收音機的原理與電路

1、本文由yekangan貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 ?？飘厴I(yè)設計 科畢業(yè)設計 （ 2010 屆 ） 題 學 專 班 學 目 院 業(yè) 超外差收音機設計 物理與電子工程學院 應用電子技術 級 07 應用電子技術（1）班 號 0705510057 譚國飛 楊金偉 講師 2010 年 3 月 學生姓名 指導教師 完成日期 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 超外差收音機設計 The Superheterodyne radio designs 學生姓名：譚國飛 Student: Tan Guofei 指導教師：楊金偉 講師 Advisor: Yang

2、Jinwei 臺州學院 物理與電子工程學院 School of Physics & Electronic Engineering Taizhou University Taizhou, Zhejiang, China 2010 年 3 月 March 2010 I 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 摘要 隨著科學技術的發(fā)展，調頻收音機的應用十分廣泛，尤其消費類占 有相當?shù)氖袌?。從分離元件組成的收音機到由集成電路組成的收音機， 調頻收音機技術已達到十分成熟的地步。從普通的調幅收音機到高級調 頻收音機，調頻收音機以較高的技術含量和較高的音質得到了廣泛的歡 迎。 本課題主要研究調頻收音機的設計全過

3、程，各部分電路的組成、作 用、性能指標和工作原理。主要的設計思路是：由天線、輸入回路、高 頻放大電路、混頻電路、本機振蕩電路、中頻放大電路、鑒頻電路、低 頻功率放大電路、揚聲器組成。 本課題設計成果，基本上滿足要求，性能指標符合。本電路缺點的 是音質噪聲大，電路還有一點失真等等，還需改進。 關鍵詞 超外差，收音機，變頻器，功放級，前置低放級 II 臺州學院畢業(yè)設計（論文） Abstract Along with the development of science and technology, FM radio, a wide range of applications, in partic

4、ular, occupy a considerable consumer market. Separation of components from the composition of the radios to integrated circuits formed by the radio, FM radio technology has reached a very mature stage. From the ordinary AM radio to high-FM radio, FM radio with a high technological content and high q

5、uality has been widely welcomed. The major research topics FM radio the whole process of design, the various parts of the circuit of the composition, role, performance indicators and work. The main idea is: from the antenna, input circuit, high-frequency amplifier circuit, mixer circuit, local oscil

6、lator circuit, IF amplifier, frequency discriminator circuit, low-frequency power amplifier circuit, speaker component. The design results in this issue, basically meet the requirements, performance indicators in line. Disadvantage that the sound quality of this circuit noise large, the circuit ther

7、e is little distortion, etc., require improvement. Key words Superheterodyne, radio, converter, power amplifier stage, pre-low-level class III 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 目 錄 1. 引言 1 2方案設計1 3收音機的原理與電路2 3.1 基本工作原理 2 3.2 功放級、前置低放級原理 4 3.3 電源退耦電路原理 5 3.4 變頻器原理 6 3.5 中和電路原理 7 3.6 檢波原理 8 3.7 自動增益控制電路也稱 AGC 電路原理 8 4收音機的

8、安裝與調試9 5結論10 謝辭12 附件13 附件 1 實物圖13 附件 2 原理圖13 附件 3 元器件清單14 IV 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 1. 引言 人類自從發(fā)現(xiàn)能利用電波傳遞信息以來， 就不斷研究出不同的方法來增加通信的 可靠性通信的距離、設備的微形化、省電化、輕巧化等。接收信息所用的接收機，俗 稱為收音機。目前的無線電接收機不單只能收音，且還有可以接收影像的電視機、數(shù) 字信息的電報機等。隨著廣播技術的發(fā)展，收音機也在不斷更新?lián)Q代。自 1920 年開 發(fā)了無線電廣播的半個多世紀中，收音機經歷了電子管收音機、晶體管收音機、集成 電路收音機的三代變化，功能日趨增多，質量日益提高。20

