高頻電子線路課程設(shè)計(jì)--調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p>　　高頻電子線路 課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)名稱 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p&

2、gt;<p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　注：1.課程設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生提交的歸檔文件應(yīng)按照：封面—任務(wù)書(shū)—說(shuō)明書(shū)—圖紙的順序進(jìn)行裝訂上交（大張圖紙不必裝訂）</p><p>　　2.可根據(jù)實(shí)際內(nèi)容需要續(xù)表，但應(yīng)保持原格式不變。<

3、;/p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 日期： </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 成績(jī) </p><p>　　一、設(shè)計(jì)目的

4、 </p><p>　　通過(guò)本課程設(shè)計(jì)與調(diào)試，提高動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，能建立無(wú)線電調(diào)頻接收機(jī)的整機(jī)概念，了解調(diào)頻接收機(jī)整機(jī)各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算調(diào)頻接收機(jī)的單各元電路：輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級(jí)。初步掌握調(diào)頻接收機(jī)的調(diào)整及測(cè)試方法。 </p><p

5、>　　二、調(diào)頻接收機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) </p><p>　　1、工作頻率范圍 </p><p>　　接收機(jī)可以接受到的

6、無(wú)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(duì)應(yīng)。如調(diào)頻廣播收音機(jī)的頻率范圍為88～108MH，是因?yàn)檎{(diào)頻廣播收音機(jī)的工作范圍也為88～108MHz。 </p><p>　　2、靈敏度

7、 </p><p>　　接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力稱為靈敏度，通常用輸入信號(hào)電壓的大小來(lái)表示，接收的輸入信號(hào)越小，靈敏度越高。調(diào)頻廣播收音機(jī)的靈敏度一般為5～30uV。 </p><p>　　3、選擇性

8、 </p><p>　　接收機(jī)從各種信號(hào)和干擾中選出所需信號(hào)（或衰減不需要的信號(hào)）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。 </p>

9、<p>　　4、頻率特性 </p><p>　　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。 </p><p>　　5、輸出功率

10、 </p><p>　　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(shí)）功率稱為輸出功率。 </p><p>　　三、調(diào)頻接收機(jī)組成及工作原理：

11、 </p><p>　　圖3-1 調(diào)頻接收機(jī)的組成 </p><p>　　一般調(diào)頻接收機(jī)的組成框圖如圖3-1所示。其工作原理是：天線接受到的高頻信號(hào)，經(jīng)輸入調(diào)諧回路選頻為f1，再經(jīng)高頻放大級(jí)放大進(jìn)入混頻級(jí)。本機(jī)振蕩器輸出的另一高頻 f2亦進(jìn)入混頻級(jí)，則混頻級(jí)的輸出為含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等頻率分量的信號(hào)。混

12、頻級(jí)的輸出接調(diào)頻回路選出中頻信號(hào)（f2-f1），再經(jīng)中頻放大器放大，獲得足夠高增益，然后鑒頻器解調(diào)出低頻調(diào)制信號(hào)，由低頻功放級(jí)放大。由于天線接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機(jī)的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。 </p><p>　　四、單元電路設(shè)計(jì)及原理分析

13、 </p><p>　　1、高頻功率放大電路 </p><p>　　圖4-1高頻功率放大電路 </p><p>　　高頻功率放

14、大電路如圖4-1所示, 他不僅要放大高頻信號(hào)，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路。其具體的工作原理如下： </p><p>　　從天線ANTA1接收到的高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)CA1、CCA1、LA1組成的選頻回路，選取信號(hào)為fs=10.7MHZ的有用信號(hào)，經(jīng)晶體管QA1進(jìn)行放大，由CA3、TA1初級(jí)組成的調(diào)

15、諧回路，進(jìn)一步濾除無(wú)用信號(hào)，將有用信號(hào)經(jīng)變壓器和CB1耦合進(jìn)入ICB1(MC3361). </p><p>　　2、混頻電路 </p>&

16、lt;p>　　因?yàn)橹蓄l比外來(lái)信號(hào)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(hào)由其它器件產(chǎn)生則稱之為混頻器。</p><p>　　二極管環(huán)形混頻電路

17、 </p><p>　　圖 4-2 二極管環(huán)形混頻電路 </p><p>　　（ a ）原理電路 （ b ）等效電路 </p><p>　　A

18、 、原理電路及其等效電路：如圖4-2 （ a ）、（ b ）所示。 </p><p>　　對(duì)于圖4-2（ a ）所示電路，通常將 信號(hào)輸入端口稱之為 R 端口 ， 本振電壓輸入端口稱之為 L 端口， 中頻輸出信號(hào)端口稱之為 I 端口 。

