高频电子线路课程设计报告调幅收音机的设计

河南理工大学高频电子线路课程设计报告目录1 概述22调幅收音机的原理32.1无线电广播传输过程的解析32.2超外差调幅收音机原理33调幅收音机的设计5 3.1电源电压的选择53.2输入回路53.3变频级电路53.4中频放大检波及自动增益控制电路73.5前级低频放大电路83.6末级功率放大器83.7部分元件的选择94 Proteus软件仿真104.1调试前的检查104.2静态电流测试104.3低放级测试104.4中放级电路调试114.5统调134.6试听135 课程设计体会145.1心得体会146 参考文献15附1 系统原理图161概述调幅式收音机，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。超外差式收音机主要特点，是它接收到的高频信号，在检波之前，不论其频率高低，都一律要变换成一个固定的中频频率(一般常用4 6 5千赫)。这个频率比接收的载波频率低，容易获得较大的放大量，所以收音机能有很高的灵敏度。超外差式收音机的中频放大器，多采用双调谐回路，谐振曲线接近于理想特性。它能把变频级馈入的中频信号均匀地放大，而频率在通频带以外的其它信号则受到抑制得不到放大。所以整机的选择性好，受干扰少。超外差收音机还能稳定地作多波段接收。电路由包括输入回路的混频器，本机振荡器，中频放大器，检波器，电压放大器及功率放大器几部分组成。混频器和本机振荡器二者构成了变频器。从图上部波形可以看出，经输入回路调谐所得到的高频调幅信号，在变频以后变成为中频信号（456千赫）。但变频只是变换了载波频率，并没有改变加在它上面的音频信号的调制规律(即包络线不变)。所以变频级的中频输出所包含的调制信号，与高频信号所包含的调制信号完全一样。由此中频放大器只对4 6 5千赫的中频信号进行幅度放大，因此中频放大器输出端可得到被放大了的中频信号。检波器把来自中频放大器的中频信号检波成低频信号。这个低频信号很微弱，还需再经低频电压放大器及末级功率放大器放大，使扬声器获得足够的推动功率 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。2调幅收音机的原理2.1无线电广播传输过程的解析图一 无线电广播传输过程原理图广播电台播出节目是首先把声音通过话筒转换成音频电信号，经放大后被高频信号（载波）调制，这时高频载波信号的某一参量随着音频信号作相应的变化，使我们要传送的音频信号包含在高频载波信号之内，高频信号再经放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射，无线电波传播速度为3108m/s，这种无线电波被收音机天线接收，然后经过放大、解调，还原为音频电信号，送入喇叭音圈中，引起纸盆相应的振动，就可以还原声音，即是声电转换传送电声转换的过程。中波的频率（高频载波频率）规定为5251605kHz（千周）。短波的频率范围为350018000kHz。2.2超外差调幅收音机原理图2调幅超外差收音机的工作原理方框图天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，我国中频标准规定为465KHZ）一起送入变频管内混合变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率即通过差频产生的中频，中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大，中频信号经检波并滤除高频信号。再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。3调幅收音机的设计3.1电源电压的选择晶体管收音机所选用的电源电压通常为1.5v、3v、4.5v，6v、9v等。本收音机选用4.5v。电源电压选得高，对于提高灵敏度和输出功率有利。3.2输入回路该部分的任务是接收各个频率的高频信号转变为一个固定的中频频率（465KHz）信号输送到中放级放大。它涉及到两个调谐槽路，一个是输入调谐槽路、一个是本机震荡槽路。输入调谐回路选择电感耦合形式，本机震荡回路选择变压器耦合振荡形式。