超外差調(diào)幅接收機(jī)

-.z.**建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：超外差式調(diào)幅接收機(jī)專業(yè)班級：信科121學(xué)生**：張雙旭學(xué)號：100312103指導(dǎo)教師：高曉紅王超設(shè)計(jì)時(shí)間：—2015.10.9教師評語：教師評語：成績評閱教師日期目錄目錄一、設(shè)計(jì)概述...............................................11.1設(shè)計(jì)目的及要求.........................................11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容...............................................1工作原理..............................................1總體設(shè)計(jì)方案..........................................2單元電路設(shè)計(jì)..........................................34.1高頻放大器電路.........................................34.2本地振蕩器電路.........................................44.3混頻器電路.............................................54.4中頻放大器電路.........................................64.5振幅檢波器電路.........................................74.6低頻放大器電路.........................................7五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析.....................................85.1系統(tǒng)工作流程...........................................85.2總電路的仿真分析.......................................85.3仿真結(jié)果............................................9總結(jié)與體會...........................................13七、參考文獻(xiàn).............................................14附錄一...................................................15-.z.一、設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)目的及要求〔1〕回憶課堂所學(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(diǎn)，激發(fā)靈感為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。〔2〕通過獨(dú)立思考和籌劃來培養(yǎng)一定的獨(dú)立分析問題、解決問題的能力?！?〕熟練掌握Multiuse、MATLAB、SystemView等軟件的仿真?！?〕掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)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、功能的穩(wěn)固理解。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容明白掌握超外差調(diào)幅接收機(jī)的原理。設(shè)計(jì)出總體方案并設(shè)計(jì)接收機(jī)的各個(gè)單元電路，畫出單元電路圖。應(yīng)用multisim軟件，對所設(shè)計(jì)的各局部電路進(jìn)展仿真驗(yàn)證?！?〕技術(shù)指標(biāo):接收頻率范圍535～1605KHz，輸出功率150mW，靈敏度50μV。工作原理本次設(shè)計(jì)采用超外差調(diào)幅接收機(jī)，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(jìn)展放大，并抑制干擾信號，然后信號經(jīng)過變頻器進(jìn)展變頻。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，然后中頻信號經(jīng)過中頻放大器進(jìn)展功率放大，然后再經(jīng)過檢波器進(jìn)展檢波，即對信號進(jìn)展解調(diào)，將信號變成變成低頻調(diào)制信號，最后進(jìn)過低頻放大器進(jìn)展功率放大以實(shí)現(xiàn)對揚(yáng)聲器的驅(qū)動。為了使混頻和本振分別調(diào)到最正確狀態(tài)，要采用單獨(dú)的本振。因?yàn)椴还茈娕_信號頻率如何都變成為中頻信號，然后都能進(jìn)入中頻放大級，所以對不同頻率電臺都能夠進(jìn)展均勻地放大。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，所以不必每級都參加可變電容器選擇電臺，防止使用多聯(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。超外差電路的典型應(yīng)用是超外差接收機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是容易得到足夠大而且比擬穩(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(diǎn)是電路比擬復(fù)雜，同時(shí)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。高頻混頻器中頻振幅低頻放大器放大器檢波器放大器本地振蕩器圖1原理框圖總體設(shè)計(jì)方案超外差式調(diào)幅接收機(jī)電路由六局部組成，分別為高頻小信號放大、混頻、本振、中頻放大、檢波、低頻放大?！?〕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(jī)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(yùn)用并聯(lián)諧振回路作為負(fù)載?！?〕混頻：混頻是將高頻放大信號和本振信號混合，輸出一個(gè)中頻信號。在調(diào)幅電路中，本振信號必須是獨(dú)立的，這是與調(diào)幅電路最大的一個(gè)區(qū)別?；祛l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(shí)現(xiàn)?！?〕本振：本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個(gè)穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號混頻，得到一個(gè)中頻信號。混頻器和本振放在一起叫做變頻器?！?〕中頻放大：如果外來信號和本機(jī)振蕩相差不是預(yù)定的中頻，就不可能進(jìn)入放大電路。因此在接收一個(gè)需要的信號時(shí)，混進(jìn)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(gè)調(diào)諧好了的帶有濾波性質(zhì)的電路，所以接收機(jī)的選擇性指標(biāo)很高。超外差式接收機(jī)能夠大大提高收音機(jī)的增益、靈敏度和選擇性。因?yàn)椴还茈娕_信號頻率如何都能變成為中頻信號，然后都能進(jìn)入中頻放大級，所以對不同頻率電臺都能夠進(jìn)展均勻地放大。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，所以不必每級都參加可變電容器選擇電臺，要防止使用多聯(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?！?〕檢波：將音頻信號或視頻信號從高頻信號(無線電波)中別離出來叫解調(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擬小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進(jìn)展放大。