)...18
4.2注意事项...19
第五章、设计过程中出现的问题及解决方法...19
第六章、课程设计体会...20
参考文献:
...20
超外差调幅收音机
概述
人类自从发现能利用电波传递信息以来,就不断研究出不同的方法来增加通信的可靠性、通信的距离、设备的微形化、省电化、轻巧化等。
接收信息所用的接收机,俗称为收音机。
目前的无线电接收机不单只能收音,且还有可以接收影像的电视机、数字信息的电报机等。
随着广播技术的发展,收音机也在不断更新换代。
自1920年开发了无线电广播的半个多世纪中,收音机经历了电子管收音机、晶体管收音机、集成电路收音机的三代变化,功能日趋增多,质量日益提高。
20世纪80年代开始,收音机又朝着电路集成化、显示数字化、声音立体化、功能电脑化、结构小型化等方向发展。
1947年、美国贝尔实验室发明了世界上第一个晶体管,从此以后.开始了收音机的晶体管时代.并且逐步结束了以矿石收音机、电子管收音机为代表的收音机的初级阶段。
1956年,西德西门子公司研制成了超高频晶体管,为调频晶体管收音机创造了必要的条件。
1959年.日本索尼公司生产了第一代调频晶体管收音机。
1961年,美国研制了集成电路。
随后.1966年,日本利用这一技术设计了世界上第一台集成电路收音机,开始了收音机工业的又一场技术革命。
从此收音机向着小型化、系列化、集成化、低功耗、多功能的方向发展。
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。
我们要求选用的是超外差式调幅收音机。
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攀之间的固定频率—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。
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)。
在设计中,是根据所要求的内容、指标进行各单元的设计,拟定单元电路,初步确定电路元件参数;再根据组合起来的系统电路进行核算,确定整机电路。
在印刷电路的设计中,主要考虑元件的布局及走线,务必遵循一般规律。
最后通过安装调试达到要求的电气性能指标,确定最终的电路元件参数,固定、封装,成为完整的收音机产品。
该课程设计是针对某一理论课程的要求,对我们进行综合性实践训练的实践学习环节,可以培养我们运用课程中所学的理论知识与时间紧密结合,独立地解决实际问题的能力。
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。
超外差式收音机:
是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。
如果把收音机收到的广播电台的高频信号,都变换为一个固定的中频载波频率(仅是载波频率发生改变,而其信号包络仍然和原高频信号包络一样),然后再对此固定的中频进行放大,检波,再加上低放级,功放级,就成了超外差式收音机。
超外差式收音机的工作原理
右面是超外差式收音机的工作原理方框图:
图中各部分功能如下:
1.输入回路
从天线接收进来的高频信号首先进入输入调谐回路。
输入回路的任务是:
(1)收集电磁波,使之变为高频电流;
(2)选择信号。
在众多的信号中,只有载波频率与输入调谐回路相同的信号才能进入收音机。
2.变频和本机振荡级
电子学理论指出:
当两个不同频率的正弦交流电通过非线性器件时(例如三极管或二极管),就会产生许多新的频率成份,其中之一就是这两个频率的差频。
为了达到变频的目的,收音机必须自身有一个产生等幅波的高频振荡器,这个振荡器就叫做本机振荡器,简称“本振”。
从输入回路接收的调幅信号(电台)和本机振荡器产生的高频等幅信号一起送到一个三极管高频放大器。
为了产生新的频率成份,我们使三极管工作在非线性区,这样在三极管的输出端就会产生许多新的频率成份,当然,其中就有我们希望得到的差频。
我们把这一过程称为“变频”。
为了得到一个固定的差频,本振频率必须始终比输入信号的频率高一个固定值,我国工业标准规定该频率值为465kHz。
例如,输入信号的频率是535kHz,本振频率就应该是535kHz+465kHz=1000kHz;当输入信号是1605kHz时,本机振荡频率也跟着升高,变成1605kHz+465kHz=2070kHz。
这个新产生的差频比原来输入信号的频率要低,比音频却要高得多,因此我们把它叫做中频。
不论原来输入信号的频率是多少,经过变频以后都变成一个固定的中频,然后再送到中频放大器继续放大,这是超外差式收音机的一个重要特点。
以上三种频率之间的关系可以用下式表达:
本机振荡频率-输入信号频率=中频
3.中频放大级
由于中频信号的频率固定不变而且比高频略低,所以它比高频信号更容易调谐和放大。
通常,中放级包括1~2级放大及2~3级调谐回路,这与前面我们介绍过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。
可以说:
超外差式收音机的灵敏度和选择性在很大程度上就取决于中放级性能的好坏。
4.检波与AGC电路
经过中放后,中频信号进入检波级,检波级也要完成两个任务:
一是在尽可能减小失真的前提下把中频调幅信号还原成音频。
二是将检波后的直流分量送回到中放级,控制中放级的增益(即放大量),使该级不致发生削波失真。
由于各电台的发射功率大小不同,电台距离收音机的远近也相差很大,所以它们在收音机天线中产生的感应电压也相差十分悬殊,强弱之间可能相差上万倍。
如果收音机对这些信号都一视同仁地放大,结果强台的音量就会声振屋瓦,而弱台的音量则细如蚊蚋。
显然为了平衡强弱之间的差异,我们必须要使整机的增益(放大量)能自动地进行控制。
那么,怎样才能达到这一目的呢?