19、 </p><p>　　需要說(shuō)明的是： 二極管雙平衡組件用作雙邊帶調(diào)制電路時(shí)，由于變壓器的低頻響應(yīng)差，調(diào)制信號(hào)一般必須加到 I 端口，載波信號(hào)加到 R 端口，所需雙邊帶信號(hào)從 L 端取出。 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器產(chǎn)品已形成完整的系列，它用保證二極管開(kāi)關(guān)工作所需本振功率電平的高低進(jìn)行分類，其中常用的是 L evel 7

20、 ， L evel 17 ， L evel 23 三種系列，它們所需的本振功率分別為 7dBm(5mW) ， 17dBm(50mW) 和 23dBm(200mW) ，顯然，本振功率電平越高，相應(yīng)的 1dB 壓縮電平也就越高，混頻器的動(dòng)態(tài)范圍也就越大。對(duì)應(yīng)于上述三種系列， 1dB 壓縮電平所對(duì)應(yīng)的最大輸入信號(hào)功率分別為 1dBm(1.25mW) 、 10dBm(10mW) 、 15dBm(32mW) 。

21、 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器具有工作頻帶寬（從幾十千赫到幾千兆赫）、噪聲系數(shù)低（約 6dB ）、混頻失真小、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　二極管環(huán)形混頻器的主要缺點(diǎn)是沒(méi)有混頻

22、增益，端口之間的隔離度較低，其中 L 端口到 R 端口的隔離度一般小于 40dB ，且隨著工作頻率的提高而下降。實(shí)驗(yàn)表明，工作頻率提高一倍，隔離度下降 5dB 。</p><p>　　B 、原理分析 </p><p>　　電路工作條件

23、：二極管伏安特性為過(guò)原點(diǎn)斜率等于 的直線；輸入電壓中， ， ，且 ，此時(shí)，二極管將在 的控制下輪流工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)。 </p><p>　　由圖4-2 (a) 知，流過(guò)負(fù)載 的總電流為： </p><p>　　當(dāng) 時(shí)，二極管 D 3 、 D 2 導(dǎo)通， D 1 、 D 4 截止，相應(yīng)的等效電路為圖4-2 (c) ：

24、 </p><p>　　列出的 KVL 方程為： </p><p>　　圖4-2(c)

25、 </p><p>　　所以，流過(guò)各二極管的電流為： </p><p>　?。?.2.3） </p><

26、;p>　　流過(guò)負(fù)載的總電流為： </p><p>　?。?4.2.4 ） </p><p>　　當(dāng) ＜ 0 時(shí)，二極管 D 1 、 D 4 導(dǎo)通， D 3

27、、 D 2 截止，相的等效電路如圖4-2 (d) </p><p>　　圖4-2 (d) </p><p>　　列出的 KVL 方程為：

28、 </p><p>　　流過(guò)各二極管的電流為： </p><p>　?。?4.2.5 ） </p><p

29、>　　流過(guò)負(fù)載的總電流為： </p><p>　?。?4.2.6 ） </p><p>　　在 的整個(gè)周期內(nèi)，流過(guò)負(fù)載的總電流可以表示為：

30、 </p><p>　?。?4.2.7 ） </p><p>　　利用開(kāi)關(guān)函數(shù)，可以將上式表示為： &l

31、t;/p><p>　　即： （ 4.2.8 ） </p><p>　　由此可見(jiàn)，電流中包含的頻率分量為： </p><p>　　中的有用中頻分量為

32、 </p><p>　?。?4.2.9 ） </p><p>　　電路特點(diǎn) ：若二極管特性一致，變壓器中心抽頭上、下又完全對(duì)稱，則環(huán) 形電路的最重要特點(diǎn)就是 各端口之間有良好的隔離 。

33、 </p><p>　　C 、插入損耗 </p><p>　　根據(jù)定義，由圖 4-2(a) 知，流過(guò)輸入信號(hào)源端的電流為

34、 </p><p>　　將式（ 4.2.4 ）和（ 4.2.6 ）代入上式中得： </p><p>　　所以接在信號(hào)源端的等效負(fù)載電阻為 ：

35、 </p><p>　　若令 ，實(shí)現(xiàn)功率匹配，信號(hào)源提供的信號(hào)功率最大，為 </p><p>　　輸出端輸出的中頻電壓幅值為 </p><p>　　相應(yīng)的輸出中頻功

36、率為： </p><p>　　因此，電路的插入損耗為： </p><p>　　實(shí)際二極管環(huán)形混頻器各端口的匹配阻抗均為

37、 50 Ω 。應(yīng)用時(shí)，各端口都必須接入濾波匹配網(wǎng)絡(luò)，分別實(shí)現(xiàn)混頻器與輸入信號(hào)源、本振信號(hào)源、輸出負(fù)載之間的阻抗匹配。 </p><p>　　3、中頻放大電路 </p><p>　　中頻放

