通信電子線路課設(shè)講解

1、目錄一、前言 1二、 設(shè)計(jì)指標(biāo) 錯(cuò)誤!未定義書簽。三、系統(tǒng)總述 2四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真 44.1輸入回路 44.2 咼頻諧振放大器 44.3電容反饋三端振蕩器（考畢茲電路） 64.3.1 振蕩器的概述 64.3.2 LC 選頻放大電路： 64.4單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路 84.5中頻諧振放大器 94.6乘積型同步檢波 10同步檢波的原理 10同步檢波的作用 10五、整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖 13六、設(shè)計(jì)總結(jié) 14七、參考文獻(xiàn) 14一、前言信息傳遞是人類社會(huì)生活的重要內(nèi)容，沒有通信，人類社會(huì)是不可想象的。近年來，電 子工業(yè)的發(fā)展非常驚人，當(dāng)然這些進(jìn)步都成了人類社會(huì)不可缺少的東西，1937年莫爾斯發(fā)明

2、的有線電報(bào)開創(chuàng)了利用電傳遞信息的新時(shí)代。1876年貝爾發(fā)明的電話已成為我們?nèi)粘Ｉ钪?通信的重要工具，1918年，調(diào)幅無線廣播調(diào)幅接收機(jī)的問世；1936年，商業(yè)電視廣播開播。 伴隨著人類的文明，社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電信技術(shù)也以一日千里的速度飛速發(fā)展， 然而無線通信在現(xiàn)在的生活中更重要，我們常用的手機(jī)，無線電話還有各種電器的遙控器等，大到航天小到玩具都離不開發(fā)射和接收設(shè)備。調(diào)幅接收是目前應(yīng)用最廣泛的接收方式之一。調(diào)幅接收機(jī)是一種常用的廣播通信工具，有多種制作形式。在無線電廣播中可分為調(diào)幅 制、調(diào)頻制兩種調(diào)制方式。低頻信號(hào)有效的發(fā)射出去需要經(jīng)過高頻信號(hào)調(diào)制，利用高頻信號(hào) 作為載波，對(duì)信號(hào)進(jìn)

3、行傳遞，可以用不同的調(diào)制方式。目前調(diào)頻式或調(diào)幅式收音機(jī)，一般都 采用超外差式，它具有靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等優(yōu)點(diǎn)。這次課程設(shè)計(jì)我 選用的是超外差式調(diào)幅接收機(jī)。本設(shè)計(jì)包括輸入回路、高頻放大、本機(jī)振蕩與混頻、中頻放 大、解調(diào)和低頻放大。輸入回路是選擇接收信號(hào)的部分，需要調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率；高頻放大是將輸入信號(hào)進(jìn)行放大，同樣需要調(diào)諧于接收機(jī)的工作頻率；解調(diào)是將已調(diào)信號(hào)還原成低 頻信號(hào)；本機(jī)振蕩則是為解調(diào)器提供與輸入信號(hào)載波同頻的信號(hào)；最后的低頻功放則是將聲音信號(hào)放大。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1 范圍：535-1065kHz2.2 中頻頻率：465kHz2.3 靈敏度：<1mV/m2

4、.4 選擇性：20lg >14dB2.5 輸出功率：最大不失真功率100mW2.6 消耗：靜態(tài)時(shí)，w 12mA額定時(shí)約80Ma三、系統(tǒng)總述超外差式調(diào)幅接收機(jī)原理本設(shè)計(jì)采用超外差式調(diào)幅接收機(jī)。超外差式調(diào)幅接收機(jī)的組成原理框圖如圖3-1所示圖3-1 超外差式調(diào)幅接收機(jī)原理圖中，高頻放大器由一級(jí)或多級(jí)小信號(hào)調(diào)諧放大器組成，用來放大電磁波在天線上感生 的有用信號(hào)；同時(shí)，利用放大器中的諧振回路抑制其他頻率的干擾信號(hào)。由于諧振放大器的 中心頻率隨所接收信號(hào)的頻率的不同而變化，因此，高頻放大器必須是可調(diào)諧的?；祛l器是 將已調(diào)信號(hào)不失真地變換為中頻已調(diào)信號(hào)的變換電路，本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的高頻震蕩信號(hào)的頻 率

5、是載波頻率和中頻頻率之和。由于載波頻率是隨接收信號(hào)的不同而變化的，所以，本振頻 率是跟蹤載波頻率同步變化的，以使得中頻信號(hào)是固定值。中頻放大器用來放大中頻調(diào)幅信 號(hào),由于中頻頻率已固定，因此中頻放大器的選擇性和增益可以設(shè)計(jì)得很好，并使選擇性、放大性等性能 得到極大的提高。檢波器濾去高頻分量，得到反映信息的調(diào)制信號(hào)。最后經(jīng)過功率放大器向揚(yáng)聲器提供必 要的推動(dòng)功率。超外差調(diào)幅收音機(jī)基本原理：空間有許許多多電臺(tái)發(fā)送的電磁波，它們都自己 的固定頻率，收音機(jī)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(hào)。由調(diào)諧電路選擇出的所需要的電臺(tái)信號(hào)是已調(diào)幅的高頻信號(hào)， 并

