超外差接收機解調部分的設計

超外差接收機解調部分的設計第12頁超外差接收機解調部分的設計摘要：本設計目的是超外差接收機解調部分的設計，該設計主要分為三部分，即混頻器設計、中頻放大器設計、包絡檢波三個部分，混頻器部分由模擬相乘器和帶通濾波器組成，將接收到的高頻調幅波和本機振蕩變?yōu)轭l率為465KHz的中頻信號。中頻放大部分采用單管小信號調諧放大器，對中頻信號進行放大，以達到二極管包絡檢波的幅度要求。包絡檢波部分由二極管包絡檢波完成。對這幾部分設計完成后，通過Multisim軟件仿真，基本上完成了設計的任務。關鍵字：混頻器；中頻放大器；二極管包絡檢波；超外差接收機一.概述該設計任務是設計一個超外差接收機的解調電路，其中被解調信號先經過混頻變成中頻信號，然后通過包絡檢波電路進行解調。系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。圖1超外差接收機的系統(tǒng)結構電路框圖相關技術指標如下：=1\*GB3①本地振蕩器可以使用高頻信號源代替，輸出信號頻率為1000KHz，幅值為500mV的正弦波。=2\*GB3②調幅波信號由信號發(fā)生器產生，輸出信號載波為535KHz正弦波，調幅度為0.5，調制信號為1KHz的正弦波。=3\*GB3③設計混頻器能夠很好的輸出465kHz的中頻信號，且不失真。=4\*GB3④中頻放大器要有選頻放大的作用，其輸出信號載波幅值U>0.2V，信號不能失真。=5\*GB3⑤包絡檢波部分采用二極管包絡檢波器檢波。超外差接收機與一般高放式收音機相比，有很大的優(yōu)越性，超外差接收機有整機靈敏度大、選擇性顯著提高、穩(wěn)定性較高等優(yōu)點，因此應用非常廣泛，所以該課題具有很大的實用價值。該課題涉及知識范圍較廣，涉及到高頻電子電路的許多重點內容，通過這次課程設計能夠學到高頻電子電路的諸多方面，如：調幅波的調制解調、混頻放大、檢波等。對于我們對知識的綜合應用和掌握有很好的幫助，能更好的指導我們今后的學習，能讓我們認識到理論與實際的聯(lián)系。二.工作原理說明超外差式收音機的主要特點是有頻率變換過程，能將接收到的高頻信號變?yōu)榻y(tǒng)一的465KHz的中頻信號，從而可以采用固定調諧的中頻放大器。天線接收到的高頻調幅信號，經過調諧回路和選擇，送入變頻級的混頻器。本機振蕩電路則總是跟蹤著接收的信號，產生一個和高頻調幅波頻率差為固定頻率的等幅振蕩信號，這個信號也送入混頻器。混頻器可以采用三極管混頻、二極管混頻、模擬相乘器混頻等多種方法，這里考慮到設計時間短和軟件仿真等問題，采用模擬相乘器混頻，混頻輸出一個465KHz的中頻調幅信號，然后將此調幅信號輸入中頻放大器，中頻放大部分采用單管小信號調諧放大器，將放大后的信號再通過二極管的包絡檢波即可得到調制信號。綜上，確定此設計的原理框圖如圖2所示。調幅波信號調幅波信號混頻器低頻信號本地振蕩器包絡檢波中頻放大器圖2系統(tǒng)結構原理框圖三.電路工作原理及設計說明1、混頻器電路一般超外差接收機都需要根據實際運用，需要進行1、2次頻率變換，將高頻信號變?yōu)橹蓄l信號，因為直接放大高頻信號的高頻放大器不易制作，且容易產生自激振蕩。變頻器主要由混頻器和本機振蕩組成，這里混頻器采用模擬相乘器，實際電路可使用MC1596模擬相乘器，因為最終使用軟件仿真且Multisim中沒有MC1596，所以采用三端口的理想模擬相乘器代替，如果在模擬相乘器的輸入端輸入不同頻率的兩個信號，在輸出端將產生一個和頻信號和一個差頻信號，然后通過一個帶通濾波器選出其差頻信號。原理框圖如圖3所示。本振信號帶通濾波器本振信號帶通濾波器本機振蕩模擬相乘器射頻信號輸入中頻信號輸出帶通濾波器選用RLC串聯(lián)諧振電路，如圖4所示。圖4RLC串聯(lián)諧振電路RLC串聯(lián)諧振電路的轉移電壓比為：上式表明當時，達最大值，當w高于或低于時將下降，因而RLC串聯(lián)諧振電路可以作為帶通濾波器使用。又根據通頻帶的定義可得：因為需要濾出465KHz的中頻，所以諧振頻率為465KHz，又因為其和頻超過1MHz，選取通頻帶為200KHz，從而確定參數L=234uF，C=500Pf，R=50。綜上，混頻器的電路原理圖如圖5所示。圖5混頻器電路原理圖2、中頻放大器電路中頻放大器的主要作用是將混頻器中輸出的465KHz的中頻信號進行選頻放大，使其幅度達到二極管包絡檢波的要求。這里采用三極管調諧放大器，混頻后的中頻信號從基極輸入，在集電極加選頻網路進行選頻放大。選頻網路采用電感部分接入的LC并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為465KHz，因為諧振頻率可令C=1nF，由得因為，可令=100uH,=17.1uH。為保證品質因數取R6=420K，R6=2K。由此可求得品質因數Q、BW。因為所以由上式可知該選頻網路的選頻效果不錯。