9、世紀 80 年代開始，收音 機又朝著電路集成化、顯示數(shù)字化、聲音立體化、功能電腦化、結構小型化等方向發(fā) 展。 直接放大式收音機所遇到的主要問題是， 一個高頻放大器很難適應各種不同的工 作頻率。如果能想辦法使高頻放大器的工作頻率保持不變，那么許多問題就很容易解 決了。超外差收音機就是根據(jù)這個指導思想設計的。 2方案設計 超外差式，就是通過輸入回路先將電臺高頻調制波接收下來，和本地振蕩回路產 生的本地信號一并送入混頻器，再經中頻回路進行頻率選擇，得到一固定的中頻載波 （如：調幅中頻國際上統(tǒng)一為 465KHz 或 455KHz）調制波。 超外差的實質就是將調制波不同頻率的載波，變成固定的且頻率較低的

10、中頻載 波。在廣播、電視、通訊領域，超外差接收方式被廣泛采用。如圖 1 圖 1 超外差基本框架 1 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 性能指標： 頻率范圍：5351065kHz 中頻頻率：465kHz 靈敏度：<1mV/m（能收到本省、本市以外較遠的電臺及信號較弱的電臺） 輸出功率：最大不失真功率100mW 電源消耗：靜態(tài)時，12mA，額定時約 80mA 3收音機的原理與電路 3.1 基本工作原理 收音機是把廣播電臺發(fā)射的無線電波中的音頻信號取出來，加以放大，然后通過 揚聲器還原出聲音。具體講：從天線（磁棒具有聚集電磁波磁場的能力，而天線線圈 是繞在磁棒上） 接收到的許多廣播電臺的高頻信號， 通

11、過輸入回路 （為并聯(lián)諧振回路， 具有選頻作用）選出其中所需要的電臺信號送入變頻級的基極，同時，由本機振蕩器 產生高頻等幅波信號， 它的頻率高于被選電臺載波 465KHz， 也送于變頻級的發(fā)射極， 二者通過晶體管 be 結的非線性變換，將高頻調幅波變換成載波為 465KHz 的中頻調 幅波信號。在這個變換過程中，被改變的只是已調幅波載波的頻率，而調幅波的振幅 的變化規(guī)律（調制信號即聲音）并未改變。變換后的中頻信號通過變頻級集電極接的 LC 并聯(lián)回路選出載波為 465KHz 的中頻調幅信號，被送到中頻放大器，放大后，再 送入檢波器進行幅度檢波， 從而還原出音頻信號， 然后通過低頻電壓放大和功率放大

12、， 再去推動揚聲器，還原出聲音。超外差式收音機是目前較普及的收音機。 它是由天線、輸入回路、本機振蕩器、變頻器、中頻放大器、檢波器、低頻電壓 放大器、功率放大器等部分組成。 輸入回路： 從磁性天線感應的調幅信號送入 C1a、C2 和 L1 組成的輸入回路進行調諧，選出 所需接收的電臺信號，通過互感耦合送入變頻管 T1 的基極。 變頻級： 變頻級是由一只晶體管 T1 同時起本振和混頻作用的自激式變頻電路。本振回路 由 L2、C7、C5、C1b 組成，它是互感耦合共基調射式的 LC 振蕩電路。L2 抽頭是為 2 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 了減小晶體管的輸入阻抗對振蕩回路的影響。本振信號通過耦合電容

13、 C4 從 T1 的射 極注入，它與輸入回路耦合到 T1 管基極的高頻調幅信號在 T1 管中混頻，由集電極 調諧回路（中周）選出二者的差頻即 465kHz 的中頻信號，然后再將中頻信號送入中 放電路去放大。 為了提高電路的穩(wěn)定性，兼顧變頻和振蕩性能，靜態(tài)工作電流一般取為 0.3 0.4mA。為了保證在電源電壓降低時，本機振蕩仍能穩(wěn)定工作，變頻級基極偏置電路 采用了相應的穩(wěn)壓措施，即利用兩只硅二極管 D1、D2 進行穩(wěn)壓（1.4V 左右） 。 中放級： 中放級由 T2、T3 組成兩級單調諧中頻選頻放大電路。各中頻變壓器均調諧于 465kHz 的中頻頻率上，以提高整機的靈敏度、選擇性和減小失真。第

