太原理工高頻調(diào)頻接收機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、 本科課程設(shè)計(jì)報告課程名稱： 高頻電子線路 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 北區(qū)多學(xué)科樓電路實(shí)驗(yàn)室 專業(yè)班級： 電子信息1002 學(xué) 號： 201000 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 王耀力 2012 年 1月11日一、設(shè)計(jì)目的通過本實(shí)驗(yàn)，要求掌握基本的調(diào)頻接收機(jī)電路的構(gòu)成與調(diào)試方法，了解集成電路單片接收機(jī)的性能及應(yīng)用。二、主要技術(shù)指標(biāo)1. 工作頻率范圍接收機(jī)可以接受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機(jī)的工作頻率必須與發(fā)射機(jī)的工作頻率相對應(yīng)。如調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88108MH，是因?yàn)檎{(diào)頻廣播收音機(jī)的工作范圍也為88108MHz2. 靈敏度接收機(jī)接收微弱信號的能力稱為靈敏度，通常用輸入

2、信號電壓的大小來表示，接收的輸入信號越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機(jī)的靈敏度一般為530uV。3. 選擇性接收機(jī)從各種信號和干擾中選出所需信號（或衰減不需要的信號）的能力稱為選擇性，單位用dB（分貝）表示dB數(shù)越高，選擇性越好。調(diào)頻收音機(jī)的中頻干擾應(yīng)大于50dB。4. 頻率特性接收機(jī)的頻率響應(yīng)范圍稱為頻率特性或通頻帶。調(diào)頻機(jī)的通頻帶一般為200KHz。5. 輸出功率接收機(jī)的負(fù)載輸出的最大不失真（或非線性失真系數(shù)為給定值時）功率稱為輸出功率。三、調(diào)頻接收機(jī)的工作原理 使載波頻率按照調(diào)制信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號的頻率決定。已調(diào)波的振幅

3、保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。調(diào)頻制無線電廣播多用超短波(甚高頻)無線電波傳送信號，使用頻率約為88MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。接收機(jī)可以接收到的無線電波的頻率范圍稱為接收機(jī)的工作頻率范圍或波段覆蓋。 我們廣播節(jié)目的聲波，經(jīng)過電聲器件轉(zhuǎn)換成聲頻電信號，并由聲頻放大器放大，振蕩器產(chǎn)生高頻等幅振蕩信號；調(diào)制器使高頻等幅振蕩信號被聲頻信號所調(diào)制；已調(diào)制的高頻振蕩信號經(jīng)放大后送入發(fā)射天線，轉(zhuǎn)換成無線電波輻射出去。收音機(jī)的接收天線收到空中的電波；調(diào)諧電路選中所需頻率的信號；檢波器將高頻信號還原成聲頻信號(即解調(diào))；解調(diào)后得到的聲頻信號再經(jīng)

4、過放大獲得足夠的推動功率；最后經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換還原出廣播內(nèi)容。無線電通信(廣播也屬于無線電通信范疇)的發(fā)送和接收可概括為互為相反的三個方面的轉(zhuǎn)換過程，即：傳送信息低頻信號，低頻信號高頻信號，高頻信號電磁波。但是接收天線所收到的電磁波很微弱。為了提高接收機(jī)的靈敏度，可在檢波器之前加一級至幾級高頻小信號放大器，然后再檢波。檢波之后，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)牡皖l放大，最后送到揚(yáng)聲器或耳機(jī)中轉(zhuǎn)為聲音，這樣的接收機(jī)叫做直接放大式接收機(jī)。它的缺點(diǎn)是，對于不同的頻率，接收機(jī)的靈敏度和選擇性變化叫劇烈，而且靈敏度因?yàn)槭艿礁叻挪环€(wěn)定的影響，不能過高。所以現(xiàn)在的接收機(jī)幾乎全是超外差式接收機(jī)，包括上面的兩個實(shí)驗(yàn)。超外差式接收機(jī)的基

