調頻收音機設計仿真報告

1、一、緒論調頻收音機（ FMRadio ）無論過去還是現(xiàn)在一直在人們的生活娛樂中占有非 常重要的地位。 從老式的晶體管收音機到今天的網(wǎng)絡收音機， 說明通過廣播享受 生活一直是人們喜歡的生活方式。聽收音機和看電視一樣，可以增長很多知識， 而且像有聲小說這樣的讀物在電視里是聽不到的， 并且現(xiàn)在廣播的發(fā)展速度也很 快，曲藝、歌曲、體育、文藝、評論等等，可以說包羅萬象。目前調頻式或調幅式收音機，一般都采用超外差式，因為它有如下優(yōu)點：1. 由于變頻后為固定的中頻， 頻率比較低， 容易獲得比較大的放大量， 因此 收音機的靈敏度可以做得很高。2. 由于外來高頻信號都變成了一種固定的中頻，這樣就容易解決不同電臺

2、 信號放大不均勻的問題。3. 由于采用 差頻作用，外來信號必須和振蕩信號相差為預定的中頻才能 進入電路，而且選頻回路、 中頻放大諧振回路又是一個良好的濾波器， 其他干擾 信號就被抑制了，從而提高了選擇性。但是超外差式電路也有不足之處， 會出現(xiàn)鏡頻干擾和中頻干擾， 這二個干擾 是超外差式收音機所特有的干擾。這在設計電路和調試時應該設法減少這些影 響。本次課程設計的任務是設計并制作一個調頻收音機， 使收音機的調頻部分實 現(xiàn)88MH公108MH調頻廣播接收；并且完成電路設計，相關參數(shù)計算；完成各模 塊仿真，并提供仿真報告；完成印刷電路板設計、制作及安裝調試。本次設計采用的是“高頻放大、本振電路、混頻

3、、中頻放大、鑒頻及低頻放 大電路”的電路單元，其整機具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小、 噪聲小等優(yōu)點； 且外圍電路元件較少， 適合自己動手焊接裝配， 以達到學習和實 踐相結合的目的。二、設計方案1. 主要技術指標（1）工作頻率范圍：收音機接收到的無線電波的頻率范圍成為收音機的工 作頻率，在整個接收的范圍內滿足主要的性能指標， 工作頻率必須和發(fā)射機的頻 率相對應。調頻廣播收音機的頻率范圍為 88-108MHz因為調頻廣播發(fā)射機的頻 率一般為88-108MHz中頻頻率為465kHz。（2）靈敏度：收音機接收微弱信號的能力稱為靈敏度，一般用輸入電壓來 表示?？梢越邮艿男盘栐叫?， 靈敏度就越

4、高。 一般生活中調頻收音機的靈敏度為 5-30uV。（3）選擇性：收音機從各種干擾信號中選出所需要的信號或衰減不要的信號的能力稱為選擇性，單位用dB表示。dB數(shù)越高選擇性越好。調頻收音機的中頻 干擾大于 50dB。（4）通頻帶：收音機的頻率響應范圍稱為通頻帶。調頻收音機的通頻帶一 般為 200kHz。（5）輸出功率：收音機的負載輸出最大不失真功率稱為不失真功率。輸出 功率應該不小于 100mW。2. 設計方案（1）方案論證與設計調頻收音機主要由天線、高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放 大和揚聲器幾個模塊組成。本設計利用三極管的放大特性進行信號的放大，再通 過并聯(lián)諧振選頻網(wǎng)絡進行頻率的

5、選擇。采用分級設計的方式進行各個模塊的設 計。為防止前后級電路的干擾，影響，可在兩級之間加射極跟隨器或者采用電感 耦合的方式將前后級隔離，減少后級電路對前級電路的影響。（2）系統(tǒng)原理框圖天線788108MHz10.7MHz喇叭高頻放大T混頻卜中頻放大鑒頻低頻放大本振電路98.7118.7MHz（3）工作原理介紹調頻（FM收音機由輸入回路、高放回路、本振回路、混頻回路、中放回路、 鑒頻回路和音頻（低頻）功率放大器組成。高頻放大后信號與本地振蕩電路產生的本振信號進行混頻， 混頻后輸出，再 將混頻信號由中頻回路進行選擇，提取以中頻10.7MHz*載波的調頻波。該中頻 選擇回路由10.7MHz濾波器構

6、成。中頻調制波經中放電路進行中頻放大， 然后進 行鑒頻得到音頻信號，經功率放大輸出，耦合到揚聲器，還原為聲音。(4) 總體電路圖OU F17.ClI1TT$C1%17nr nilIKHSLAi所需兀件清單如下表兀器件名稱型號數(shù)量/個電阻10k55k23k42k11k5電位器104( 100k 可調)1可調電感2.1u-6.8uH1電感220uH20.1uH110mH3電容1pF318pF1150pF210uF12可調電容3/10pF1陶瓷鑒頻器J10.7MC11純銅收音機拉桿天線全長762mm四節(jié)1三極管S90146喇叭（揚聲器）Realplay 小喇叭揚聲 器直徑4CM1電池座可裝兩節(jié)五號電