14、一級中放(T2) 加有自動增益控制， 以使強、 弱臺信號得以均衡， 維持輸出穩(wěn)定。 中放管采用了硅管， 其溫度穩(wěn)定性較好，所以采用了固定偏置電路。T2 管因加有自動增益控制，靜態(tài)電 流不宜過大，一般取 0.20.6mA；T3 管主要要提高增益，以提供檢波級所必須的功 率，故靜態(tài)電流取得較大些在 0.50.8mA 范圍。為了有效地抑制強信號中放級還加 了二極管 D3 作為強信號阻尼二次 AGC 控制。 檢波級： 經中頻放大級放大了的中頻信號，由中頻變壓器送至檢波二極管 D4 進行檢波。 檢波后的殘余中頻及高次諧波由 C14C13 和 R8 組成的 RC型濾波電路予以濾除。 音 頻信號由 C15

15、耦合到低放級去放大。 電位器 Rw 是音量調節(jié)電位器兼作電源開關。 檢 波后的直流成分經 R4、C8 組成的退耦電路送到 T2 的基極作為 AGC 控制之用。 低放級與功率輸出級： T4 為低頻放大級，接成固定偏置電路，工作電流一般取 0.51mA 范圍。 功放輸出級為典型的 OTL 電路，由 T5、T6 和 T7 等組成。其中 T5 為激勵級， T6、T7 為互補推挽輸出級。R15、R16 為激勵級 T5 的偏置電阻；R18 使 T6、T7 兩 管基極保持固定的電位差，改變 R18 可改變輸出級的靜態(tài)工作點。輸出級工作電流 一般取 1.55mA 范圍。C16 為交流負反饋電容，C19 為輸出

16、電容，C12、R14、C20 為電源去耦電路的電容、電阻。另外，輸出級 T6、T7 的中點電位（3v）可由 R16 來 調節(jié)。 3 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 圖 2 收音機的基本方框圖和波形圖 3.2 功放級、前置低放級原理 1功放級是由 BG6、BG7 和輸入變壓器 B3 組成的乙類推挽功放電路（即有輸入變 壓器和但無輸出變壓器功率放大電路也稱 OTL 電路） 特點是： 。 在信號的一個周期內， 兩管輪流導通，最后在輸出端相互疊加，結果在負載揚聲器上合成完整的不失真的波 形。 在原理圖中，對直流通路而言，BG6、BG7 是相互串聯(lián)的（如圖 3） ；對交流通 路而言，BG6、BG7 是相互并聯(lián)

17、的（如圖 4） 。R17、R18 為分別為 BG7、BG6 的上 偏置電阻，C21、 R16、C17 為電源退耦電路，C19 為消振電容，C20 輸出耦合電容， 同時它與 R15 構成 BG4 的交流負反饋。前置放大器是 BG4、BG5 兩級直耦式放大器 組成的，R12 為 BG4 的直流負反饋電阻，同時也是它的上偏電阻,R13 為 BG4 的集電 極負載和 BG5 的上偏電阻，C16 為輸入耦合電容。 2在本電路中，揚聲器的阻抗低，而放大器的輸出阻抗高，沒有輸出變壓器進行阻 抗變換，揚聲器能直接與晶體管相連。 由原理圖知，BG6、BG7 對交流而言是并聯(lián)的且都為射極輸出器，BG7 級為實際上

18、 的射極輸出器，BG6 為等效的射極輸出器。因為，當信號為負半周時，BG7 導通、 BG6 截止，電源通過 BG7、揚聲器給 C18 充電，充電路徑為：E+揚聲器C20 BG7E-；當信號為正半周時，BG7 截止、BG6 導通，BG6 導通時的電源是靠 C18 在信號為負半周時充的電壓而提供的，此時電路可等效為如圖 4 示。因此，BG6 為 4 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 等效的射級輸出器，所以，BG6、BG7 組成的功放級都可看成是射級輸出器。又因對 交流而言，兩管是并聯(lián)的，而射級輸出器的優(yōu)點之一是輸出阻抗低，所以，功放級可 直接與揚聲器相連，不需要輸出變壓器進行阻抗變換。 圖 3 功放直流通