對三極管Q1進行有效偏置，實際仿真時使用萬用表測量和，調整R2、R3的值，保證三極管工作在放大狀態(tài)，L2為高頻扼流圈，作用是防止交流流入直流電源，C3、C2、C5為旁路電容，作用是隔直流、通交流。中頻放大器電路原理圖如圖6所示。圖6中頻放大器電路3、二極管包絡檢波電路對于標準調幅波，由于其包跡形狀和調制信號形狀相同，故可采用提取包跡的方法以實現(xiàn)檢波。二極管包跡檢波是一種應用十分廣泛，而且工作頻率高的電路，而且電路簡單，易于實現(xiàn)。本設計的檢波電路就是采用二極管包絡檢波，當然也可以采用平均值檢波和相乘檢波等電路。對于二極管包絡檢波電路，因為二極管只是在輸入信號正半周的峰值附近一部分時間導電，在二極管導電期間，電容被充電，其點電位逐漸升高；在二極管截止期間，電容對電阻放電，電容上電位逐漸下降。于是在電阻和電容的兩端形成鋸齒狀波形。對于二極管包絡檢波的一個重要問題就是防止失真，產生失真的來源主要有三種：（1）二極管伏安特性非線性引起的失真；（2）檢波負載時間常數過大引起的惰性失真；（3）檢波負載交、直流值不同造成的平底切削失真。對于二極管伏安特性非線性引起的失真，可以給二極管加一個微小的正向偏壓，使它的靜態(tài)工作點處于導通點附近，從而減少二極管導通電壓不為零造成的失真。任何瞬間都不產生惰性失真的條件為：因為，，所以取R9=R=1KΩ,C9=C=200nF。任何瞬間都不產生削底失真的條件為：因為，=R9//R10,=R9。所以取R9=1KΩ,R10=2KΩ,C7=2uF。具體電路原理圖如圖7所示。圖7二極管包絡檢波電路圖四.電路性能指標測試對于混頻器電路的測試，要求設計混頻器能夠很好的輸出465kHz的中頻信號，且不失真。通過運行仿真軟件可以得到如圖8所示的混頻器輸出波形，經過頻譜分析儀測試可知輸出信號頻率約為465kHz，基本上完成了設計要求的技術指標。圖8混頻器輸出波形圖9混頻器輸出信號的頻譜分析儀對于中頻放大器輸出信號的測試，根據設計要求，中頻放大器要有選頻放大的作用，其輸出信號載波幅值U>0.2V，信號不能失真。其輸出信號經示波器測得的輸出波形如圖10所示，載波幅值約為1.4V，經頻率計測得頻率約等于465KHZ，如圖11所示，基本上完成了設計要求的技術指標。圖10中頻放大器的輸出波形圖11中頻放大器輸出信號的頻率對于二極管包絡檢波的測試，因為是包絡檢波，所以輸出的波形應該和輸入調幅信號的包絡一致，從而獲得低頻調制信號。通過示波器測量其輸入輸出兩種信號的波形如圖12所示。由圖可知其輸出波形基本為輸入信號的包絡，滿足課程設計要求的技術指標。圖12二極管包絡檢波輸入信號與輸出低頻信號波形五．結論、性價比本設計基本完成了對超外差接收機解調部分的設計，主要包括對混頻器的設計、中頻放大器設計、包絡檢波設計等，通過設計，混頻器能輸出頻率較為穩(wěn)定的465KHz的中頻信號，中頻放大器能較好的對混頻后的信號進行放大，從而滿足包絡檢波的幅值要求，二極管包絡檢波能基本檢出低頻調制信號?？傊?，基本實現(xiàn)了對接收到的高頻調幅信號的解調過程，完成了課程設計的要求。且設計的電路結構簡單，所用到的器件使用廣泛，因而電路具有很高的性價比。六.課設體會及合理化建議通過本次課程設計，我對通信電子電路以及Multisim仿真軟件的相關知識有了較深的理解。對本課題涉及的調幅電路的解調、小信號調諧放大器、變頻器等知識有了更深入的認識，通過查資料和自己設計，提高了自己的自學能力，了解了理論與實際的聯(lián)系與區(qū)別，深知了實踐是檢驗真理的唯一標準，為今后的學習方法和學習方向提供了參考。作為電子信息類的大學生，我希望學校在今后的教學過程中能增加此類實踐性的環(huán)節(jié)，多加強我們的實踐能力，加強我們把理論應用于實踐的能力，另外，對于這次課設，我希望能有更多的時間，來設計更加完善的電路，甚至將電路用硬件實現(xiàn)。參考文獻[1]鈴木憲次.無線電收音機及無線電路的設計與制作[M].北京：科學業(yè)出版社，2006年[2]鈴木雅臣.高低頻電路設計與制作[M].北京：科學出版社，2006年[3]謝自美.電子線路設計、實驗、測試[M].華中理工大學出版社，2004年[4]楊翠娥.高頻電子線路實驗與課程設計[M].哈爾濱工程大學出版社，2005年[5]謝沅清.通信電子線路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005年[6]于洪珍.通信電子電路[M].北京：清華大學出版社，2005年附錄I總電路圖附錄II元器件清單序號編號名稱型號數量1R1電阻100Ω12R2電阻15kΩ13R3電阻6.2kΩ14R5電阻2kΩ15R6電阻402kΩ16R4電阻1kΩ17R7電阻2kΩ18R9電阻220Ω19R8電阻1kΩ110C1電容500pF111C2C5電容100pF412C3電容10nF113C4電