相关联的元件：1磁性天线（由线圈套在磁棒上构成）初级感应出较高的外来信号电压，经调谐回路选择后的信号电压感应给次级输入到变频级。2双联可变电容器（两只可变电容器，共用一个旋转轴）可同轴同步调谐回路和本机震荡回路的槽路频率，使它们频率差保持不变。根据频率范围要求，磁棒采用中波磁棒（锰锌铁氧体材料），磁棒长点为好。线圈的初、次级耦合的松紧，次级圈数的多少，直接影响输入电路特性。线圈的初、次级匝比约为1/10。双联可变电容器连到输入回路要并一个小微调电容器用来调整其高端的槽路频率；连到本机振荡回路要并入微调小电容器，以明显改变其高端槽路频率，并要串入小电容器（垫整电容），以明显地增高可变电容器调到低端位置时的槽路频率。可变电容器与磁性天线、振荡线圈的配用，有资料可查。选用配套的磁棒、天线线圈、刻度盘、双联电容器、振荡线圈及垫整电容器等，该部分所要求的指标是容易达到的。3.3变频级电路图3 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2中为外来中波信号调幅波，载频为（5351605KHz）；为本机振荡电压信号（等幅波），应为1MHz2MHz。 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-=465KHz的中频调幅波,如图4所示。图4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）接在集电极与地之间，如图4所示。图5 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0.21mA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。3.4中频放大、检波及自动增益控制电路图6 中放级电路原理示意图中放级可采用两极单调谐中频放大。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要采用部分接入方式（道理同本振调谐电路）见图7。图7中频变压器接法示意图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（见图6）。检波输出的脉动音频信号经RF、C8（C8可选几十微法）滤波得到的直流成分作为自动增益（AGC）电压，使第一中放基极得到反向偏置，当外来信号强弱变化时，自动地稳定中放级的增益。从图6可见，使用的是PNP型中放管，需要“+”的AGC电压。检波二极管不能接反，否则AGC电压极性变反，达不到自动控制中放管增益的作用，可产生自激、哨叫。3.5前级低频放大电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。如图8所示。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。图8低放激励原理图3.6末级功率放大器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：PCM125mW，ICM125mA，BVCEO12V。末级一对功放管的、及正向基极发射级电阻RBE等都要对称（保证误差在20%以内）。如果以高频管代替低频管，用于小信号前置放大级是可以的，但是大信号运用时，功率嫌得不够，整机失真将增大。静态电流一般取35mA左右，它的大小影响着输出功率，失真和效率。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。对于两级以上的放大器，公共电源往往会造成寄生耦合。当电池内阻上产生的信号相位恰好和它原来的信号电压相位相同时，就会产生正反馈，正反馈电压比输入电压大时，就会产生自激振荡。电池越旧，其内阻就越大，就越容易产生寄生耦合。最后一级输出最强，对前级影响最大，应着重考虑末级的信号电流影响。消除这些寄生偶合的方法（退耦）是在电池的两端并联电容器（C21）旁路掉原来通过电池内阻的大部分的信号电流。但各级共用一个电源，级与级间并未隔开，应在前、后级间加入退耦电路（电阻R16，C17），如图9所示。