调频收音机毕业设计修订版.docx

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调频收音机毕业设计修订版

调频收音机的技术以及发展

内容摘要:

本课题主要研究调频收音机的技术设计全过程，各部分电路的组成、作用、性能指标和工作原理。

设计方法主要采用了两块集成电路TA7335P和FS2204，使电路设计变得简单。

主要的设计思路是：

由天线、输入回路、高频放大电路、混频电路、本机振荡电路、中频放大电路、鉴频电路、低频功率放大电路、扬声器组成。

本设计成果，基本上满足要求，性能指标符合。

本电路缺点是噪声大，电路失真较明显等，还需要进一步改进。

关键词：

调频混频鉴频低频放大中频放大

DesignforFMradio

Contentabstract:

ThistopicresearchFMreceiverdesignprocess,eachpartofthecircuit,composition,function,performanceindexandworkprinciple.DesignmethodmainlyadoptstwointegratedcircuitTA7335PandFS2204,thecircuitdesignsimplicity.Thedesignofthemainideais:

byantenna,inputcircuit,highfrequencyamplifiercircuit,frequencymixingcircuit,thismachineoscillatingcircuit,intermediatefrequencyamplifiercircuit,popularlyusedcircuit,low-frequencypoweramplifiercircuit,speakercomposition.Thisdesignresults,basicallymeetthedemands,performanceindexcomplywith.Thiscircuitfaultsislargenoise,circuitdistortionisobvious,andalsoneedsfurtherimprovement.

Keywords:

FMFrequencymixingPopularlyusedLowfrequencyamplifierIntermediatefrequencyamplifier

前言

随着科学技术的不断发展，新颖的调频收音机的不断出现，技术不断的提高，设计出来的收音机外型精致小巧。

从分离元件到集成电路，这标志着收音机的内部电路简单。

用一个集成块就能完成所有的工作。

从早期的调幅收音机到现在的调频收音机，我们可以想象收音机的不断改进和不断创新，使收音机的发展空间越来越大。

现在，出现了新一代高科技产品—数字调频收音机，功能强大，性能优良，设计精巧耐用。

调频收音机电路设计，主要采用两块集成块，这两块集成块分别是IC1TA7335P和IC2FS2204。

IC1集成块具有对调频广播信号进行放大、与本振信号差拍混频的功能；IC2集成块具有对调频中频信号进行放大、鉴频，对调幅信号进行高频放大、与本振信号差拍混频，对调幅中频信号进行放大、检波、低频放大的功能。

两块集成块和一些分离元件组成了调频收音机。

该电路即可以实现调幅也可以实现调频，具有两项功能。

可以说这是高科技的产物。

第一章调频收音机设计

1.1调频波的特点

1.1.1调频波的形成

调制是通过用待传送的音频信号（即调制信号）去控制高频载波的振幅、频率或相位来实现的。

1.1.2频偏

调频波是一种等幅疏密波，疏密波变化的程度用频偏来表示。

频偏是调频广播中的一个总要概念，它表示为某时刻调频波的频率与调制前高频载波的频率之差，在调频过程中，频偏随音频信号强弱变化，音频信号强，频偏大，音频信号弱，频偏小。

为保证高保真广播所需要的带宽和有效地利用有限的频道间隔，国际上规定调频广播允许最大频偏为75KHz。

1.1.3广播频段和传播特点

调幅广播中的中波段载频范围为525～1605KHz，短波载频范围一般在2.6～26.1MHz，前者主要靠地波传播，后者应用在短波段靠电离层反射来传播，调频广播工作在超短波段，其范围在30～300MHz，各国采用频率范围大小不一样，我国采用的是国际标准波段，即87～108MHz。

由于调频广播工作在超短波段，其工作频率大约为调幅中波广播频率的100倍，因此其传输特性与一般中波、短波的调幅广播有很多不同之处，主要特点有：

直线传播，传播距离一般在几十至上百千米，易受金属物体、高山、楼房等障碍物的反射。

1.1.2调频广播的优点

调频（FM）广播与调幅（AM）广播相比，主要有一下几个优点。

1.1.2.1抗干扰能力强，噪声低

1.1.2.2各电台间干扰少

由于调频广播为视距广播，因此各电台间相互干扰大大减少。

1.1.2.3易克服干扰所引起的幅度变化

一般工业、家用电器等外界及本机内部干扰都以幅度调制方式出现，所以，这种干扰对调幅收音机来说很难克服，而调频收音机中因为有限幅器，能够切除这种幅度干扰，使得调频收音机的信噪比较高，不易出现噪声。