5、本原理是：從天線收到的微弱高頻信號先經(jīng)過一級或幾級的高頻小信號放大器放大，然后送至混頻器與本地振蕩器所產(chǎn)生的等幅振蕩電壓想混合，所得到的輸出電壓包絡(luò)線形狀不變，仍與原來的信號波形相似，但載波頻率所轉(zhuǎn)換為兩個高頻頻率之差，（或和），這叫做中頻。中頻電壓再經(jīng)中頻放大器放大，送入檢波器，得檢波輸出電壓。最后檢波輸出電壓經(jīng)低頻放大器放大，送到揚(yáng)聲器（或耳機(jī)）中轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?。調(diào)頻接收機(jī)的工作原理框圖如下天線輸入回路高頻放大混 頻低頻功放中頻放大 本機(jī)振蕩一 提供的設(shè)備及材料1.設(shè)備：示波器一臺、萬用表一塊、低頻信號源、調(diào)頻信號發(fā)射模塊（輸出載波10.7MHz,最大頻偏20kHz的調(diào)頻波）、12V直流電

6、源、5V直流電源。2.集成電路芯片MC3361、晶體管3DG12C、455kHz陶瓷濾波器、10.245MHz晶體。3.變壓器、標(biāo)稱電感、電容、電阻若干。四、單元電路設(shè)計(jì)1.高頻功率放大電路如下圖所示為共射級接法的晶體管高頻小信號放大器。他不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負(fù)載為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(dǎo)線的分布參數(shù)等會影響的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由電阻RA2,RA3,RA4及RA6決定，其計(jì)算方法與低頻單管放大器相同。從天線ANTA1接收到的高頻信號經(jīng)過CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號為fs=10.7MHZ的有

7、用信號，經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大，由CA3、TA1初級組成的調(diào)諧回路，進(jìn)一步濾除無用信號，將有用信號經(jīng)變壓器和CB1耦合進(jìn)入MC3361。2.混頻電路因?yàn)橹蓄l比外來信號頻率低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機(jī)的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復(fù)雜的回路系統(tǒng)或?yàn)V波器進(jìn)行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性。如果器件僅實(shí)現(xiàn)變頻，振蕩信號由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。四個二極管組成平衡電路如下圖所示。構(gòu)成的二極管環(huán)形混頻電路中，各二極管均工作在受參考信號控制的開關(guān)的狀態(tài)，它是另一類開關(guān)工作的乘法器。作混頻器時，vS=Vsmcoswct為輸入，

8、R口， vL=VLmcoswLt為本振，L口，為負(fù)載電阻，取出中頻信號，I口。Tr1、Tr2為有中心抽頭的寬頻帶變壓器，初、次級匝數(shù)比為1：1。為四只二極管。足夠大，遠(yuǎn)大于，則各二極管均工作在受控制的開關(guān)狀態(tài)。正半周，、導(dǎo)通，、截止。負(fù)半周，、截止，、導(dǎo)通。二極管環(huán)形混頻器具有如下特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)上四個二極管接成環(huán)形。作為混頻時，環(huán)形的兩個對角端AB和CD通過變壓器接入本振信號VL和有用信號VS. 如果電路平衡,則各端口是相互隔離的,即L端口的本振信號不會通到R端,R端口的有用信號不會竄入L端,有用信號和本振信號均不會通到I端. 有增益,存在損耗.作為混頻器時,混頻損耗的理論值為4dB 為調(diào)幅器時

9、,考慮到高頻變壓器的低頻頻率特性差的缺點(diǎn),調(diào)制信號改從端口輸入,載波信號從端口輸入,從端輸出振幅調(diào)制信號.3.中頻放大電路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(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等性能指標(biāo)起著極其重要的作用。 下圖（a）是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖（b）為它的交流等效電路。圖中B1、B2為中頻變壓器，它們分別與C1、C2組成輸入和輸出選頻網(wǎng)絡(luò)，同時還起阻抗變換的作用，因此，中頻變壓器是中放電路的關(guān)鍵元件。 中頻變壓器的初級線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，由于并聯(lián)諧振回路對詣?wù)耦l率的信號阻抗很大，對非諧振頻率的信號阻抗較小。所以中頻

10、信號在中頻變壓器的初級線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級放大，對非諧振頻率信號壓降很小，幾乎被短路（通常說它只能通過中頻信號），從而完成選頻作用，提高了接收機(jī)的選擇性。 由LC調(diào)諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶Bf2- f1fd/QL，式中QL是回路的有載品質(zhì)因數(shù)。QL值愈高，選擇性愈好，通頻帶愈窄；反之,通頻帶愈寬，選擇性愈差。（a） 中頻放大電路 （b）中頻等效電路4.鑒頻電路下圖是回路鑒頻器的原理圖。它是由三個調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。初級回路諧振于調(diào)頻信號的中心頻率，其通帶較寬。5.MC3361的功能介紹 在本實(shí)驗(yàn)中采用了MC3361芯片

