超外差調(diào)幅接收機

1、 吉林建筑電氣與計算機學(xué)院 高頻電子線路課程設(shè)計報告 設(shè)計題目： 超外差式調(diào)幅接收機 專業(yè)班級： 信科121 學(xué)生姓名： 張雙旭 學(xué) 號： 100312103 指導(dǎo)教師： 高曉紅 王超 設(shè)計時間： 2015.9.212015.10.9 目 錄 教師評語： 成績 評閱教師 日期 目錄 一、設(shè)計概述.1 1.1設(shè)計目的及要求.1 1.2設(shè)計內(nèi)容.1 二、工作原理.1 三、總體設(shè)計方案.2 四、單元電路設(shè)計.3 4.1高頻放大器電路.3 4.2本地振蕩器電路.4 4.3混頻器電路.5 4.4中頻放大器電路.6 4.5振幅檢波器電路.7 4.6低頻放大器電路.7 五、系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析.8 5.1系統(tǒng)

2、工作流程.8 5.2總電路的仿真分析.8 5.3仿真結(jié)果.9 六、總結(jié)與體會.13 七、參考文獻 .14 附錄一.15 1 一、設(shè)計概述 1.1設(shè)計目的及要求 （1）回顧課堂所學(xué)到的知識，通過翻閱教科書和相關(guān)資料，瀏覽網(wǎng)頁等方式收集相關(guān)信息，自行學(xué)習(xí)所需的知識盲點，激發(fā)靈感為畢業(yè)設(shè)計做準備。 （2）通過獨立思考和策劃來培養(yǎng)一定的獨立分析問題、解決問題的能力。 （3）熟練掌握Multiuse、MATLAB、System View等軟件的仿真。 （4）掌握超外差調(diào)幅接收機的工作原理，以及對其電路模塊高頻小信號放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、檢波器、低頻放大器等的電路、原理、功能的鞏固理解。

3、 1.2設(shè)計內(nèi)容 （1）明白掌握超外差調(diào)幅接收機的原理。 （2）設(shè)計出總體方案并設(shè)計接收機的各個單元電路，畫出單元電路圖。 （3）應(yīng)用multisim軟件，對所設(shè)計的各部分電路進行仿真驗證。 （4）技術(shù)指標(biāo): 接收頻率范圍5351605KHz，輸出功率150mW，靈敏度50V。 二、工作原理 本次設(shè)計采用超外差調(diào)幅接收機，它總體有六大功能模塊組成，分別為高頻小信號放大、混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大。 接收天線將接收到的微弱信號經(jīng)過高頻小信號放大器放大器將有用信號進行放大，并抑制干擾信號，然后信號經(jīng)過變頻器進行變頻。其中變頻器是由混頻器與本地振蕩器組成，將高頻信號變成中頻信號，然后中頻信

4、號經(jīng)過中頻放大器進行功率放大，然后再經(jīng)過檢波器進行檢波，即對信號進行解調(diào)，將信號變成變成低頻調(diào)制信號，最后進過低頻放大器進行功率放大以實現(xiàn)對揚聲器的驅(qū)動。 為了使混頻和本振分別調(diào)到最佳狀態(tài)，要采用單獨的本振。因為不管電臺信號頻率如何都變成為中頻信號，然后都能進入中頻放大級，所以對不同頻率電臺都能夠進行均勻地放大。中放的級數(shù)可以根據(jù)要求增加或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，而只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成選臺。 2 超外差電路的典型應(yīng)用是超外差接收機，其優(yōu)點是容易得到

5、足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。具有較高的選擇性和較好的頻率特性，容易調(diào)整。缺點是電路比較復(fù)雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。其原理框圖如圖1所示。 混頻器 中頻 振幅 高頻 放大器 低頻 放大器 本地 振蕩器 放大器 檢波器 圖1 原理框圖 三、總體設(shè)計方案 超外差式調(diào)幅接收機電路由六部分組成，分別為高頻小信號放大、混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大。 （1）高頻小信號放大：高頻放大器是用來放大高頻信號的器件，在接收機中高頻小信號放大所放大的對象是已調(diào)信號，它除載頻信號外還有邊頻分量，運用并聯(lián)諧振回路作為負載。 （2）混頻：混頻是將高頻放大信號和本振信號混合