1.1.2.4频带宽、音质好

调频广播目前规定中波广播的频道间隔为9KHz，考虑到选择性，中频通频带只能限制在9KHz以内，致使放声的最高频率只能在4～7KHz，所以，高音频分量难以重现，不能保证音质。

调频广播电台间隔规定为200KHz，单声道调频收音机通频带为180KHz，立体声收音机通频带为198KHz，因此，放音频率可达20～15000KHz，这就可以实现高质量的声音广播。

对于同一个调频—调幅收音机，即使在低放及节目相同情况下，调频也比调幅收听效果好很多。

1.1.2.5解决电台拥挤

频率不够分配的困难，调频段的开发不仅可以增加200个频道，而且由于它是视距传播，所以，数百千米外又可以重复使用同一频率，这样采用交叉布台的方法，在我国幅员辽阔的情况下，可大大增加可用的频道数目。

1.1.3单声道调频收音机基本组成及信号流程

1.1.3.1基本组成

如1.1.3-1图所示为单声道调频收音机基本组成方框图，它采用超外差式，由输入回路、高频放大、混频、本振、中放、限幅、鉴频、音频放大及自动频率控制电路（AFC）等电路组成。

调频收音机的调谐器，通常设有高频放大电路，它由输入回路、高频放大、混频与本振电路组成。

调幅收音机的调谐电路，一般不设高频放大电路。

调频收音机变频后的中频频率为10.7MHz，而调幅收音机变频后的中频频率为465KHz，两者电路形式基本相同。

调频波的干扰主要表现为幅度干扰，为此调频收音机中在中放电路后没有限幅电路，以切除幅度干扰。

这是调幅收音机没有的，也是不能有的。

由于调频收音机接收的是调频波，要想从中解调出音频信号，需要采用用频率解调电路，即鉴频电路。

调幅收音机采用的是检波电路，以进行幅度解调。

调频收音机中，由于本机振荡频率较高，为了防止由于电源电压与温度变化而引起的振荡频率漂移，还附设有自动频率控制电路（AFC），这是一般调幅收音机中没有的。

图1.1.3-1单声道调频收音机电路方框图

1.1.3.2信号流程

如1.1.3-1图所示，由天线接收到的信号，经过输入回路的选频，将所选出的等幅调频波先送入高频放大电路进行放大，以增加输入信号的幅度，然后变频，变换成10.7MHz固定中频的调频波。

这里的中频调频信号，保持了原调频信号频率偏移特性，只是载频频率变低。

限幅电路的作用是把经过中频放大后的调频波上的幅度干扰切除掉，保持调频波的等幅特性。

经过限幅电路去掉噪声干扰后，信号被送至鉴频电路，通过鉴频电路解调作用，将调频波中的频率变换转换成信号幅度的变化，于是得到与发射台相对应的音频信号。

音频信号再经过低放、功放电路组成的音频放大电路放大，推动扬声器发出声音来。

与AM收音机相比，其低放、功放电路基本相同，可公用。

2调频头电路

1.2.1调频头电路的组成、作用与要求

1.2.1.1组成与作用

调频头也称调频高频头或高频调谐器，它主要由输入回路、高频放大电路、变频电路组成，见1.2.1.1-1图所示。

图1.2.1.1-1调频头电路方框图

调频头的作用是选择所要接听的调频电台信号，并将它放大、混频，变为10.7MHz的固定中频信号，输至中频放大电路。

1.2.1.2性能要求

调频头既是调频接收电路中工作频率最高、信号最微弱的部位，又是决定整机选择性、灵敏度的关键部件。

因此，对调频头的电路结构、元器件质量及工艺要求较严格。

1.2.1.3要有良好的选择性

调频头既要能选择出所要接听的电台的信号，又应能对其它电台的信号及干扰信号有效地加以抑制。

尤其是镜频干扰和中频干扰，必须靠调频头来抑制，一旦进入中频放大级以后，中频滤波器是无能为力的。

1.2.1.4噪声系数要小

输入信噪比与输出信噪比的比值叫噪声系数。

调频头处在整机最前端，降低调频头的噪声（采用低噪声元件和降低线路本身噪声等措施），是收音机的噪声功率大大下降，噪声系数也大大减小，扬声器可发出没有任何杂音的“干净”的声音。