通常我们是通过调整中放级的工作点(集电极电流)来实现的。
电台信号强时,把中放级的电流调小,使这一级的增益降低;反之,电台信号弱时将中放级的电流适当调大,使它的增益增加。
完成这种作用的电路通常称为自动增益控制电路,简称AGC电路。
5.低频前置放大级
低放也称电压放大级。
从检波级输出的音频信号很小,大约只有几毫伏到几十毫伏。
电压放大的任务就是将它放大几十至几百倍。
6.功率放大级
电压放大级的输出虽然可以达到几伏,但是它的带负载能力还很差,这是因为它的内阻比较大,只能输出不到1mA的电流,所以还要再经过功率放大才能推动扬声器还原成声音。
一般,袖珍收音机的输出功率约在50~100毫瓦(mW)左右。
超外差式的接收方式不仅用于收音机中,而且广泛地用于其它电子通讯设备中。
所以,熟悉掌握超外差式收音机的工作原理是十分有用的。
收音机的灵敏度和选择性
1.直放收音机的灵敏度和选择性
直接放大式收音机电路简单,容易成功。
但是你在收听时会发觉它的性能并不十分满意。
这种收音机能收到的电台不多。
更糟糕的是:
这里是强者为王的世界,强力的电台几乎占据了度盘的半壁江山,频率接近它的弱台简直没有立足之地。
用一句专业术语来说,就是直接放大式收音机的灵敏度和选择性都很差。
直放式收音机的灵敏度和选择性比较差的症结究竟在什么地方呢?
原来,要想提高收音机的灵敏度,就得增加高频放大的级数,或者说增加总的高放增益。
可是,高频增益过高,后级输出信号产生的电磁场只要有一点点泄露,被前级接收,就会引起自激。
显然频率越高,辐射电磁波的能力就越强,高频放大级的工作就越不容易稳定。
选择性的好坏又取决于什么因素呢?
选择电台的任务是由LC谐振回路来完成的,LC回路越多选择性就越好。
这么说,只要多加几个LC回路问题不是就解决了吗?
事情同样不是那么简单。
假如收音机中有4个LC回路,那么,当我们每次重新接收一个电台时,都必须同时调整4个LC回路的谐振频率,这实在是很麻烦,很不容易实现。
2.超外差式收音机的灵敏度和选择性
所谓超外差接收,就是不论接收什么频率的信号,首先都把它的频率变换成某一特定的频率。
为了提高稳定性,这个频率选得相对低一些,通常把它称为“中频”,我国的工业标准规定调幅收音机的中频为465kHz。
放大中频相对来说就容易多了,而且,为了提高选择性完全可以多加几个LC回路,因为被放大的频率时固定不变的,所以LC回路仅仅只需要在装机时一次调准就可以了,以后改换电台时,这个中频是不变的,相应的中频调谐回路自然就无须重复调整了啊!