图9 退耦分析图退耦电阻和退耦电容越大越好，但R16不能太大，否则直流压降太大，致使前级需要直流电压降低过多，一般取100470之间，退耦电容C21、C17选为50200F之间。因为大电容分布电感较大，对于高频有较大的感抗，可以在退耦电解电容两端再并一个小电容（例：并一个0.01F的电容）。对于其它因素产生的寄生耦合，可以通过屏蔽、妥善布线等手段解决。 3.7部分元件的选择3.7.1三极管选择变频管的截止频率f应比实际最高频率高出23倍以上。各级三极管的穿透电流ICEO都应该尽量小，对于的选择，一般希望选大些，特别是第一中放管的值应选大于100，但不宜过大（容易引起自激），应根据实际需要选配适当的值。可以全部选用中等值（6080）配套，或采用=80120的与3060的配成一套（电源电压不高，功率管ICEO即使稍大些也可用）。3.7.2电容的选择高频部分的电容耦合电容和旁路电容在0.010.047F间选用。变频管的振荡耦合电容和基极旁路不能过大或过过小，否则，因容值过大引起间歇振荡，过小引起低端停振现象，应根据振荡频率f估算所涉及回路的时间常数选取该电容。中频槽路电容误差可允许5%10%（通常中周TTF系列配200pF电容）。电解电容允许误差不作要求，但要注意其耐压值，有较高的绝缘电阻。本机振荡回路并联的微调电容，可采用具有负温度系数的拉线电容。4调幅收音机的调试4.1调试前的检查1）检查三极管及其管脚是否装错，振荡变压器是否错装中频变压器，各中频变压器是否前后倒装，是否有漏装的元件。2）天线线圈初次级接入电路位置是否正确。3）电路中电解电容正负极性是否有误。4）印刷线路是否有断裂、搭线，各焊点是否确实焊牢，正面元件是否相互碰触。4.2静态电流测试首先测量电源电流，检查、排除可能出现的严重短路故障，再进行各级静态测量。一方面检验数值是否与你设计的相符，另一方面检查电路板是否存在人为的问题。末级推挽管集电极电流可以在预先断开的检测点串入电流表测出，其它各级可以测量各发射极电压算出。末级Ic如果过大，应首先检查三极管管脚是否焊错，输入变压器次级是否开断，偏置电阻是否有误，有否虚焊。在一定大的下，快速测量其中点电位，可帮助分析判断，提高排除故障的速度。其它各级工作点若偏大，着眼点应放在查寻故障上，尤其是不合理的数据。在元件密集处，应着重查找短路或断路。中周变压器绕组与外壳短路故障也偶有发生。难于判断时，可逐次断开各级，缩小故障范围。因偏置不当、较小、太大所引起的偏差，可视具体情况分析解决，使静态工作点与所设计的基本相符。4.3低放级测试末级集电极静态电流要小于6mA，从电位器滑动头（旋到近一半位置）逐渐输入一定量的正弦电压信号（频率1KHz左右）声响以响而洪亮为佳，可以在音频范围内连续变动旋钮，随着频率改变，若音调变化明显、悦耳动听，本级失真不大。若规定本级失真率不大于5%时，可逐渐调节音频电压信号，使音频的失真度达到5%时（可用失真度测量仪）测出该状态下输出电压，即可知不失真功率。若达不到你所要求的功率，可考虑调整图9的VT5集电极电流 ，选一个最佳值，末级OTL电路的静态电流可作适当的调整，因为它的大小除了与交越失真有关外，对输出功率、失真度和效率等也有关。可以在不同静态集电极电流下测失真度、效率、输出功率，绘成曲线，根据实际需要选择合理的工作点。工作者通常同时使用示波器观察波形。变频级调试要求振荡电压高低端尽可能平均，振荡管子不要工作在饱和区，LC回路值要高。工作点确定以后，可根据需要再度进行调整。首先检查变频管是否起振，由于高频振荡电压在发射结上产生自给偏压作用，所以起振时，三极管UCE将小于原来的静态值（如锗PNP管约0.10.3V），UBE越小，振荡越强，用万用表可方便地判断是否起振。然而，振荡频率（1MHz2MHz）的调节范围及波形的好坏需用示波器测量，或频率计测出频率变化范围。调整1MHz频率时，应把可变电容器旋转到容量最大处，调节振荡线圈磁芯。若振幅太小了，可考虑是否太小、工作点是否太低、负载是否太大，也要考虑因图9中R16的压降是否太大等故障，若发现寄生振荡，要检查是否过大及安装、布线、去耦电路等存在的问题。诸如不起振、只有一端起振或间歇振荡等，要细心分析检查，对症下药予以解决。