高頻電子線路課程設(shè)計窄帶調(diào)頻接收機電路設(shè)計與分析

1、*實踐教學(xué)*xxx大學(xué)2008年秋季學(xué)期 高頻電子線路課程設(shè)計 題 目：窄帶調(diào)頻接收機電路設(shè)計與分析 專業(yè)班級： 通信工程 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 成 績： 中文摘要本接收系統(tǒng)，以模擬乘法器為核心，接收部分由本機振蕩，混頻電路，晶體振蕩電路，小信號放大，鑒頻電路等模塊組成。在設(shè)計過程中，采用模塊化的設(shè)計方法，并使用了eda工具軟件，在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取，提高了設(shè)計效率。方案的優(yōu)點是電路簡單、器件易得、大大提高了電路的可行性。關(guān)鍵詞: 調(diào)頻接收機；鑒頻電路；仿真目 錄第一章 概 述1第二章 窄帶調(diào)頻接收機

2、原理介紹22.1 接收系統(tǒng)原理框圖22.2 高頻小信號放大電路32.3 混頻電路32.4 晶體振蕩器電路42.5 鑒頻電路5第三章 設(shè)計要求63.1 目的及意義63.2 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求63.3 內(nèi)容和要求6第四章 開發(fā)平臺簡介7第五章 詳細(xì)設(shè)計及仿真95.1 高頻小信號放大器電路設(shè)計及仿真95.2 混頻電路設(shè)計及仿真105.3 晶體振蕩電路設(shè)計及仿真115.4 鑒頻電路設(shè)計及仿真12總 結(jié)15參考文獻(xiàn)16第一章 概 述隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的全面進(jìn)步，計算機事業(yè)的飛速發(fā)展，以計算機與通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)正處于蓬勃發(fā)展的時期。隨著經(jīng)濟文化水平的顯著提高，人們對生活質(zhì)量

3、及工作軟件的要求也越來越高。在當(dāng)今電子設(shè)計領(lǐng)域，eda設(shè)計和仿真是一個十分重要的設(shè)計環(huán)節(jié)。在眾多的eda設(shè)計和仿真軟件中，ewb軟件以其強大的仿真設(shè)計應(yīng)用功能，在各高校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設(shè)計中得到了較廣泛的應(yīng)用。ewb軟件及其相關(guān)庫包的應(yīng)用對提高學(xué)生的仿真設(shè)計能力，更新設(shè)計理念有較大的好處。ewb（電子工作平臺）軟件，最突出的特點是用戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是ewb軟件的一大特色。它采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取。ewb軟件所包含的虛擬儀表有：示波器，

4、萬用表，函數(shù)發(fā)生器，波特圖圖示儀，失真度分析儀，頻譜分析儀，邏輯分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀等。 本次課程設(shè)計主要是利用ewb軟件來設(shè)計和仿真信號調(diào)頻接收機系統(tǒng)電路。第二章 窄帶調(diào)頻接收機原理介紹2.1 接收系統(tǒng)原理框圖無線通信(或稱無線電通信)的類型很多，可以根據(jù)傳輸方法、 頻率范圍、 用途等分類。不同的無線通信系統(tǒng)，其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然有較大差異，但它們的基本組成不變，圖2-1是無線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。圖2-1 無線電通信系統(tǒng)基本組成框圖圖中虛線以下部分為接收設(shè)備（收信機）, 天線及天線開關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。信道為自由空間。接收機由調(diào)諧電路、變頻器、中頻放大器、檢波器、音頻放大器等部分電路組成

5、。調(diào)諧電路是將空中眾多的電磁波中選出我們所需要的電臺。變頻器是將天線接收到的電磁波和本機振蕩信號混合后產(chǎn)生一個中頻信號，然后送入中頻放大器進(jìn)行放大。鑒頻器是將放大后的中頻信號將聲音信號從電磁波中分離出來，也叫解調(diào)，是調(diào)制的反過程。音頻信號經(jīng)過音頻放大器放大后通過喇叭發(fā)出聲音。由上面的例子可以看出接收機電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括： （1）高頻小信號放大電路 （2）混頻電路 （3）晶體振蕩器電路 （4）鑒頻電路2.2 高頻小信號放大電路高頻小信號諧振放大器的功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號。高頻小信號諧振放大電路主要用于接收機的高頻放大器和中頻放大器中，功用就是放大各種無線電設(shè)備中的高頻小信號