1.2.1.5线性要好，动态范围大，增益适当

调频头要有很好的线性工作状态和能够承受大信号的较大工作范围，同时还要有适当的增益。

1.2.1.6本振辐射要小

本振信号可视为一种干扰源，若其向外辐射，则对接收机造成干扰。

为此，本机振荡不要过强，波形失真要小，一般对本振部分加以屏蔽。

有些高保真收音机甚至把整个调频头全屏蔽起来。

1.2.2输入回路

调频收音机输入回路分为固定调谐式输入回路和可变调谐式输入回路。

固定调谐式输入回路的谐振频率为87～108MHz的调频波段中间（98MHz）附近的固定值。

由于调频收音机的频率覆盖比较窄，通常使波段两端的灵敏度较高，中间有些失真，增益较低，为补偿波段中间的增益，将输入回路的谐振频率调到中间。

采用固定调谐式输入回路的调频头，一般使用双连可变电容器，一连用于本振谐振回路，一连用于高放输出端谐振回路，这样可以基本满足普通调频收音机对灵敏度与选择性的要求。

输入回路的天线多采用拉杆天线，有单杆和双杆之分，单杆对地不平衡，双杆对地平衡。

单杆不平衡天线输入回路，如1.2.2-1图所示，其特点是结构简单。

A图为电容耦合，L1、C1组成的输入回路，75欧姆鞭状天线接收的信号通过C2耦合到输入回路，经筛选后，输入回路选择出的信号经C3耦合到高放级。

B图为电感耦合，天线接收的信号通过电感L1、L2耦合到输入回路，再由C2输入回路选择出的信号耦合到高放级。

电容耦合在天线与输入回路的匹配和传输均匀性上，不如电感耦合好，但结构简单，普通接收机多采用电容耦合的方式。

图1.2.2-1输入回路

双杆平衡天线输入回路，如图1.2.2-2所示。

它有单调谐和双调谐之分，A图为单调谐回路，它通过L1、L2之间的耦合作用，将天线接收到的信号耦合到输入回路，再由C2将输入回路选择出的信号送到高放级。

对要求较高的收音机，单调谐回路满足不了选择性既好，增益又高的要求，常采用B图所示的双调谐回路。

图1.2.2-2双杆平衡天线输入回路

高档的调频收音机，常采用可变调谐式输入回路，如图1.2.2-3所示。

改变输入回路的可变电容，使其与所要接收电台的信号频率发生谐振，其它频率的干扰受到很大的衰减，既增强了选择性，又提高了抗干扰能力。

此电路多采用三连或多连可变电容器。

天线接收的电台信号，通过L1、L2耦合到由L2、C1a、C2、C3、C4和C5组成的输入回路。

C4、C5组成电容分压器，起减小高放级输入阻抗的旁路作用，提高回路Q值，C5两端的电压送到高放级。

图1.2.2-3可变调谐是输入回路

1.3高频放大电路

1.3.1晶体管共基极高放电路

调频头的晶体管高频放大电路一般采用共基极电路，这是由于共基电路的截止频率高、内部反馈小、工作稳定性好、有较好的增益，适于高频放大，并且共基电路输入阻抗低，容易与天线输入阻抗相匹配。