变频级工作点的最佳确定主要围绕着信噪比/和变频增益A两个因素。令不同的静态电流，作出A，/的关系曲线，可选择出合宜的工作点（指在电路某一特定点上的信号功率与噪声功率之比，、通常用对数表示）。4.4中放级电路调试此级关系到收音机的整机灵敏度、选择性以及自动增益控制特性。欲要求该级达到理想的功能需确定最佳工作点电流。第二级中放的选在增益饱和点；第一级中放的选在功率增益变化比较急剧处，但要顾及到功率增益不要过小。作出不同的下的功率增益，描绘出曲线，以选择最佳工作点。在从中周初级输入大小适中的中频信号时，应调准中频变压器在465KHz的峰点。有时也要对检波二极管及检波效率进行测试。中和电容一般需要根据实际调整确定。4.5统调4.5.1调整中频调整中频时用高频信号发生器作信号源。收音机的频率指示放在最低端535KHz处，若收音机在该处受电台干扰。应调偏些或使本机振荡停振。从天线输入频率为465KHz、调制度为30%的调幅信号，喇叭两端接音频毫伏表或示波器测量，或测量整机电流，观察动态电流大小变化（若变化微小不易觉察，可以将电流表串在第一中放集电极电路里。中频调到峰点时，集电极电流是增大还是减小？），或直接用耳朵听声音判断。操作时应用无感小旋凿嵌入中频变压器的磁帽缓缓旋转（或进或出）寻找输出增加的方向，直至输出为最大的峰点上。调中周的次序为由后向前，逐一调整，慢慢地向465KHz逼近，一般需要反复多次“由后向前”调整，才能使输出为最大的峰点位置不再改变。注意：（1）细调中周时，需将整机安装齐备。（2）输入信号要尽量小，音量电位控制器输出不要太大。（第一步先行粗调，往往需要信号输入、音量输出尽量大）。（3）调整某一中频变压器，发现输出无明显变化，或磁帽过深或过浅，应考虑槽路电容过小或过大，磁芯长短不宜、中频变压器线圈短路等，还有考虑人为组装焊接等故障。（4）无法调整到最佳点，也应首先查找电路故障或低端跟踪粗调一下，再进行中频调整。（5）若各中频变压器调乱，可将456KHz或465KHz处左右的调幅信号分别按序注入第二中放基极、第一中放基极、变频管基极，慢慢调节各磁帽，向465KHz逼近；或用手捏磁性天线增强感应信号，先调中周一遍。若电路无故障，接收灵敏度不够理想，但在465KHz处反复调整的各中频变压器磁帽已太深或太浅，可以把本机振荡频率提高一点或降低一点，再按顺序重调三个中频变压器。4.5.2统调外差跟踪 收音机的中波段通常规定在5351605KHz的范围内，通过连续调谐的双联可变电容器容量大小的改变，以捕捉某一电台的广播。超外差收音机中本机振荡频率与中频频率的差值确定了外来信号频率。中放级电路决定着超外差收音机整机灵敏度、选择性以及自动增益控制特性好坏，但变频级的工作状态、输入回路与接收外来信号频率谐振情况也影响着超外差收音机的灵敏度和选择性。调跟踪时，中频调谐回路已调好在465KHz，无须再动。外差跟踪统调主要是调整本机振荡调谐回路和及输入回路。双联可变电容器旋在最大或较大的容量位置时称为低端（整个频率范围中800KHz以下），双联可变电容器旋在容量最小或较小的位置时称为高端（1200KHz以上），8001200KHz称为中间端。校准时，欲选的统调点对整机的灵敏度的均匀性有很大关系，统调点应选在600KHz（低端），1500KHz（高端）处以及1000KHz处。正常情况下，高低端频率刻度指示准确以后，中间也自然跟踪了（偏差不会太大）。 调整电感能明显地改变低端的振荡频率，但对高端也有较大的影响；当振荡槽路电容处在最小容量位置时（高端），改变槽路微调电容能显著地改变高端频率，但对低端也有些影响。校准刻度盘时，低端应调整本机振荡线圈的磁芯，高端应调整本机振荡微调电容；调整补偿时，低端调输入回路线圈在磁棒上的位置，高端调输入槽路微调电容器。因此，校准频率时，先“低端”后“高端”，然后自返过来校准，“低端高端”反复调整几次。具体操作步骤（用高频信号发生器进行统调）：装好刻度盘，收音机远离高频信号发生器，使收音机输入的高频信号尽量减小一些。（1）收音机频率刻度盘校准点选择在低端的600KHz指示接收位置，转动发生器频率调节旋钮，观察收音机的600KHz处接收的频率是多少，以决定磁芯的旋进旋出。