19、路 圖 4 功放交流通路 圖 5 等效的射隨器 3.3 電源退耦電路原理 在一些放大器中，常使用電池作為電源，比如收音機，當電池失效時，其電源內 阻 R0 將會變大，由此可能引起放大器的自激振蕩，為消除這種自激，常采用電源退 耦電路。退耦是指去掉兩部分之間的有害了解，與耦合作用相反。 圖 6 是兩級阻容耦合放大器，R0 是電源 VCC 的內阻。設在某瞬間輸入信號 ui 的瞬時極性為上下，則電路上各點的瞬時電壓極性和 T1、T2 的集電極交流電流 分量 ic1、ic2 的瞬時流向。當 ic1 和 ic2 流過內阻 R0 時，就會在 R0 上產生交流電 壓降， 由于 ic1 遠遠小于 ic2 ，

20、可認為這時在 R0 上產生的交流壓降主要是 ic2 產生的， 其瞬時極性為上下。uf 對于第二級放大器來說相當于負反饋電壓。uf 對于第一 級放大器來說相當于正反饋電壓。它通過 Rb1 加在 T1 的 be 結上，uf 和 ui 的假定極 性同相位，因而構成正反饋。當兩級阻容耦合放大器的增益較高時，這種正反饋就足 以引起自激振蕩，此振蕩是有害的，應當避免。 對于由電源內阻引起的自激振蕩，可采用電源退耦（濾波）電路消除。圖 6 中 R、 C1、C2 就是起電源退耦作用，避免共電耦合的有害影響，加強電源濾波。加了 R、 C1、C2 之后，電源內阻 R0 上的反饋電壓 uf 被 C2 短路入地，即使

21、還有殘余很小的 信號電壓，通過 R 降壓，再經 C1 進一步濾除干凈，就可避免對第一級產生正反饋， 引起自激振蕩。 收音機中電路中的 C21、R16、C17 就是起退耦作用。 5 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 圖 6 電源退耦電路 3.4 變頻器原理 變頻是一種頻率變換過程， 即把載波頻率為高頻的調幅信號變?yōu)檩d波頻率為中頻 的調幅信號的過程稱為變頻，完成頻率變換的電路稱為變頻器。 在超外差式收音機中要進行頻率變換，主要是為了提高接收機的性能指標。 可提高接收機的靈敏度： 一般接收到的信號是很微弱的為微伏級， 若直接進行檢波， 則小信號檢波容易引起非線性失真且靈敏度低；若先放大再檢波，失真將減小，靈

22、敏 度也得到一定的提高。由于信號頻率高，管子的特征頻率有限；但若經過變頻，把高 頻變成中頻（465KHz） ，則因頻率較低可以經過多級中放，而且各級放大器都設計在 最佳期工作狀態(tài)，這樣增益容易做得很高的，所以靈敏度可得到提高。 可提高選擇性： 因為變成固定的中頻 465KHZ， 因而就可利用性能良好的濾波器 （調 諧回路）來提高選擇性。 變頻器的組成：由非線性元件、本機振蕩器、選頻網絡三大部分組成。當兩個高 頻信號電壓，作用于非線性元件上，經過非線性元件的的變頻作用后，產生了除原有 基頻成份外，還包括有二次諧頻、和頻、差頻等許多新頻率成份，其中的差頻正是我 們需要的中頻分量，信號通過輸出端的帶

23、通濾波器便可選出有用的中頻分量，同時濾 掉其它無用的頻率成分。 收音機圖紙中實際電路： R1、R2 為 BG1 變頻級的偏置電阻，確定 BG1 的靜態(tài)工作點，使其穩(wěn)定地工作 在非線性區(qū)。C5 為基極高頻旁路電容，BG1 為共基極電路，C2 為輸入回路的高頻補 償電容，C1a 、L1 組成輸入調諧回路，由它選擇某一電臺的調幅信號，再經 L1、與、 L2 的互感耦合到晶體管 BG1 的基極；L4、C1b 組成本機振蕩回路，C3 為高頻補償 6 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 電容， 為墊整電容。 C4 本機振蕩信號由 L4 的抽頭位置通過 C6 注入變頻管的發(fā)射極。 L3 為產生振蕩所必需的反饋線圈，L