6、。高頻小信號調(diào)諧放大器的電路由晶體管和lc諧振回路組成。晶體管工作在線性區(qū)，可看成線性元件，可用有源四端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)微變等效電路來分析。圖2-2 高頻小信號放大電路2.3 混頻電路混頻，又稱變頻，也是一種頻譜的線性搬移過程，它是使信號的頻率由一個量值變換為另一個量值的過程，但在變換后，信號的頻譜結(jié)構(gòu)不變。具有這種功能的電路稱為變頻器（或混頻器）。uc (fc)ul (fl)ui (fi)混頻器 圖2-3 混頻器設(shè)輸入已調(diào)波信號：本振信號：那么兩信號的乘積項為： 如果帶通濾波器的中心頻率為 帶寬 則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號，混頻器將天線上接收到的信號與本振產(chǎn)生的信號混頻，當(dāng)混頻

7、的頻率等于中頻時，信號可以通過中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號被視頻放大器進(jìn)行放大，然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時間變化，因此頻譜分析儀在不同的時間接收的頻率是不同的。模擬乘法器能夠完成兩個信號的相乘，在其輸出中都會出現(xiàn)混頻所要求的的差額，然后利用濾波器取出該頻率分量，即完成了混頻。2.4 晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器做濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻率有石英晶體諧振器決定。與lc諧振回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器具有很高的頻率穩(wěn)定度，采用高精度和穩(wěn)頻措施后，石英晶體振蕩器可以達(dá)到-的頻率穩(wěn)定度。在儀器

8、、通信設(shè)備中都有廣泛的應(yīng)用。石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度。cocgcocg5cg3cglglg3lg5lgrg 圖2-4 石英晶體等效電路2.5 鑒頻電路從調(diào)頻波中檢出原來調(diào)制信號的過程稱為調(diào)頻波的解調(diào),又叫鑒頻。實現(xiàn)鑒頻的電路稱為鑒頻器,也叫頻率檢波器。鑒頻器使輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。用于調(diào)頻信號的解調(diào)，常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。斜率鑒頻器原理電路圖如圖2-5（a）。其中，晶體管和lc回路實質(zhì)上是一個調(diào)諧放大器，但回路的諧振頻率f0與已調(diào)頻信號的中心頻率fc是失諧的。一旦已調(diào)頻信號的瞬時頻率發(fā)生變化,放大器

9、就輸出一個與之相對應(yīng)的調(diào)幅-調(diào)頻波(圖2-5（b）。經(jīng)二極管檢波處理，即可在負(fù)載rl上得到與原調(diào)制信號變化規(guī)律相同的輸出。斜率鑒頻器的電路比較簡單，但回路失諧時其諧振特性曲線不是直線，因而鑒頻特性的線性較差。 圖2-5 斜率鑒頻器原理電路及特性第三章 設(shè)計要求3.1 目的及意義通過高頻電子線路課程設(shè)計，使學(xué)生加強對高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料、方案比較，以及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決高頻電子電路問題的實際本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與制作，加深對基本原理的了解，增強學(xué)生的實踐

10、能力。3.2 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求載波頻率：1mhz調(diào)制信號：50khz電源電壓：直流12v整機靜態(tài)工作電流：100ma輸出功率：350mw3.3 內(nèi)容和要求要求掌握各單元電路的設(shè)計與參數(shù)計算組成，完成整機電路設(shè)計。掌握串、并聯(lián)諧振回路及耦合回路的測量與調(diào)試方法；高頻小信號調(diào)諧放大器，高頻功率放大器，混頻器，鑒頻器的基本原理，調(diào)試與測量的方法。通過實際電路方案的分析比較，設(shè)計計算元件選取安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確反映設(shè)計和實驗成果。第四章 開發(fā)平臺簡介

11、隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。 multisim 10是加拿大 interactive image technologies公司 2001 年推出的 multisim 最新版本?？梢栽O(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等。可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路。它有豐富的元件庫，為用戶提供元器件模型的擴充和技術(shù) ；虛擬測試儀器儀表種類齊全，其操作方法與實際儀器十分相似 ；具