6、，輸出一個中頻信號。在調(diào)幅電路中，本振信號必須是獨立的，這是與調(diào)幅電路最大的一個區(qū)別。混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實現(xiàn)。 （3）本振：本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號混頻，得到一個中頻信號。混頻器和本振放在一起叫做變頻器。 （4）中頻放大：如果外來信號和本機振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進入放大電路。因此在接收一個需要的信號時，混進來的干擾電波首先就在變頻電路被剔除掉，加之中頻放大電路是一個調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機的選擇性指標(biāo)很高。超外差式接收機能夠大大提高收音機的增益、靈敏度和選擇性。

7、因為不管電臺信號頻率如何都能變成為中頻信號，然后都能進入中頻放大級，所以對不同頻率電臺都能夠進行均勻地放大。中放的級數(shù)可以根據(jù)要求增加 3 或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺，要避免使用多聯(lián)同軸可變電容器，只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。 （5）檢波：將音頻信號或視頻信號從高頻信號(無線電波)中分離出來叫解調(diào)也叫檢波。檢波分為同步檢波和包絡(luò)檢波。 （6）低頻放大：一般從檢波電路輸出的信號都比較小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進行放大。一般采用運算放大器進行放大。 四、單元電路設(shè)計

8、4.1高頻放大器電路 高頻放大器一般采用調(diào)諧于工作頻率的諧振電路作為輸入和輸出電路，因此高頻放大器在放大微弱的高頻信號的同時，還可以起到濾除鏡象干擾和中頻干擾的作用。高頻放大器與低頻相比較，它的工作頻率高，但整個工作頻帶寬度比較窄。雖然高頻放大器對信號具有放大作用，但設(shè)置高頻放大器的主要目的是著眼于提高輸出信噪比。對于高頻小信號放大器來說，由于信號小，可以認為它工作在晶體管的線性范圍內(nèi)。高頻放大器電路圖如圖2所示。 圖2 高頻放大電路路圖 4 4.2本地振蕩器電路 本振電路采用改進型電容三點式振蕩電路。本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個和調(diào)幅信號相乘的高頻信號，通過信號相乘以得到新的頻率。若振蕩器不能夠

9、穩(wěn)定工作，就會使產(chǎn)生的中頻信號不穩(wěn)。如果本振電路的輸出不穩(wěn)定，將引起變頻器輸出信號的大小改變，振蕩頻率的漂移將使中頻改變。 為保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。振蕩器的振幅與振蕩管的特性以及反饋電路的特性有關(guān)。本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率。本地振蕩器電路如圖3所示。 圖3 本地振蕩器電路圖 5 4.3混頻器電路 混頻器是一個變頻電路，高頻放大電路和本地振蕩電路的輸出信號加到混頻器的輸入端，得到一個差頻，調(diào)諧回路的輸出，進入混頻級的是高頻調(diào)制信號，即載波與其攜帶的調(diào)制信號。經(jīng)過混頻，輸出載波的波形變得很稀疏其頻率降低，但音頻信號的形狀沒有變，通常將這個

10、過程(混瀕和本振的作用)叫做變頻。 混頻電路的原理是，把本機振蕩產(chǎn)生的高頻等幅振蕩信號f1與輸入回路選擇出來的廣播電臺的高頻已調(diào)波信號f2同時加到非線性元件的輸入端。利用元件的非線性作用（晶體管的非線性作用）進行混頻。輸出頻率為f1、f2以及頻率為f1+ f2、f1f2、高次諧波等多種信號。在設(shè)計中采用晶體三極管混頻器，晶體三極管環(huán)型混頻器的優(yōu)點是工作頻帶寬，可達到幾千兆赫，噪聲系數(shù)低，混頻失真小等，但其主要缺點就是沒有混頻增益。由于混頻器處于接收機的前端，它的噪聲電平高低對整機有較大的影響，因此要求混頻器的噪聲系數(shù)越小越好。由于混頻依靠非線性特性來完成，因此在混頻過程中會產(chǎn)生各種非線性干擾，