11、，所以工作原理中的混頻、中頻放大、鑒頻、低頻放大等其他功能電路全部由MC3361實(shí)現(xiàn)MC3361是美國MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片窄帶調(diào)頻接收電路，主要應(yīng)用于語音通訊的無線接收機(jī)。片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開關(guān)電路。主要應(yīng)用在二次變頻的通訊接收設(shè)備。其主要特性如下：a低功耗（在Vcc=4.0V，耗電典型值僅為3.9mA）b極限靈敏度：2.6uV(-3bB)（典型值）c 少量的外接元件d工作電壓：2.08.0VeDIP16和SO-16兩種封裝形式f 工作頻率：60MHz(max)MC3361內(nèi)部電路如下 : MC3361集成電路采用16

12、腳雙列直插式封裝。它具有較寬的電源電壓范圍(29V)，能在2V低電源電壓條件下可靠地工作，耗電電流小(當(dāng)Vcc=3.6V時，靜態(tài)耗電電流典型值為2.8mA),靈敏度高(在2.0V輸入時典型值為3dB)，音頻輸出電壓幅值大。它的內(nèi)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。IC內(nèi)設(shè)置有雙平衡雙差分混頻器、電容三點(diǎn)式本機(jī)振蕩器、六級差動放大器構(gòu)成的調(diào)頻455kHz寬帶中頻限幅放大器、雙差分正交調(diào)頻鑒頻器、音頻放大器及靜噪控制電路。MC3361的內(nèi)部振蕩電路與Pin1和Pin2的外接元件組成第二本振級，第一中頻IF輸入信號10.7MHz從MC3361的Pin16輸入，在內(nèi)部第二混頻級進(jìn)行混頻，其差頻為：10.700-1

13、0.245=0.455MHz，也即455kHz第二中頻信號。 第二中頻信號由Pin3輸出，由455kHz陶瓷濾波器選頻，再經(jīng)Pin5送入MC3361的限幅放大器進(jìn)行高增益放大，限幅放大級是整個電路的主要增益級。Pin8的外接元件組成455kHz鑒頻諧振回路，經(jīng)放大后的第二中頻信號在內(nèi)部進(jìn)行鑒頻解調(diào)，并經(jīng)一級音頻電壓放大后由Pin9輸出音頻信號。Pin12Pin15為載頻檢測和電子開關(guān)電路，通過外接少量的元件即可構(gòu)成載頻檢測電路，用于調(diào)頻接收機(jī)的靜噪控制。MC3361內(nèi)部還置有一級濾波信號放大級，加上少量的外接元件可組成有源選頻電路，為載頻檢測電路提供信號，該濾波器Pin10為輸入端，Pin11

14、為輸出端。Pin6和Pin7為第二中放級的退耦電容。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)按下開關(guān)，調(diào)試好小信號放大單元電路，調(diào)試好高頻功率放大單元電路。(2)連接好發(fā)射電路和接收電路（連LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1），同時用實(shí)驗(yàn)箱所配的天線（一端帶夾子的導(dǎo)線）分別將發(fā)射單元的天線ANTE1和本實(shí)驗(yàn)單元天線ANTA1連好。(3)在不加調(diào)制信號的情況下，接通發(fā)射電路和接收電路的電源，調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管單元的L84，用示波器探頭測量TTB2，當(dāng)TTB2處有455 KHz的信號輸出時，說明調(diào)頻單元的工作頻率在10.7MHz附近。此時從處加入1KHz，峰峰值為100mV左右的調(diào)制信號，則從TTB1處用示波器可觀測到輸出的解調(diào)波。(4)當(dāng)從TTB1處觀察鑒頻輸出信號，此時如果波形失真可以微調(diào)LB1和微調(diào)L84。注意觀察鑒頻信號頻率與調(diào)制信號頻率是否一致，幅度大小與調(diào)制頻偏的關(guān)系（調(diào)制頻率可以通過改變調(diào)制信號大小來改變）。如果TTB1處的信號失真，一般要考慮是否調(diào)制信號幅度過大以及變?nèi)荻O管調(diào)頻產(chǎn)生的調(diào)頻信號的中心頻率偏高10.7MHz太遠(yuǎn)。六、包絡(luò)檢波仿真圖七、心得體會通過這次課程設(shè)計(jì)我們更好地鞏固和加深對