12、有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等 18 種電路分析方法，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計的要求 ；提供了多種輸入輸出接口，multisim2001 可以與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計自動化軟件protel及電路仿真軟件pspice之間的文件接口，也能通過windows 電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版，同時還支持vhdl和verilog hdl語言的電路仿真與設(shè)計。multisim 10 把所有的元件分成13類庫，再加上放置分層模塊、總線、登錄網(wǎng)站

13、共同組成元件工具欄。 multisim 10提供了18種儀表，儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊，也可以用鼠標(biāo)將其拖至菜單的下方，呈水平狀。multisim 10具有以下特點: (1)multisim 10是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，因此可以很方便地在工程設(shè)計中使用。 (2)multisim 10 的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、

14、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。 (3) multisim 10 具有較詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。(4) multisim10.0可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的過程中還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，

15、列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)。multisim10是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它用軟件的方法模擬電子線路元器件和儀器儀表，實現(xiàn)了“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。 multisim10是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，該軟件為電子工程師提供了一個電路設(shè)計與仿真平臺，不僅與國際著名的模擬電路仿真軟件spice兼容，而且具有較強的 vhdl和 verilog設(shè)計與仿真功能。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點；它豐富的元件庫中提供了超過16000個組件，全部采用世紀(jì)模型，確保了仿真結(jié)果的真實性和實用

16、性；它采用開放式的庫管理模式，能自動地生成模擬和數(shù)字組件模型，這對新器件的補充十分有利。multisim10.0的虛擬測試儀器種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。multisim10.0具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。multisim10.

17、0 可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機接口電路等；可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。第五章 詳細(xì)設(shè)計及仿真5.1 高頻小信號放大器電路設(shè)計及仿真高頻小信號諧振放大電路主要由晶體管、負(fù)載、輸入信號和直流饋電等部分電路組成。如圖5-1所示電路，晶體管基極為正偏，工作在甲類，負(fù)載為lc并聯(lián)諧振回路，調(diào)諧在輸入信號的頻率465khz上。該放大電路能

18、夠?qū)斎氲母哳l小信號進(jìn)行反相放大。在multisim窗口中，從示波器上觀察到輸入與輸出波形，如圖5-2所示。 圖5-1 高頻小信號放大電路 圖5-2 小信號放大電路輸出波形5.2 混頻電路設(shè)計及仿真模擬乘法器能夠完成兩個信號的相乘，在其輸出中都會出現(xiàn)混頻所要求的的差額，然后利用濾波器取出該頻率分量，即完成了混頻。模擬乘法器混頻器電路如圖5-3所示，其輸出波形如圖5-4所示。與三極管混頻器電路相比較，模擬乘法器混頻器的優(yōu)點是：輸出電流頻譜較純，可以減少接收系統(tǒng)的干擾；允許動態(tài)范圍的信號輸入，有利于減少交調(diào)、互調(diào)的干擾。 圖5-3 模擬乘法器混頻器 圖 5-4 模擬乘法器混頻器5.3 晶體振蕩電路

19、設(shè)計及仿真在multisim 10 仿真軟件的電路窗口中，創(chuàng)建如圖5-5所示的晶體振蕩電路，從示波器中觀察到輸出波形如圖5-6所示。 圖5-5石英晶體振蕩器電路 圖5-6 石英晶體振蕩器輸出波形5.4 鑒頻電路設(shè)計及仿真電路中有兩個單失諧回路斜率鑒頻器，當(dāng)?shù)确恼{(diào)頻波vs同時加到兩個共發(fā)射極單失諧回路鑒頻器晶體管的基極時，晶體管輸出端的并聯(lián)諧振回路l1、c6和l2、c7的諧振頻率分別為f01和f02。它們對稱地處于調(diào)頻波的載頻中心頻率fo的兩邊。設(shè)f01 f0 f02，這樣，當(dāng)輸入信息是調(diào)頻波時，q1集電極輸出的調(diào)頻調(diào)幅波形。它的特點是頻率高時幅度大，頻率低時幅度小。q2的集電極輸出的是調(diào)頻調(diào)幅波形。它的特點是頻率高時幅度小，頻率低時幅度大。a、b兩點間輸出電壓為vc8vc9。 圖5-7 斜率鑒頻電路 圖5-8 鑒頻電路上半部分波形 圖5-9 鑒頻電路下半部分波形 圖5-10 斜率鑒頻電路輸出波形總 結(jié) 課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