24、3 圈數(shù)很少，對振蕩的影響不大。而 L5 、C7 是接在變頻管的集電極，諧振于 465KHZ，根據(jù)并聯(lián)諧振曲線知，它對最低的振蕩頻 率 535+465=1000Hz，也幾乎是短路的，所以只要將 L3 和 L5C7 分別看成短路,那么 該振蕩電路就是一個變壓器反饋共基調射型自激 LC 振蕩器。 總述， 所選的電臺調幅信號與本機振蕩產生的等幅波信號共同作用于晶體管 BG1 上，由于晶體管 BG1 的發(fā)射結工作于非線性狀態(tài)，兩個信號在發(fā)射結上產生混頻， 經過混頻后的信號，再經晶體管放大，由中頻調諧回路 L5C7 選出角頻率為e-s 的信號，即載波為 465KHZ 的中頻調幅波信號，其中含有直流分量、

25、465KHZ 的載波 及有用的調制信號(聲音信號) 。 3.5 中和電路原理 在晶體管內部，集電極與基極之間存在著幾個微法甚至十幾個微法的結電容 CbC，當晶體管工作頻率較高情況下，極間電容 Cbc 相當于短路線，此時集電極電壓 與基極電壓之間的相位關系就會由工作在低頻時反相關系轉變?yōu)橥嚓P系， 從而構成 寄生正反饋， 產生自激振蕩。 所謂中和就是中和由于晶體管結電容 Cbc 的存在而產生 的 icb。從而達到自激振蕩的目的，如圖 7 示。中周變壓器的初級中間抽頭 4 是接電 源負極，這樣做的目的有兩點：一是可以提高晶體管的輸出阻抗，使之與下一級的輸 入阻抗相匹配，更重要的是可以減小晶體管的輸

26、出阻抗對諧振回路品質因數(shù)的影響； 二是由于 4 端接-E 就使 3、5 兩端的相位對 4 而言極性恰好相反，中和電容N 接在 管子的基極與中周的 3 端之間，此時 icb 與 iN 的方向相反，若N 的大小選擇的合 適就能使 iNicb 從而達到最佳中和，消除自激振蕩。 圖 7 中和原理圖 7 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 3.6 檢波原理 從已調幅波中恢復調制信息的電路稱為解調器或檢波器。 檢波器通常采用二極管 檢波器。那么檢波級的任務是：把所需要的低頻信號從調幅中頻信號中取出來。典型 的二極管檢波電路如圖 8 示。D 為檢波二極管，C 為檢波電容（濾波電容） 為檢 ，R 波電阻。A 點為中放級

27、輸出的 465KHz 中頻信號，由于二極管具有單向導電性，此種 接法是把信號的負半周載去，N 點為正半周的中頻脈動信號。實驗證明，中頻脈動信 號中包含如下三種成份：465KHz 中頻信號、音頻成份、直流成份。關于檢波有兩種 解釋：一種是利用二極管的單向導電性解釋，信號正半周時二極管導通，負半周時二 極管截止，波形對稱的已調波中頻信號經過二極管 D 之后，把負半周截去，載波成 份為中頻信號（465KHZ）由電容 C 濾除，直流信號由音頻前置放大級的耦合電容隔 直，那么送到音頻前置放大級只有有用的音頻信號。 圖 8 自動增益電路 3.7 自動增益控制電路也稱 AGC 電路原理 AGC 的作用：使收

28、音機接收不同的電臺信號強度變化較大時，使其輸出的音 量變化較小，使同一電臺的音量不致于明顯地忽大忽小地變化。是因為當接收強電 臺時，AGC 電路負反饋作用很強，使得收音機的增益自動減低不致于使后級過截而 失真；當接收弱電臺時，AGC 電路不起作用或作用甚微，對放大器的增益基本上無 影響如圖 8。這樣當調諧電臺時各電臺的音量相差的幅度就可以減少，同一電臺特別 是遠地電臺發(fā)出的無線電波，尤其是短波時刻在忽大忽小地變化而影響收音機的質 量，AGC 電路則能自動地減小這種影響。R5、C8 為 RC 濾波器，另外 R5 還起負反 饋作用。沒有信號時，M 點正、N 點負、點負；有信號時，檢波后的音頻脈動直