图1.3.1共基极高放电路

如图1.3.1所示，该电路为晶体管共基极高放电路。

其中，L1、C2组成固定调谐式单杆不平衡直接耦合输入回路。

输入回路选择出的信号由变压器耦合到高频放大管基极，进行高频放大后，再由C5、C6a、C7、C8与L2组成的可变调谐回路对信号进一步选择。

即调节C6a，使调谐回路谐振于所要接收的电台频率上，从而对无用电台信号或干扰信号加以抑制，从而选择出所要接收的电台信号，经C9耦合到混频管。

R1、R2、R3为该电路偏置电阻，AGC（自动增益控制电路）控制电压经R2加至高放管基极。

C6a从容量最大变化到最小是，调谐回路从低端87MHz变化到高端108MHz。

C5、C7用于调谐回路在高端与本振回路进行统调。

C8容量较大，对高频相当于短路，只要起隔直作用。

1.3.2场效应管共源极高放电路

在性能要求较高的调频收音机中，高放管多采用场效应管。

这是因为场效应管与晶体管相比具有阻抗较高，动态范围大，噪声系数低等优点。

将场效应管应用于高放电路，可大大提高对大信号的承受能力，减小失真，提高整机的选择性。

如图1.3.2所示，为场效应管高放电路，为提高增益，它接成共源极电路。

该图中，L1、L2、C1、C2与C3组成可变调谐式输入回路；AGC电压从中放输出取得，经R4、C12、R1滤波，由R1提供给场效应管栅极，在输入信号电压增大时，管子压变负，跨导减小，增益下降，即反向AGC；R2为源极电阻，负偏压从R2上取得；R3为漏极电阻，提供电源电压；L4、C8、C9与C10组成并联谐振回路；C6为中和电容，起抵消漏栅电容内部反馈的作用。

图1.3.2结型场效应管的高放电路

1.4变频电路

调频头变频级有采用单管完成本振和变频功能的，也有采用两只分别完成本振和混频功能的。

单管完成本振与变频功能的电路，与调幅收音机电路基本相同，此处不再重复。

电压一种简单实用的混频电路如图1.4-1所示。

其中，三极管T1实现频率变换，将天线接收到高频调制信号（f1）与三极管T2和晶振组成的本机振荡器的输出信号（f2）进行混频，由LC选频网络选出的中频信号（f2-f1）。

频率变换的原理是，利用三极管集电极电流ic与输入Vbe之间的非线性关系实现频率变换。

变换后的调制参数（调制频率和频率偏移）保持不变，仅载波频率变换成中频频率。

对于上图所示电路，由于高频调制信号从混频管的基极输入，本机振荡信号从混频管的发射极注入，顾称这种电路为基极输入、发射极注入式混频电路。

这种电路的特点是：

信号的相互影响小，不易产生牵引现象，但要求本振的输出电压较大，以便使三极管T1工作于非线性区，实现频率变换。

混频管T1的静态工作点由R1、R2及R3决定（在电源电压+Vcc确定时）。

为使混频管在大信号输入下进入非线性工作区，静态工作电流Icq不能太大，否则非线性作用消失，混频增益将大大下降。

但Icq也不能太小。

实验表明+Vcc=+6V时，Icq取（0.3～0.5）mA较合适。

三极管T2和晶振Jt组成的本机振荡电路称为电容反馈三点式振荡电路,又称”考毕兹”电路。

电路的反馈洗漱F=C7/C5。

振荡频率主要由晶振的频率决定，因此频率稳定度较高。

分析表明，振荡频率f0的表达式

式中，Lq为晶振的等效电感，与频率有关，对于频率为几十兆赫的晶振，Lq约为几毫亨；

为谐振回路总电容，由晶振的等效电容C0、Cq与外接电容C4、C5及C7共同决定。

若选C4

C5，C4

C7，则

式中，Cq为（0.005～0.1）pF，C0为（2～5）pF，所以C4的取值比较小才能对晶振的频率实现微调，一般C4为几皮法～几十皮法的小微调电容。

图1.4-1双管构成的混频电路

本机振荡电路的静态工作点主要由R4、R5、R6及R7决定。

为使本机振荡器输出较大的电压，静态电流Icq应较大，但也不能太大，否则会使振荡输出的波形发生畸变，产生高次谐波，影响混频级电路的性能。

实验表明+Vcc=+6V时，Icq取（0.4～0.8）mA较好。

电容C3为本机振荡器的输出耦合电容。

由于混频管工作在非线性状态，易引起各种信号的干扰，如中频干扰、镜像干扰等，采用晶振构成的本机振荡电路，可以减少干扰，必要时，在混频级前加一级高频调谐放大器，可大大抑制镜像干扰。