6、且十分微弱，需要先經(jīng)過高頻小信號(hào)放大器進(jìn)行放大處理，再經(jīng)過變頻器（混頻器和本振）將高頻信號(hào)變?yōu)轭l率為465KHZ的中頻信號(hào)，這是超外差式收音機(jī)的核心部分，由于它是調(diào)制 信號(hào)，喇叭無法將這種信號(hào)直接還原成聲音，因此，必須從高頻信號(hào)中把音頻信號(hào)分離出來，這個(gè)分離過程稱為解調(diào)，或檢波。在收音機(jī)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(hào)經(jīng)檢波還原出音頻信號(hào)，再經(jīng)過低頻功放然后送往喇叭，喇叭將音頻信號(hào)還 原為聲音。收音機(jī)接收天線將廣播電臺(tái)播發(fā)的高頻的調(diào)幅波接收下來，通過變頻級(jí)把外來的 各調(diào)幅波信號(hào)變換成一個(gè)低頻和高頻之間的固定頻率一 465KHz（中頻），然后進(jìn)行放大，再由 檢波級(jí)檢出

7、音頻信號(hào)，送入低頻放大級(jí)放大，推動(dòng)喇叭發(fā)聲。而不是把接收天線接收下來的 高頻調(diào)幅波直接放大去檢出音頻信號(hào) （直放式）。超外差式收音機(jī)由輸入回路高放混頻級(jí)、 一 級(jí)中放、二級(jí)中放、前置低放兼檢波級(jí)、低放級(jí)和公放級(jí)等部分組成，接受頻率范圍為 535KHZ1605KH 的中波段。從天線接收到的微弱高頻信號(hào) V1先經(jīng)過一級(jí)或幾級(jí)高頻小信號(hào)放大器放大為 V2,然后 送至混頻器與本地振蕩器所產(chǎn)生的等幅振蕩電壓V3相混合，所得到的輸出電壓 V4包絡(luò)線形狀不變，仍與原來的信號(hào)波形相似，但載波頻率則轉(zhuǎn)換為V2、V3兩個(gè)高頻頻率之差，這叫做中頻。中頻電壓V4再經(jīng)中頻放大器放大為 V5,送入檢波器，得到檢波輸出電壓

8、 V6,最后再 經(jīng)低頻放大器放大為V7，送至揚(yáng)聲器中轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?hào)。天線接收到的高頻信號(hào)通過輸入，將所要收聽的電臺(tái)在調(diào)諧電路里調(diào)好以后，經(jīng)過電路 本身的作用，就變成另外一個(gè)預(yù)先確定，好的頻率（我國為465KHZ，然后再進(jìn)行放大和檢波。這個(gè)固定的頻率，是由差頻的作用產(chǎn)生的。 我們音機(jī)內(nèi)制造一個(gè)振蕩電波（通常稱為本機(jī) 振蕩），使它和外來高頻調(diào)幅信號(hào)同時(shí)送到一個(gè)晶體管內(nèi)混合，這種工作叫混頻。由于晶體管的非線性作用導(dǎo)致混頻的結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的頻率，這就是外差作用。任何電臺(tái)的頻率， 由于都變成了中頻，放大起來就能得到相同的放大量。調(diào)諧回路的輸出，進(jìn)入混頻級(jí)的是高 頻調(diào)制信號(hào)，即載波與其攜帶的音頻信號(hào)。

9、混頻器輸出的攜音頻包絡(luò)的中頻信號(hào)由中頻放大 電路進(jìn)行一級(jí)、兩級(jí)甚至三級(jí)中頻放大，從而使得到達(dá)二極管檢波器的中頻信號(hào)振幅足夠大。 二極管將中頻信號(hào)振幅的包絡(luò)檢波出來，這個(gè)包絡(luò)就是我們需要的音頻信號(hào)。音頻信號(hào)最后 交給低放級(jí)放大到我們需要的電平強(qiáng)度，然后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出足夠的音量。四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真4.1輸入回路磁性天線感應(yīng)來的信號(hào)送到諧振回路 L1Ca,由于L1Ca諧振回路調(diào)諧在欲接收信號(hào)的 回路上，因此其他的干擾信號(hào)將被抑制。輸入回路的設(shè)計(jì)如圖4.1-1所示30pF VARKey = A50%Ca12d CWLT_PQ_4_20C2 TIOrF圖4-1輸入回路輸入回路由電感線圈和可變電容構(gòu)成

