超外差调幅接收机

吉林建筑大学电气与计算机学院高频电子线路课程设计报告设计题目： 超外差式调幅接收机 专业班级： 信科121 学生姓名： 张双旭 学 号： 100312103 指导教师： 高晓红 王超 设计时间：2015.10.9 教师评语：成绩 评阅教师 日期 目 录目录一、设计概述.11.1设计目的及要求.11.2设计内容.1二、 工作原理.1三、 总体设计方案.2四、 单元电路设计.34.1高频放大器电路.34.2本地振荡器电路.44.3混频器电路.54.4中频放大器电路.64.5振幅检波器电路.74.6低频放大器电路.7五、系统设计与仿真分析.85.1系统工作流程.85.2总电路的仿真分析.85.3仿真结果.9六、 总结与体会.13七、参考文献 .14附录一.15一、设计概述1.1设计目的及要求（1）回顾课堂所学到的知识，通过翻阅教科书和相关资料，浏览网页等方式收集相关信息，自行学习所需的知识盲点，激发灵感为毕业设计做准备。 （2）通过独立思考和策划来培养一定的独立分析问题、解决问题的能力。 （3）熟练掌握Multiuse、MATLAB、System View等软件的仿真。（4）掌握超外差调幅接收机的工作原理，以及对其电路模块高频小信号放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、检波器、低频放大器等的电路、原理、功能的巩固理解。1.2设计内容（1） 明白掌握超外差调幅接收机的原理。（2） 设计出总体方案并设计接收机的各个单元电路，画出单元电路图。（3） 应用multisim软件，对所设计的各部分电路进行仿真验证。 （4）技术指标: 接收频率范围5351605KHz，输出功率150mW，灵敏度50V。 二、 工作原理 本次设计采用超外差调幅接收机，它总体有六大功能模块组成，分别为高频小信号放大、混频、本振、中频放大、检波、低频放大。接收天线将接收到的微弱信号经过高频小信号放大器放大器将有用信号进行放大，并抑制干扰信号，然后信号经过变频器进行变频。其中变频器是由混频器与本地振荡器组成，将高频信号变成中频信号，然后中频信号经过中频放大器进行功率放大，然后再经过检波器进行检波，即对信号进行解调，将信号变成变成低频调制信号，最后进过低频放大器进行功率放大以实现对扬声器的驱动。为了使混频和本振分别调到最佳状态，要采用单独的本振。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成选台。超外差电路的典型应用是超外差接收机，其优点是容易得到足够大而且比较稳定的放大量。具有较高的选择性和较好的频率特性，容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。其原理框图如图1所示。 高频 混频器 中频 振幅 低频 放大器 放大器 检波器 放大器 本地 振荡器图1 原理框图三、 总体设计方案 超外差式调幅接收机电路由六部分组成，分别为高频小信号放大、混频、本振、中频放大、检波、低频放大。（1）高频小信号放大：高频放大器是用来放大高频信号的器件，在接收机中高频小信号放大所放大的对象是已调信号，它除载频信号外还有边频分量，运用并联谐振回路作为负载。（2）混频：混频是将高频放大信号和本振信号混合，输出一个中频信号。在调幅电路中，本振信号必须是独立的，这是与调幅电路最大的一个区别。混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现。（3）本振：本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号混频，得到一个中频信号。混频器和本振放在一起叫做变频器。（4）中频放大：如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以接收机的选择性指标很高。超外差式接收机能够大大提高收音机的增益、灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都能变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，要避免使用多联同轴可变电容器，只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成接收。（5）检波：将音频信号或视频信号从高频信号(无线电波)中分离出来叫解调也叫检波。检波分为同步检波和包络检波。（6）低频放大：一般从检波电路输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。一般采用运算放大器进行放大。四、 单元电路设计4.1高频放大器电路高频放大器一般采用调谐于工作频率的谐振电路作为输入和输出电路，因此高频放大器在放大微弱的高频信号的同时，还可以起到滤除镜象干扰和中频干扰的作用。高频放大器与低频相比较，它的工作频率高，但整个工作频带宽度比较窄。虽然高频放大器对信号具有放大作用，但设置高频放大器的主要目的是着眼于提高输出信噪比。对于高频小信号放大器来说，由于信号小，可以认为它工作在晶体管的线性范围内。高频放大器电路图如图2所示。 图2 高频放大电路路图4.2本地振荡器电路本振电路采用改进型电容三点式振荡电路。本地振荡器主要是产生一个和调幅信号相乘的高频信号，通过信号相乘以得到新的频率。若振荡器不能够稳定工作，就会使产生的中频信号不稳。如果本振电路的输出不稳定，将引起变频器输出信号的大小改变，振荡频率的漂移将使中频改变。为保证振荡器的稳定性，故这里采用高稳定度的石英晶体振荡器。振荡器的振幅与振荡管的特性以及反馈电路的特性有关。本振电路用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率。本地振荡器电路如图3所示。图3 本地振荡器电路图4.3混频器电路混频器是一个变频电路，高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端，得到一个差频，调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低，但音频信号的形状没有变，通常将这个过程(混濒和本振的作用)叫做变频。混频电路的原理是，把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1与输入回路选择出来的广播电台的高频已调波信号f2同时加到非线性元件的输入端。利用元件的非线性作用（晶体管的非线性作用）进行混频。输出频率为f1、f2以及频率为f1+f2、f1f2、高次谐波等多种信号。