38、大電路的任務(wù)是把變頻得到的中頻信號(hào)加以放大，然后送到檢波器檢波。中頻放大電路對(duì)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。 </p><p>　　圖 圖Z1008（a）是LC單調(diào)諧中頻放大電路，圖Z1008（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(shí)還起阻抗變換的作用，

39、因此，中頻變壓器是中放電路的關(guān)鍵元件。 </p><p>　　中頻變壓器的初級(jí)線圈與電容組成LC并聯(lián)諧振回路，它諧振于中頻465kHz。由于并聯(lián)諧振回路對(duì)詣?wù)耦l率的信號(hào)阻抗很大，對(duì)非諧振頻率的信號(hào)阻抗較小。所以中頻信號(hào)在中頻變壓器的初級(jí)線圈上產(chǎn)生很大的壓降，并且耦合到下一級(jí)放

40、大，對(duì)非諧振頻率信號(hào)壓降很小，幾乎被短路（通常說(shuō)它只能通過(guò)中頻信號(hào)），從而完成選頻作用，提高了收音機(jī)的選擇性。 </p><p>　　由LC調(diào)諧回路特性知，中頻選頻回路的通頻帶B＝f2- f1＝ ，見(jiàn)圖Z1009。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。

41、 </p><p>　　中頻變壓器的另一作用是阻抗變換。因?yàn)榫w管共射極電路輸入阻抗低，輸出阻抗高，所以一般用變壓器耦合，使前后級(jí)之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 </p><p>　　一般收音機(jī)采用兩級(jí)中放，有3個(gè)中頻變壓器（常稱中周）。第一個(gè)中頻變壓器要求有較好的選擇性，第二個(gè)

42、中頻變壓器要求有適當(dāng)?shù)耐l帶和選擇性，第三個(gè)中頻變壓器要求有足夠的通頻帶和電壓傳輸系數(shù)，由于各中頻變壓器的要求不同，匝數(shù)比不一樣，通常磁帽用不同顏色標(biāo)志，以示區(qū)別，所以不能互換使用。</p><p>　　實(shí)際電路中常采用具有中間抽頭的并聯(lián)諧振回路,如圖Z1010（a）所示。（b）是它的等效電路，可以看出，它是由兩個(gè)阻抗性質(zhì)不同的支路組成。由于L1、L2都繞在同一磁芯上，實(shí)際上是一個(gè)自耦變壓器。 </p

43、><p>　　利用變壓器的阻抗變換關(guān)系，可求得等效諧振電路的諧振ZOB0＝（）2ZAB0＝（）2ZAB0（式中N＝N1＋N2為電感線圈的總匝數(shù)）。即具有抽頭并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗ZOB0等于沒(méi)有抽頭的諧振阻抗ZAB0的倍。由于＜1，所以ZOB0＜ZAB0，適當(dāng)選擇變比可取得所需求的ZOB0，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

44、 </p><p>　　上述中放電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，回路損耗小，調(diào)試方便，所以應(yīng)用廣泛。 </p><p>　　4、鑒頻電路 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)解

45、調(diào)的鑒頻電路可分為三類,第一類是調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波,然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。第二類是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過(guò)移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波,其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化成線性關(guān)系,然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較,通過(guò)低通濾波器取出解調(diào)信號(hào)。因?yàn)橄辔槐容^器通常用乘法器組成,所以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把

46、調(diào)頻信號(hào)通過(guò)過(guò)零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率相等的單極性等幅脈沖序列,然后通過(guò)低通濾波器取出脈沖序列的平均值,這就恢復(fù)出與瞬時(shí)頻率變化成正比的信號(hào)。 </p><p>　　圖4-3是雙失諧回路鑒頻器的原理圖。它是由三個(gè)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(duì)稱的兩個(gè)振幅檢波器組成。初級(jí)回路諧振于調(diào)頻信號(hào)的中心頻率 ,

47、其通帶較寬。次級(jí)兩個(gè)回路的諧振頻率分別Ｗ01 、Ｗ02 ,并使Ｗ01 、Ｗ02 與Ｗc成對(duì)稱失諧。即: </p><p>　　Ｗ01 - Ｗc = Ｗc - Ｗ02 </p><p>　　圖4-3 雙失諧回路鑒頻器的原理圖

48、 </p><p>　　圖4-4左邊是雙失諧回路鑒頻器的幅頻特性,其中實(shí)線表示第一個(gè)回路的幅頻特性,虛線表示第二個(gè)回路的幅頻特性,這兩個(gè)幅頻特性對(duì)于Ｗc 是對(duì)稱的。當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的頻率為Ｗc 時(shí),兩個(gè)次級(jí)回路輸出電壓幅度相等,經(jīng)檢波后輸出電壓 U0 = Ｕ01 - Ｕ02 &