10、。 由于本振頻率是跟蹤載波頻率同步變化的， 因此 該處的可變電容要Ca和后面的可變電容Cb聯(lián)調(diào)。磁性天線采用5mM 13mrK 55mm的中波磁 棒，初級(jí)用線經(jīng)0. 17毫米的漆包線繞100圈，次級(jí)用同規(guī)格的線繞10圈。這樣就把磁棒天 線接收到的信號(hào)耦合到了 cd端，繼而送到高頻放大器 BG1的基極。T1是磁性天線線圈，從 天線接收進(jìn)來的高頻信號(hào)，通過輸入調(diào)諧電路的諧振選出需要的電臺(tái)信號(hào)，當(dāng)改變 Ca時(shí)，就 能收到不同頻率的電臺(tái)信號(hào)。4.2高頻諧振放大器高頻諧振放大器是放大中心頻率在幾百兆赫茲到幾百千兆赫茲的放大器。它在通信電子 系統(tǒng)中有著重要的用途，通常應(yīng)用在廣播、電視、通信、雷達(dá)等無線通信

11、的前段接收機(jī)中， 其對(duì)接收機(jī)的靈敏度、抗干擾性和選擇性等整機(jī)指標(biāo)有關(guān)鍵性影響。高頻諧振放大器主要由 衰減網(wǎng)絡(luò)、LC諧振放大、電壓跟隨和電源四大模塊組成。衰減器采用電阻式n型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。LC諧振放大中選用功耗小的 2N2222型三極管進(jìn)行兩級(jí)放大 丄C諧振部分為放大器的負(fù) 載；電壓跟隨采用集成運(yùn)放 OPA355以實(shí)現(xiàn)電路阻抗的良好匹配；為了給放大器工作提供穩(wěn) 壓電源，采用LM317穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)電源。經(jīng)測(cè)試，放大器低功耗、高增益，具有良好 的選擇性。C2±7pFC780 %R12k QL12.5nHV：C15 V10MHz100kHz27nFR23.5k QC3PF *8pF =AR

12、3-820 hQ12N1711C4:ilOOpF2T1R4200 QR5Wr-49k Q VCCC520V*12pF XSC1850pF圖4-2咼頻諧振放大器電路示波器-XSC1標(biāo)痕：it） S*刻度：邊憐割康："妙EE a B ExtX軸位移格）：o詢位移格1卜抽位移（櫛：-3.2水平：0VW1潮Tl両9 交濟(jì) II。sac單坎1是常1自動(dòng)II無L&向保存T1 4- 4T2 >時(shí)間魚道工適道，.QOOug3.斗 21 mV4.118 V0,000 us-1421 nV4,113 VT2訂10.000s0.000 ¥0,000 V旳基通過A 逕謔三 m4.3電

13、容反饋三端振蕩器（考畢茲電路）振蕩器的概述振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可分為反饋型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器，根據(jù)所產(chǎn)生的 波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器； 根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)可分為LC振蕩器、晶體振蕩器、 RC振蕩器等。反饋型振蕩器的原理框圖如下：圖4-4反饋振蕩器原理圖4.3.2 LC選頻放大電路：基本電路就是通常所說的三端式（又稱三點(diǎn)式）的振蕩器，即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體 管的三個(gè)電極分別連接而成的電路。根據(jù)諧振回路的性質(zhì)，諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性，因而有X, X2 X30一般情況下，回路Q值很高，因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流？b 、集電極電流？c以及發(fā)射極電流?e,故有U jX2

14、IUcjX, I因此XI、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件?？籍吰濍娐返膬?yōu)點(diǎn)1電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。2電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。圖4-6電容三點(diǎn)式振蕩器電路仿真波形4.4單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路在現(xiàn)代通信和廣播電視接收中，對(duì)接收到的信號(hào)再解調(diào)前要進(jìn)行混頻（也稱變頻）處理， 將信號(hào)的中心頻率及各分量頻譜搬移至新的頻段各分量的頻率間隔和相對(duì)幅值保持不變。進(jìn) 行這種頻率變換時(shí)，新的頻率等于等于原信號(hào)的頻率與某一參數(shù)頻率之和或差，取其和著稱 為上混頻，取其差著稱為下混頻。新的中心頻率通常稱為中間頻率，簡稱中頻，參考頻率稱 為本機(jī)振蕩頻率

15、，簡稱本振。由于混頻是頻譜的線性搬移，原則上講，用于振幅調(diào)制與解調(diào)的電路均可用于混頻，只 需要改變輸入回路和輸出濾波器的參數(shù)。乘法器能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號(hào)間的相乘功能，是一種普遍應(yīng)用的非線性模擬集 成電路。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步、檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解 調(diào)的過程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比 采用分立器件如二極管和三極管要簡單得多，而且性能優(yōu)越。所以本實(shí)驗(yàn)采用乘法器電路實(shí) 現(xiàn)混頻。模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)相乘的器件，是一種通用性很強(qiáng)的非線性器件。因 可變跨導(dǎo)差分對(duì)模擬乘法器具有精度高載漏小，工作頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛

16、用于振幅調(diào)制、解調(diào)和混頻。通道E標(biāo)度：sOOz/DiM訓(xùn)度；2 VADiu童 1度；Ido uV/DiuI迪沿*ESH b a'T袖氈移（櫛：X_*紬位移（惜）:32K平：0| V”/r 羽口 B/A 4/B1垂fell 0 II直兼1IgSSlE直涼 3導(dǎo)|單K |正津自訥.無保存單差分對(duì)構(gòu)成的乘法器混頻電路仿真波形圖4-8189.2S4mV 139.24 mV 0.000 Vmo -27.415 uV -27.15 U¥ 0.000 V示波器-XSG<T1 4-T2 *TlTl囹4.500 ms .500 msOhCiCO s4.5中頻諧振放大器中頻諧振放大器的主要

17、作用是提高增益和抑制臨近干擾。中頻放大電路是指變頻輸出至 檢波之間的電路，其性能直接影響接收機(jī)的靈敏度，選擇性和頻率特性等指標(biāo)。一般的接收 機(jī)都采用兩級(jí)中頻放大、三個(gè)中頻變壓器和中頻放大電路同時(shí)作用時(shí)選頻。放大中頻信號(hào)和 耦合傳送信號(hào)對(duì)中頻放大電路的要求是：增益大，選擇性好，有一定寬度的中頻帶，放大電 路的穩(wěn)定性要好等。圖4-10中頻諧振放大電路仿真波形4.6乘積型同步檢波同步檢波的原理同步檢波又稱為相干檢波，乘積型同步檢波由乘法器和低通濾波器組成。乘積型同步檢波的原理圖如圖4.5-1所示：圖4-11乘積型同步檢波原理圖4.6.2同步檢波的作用同步檢波是用一個(gè)和載信號(hào)同頻同相的本振信號(hào)與以調(diào)信

18、號(hào)相乘來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。如 下圖所示，已調(diào)信號(hào)和載波頻率都為 50kHz,經(jīng)相乘器得到解調(diào)信號(hào)，然后再經(jīng)過低通濾波器 濾去高頻成分，得到所需的解調(diào)信號(hào)。其中紅色的為已調(diào)信號(hào)，綠色的為解調(diào)信號(hào)，藍(lán)色的 為經(jīng)過低通濾波器之后的信號(hào)。圖4-12乘積型同步檢波電路圖4通道示波器<>時(shí)間i魚逍通道JC通頑L旦向linn m i-o58.904ms-353. Er46 mV-SIS. 253 mV-715.5-40 mXi/jlTt弓8904 ms353.5-46. mV-618.253 mV-715,珂 m1T1?T2ri0.000 e0.000 VO.QM V0.000 VGND時(shí)呈 二二

19、邊召:刀丨七如標(biāo)度500刻度：1 gwK軸位穆酩）:。衛(wèi)°B水平：0 Vc| Y/T AJB > A +8 >7 單次丨正常|自雄醫(yī)畫訛4.7低頻放大功率放大器的主要任務(wù)是輸出大的信號(hào)功率，它的輸入、輸出電壓和電流都較大，是大 信號(hào)放大器。它消耗能量多，信號(hào)容易失真，輸出信號(hào)的功率大。低頻放大的作用是產(chǎn)生足夠大的功率，以便推動(dòng)喇叭工作。該低頻放大工作在乙類的放 大電路，雖然管耗小，有利于提高效率，但存在嚴(yán)重的失真。如果用兩個(gè)管子，使之都工作 在乙類放大狀態(tài)，但一個(gè)在正半周工作，另一個(gè)在副半周工作，同時(shí)使這兩個(gè)輸出波形都加 在負(fù)載上，從而在負(fù)載上得到一個(gè)完整的波形，這樣就能解決效率與失真的矛盾。此處的低 頻放大指的是功率放大級(jí)的末前級(jí)，功能是對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行放大，其電路如圖4.6-1所示:圖4-15低頻功率放大電路的仿真波形設(shè)計(jì)圖itakhllrTr六、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過我們組同學(xué)的商量，我拿到的設(shè)計(jì)任務(wù)為乘積型同步檢波電路和低頻功率放大器電 路的設(shè)計(jì)。在拿到題目的幾天里，查閱了圖書館、in ternet網(wǎng)，閱讀了大量的調(diào)幅接收機(jī)設(shè) 計(jì)的資料，并且整理了它們。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我懂得了調(diào)幅接收機(jī)的工作原理。在今 后的實(shí)踐工作中，它將