在设计中采用晶体三极管混频器，晶体三极管环型混频器的优点是工作频带宽，可达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小等，但其主要缺点就是没有混频增益。由于混频器处于接收机的前端，它的噪声电平高低对整机有较大的影响，因此要求混频器的噪声系数越小越好。由于混频依靠非线性特性来完成，因此在混频过程中会产生各种非线性干扰，如组合频率，交叉调制，互相调制等干扰。这些干扰将会严重的影响通信质量，因此要求混频电路对此应能有效的抑制。混频器电路图如图4所示。图4 混频器电路图4.4中频放大器电路由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器。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、选择性和通频带等指标起着极其重要的作用。不必每级都加入可变电容器选择电台，只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就接收。中频放大器电路图如图5所示。图5 中频放大器电路4.5振幅检波器电路把信号从中频放大输出的载波中解调出来，需要用到检波电路。检波器包括同步检波器和包络检波器。本次设计采用包络检波器，检波器电路图如图6所示。图6 检波器电路图4.6低频放大器电路一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到所需的信号必须将输出信号进行放大。一般采用三极管放大电路来实现这一功能，低频放大电路图如图7所示。图7 低频放大电路图五、 系统仿真结果与分析5.1系统工作流程空间中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。由调谐电路所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为声音，因此必须从高频信号中把音频信号分离出来，这个分离过程被称为解调或检波。 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，由动喇叭发声。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、前置低频放大器兼检波级、低放级和功放级等部分组成，接受频率范围为535KHZ-1605KHZ的中波段。5.2总电路的仿真分析从天线感应到的高频调幅信号，经输入回路的选择送入变频器。本振信号与接收到的高频调幅信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接收信号调制规律相同的固定中频调幅信号。该中频调幅信号经中频放大后，送入检波器，把原音频信号解调出来，并虑出残余中频分量，再由低频功率放大后推动扬声器发出声音。经过超外差式调幅接收机的滤波和解调，输出信号相比从天线接收的信号平滑，滤除了大部分噪音，电压也有所提高，信号强度有所加强，并且保证了信号真实性，没有失真现象产生。本次超外差式调幅接收机的设计成功完成，还原了信号的真实性和完整性，滤除了干扰限号，降低了噪声，达到了预期的效果。超外差式调幅接收机总电路仿真图如图8所示。图8 超外差式调幅接收机总电路仿真图5.3仿真结果高频放大器仿真 高频放大器仿真结果如图9所示，输出信号不变，相位有明显延迟。图9 高频放大器仿真图5.3.2混频器图10为混频前仿真图，图11为混频后仿真图。进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。 图10 混频前仿真图图11 混频后仿真图5.3.3本地振荡仿真 采用高稳定度的石英晶体振荡器，得到的仿真信号十分稳定。本地振荡仿真图如图12所示。图12 本地振荡仿真图中频放大器仿真 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。输出信号频率不变，振幅明显增大。中频放大器仿真图如图13所示。图13 中频放大器电路仿真图低频放大器仿真NPN的三极管放大交流电正信号，PNP的放大负信号，两三极管轮流导通与截止，功率输出时效较高。一般从鉴频器输出的信号都比较小，为了得到我们所需的信号，必须将输出信号进行放大。低频放大器仿真结果如图14所示。图14 低频放大器仿真图5.3.6 振幅检波器仿真 将高频变成低频，即实现了解调，从已调波中获得信息，并将信号送给低频放大器。振幅检波器仿真图如图15所示。图15 振幅检波器仿真图六、总结与体会 本次为期两周的课程设计令我获益匪浅。对于高频电子线路这门专业课程的学习，书本上学的都是一些的理论知识，也比较抽象。但是经过这次高频电子线路的课程设计，才真正明白理论与实践的深刻含义，也培养了自己独立思考问题与独立的动手能力。并且这次调频接收机的设计，让我对电路的设计过程有了一定的了解，也让我明白了实际中的电路与理想的接线也还是有区别的。电路的频率很高，平时电路中很多不用考虑的东西现在都会影响电路的性能，所以电路在选择原件及布局是时候都要很细心考虑。 在设计的过程中遇到了很多的问题和困难，仿真过程总是出现各种问题。不过在经过上网查询资料，翻阅相关书籍和向老师同学请教后，这些问题也都迎刃而解了。我理解到做任何事情都必须要具备耐心跟恒心，不能够半途而废，当遇到难题无法解决时要学会不耻下问，向身边的同学询问和请求帮助。虽然每学期都会有这样实践性极强的设计，但是每一次的设计都是思考和实践的结合，是对一学期学习的验收。什么都只有通过自己动脑，自己动手才能体会学习的乐趣，真正享受学习的过程，获得成功的快乐。同时在这次的课程设计中不仅让我学习到了很多的课本上学不到的知识。一些问题必须在课程设计前解决才能够是课程设计变得更加顺利。只有在不断的探索与求知中才能得到更多的知识。本次设计我熟练操作相关软件并加强了自行查阅资料学习的能力，为毕业设计做准备。也为将来的工作，实践打下良好的基础。每一次进行这种通过自己学习和反复改正的设计实践都非常增长个人能力也非常的有趣，不仅仅是独立思考和学习，更加是学以致用，丰富知识，培养兴趣的过程。在完成个人提升的同时也非常感谢高老师和王老师对我的指导和帮助，老师们细心耐心的改正和指导给了我和同学们很多帮助和启发从而能够顺利完成本次设计。七、参考文献 1辛希孟.信息技术和信息服务国际研讨会论文集：A集C.中国社会科学出版社，1994. 2 于洪珍.通信电子线路.北京: 清华大学出版社, 2008年.3 高吉祥.高频电子线路.北京: 电子工业出版社, 2007年. 4Gill,R. Mastering English LiteratureM . London: Macmillan,1985. 5 张肃文.高频电子线路高等教育出版社，2005年.附录一