11、如組合頻率，交叉調(diào)制，互相調(diào)制等干擾。這些干擾將會嚴重的影響通信質(zhì)量，因此要求混頻電路對此應(yīng)能有效的抑制。混頻器電路圖如圖4所示。 圖4 混頻器電路圖 6 4.4中頻放大器電路 由于中頻是恒定的，所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺，避免使用多聯(lián)同軸可變電容器。中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機的靈敏度、選擇性和通頻帶等指標(biāo)起著極其重要的作用。不必每級都加入可變電容器選擇電臺，只需在調(diào)諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就接收。中頻放大器電路圖如圖5所示。 圖5 中頻放大器電路 7 4.5振幅檢波器電路 把信號從中頻放大輸出的載波中

12、解調(diào)出來，需要用到檢波電路。檢波器包括同步檢波器和包絡(luò)檢波器。本次設(shè)計采用包絡(luò)檢波器，檢波器電路圖如圖6所示。 圖6 檢波器電路圖 4.6低頻放大器電路 一般從鑒頻器輸出的信號都比較小，為了得到所需的信號必須將輸出信號進行放大。一般采用三極管放大電路來實現(xiàn)這一功能，低頻放大電路圖如圖7所示。 圖7 低頻放大電路圖 8 五、系統(tǒng)仿真結(jié)果與分析 5.1系統(tǒng)工作流程 空間中有許許多多電臺發(fā)送的電磁波，它們都有自己的固定頻率，收音機通過天線和由電感線圈和可變電容器組成的諧振電路（稱調(diào)諧電路）來選擇性的接收所需高頻信號。由調(diào)諧電路所選擇出的所需要的電臺信號是已調(diào)幅的高頻信號，并且十分微弱，需要先經(jīng)過高頻

13、小信號放大器進行放大處理，再經(jīng)過變頻器（混頻器和本振）將高頻信號變?yōu)轭l率為465KHZ的中頻信號，這是超外差式收音機的核心部分。由于它是調(diào)制信號，喇叭無法將這種信號直接還原成為聲音，因此必須從高頻信號中把音頻信號分離出來，這個分離過程被稱為解調(diào)或檢波。 在收音機中，檢波是由半導(dǎo)體器件二極管或三極管來完成。調(diào)幅的高頻信號經(jīng)檢波還原出音頻信號，再經(jīng)過低頻功放然后送往喇叭，喇叭將音頻信號還原為聲音。收音機接收天線將廣播電臺播發(fā)的高頻的調(diào)幅波接收下來，通過變頻級把外來的各調(diào)幅波信號變換成一個低頻和高頻之間的固定頻率然后進行放大，再由檢波級檢出音頻信號，送入低頻放大級放大，由動喇叭發(fā)聲。而不是把接收天線

14、接收下來的高頻調(diào)幅波直接放大去檢出音頻信號（直放式）。超外差式收音機由輸入回路高放混頻級、一級中放、二級中放、前置低頻放大器兼檢波級、低放級和功放級等部分組成，接受頻率范圍為535KHZ-1605KHZ的中波段。 5.2總電路的仿真分析 從天線感應(yīng)到的高頻調(diào)幅信號，經(jīng)輸入回路的選擇送入變頻器。本振信號與接收到的高頻調(diào)幅信號在變頻器內(nèi)經(jīng)過混頻作用，得到一個與接收信號調(diào)制規(guī)律相同的固定中頻調(diào)幅信號。該中頻調(diào)幅信號經(jīng)中頻放大后，送入檢波器，把原音頻信號解調(diào)出來，并慮出殘余中頻分量，再由低頻功率放大后推動揚聲器發(fā)出聲音。 經(jīng)過超外差式調(diào)幅接收機的濾波和解調(diào)，輸出信號相比從天線接收的信號平滑，濾除了大部