一般采用運(yùn)算放大器進(jìn)展放大。單元電路設(shè)計(jì)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(shí)，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擬，它的工作頻率高，但整個(gè)工作頻帶寬度比擬窄。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(rèn)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4.2本地振蕩器電路本振電路采用改良型電容三點(diǎn)式振蕩電路。本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個(gè)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。假設(shè)振蕩器不能夠穩(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應(yīng)電路的特性有關(guān)。本振電路用LC諧振回路來產(chǎn)生一個(gè)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4.3混頻器電路混頻器是一個(gè)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(gè)差頻，調(diào)諧回路的輸出，進(jìn)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(gè)過程(混瀕和本振的作用)叫做變頻?；祛l電路的原理是，把本機(jī)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播送電臺的高頻已調(diào)波信號f2同時(shí)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(jìn)展混頻。輸出頻率為f1、f2以及頻率為f1+f2、f1－f2、……高次諧波等多種信號。在設(shè)計(jì)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(diǎn)是工作頻帶寬，可到達(dá)幾千兆赫，噪聲系數(shù)低，混頻失真小等，但其主要缺點(diǎn)就是沒有混頻增益。由于混頻器處于接收機(jī)的前端，它的噪聲電平上下對整機(jī)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，如組合頻率，穿插調(diào)制，互相調(diào)制等干擾。這些干擾將會嚴(yán)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?；祛l器電路圖如圖4所示。圖4混頻器電路圖4.4中頻放大器電路由于中頻是恒定的，所以不必每級都參加可變電容器選擇電臺，防止使用多聯(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(jī)的靈敏度、選擇性和通頻帶等指標(biāo)起著極其重要的作用。不必每級都參加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4.5振幅檢波器電路把信號從中頻放大輸出的載波中解調(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(jì)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擬小，為了得到所需的信號必須將輸出信號進(jìn)展放大。一般采用三極管放大電路來實(shí)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(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。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)過高頻小信號放大器進(jìn)展放大處理，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(jī)的核心局部。由于它是調(diào)制信號，喇叭無法將這種信號直接復(fù)原成為聲音，因此必須從高頻信號中把音頻信號別離出來，這個(gè)別離過程被稱為解調(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)幅的高頻信號經(jīng)檢波復(fù)原出音頻信號，再經(jīng)過低頻功放然后送往喇叭，喇叭將音頻信號復(fù)原為聲音。收音機(jī)接收天線將播送電臺播發(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(gè)低頻和高頻之間的固定頻率然后進(jìn)展放大，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(jī)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、低放級和功放級等局部組成，承受頻率范圍為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(gè)與接收信號調(diào)制規(guī)律一樣的固定中頻調(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，并慮出剩余中頻分量，再由低頻功率放大后推動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。經(jīng)過超外差式調(diào)幅接收機(jī)的濾波和解調(diào)，輸出信號相比從天線接收的信號平滑，濾除了大局部噪音，電壓也有所提高，信號強(qiáng)度有所加強(qiáng)，并且保證了信號真實(shí)性，沒有失真現(xiàn)象產(chǎn)生。本次超外差式調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)計(jì)成功完成，復(fù)原了信號的真實(shí)性和完整性，濾除了干擾限號，降低了噪聲，到達(dá)了預(yù)期的效果。超外差式調(diào)幅接收機(jī)總電路仿真圖如圖8所示。圖8超外差式調(diào)幅接收機(jī)總電路仿真圖5.3仿真結(jié)果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(jìn)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。圖10混頻前仿真圖圖11混頻后仿真圖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(fù)信號，兩三極管輪流導(dǎo)通與截止，功率輸出時(shí)效較高。一般從鑒頻器輸出的信號都比擬小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進(jìn)展放大。低頻放大器仿真結(jié)果如圖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(shí)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振幅檢波器仿真圖六、總結(jié)與體會本次為期兩周的課程設(shè)計(jì)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，也比擬抽象。但是經(jīng)過這次高頻電子線路的課程設(shè)計(jì)，才真正明白理論與實(shí)踐的深刻含義，也培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考問題與獨(dú)立的動手能力。并且這次調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我對電路的設(shè)計(jì)過程有了一定的了解，也讓我明白了實(shí)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(shí)電路中很多不用考慮的東西現(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(shí)候都要很細(xì)心考慮。在設(shè)計(jì)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