49、lt;/p><p>　　當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的頻率由Ｗc向升高的方向偏離時(shí), Ｌ2Ｃ2回路輸出電壓大,而Ｌ1Ｃ1 回路輸出電壓小,則經(jīng)檢波后Ｕ01 <Ｕ02 ,則Ｕ0 = Ｕ01 - Ｕ02 < 0。 </p><p>　　當(dāng)輸入調(diào)頻波信號(hào)的頻率由Ｗc向降低方向偏離時(shí), Ｌ1Ｃ1回路輸出電壓大

50、, Ｌ2Ｃ2回路輸出電壓小,經(jīng)檢波后Ｕ01 >Ｕ02 ,則Ｕ0 = Ｕ01 - Ｕ02 > 0 。 </p><p>　　其總鑒頻特性如圖4-4所示 </p>&

51、lt;p>　　圖4-4 總鑒頻特性 </p><p>　　5、MC3361的功能介紹： </p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中采用了MC3361芯片，所以工作原理

52、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)。 </p><p>　　MC3361是美國(guó)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(yǔ)音通訊的無(wú)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(kāi)

53、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： </p><p>　　· 低功耗（在Vcc=4.0V，耗電典型值僅為3.9mA） </p><p>　　· 極限靈敏度：2.6uV(-3bB)（典型

54、值） </p><p>　　· 少量的外接元件 </p><p>　　· 工作電壓：2.0—8.0V

55、 </p><p>　　· DIP16和SO-16兩種封裝形式 </p><p>　　· 工作頻率：60MHz(max)

56、 </p><p>　　MC3361結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示（見(jiàn)下頁(yè)） </p><p>　　圖 4-5 MC3361結(jié)構(gòu)框圖

57、 </p><p>　　MC3361集成電路采用16腳雙列直插式封裝。它具有較寬的電源電壓范圍(2～9V)，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(shí)，靜態(tài)耗電電流典型值為2.8mA),靈敏度高(在2.0μV輸入時(shí)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4-5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(jí)差動(dòng)放大器構(gòu)成的調(diào)頻455kHz寬

58、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。 </p><p>　　6、整體電路圖 </p><p>　　綜合上述1

59、—5可得其整體電路圖如圖4-7所示 </p><p>　　圖4-7 整體電路圖 </p><p>　　五、實(shí)驗(yàn)儀器

60、 </p><p>　　1、萬(wàn)用表 一塊 </p><p>　　2、示波器 一臺(tái)

61、 </p><p>　　六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 </p><p>　?。?).按下開(kāi)關(guān)KA1、KB2，調(diào)試好小信號(hào)調(diào)諧放大單元電路，調(diào)試好高頻功率放大單元電路。 </p><

62、;p>　?。?).連接好發(fā)射電路和接收電路（連LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1），同時(shí)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. </p><p>　?。?).在不加調(diào)制信號(hào)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(cè)量TTB2，當(dāng)TTB2處有455 KHz的信號(hào)輸出時(shí)，

63、說(shuō)明調(diào)頻單元的工作頻率在10.7MHz附近。此時(shí)從處加入1KHz，峰峰值為100mV左右的調(diào)制信號(hào)，則從TTB1處用示波器可觀測(cè)到輸出的解調(diào)波。 </p><p>　　（4).當(dāng)從TTB1處觀察鑒頻輸出信號(hào)，此時(shí)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(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)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(guò)改變調(diào)制信號(hào)大小來(lái)改變）。如果TTB1處的信號(hào)失真，一般要考慮是否調(diào)制信號(hào)幅度

64、過(guò)大以及變?nèi)荻O管調(diào)頻產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)的中心頻率偏高10.7MHz太遠(yuǎn)。 </p><p>　　七、實(shí)驗(yàn)記錄 </p>

65、;<p>　　1、調(diào)制信號(hào)入 </p><p>　　2、調(diào)制波出 </p><p

66、>　　3、載波入 </p><p>　　、 </p><p>　　4、 功放出

67、 </p><p>　　5、載波入 </p><p>　　6、放大出

68、 </p><p>　　7、鑒頻出 </p><p>　　8、仿真

69、 </p><p>　　八、心得體會(huì) </p><p>　　這個(gè)學(xué)期接觸了高頻電子線路這門(mén)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，書(shū)本上學(xué)的都是一些的理

70、論知識(shí)，也比較抽象。但是經(jīng)過(guò)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(wèn)題與獨(dú)立的動(dòng)手能力。并且這次調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)電路的設(shè)計(jì)過(guò)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。同時(shí)也讓我更深的認(rèn)識(shí)到：什么都只有通過(guò)自己動(dòng)腦，自己動(dòng)手才能體會(huì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，真正享受學(xué)習(xí)的過(guò)程，獲得成功的快樂(lè)。 </p&g