15、分噪音，電壓也有所提高，信號強度有所加強，并且保證了信號真實性，沒有失真現(xiàn)象產(chǎn)生。本次超外差式調(diào)幅接收機的設(shè)計成功完成，還原了信號的真實性和完整性，濾除了干擾限號，降低了噪聲，達到了預(yù)期的效果。超外差式調(diào)幅接收機總電路仿真圖如圖8所示。 9 圖8 超外差式調(diào)幅接收機總電路仿真圖 5.3仿真結(jié)果 5.3.1高頻放大器仿真 高頻放大器仿真結(jié)果如圖9所示，輸出信號不變，相位有明顯延遲。 圖9 高頻放大器仿真圖 10 5.3.2混頻器 圖10為混頻前仿真圖，圖11為混頻后仿真圖。進入混頻級的是高頻調(diào)制信號，即載波與其攜帶的調(diào)制信號。經(jīng)過混頻，輸出載波的波形變得很稀疏其頻率降低了，但音頻信號的形狀沒有變

16、。 圖10 混頻前仿真圖 圖11 混頻后仿真圖 11 5.3.3本地振蕩仿真 采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器，得到的仿真信號十分穩(wěn)定。本地振蕩仿真圖如圖12所示。 圖12 本地振蕩仿真圖 5.3.4中頻放大器仿真 中頻放大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號加以放大，然后送到檢波器檢波。輸出信號頻率不變，振幅明顯增大。中頻放大器仿真圖如圖13所示。 圖13 中頻放大器電路仿真圖 12 5.3.5低頻放大器仿真 NPN的三極管放大交流電正信號，PNP的放大負信號，兩三極管輪流導(dǎo)通與截止，功率輸出時效較高。一般從鑒頻器輸出的信號都比較小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進行放大。低頻放大器仿真結(jié)果

17、如圖14所示。 圖14 低頻放大器仿真圖 5.3.6 振幅檢波器仿真 將高頻變成低頻，即實現(xiàn)了解調(diào)，從已調(diào)波中獲得信息，并將信號送給低頻放大器。振幅檢波器仿真圖如圖15所示。 圖15 振幅檢波器仿真圖 13 六、總結(jié)與體會 本次為期兩周的課程設(shè)計令我獲益匪淺。對于高頻電子線路這門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，書本上學(xué)的都是一些的理論知識，也比較抽象。但是經(jīng)過這次高頻電子線路的課程設(shè)計，才真正明白理論與實踐的深刻含義，也培養(yǎng)了自己獨立思考問題與獨立的動手能力。并且這次調(diào)頻接收機的設(shè)計，讓我對電路的設(shè)計過程有了一定的了解，也讓我明白了實際中的電路與理想的接線也還是有區(qū)別的。電路的頻率很高，平時電路中很多不用考慮

18、的東西現(xiàn)在都會影響電路的性能，所以電路在選擇原件及布局是時候都要很細心考慮。 在設(shè)計的過程中遇到了很多的問題和困難，仿真過程總是出現(xiàn)各種問題。不過在經(jīng)過上網(wǎng)查詢資料，翻閱相關(guān)書籍和向老師同學(xué)請教后，這些問題也都迎刃而解了。我理解到做任何事情都必須要具備耐心跟恒心，不能夠半途而廢，當(dāng)遇到難題無法解決時要學(xué)會不恥下問，向身邊的同學(xué)詢問和請求幫助。 雖然每學(xué)期都會有這樣實踐性極強的設(shè)計，但是每一次的設(shè)計都是思考和實踐的結(jié)合，是對一學(xué)期學(xué)習(xí)的驗收。什么都只有通過自己動腦，自己動手才能體會學(xué)習(xí)的樂趣，真正享受學(xué)習(xí)的過程，獲得成功的快樂。同時在這次的課程設(shè)計中不僅讓我學(xué)習(xí)到了很多的課本上學(xué)不到的知識。一些問題必須在課程設(shè)計前解決才能夠是課程設(shè)計變得更加順利。只有在不斷的探索與求知中才能得到更多的知識。 本次設(shè)計我熟練操作相關(guān)軟件并加強了自行查閱資料學(xué)習(xí)的能力，為畢業(yè)設(shè)計做準備。也為將來的工作，實踐打下良好的基礎(chǔ)。每一次進行這種通過自己學(xué)習(xí)和反復(fù)改正的設(shè)計實踐都非常增長個人能力也非常的有趣，不僅僅是獨立思考和學(xué)習(xí)，更加是學(xué)以致用，豐富知識，培養(yǎng)興趣