7、池1電池5 號（1.5V ）2三、各單元電路設計1. 高頻小信號放大電路晶體管高頻小信號放大器不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻、濾波作 用，因此晶體管的負載應為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間 電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響的頻率和相位。 同時對于此高放，還應滿足 一下三點要求要求：（1）工作穩(wěn)定。（2）選擇性好，即有一定的通頻帶。（3）失真小，增益高，且工作頻率變化時增益變動不應過大。高頻小信號諧振放大電路主要由晶體管、 負載、輸入信號和直流電源等部分電路 組成。晶體管基極正偏，工作在甲類，負載為LC并聯(lián)諧振回路。該放大電路能夠 對輸入的高頻小信號進行反向放大。其中

8、？=12?/?=88108?下面以88MH為例，進行仿真。XSC1靜態(tài)工作點設置如下:Rb1J 3k QQ1cRe11k2N2369選頻網(wǎng)絡如下圖所示y 2L85uH:fii其中電容C=0.1uH,電感為2.85uH的可調電感，二者并聯(lián)，組成并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。仿真結果及分析；|示液器-X9X由仿真結果可得電壓增益 A=26.119/1.373=19.02,滿足放大倍數(shù)大于10的要求。通過光譜分析儀可得，其輸出中心頻率位于88.397MHz 處。2. 本振電路本次設計采用西勒電路作為本振電路。西勒電路主要特點就是在回路電感 L兩端 并聯(lián)了一個可變電容C4,而C3為固定值的電容器，且滿足 C1、C2遠

9、大于C3,C1、C2遠大于C4回路的總等效電容為14+G G c所以，振蕩頻率為在西勒電路中，由于C4與L并聯(lián)，因此C4的大小不影響回路的接入系數(shù)。如果 C3固定，通過變化C4來改變振蕩頻率，則RL在振蕩頻率變化時基本保持 不變，從而使輸出振幅穩(wěn)定。此種振蕩器的優(yōu)點是：較易起振，振蕩頻率也較為穩(wěn)定，波形失真較小，當參數(shù) 設置得當時，其頻率覆蓋系數(shù)較大，因而選用此電路進行電路設計 對于一般小功率自動穩(wěn)幅LC振蕩器，靜態(tài)工作點要遠離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)， 以得到較大的輸出阻抗。一般根據(jù)具體電路和電源電壓大小集電極電流一般取 14mA在實際偏置參數(shù)選定時，在可能條件下發(fā)射極偏置電阻盡可能取大一好。 參

10、數(shù)選擇主要是根據(jù)滿足振蕩頻率，滿足起振條件并有足夠的振蕩幅度和規(guī)定的 頻率穩(wěn)定性等因素加以考慮。若以頻穩(wěn)性角度出發(fā)回路電容應取大一些， 有利于 減少并聯(lián)在回路上的管子極間電容等變化的影響。但C不能過大，C過大，L會變小，Q值會變低，振蕩幅度也會變小。為了解決頻穩(wěn)和振幅的矛盾，通常用部 分接入。前已討論反饋系數(shù) F=C1/C2不能過大或過小，適宜1/81/2._1I令L=O.1uH則幾二詐呢二亦何十藥其中；的取值范圍為98.7MHz118.7MHz若C3=20pF則可取C4=10pF的可變電容。因要滿足C1,C2C3,C4F= C1/C2 取值為 1/81/2，可取 C1=400pF,C2=41

11、0pF3. 混頻電路混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量線性電路的一種典型應用。 如一個振 幅較大的振蕩電壓（使器件跨導隨此頻率的電壓作周期變化） 與幅度較小的外來 信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上， 則輸出端可取得此二信號的差頻 或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調波好的載波頻率變化換成固定的中頻 載頻率。而保持其調制規(guī)律不變，也就是說它是一個線性頻率譜搬電路， 對于調 頻波通過變頻電路后仍然是調頻波。只是其載波頻率變化了，其調制規(guī)律是不變 的。本次設計采用如下晶體管混頻電路，本振信號從射極接入，高頻信號從基極接入。 因此，相互干擾產生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是

12、共基電路， 其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。但需 要較大的本振注入功率；不過通常所須功率也只有幾十 mW本振電路是完全可 以供給的。在集電極接選頻網(wǎng)絡，從中選取頻率為10.7MHz的中頻信號。因而可選取電感L=2.2uH，電容 C=100pFXSA1VCC3VL12.2uHC1士 100pFIO1C471FR31k QQ1V12N2369 C320mV88MHz 50kHz123qXFC1.N-1. OQDXSC1IO3 T1.5Vpk 98.7MHz 0ir1F4(*IO2 nV2ABExt Trig由圖可知示波器1中A、B通道分別顯示的高頻放大信號和本振信