第一章、课程设计内容
1.1设计题目
超外差调幅收音机组装和调试
1.2设计目的
1、掌握调幅收音机各功能模块的基本工作原理。
2、掌握调幅接收系统的调试过程及故障排除。
3、培养学生掌握电路设计的基本思想和方法。
4、培养学生分析问题、发现问题和解决问题的能力。
1.3设计要求
1、分析调幅接收系统各功能模块的工作原理。
2、安装调试及测量结果。
3、可在此基础上进行创新设计,如改善系统性能。
1.4电子元器件
调幅收音机套件
1.5设计步骤
1、收集相关资料,掌握调幅收音机的电路原理。
2、根据所提供的元器件,完成系统的制作安装、调试,并完善其设计功能。
1.6实践标准
完成设计制作安装,实现其基本功能,装配工艺美观,系统运行稳定、可靠。
1.7设计报告总结
1、简述调幅收音机的工作原理,给出完整的电路原理图。
2、系统的安装过程及注意事项。
3、单元模块的调试及统调经过,并记录单元模块的输出波形。
4、分析制作过程中所出现的故障及解决方案。
5、列出电子元器件清单,分析课程设计过程中的难点。
6、总结收获与体会。
第二章、调幅收音机的原理及电路图最简收音机原理
图1-1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1—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,它简单,但可行性、可使用性太差,不适合日常使用。
由于高放式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535kHZ—1605kHZ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。
二、超外差式收音机原理
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,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。
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。
在广播、电视、通讯领域,超外差接收方式被广泛采用。
如图3-4。
图1—2超外差原理
在超外差的设计中,本振频率高于输入频率。
用同轴双联可变电容器,使输入回路电容C1-2和本振回路电容C1-1同步变化,从而使频率差值始终保持近似一致,其差值即为中频,即:
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;
由于谐振回路谐振频率,f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:
(1)接收高低端电台(不同载波频率)的灵敏度一致;
(2)灵敏度高;
(3)选择性好(不易串台)。
由于直接放大式收音机的灵敏度比较低,只能接受本地区强信号的电台,接收远地电台的能力较弱,它的选择性差,接收相邻频率的电台信号时存在串台现象。
为了提高灵敏度和选择性,就要采用超外差式收音机。
超外差式收音机有别于直放式收音机的特点
2.1超外差调幅收音机原理不直接放大广播信号,而是通过一个叫变频级的电路将接收的任何一个频率的广播电台信号变成一个固定中频信号(我国规定中频频率是465KHz),由中频放大器进行放大,然后进行检波,得到音频信号,最后推动扬声器工作。
中夏牌S66D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、频率特性好、声音宏亮、耗电省等特色。
是一款值得青少年无线电爱好者动手制作的套件。
一、电路的工作原理
图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2。
(图片看不清可以点击放大)
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=l/2πLabCA,当改变CA时,就能收到不同频率的电台信号。
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信号(高频信号)变换成固定的465KHz的中频信号。
超外差式收音机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
工作原理图如下:
图1、超外差调幅收音机工作原理图
超外差调幅收音机整机电路图:
图2、超外差调幅收音机整机电路图
2.2无线电广播传输过程的解析
由输入电路,即选择电路,或称调谐电路把空中许多无线电广播电台发出的信号选择其中一个,送给混频电路。
混频将输入信号的频率变为中频,但其幅值变化规律不改变。
不管输入的高频信号的频率如何,混频后的频率是固定的,我国规定为465KHZ。
中频放大器将中频调幅信号放大到检波器所要求的大小。
由检波器将中频调幅信号所携带的音频信号取下来,送给前置放低频放大器。
前置低频放大器将检波出来的音频信号进行电压放大。
再由功率放大器将音频信号放大,放大到其功率能够推动扬声器或耳机的水平。
由扬声器或耳机将音频电信号转变为声音。
第三章、调幅收音机的设计
3.1方案的选择及其性能指标
1、选择方案
择中波晶体管超外差调幅收音机(不超过七只晶体管),其方框图如图1所示。
图3、 超外差收音机方框图
2、主要性能指标
频率范围:
535~1065kHz
中频频率:
465kHz
灵敏度:
<1mV/m(能收到本省、本市以外较远的电台及信号较弱的电台)
选择性:
20lg>14dB
输出功率:
最大不失真功率≥100mW
电源消耗:
静态时,≤12mA,额定时约80Ma
3.2电源电压的选择
本收音机选用4.5v的电源电压。
电源电压选得高,对于提高灵敏度和输出功率有利。
3.3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CA构成的LC调谐电路,如图3.1所示。
调节可变电容CA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4、输入回路图
3.4变频级电路
图5、变频电路原理图
本机振荡和混频合起来称为变频电路。
它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号(高频信号)变换成固定465KHz的中频信号。
图6、混频示意图
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465KHz的等幅高频振荡信号。
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VT、T3的初级线圈等组成,是共发射极电路。
其工作过程是:
(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T的次级线圈L送到VT的基极,本机振荡信号又通过C2送到VT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。
3.5中频放大检波及自动增益控制电路
3.5.1中频放大检波
图7、中频放大及检波电路示意图
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3.3所示。
VT2、VT3为中放管。
T2、T3为中频变压器,因谐振频率为465kHz,故简称“中周”。
电路作用是放大465kHz的中频信号,提高灵敏度和选择性。
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。
实际电路中采用一个三极管将基极和集电极连在一起,用基极和发射极来从当一个二极管。
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VD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。
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,
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号,C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
保证中频信号不随电台信号强弱而变化,趋于稳定
3.5.2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,
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号,C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
保证中频信号不随电台信号强弱而变化,趋于稳定
3.6前级低频放大电路
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
3.7末级功率放大器
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。
3.8部分元件的选择
1、三极管选择
变频管的截止频率f应比实际最高频率高出2~3倍以上。
各级三极管的穿透电流ICEO都应该尽量小,对于β的选择,一般希望选大些,特别是第一中放管的β值应
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