例：收音机刻度指示在600KHz位置接收到的是580KHz以下的信号，应当减小振荡的电感量，即旋出磁芯，向600KHz逼近，直至两刻度频率指数在600KHz处，使收音机在该处接收处声最响。反之，旋进磁芯。（2）把收音机刻度盘指示指向1500KHz（高端），高频信号源频率指数旋向1500KHz，当信号源频率指数低于1500KHz时，应当适当减小振荡微调电容器的容量，调节信号源频率向1500KHz逼近，直至声音在该处的声音最响。反之，增大振荡微调电容器的容量。注意：此处用的往往是拉线电容，勿要拉线过头。若发射与接收的信号频率指示相差过大，首先找到它们的对应 点，一前一后，向校准点靠近。低端高端跟踪调整需要重复几次。（3）频率刻度初步调整后，需要调整输入回路补偿。调补偿时，步骤同频率刻度调整一样。刻度盘指针应指向低端（600KHz）附近和高端（1500KHz）附近。低端移动天线圈在磁棒上的位置，使声音最响；高端调节天线输入回路微调电容器，使声音最响，重复调整一次。由于输入回路与振荡回路相互有些影响，补偿调整后，需再调下频率刻度。最后，再次校核频率刻度和补偿，核对一下中间部分（1000KHz ）的位置，需要细调的话，可再细调之。注意：在跟踪调试时，同样要求整机处于完备的安装状态。在统调过程中，很可能出现以下的问题：譬如：整个频率范围的频率指数偏高或偏低，高端或低端频率范围不足，补偿不佳，或中间1000KHz跟踪点相差太大。这要求首先检查组装质量，检查印刷板是否存在隐蔽错误，然后才能从振荡槽路、补偿槽路的元件质量、参数错误等着手处理，或根据实际情况重新选择某元件参数。跟踪调试很可能遇到一些干扰，比如：中频干扰，外来信号的谐波干扰，假频干扰，本机振荡的倍频干扰等，是由于高频信号发生器输出强度过大引起的。所以统调时要求高频信号发生器输出尽可能的小。若遇到某些干扰，不易判别，应求教于老师帮助分析，予以避开。还可以使用统调仪统调，利用广播电台统调4.6试听如果噪声过大，确认元件、焊接都无问题时，应着重考虑变频级及中频级电路，变频管、中放管的值是否过大？增益是否过高？振荡过强？如过高、过强，可以考虑在中频变压器的初级并联120的电阻，在振荡线圈次级并联一只二极管或几十千欧电阻。1）试听响度 调准电台，试听喇叭声响，在30m2的房间放声响亮，表明达到功率输出要求。2）失真度试查 声音应柔和动听，音量小时或大时的发音都很圆润。失真度大的收音机听上去有闷、嘶哑、不自然感觉。3）试听灵敏度 对准电台方向，从最低端到最高端试收多少个电台。电台多，噪声小为佳，收本省以外较远的或电波较弱的电台声音较响，说明灵敏度高，合格。4）试查选择性 调准一个电台，然后微微偏调频率10%KHz左右，若声音减少许多，表明合乎要求。诸如检波器的效率、灵敏度、不失真功率、整机谐波失真等多种参数的测量，根据具体要求，选择性地进行某项指标的测试，学习测量手段。5课程设计体会通过这一周的高频电子线路课程设计，我及时的温习了学过的有关知识，结合以前的电子工艺实习焊收音机的经历，也加深了对收音机的工作原理理解。因为我觉得做课程设计不是为了草草的交差了事,而是对自己的提高,在设计过程中，通过大量的查阅资料，认真研究教材，使自己对高频电子线路有了更为深刻的理解。在设计中我主要对调幅原理进行了论述并结合收音机进行了电路设计，初步确定电路参数，结合整体电路系统电路进行了核算，并给出了调试时的具体步骤。虽然调试为实现，加深了理论的基础。总之，这次高频电子线路课程设计完成了理论实践理论的一个认识过程的循环，使我加深了对所学知识的理解。参考文献1电子线路-非线性部分（第四版） 谢嘉奎 主编 高等教育出版社 2000年2通信电路原理（第二版） 董在望 主编 高等教育出版社 2002年 3非线性电子线路沈琴 李长法 编 北京广播学院 1997年4高频电子线路（第三版）张肃文 陆兆熊 编 高等教育出版社 1993年5电子线路基础 (第二版) 张凤言 编著 高等教育出版社 1995年6高频电路原理与分析（第三版）曾兴雯 编 西安电子科技大学出版社 2001年7高频电子线路廖惜春 编著 华南理工大学出版社 2001年8通信电子线路（第二版）高如云 等编 西安电子科技大学出版社 2002年附录一 系统原理图16