13、號，示波器 2 顯示的是混頻之后的波形。KS-XSCIX經過變頻器混頻之后輸出的波形時間4L395 us通道丄-3.882 fV通道反向T 2 牛4L895 us-s.es2 也保存0.000$0.000 V時基適道A通道日融發(fā)/II IflS-vs.標度：5tns/Div:劇度：MfVQiw沁S V/ftv邊沿:國土叵-X軸位移；oY軸位移（格）：D.Y軸位移格）：0水平;blvWII魏I卻” I直謊I交療o 11 -單真 正常 言動 送通過測試可知，能夠成功混頻，并能成功選出所需頻率4. 中頻放大電路中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進行大幅度提升，以滿足解調電路的需要。其主要質量指標有：

14、電壓增益 Av、通頻帶BW0.7選擇性、噪聲系數(shù)。對于 中頻放大器，不僅需要得到高的增益、好的選擇性，還要有足夠寬的通頻帶和良好 的頻率響應、大的動態(tài)范圍等。前級混頻器輸出頻率為10.7MHz在此次中頻放大過程中，應該保持其頻率不變, 只對其幅值進行放大。不過為了防止干擾頻率的影響，仍然選用選頻網(wǎng)絡對其進 行頻率選擇。選頻頻率為10.7MHz，若電容C=1pF則電感L=220uH設計的中頻放大電路如下圖：XSC11 1IIXFC11 |LRb1C4L1 J3V123、3k QV11pF 220uH$Ext Trig101 J-V2T1OUOlmVMHz 50kHzRb210k QQ1C2T卜1

15、0uF1IO22N2369i i*Re1 1k Q = 10uFC3通過示波器仿真如下XT2-T1通道申 934.44tuV 934.441 uV 0.000V45. mV45.4 mV0.000 V時間27D.497U5 270.7 usO.OOOs時基標度|100 ns/TJiv:劇度：伽砒伽宴櫃:2 mVjt)iv1ZI t 0 s 氐；D| 丫軸位移（格1：0Y軸位移（格）：I水平；lv通道B觸發(fā)交療0 |直剌亠交流0 gs單次自動通道B為輸入信號，通道A為輸出信號，明顯可以看出對輸入信號進行了幾 十倍放大。這將有利于之后鑒頻電路的正常工作。II11二二二二2二二1I MU .T -1

16、11J T HI 1.J311 :11P 11J7:,I174 nV-#通過光譜分析儀可得，其中心頻率為10.890MHz由于輸入信號存在頻偏分 量，使得結果偏離10.7MHz,，但是影響不大。5. 鑒頻電路鑒頻器的任務是從調頻信號中檢出調制信號，它包括變換部分及振幅檢波器 部分。利用LC諧振回路實現(xiàn)振幅鑒頻，LC諧振回路構成的頻幅變換網(wǎng)絡將等幅的 信號變換為FM-AM言號，然后利用包絡檢波電路恢復出原調制信號。因為調頻波振幅恒定，所以無法直接用包絡檢波器解調。由于二極管峰值包 絡檢波器線路簡單、性能好，能夠將等幅的調頻信號變換成振幅也隨瞬時頻率變 化、既調頻又調幅的FM-AM波，也就可以通過

17、包絡檢波器解調此信號。設計的鑒頻電路如下：XSC1從示波器可以看出，本鑒頻電路實現(xiàn)將調頻波變成調頻 +調相波，然后再進 行包絡檢波，從而提取出調制信號。從示波器波形可以看出，可以實現(xiàn)鑒頻。提 取的調制分量頻率為50kHz。但考慮到所提供的元件中有10.7MHz的鑒頻器，故直接采用鑒頻器元件，同 時也可以減少誤差。6. 低頻放大電路從鑒頻器輸出的信號一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路。 設計低頻放大電路如下：XSC1通過示波器仿真如下:通道A為輸出信號，通道B為輸入信號，從圖可得此低頻放大電路對輸出信 號放大了近100倍，有利于驅動喇叭的正常工作。四、PCB勺設計與制作1.原理圖繪制

18、將前面的各分立模塊按照高頻放大、本振、混頻、中頻放大、鑒頻以及低頻放大的順序連接即可。2.PCB繪制DC “FIVT調頻收昔機捋尋話吋：+T 粗員：孫郭男0ill&3. PCB板的制作通過打孔焊接，完成PCB板的制作，本次制作的成品如下五、測試模塊(1)高頻放大，通過天線接受信號，再對其進行電壓幅值放大。將輸出端接上 示波器，由示波器得到的波形如下圖。(2)本振電路，產生98.7MHz118.7MH勺正弦波振蕩信號。將其輸出端接在示 波器得正極，示波器負極接地。通過示波器測得波形如下：稍微有些許失真波動，單整體不影響電路的工作。(3)混頻電路的測試，將高頻放大信號與本振信號接入到三極管的基極與發(fā)射 極。通過集電極進行混頻信號的輸出。同樣地，將示波器得正極接集電極，負極 接地。通過示波器所得波形如下：六、總結1.本方案特點及存在的問題它的缺點是， 對于不同的頻率， 接收機的靈敏度和選擇性變化叫劇烈， 而且 靈敏度因為受到高放不穩(wěn)定的影響， 不能過高，所以現(xiàn)在的接收機幾乎全是超外 差式接收機。如何進行仿真是本次課程設計的一個關鍵所在， 只對整個系統(tǒng)的混頻電路進 行了部分仿真，在這一部分