29、流 通過二極管 DR8R9地BZ3 次級的下端，此時，點正、點負、點正， 8 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 點的電壓極性與原來的相反，導致Q 點電位下降，故 VBG2B 隨之下降。由于在 一定范圍內三極管的實際放大量隨發(fā)射結正向偏壓 VBE 大小而變化，VBE 大放大量 也大， 因此自動增益控制就是利用檢波輸出的音頻脈動直流成份在電位器上產生的反 饋壓降的大小來控制 BG2 發(fā)射結正向電壓的大小，從而改變 BG2 的增益的，因此， AGC 電路實質上是一種負反饋電路。 4收音機的安裝與調試 超外差收音機的安裝： 整機電路分析，熟悉元件在印刷板上安裝位置。 元器件焊接、安裝（安裝時應檢查元器件的好壞

30、） 。 檢查電路，將安裝好的收音機和電路原理圖對照檢查下列內容。 a檢查各級晶體管的型號，安裝位置和管腳是否正確。 b檢查各級中周的安裝順序，初次級的引出線是否正確。 c檢查電解電容的引線正、負接法是否正確。 d分段繞制的磁性天線線圈的初次級安裝位置是否正確。 e用指針式萬用表 R×100 檔測量整機電阻，用紅表筆接電源負極線，黑表筆接 電源正極引線，測得整機電阻值應大于 500 歐。 以上檢查無誤后，方能接通 4.5 伏電源。 超外差式收音機的調試。 新裝的收音機。 必須通過調整才能滿足性能指標的要求， 其調整內容有：調整各級晶體管的工作點，調整中頻頻率，調整覆蓋（即對刻度）統(tǒng) 調

31、（調整頻率跟蹤即靈敏度） 。 下面對調整內容及方法分別加以敘述： 調整靜態(tài)工作點：各晶體管的作用不同，所處的工作點不一樣，各級靜態(tài)工作點的 調整是通過無信號時（本機振蕩停振）無外加信號時各晶體管發(fā)射極電阻上的電壓的 大小分別來衡量的。分級調整 R1、R4、R12、R17、R18 使 VT1 級電壓為-0.50.7V。 VT2 級 R6 上電壓-0.50.7V。VT3 級 R7 上電壓為-0.250.4V，VT5 級 R14 上電壓 為-0.70.9V，VT6、VT7 級是共集電級電流為 26mA。 調整中頻：目的是使三個中周變壓器（中頻調諧回路）的諧振頻率調整為固定的中 頻頻率 465KHZ，

32、由于所用中周是新的，一般廠家已調整到 465KHZ，所以調試時， 9 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 接收某一個電臺，用無感起子調節(jié)中周磁芯，調整順序是由后級往前級即先調 Bz3 再調 Bz2 至喇叭聲音最響為止。 5結論 經過發(fā)現(xiàn)問題解決問題，本設計已經完成。在此過程中遇到了蠻多問題，其中由 于元器件太多，排布太密而使焊接出現(xiàn)了小麻煩，還把 AM 振蕩弄丟了，通過拆分就 收音機找到 AM 振蕩。起初在調試時沒有找到頻道，在多次嘗試后完成了此設計。 本設計的優(yōu)點： （1） 接收高低端電臺（不同載波頻率）的靈敏度一致； （2） 靈敏度高； （3） 選擇性好（不易串臺） 。 此次的畢業(yè)設計讓我了解了自己在設計方面的不足， 尤其是需要更多的設計實踐 的經驗來充實自己。不過這是本人的第一個設計，對此還算滿意，它是我在大學所學 的知識的回顧和鞏固，讓我綜合地系統(tǒng)地去復習并應用一些所學的理論知識，對我以 后踏入社會有很大的幫助。 10 臺州學院畢業(yè)設計（論文） 參考文獻 1何小艇 電子系統(tǒng)設計M 浙江杭州; 浙江大學出版社. 2004 2石宗義 電路原理圖與電路板設計教程 Portel 99SEM 北京; 北京希望電子出版社. 2002.6 3王紫婷 電子技術實驗教程M 成都; 西南交大出版社. 1997