1.5自动频率控制电路（AFC）

自动频率控制电路简称AFC电路，它是一个闭合环路，如图1.5-1和1.5-2所示。

从鉴频电路得到的电压正比于偏离10.7MHz中频的频偏的大小，若用这个电压控制本振回路中的可控元件，就可改变本振频率。

它是利用接收机失谐时鉴频电路输出的直流电压控制本振频率，使接收机自动处于最佳调谐状态，这时鉴频电路反馈的AFC电压最小。

控制本振频率的最常见方法是采用变容二极管，其特性曲线见上图所示。

将变容二极管置于本振调谐回路中，当AFC控制电压加在变容二极管两端，随着AFC电压的变化，变容二极管的等效结电容Cb也随之变化，其结果使AFC电压控制本振电路的谐振频率。

图1.5-1自动频率控制方框图

图1.5-2变容二极管特性曲线

1.6调频头电路实例分析

请见附录A为调频头实例电路。

L1、C2组成单杆不平衡天线输入回路。

天线接收的信号通过C17耦合到输入回路，其通频带在87～108MHz，次输入回路筛选后的信号由C3耦合到高放级。

高放级VT1采用共基极电路，其负载是由L2、C5、C6组成的可变调谐回路。

可变电容，它与本振回路中C1b构成双连可变电容，C8为耦合输出电容。

VT2为变频管，既完成本振功能又实现混频。

其中，C1b、C12、C10、C14与L4组成本振回路。

C12为振荡反馈电容，C14为微调电容，C13为补偿电容，L3、C9、R4构成串联谐振回路，起中频陷波作用，抑制中频干扰。

由C8输出的高频信号与C12输出的本振信号，同时加到VT2输入端，利用VT2非线性作用产生10.7MHz中频信号。

中频选频回路T1与本振回路串接，由于中频选频回路中电容对频率较高的本振信号相当于短路，本振回路中L4电感对中频信号也相当于短路，故这两个回路相互影响很小。

变容二极管VD4通过隔直电容C15跨接在本振回路两端。

当调谐准确时，变频输出中频信号10.7MHz，此时Vafc为零，本振频率不受影响；当本振频率发生漂移，则它与接收的高频信号差也将偏离10.7MHz，这时鉴频电路将输出正或负的Vafc直流电压，该电压经R8加至变容二极管VD4的负极，使其电容量增大或减小，使本振频率恢复正常。

二极管CD3是阻尼二极管，VD5、VD6起稳压作用，为高放管VT1与变频管VT2提供偏压。

1.7中频放大电路

1.7.1作用与性能要求

1.7.1.1作用

将变频级输出的中频10.7MHz信号加以放大，提高灵敏度；对中频信号进一步筛选，提高选择性；并且送到鉴频器进行鉴频。

1.7.1.2性能要求

中放级性能的好坏，在很大的程度上决定这收音机整机的灵敏度、选择性、失真度和自动增益控制等主要的技术指标、对中频放大器主要性能的要求有：

1.7.1.3增益高

要保证有60dB左右功率增益，一般中放级采用两级放大。

1.7.1.4选择性好

中频放大器多采用谐振于10.7MHz并联谐振回路作负载，由此大大提高整机的选择性。

1.7.1.5稳定性好

中放级工作在10.7MHz信号下，如果不考虑其工作时的稳定性要求，将容易出现失真、自激现象等。

1.7.1.6通频带要有一定的宽度

中频信号的中心频率为10.7MHz，广播电台发射信号的频谱宽度规定为9KHz。

这样，送入中频放大级的信号频率约为88～108MHz，要对整个频谱内的信号均匀放大就要求中放级的通频带要有一定的宽度。

1.7.2电路分析

中频放大电路一般由两级中频放大器和三个中频变压器组成，如图1.7.2-1所示。

中频变压器有两个作用，其一，变压器的初级线圈与槽路电容组成固定中频的选频回路，对信号作进一步的筛选；其二，利用变压器耦合实现阻抗匹配，并将信号耦合至下一级。

图1.7.2-1中放电路的组成

变频后的10.7MHz的中频信号经过中频变压器1的筛选后，送往第一级中频放大器放大；中频变压器2对放大后的中频信号进一步加以筛选，再送到第二级中频放大器放大，中频变压器3将选出的信号送往检波器。

应当指出，三个中频变压器工作原理是相同的，但是对它们的要求不同，参数也有所不同。

要求变压器1有良好的选择性，变压器2有一定的通频带和选择性，变压器3有较宽的通频带和较好的选择性。

在实际的电路中，三个变压器的位置不可更换。

1.7.3调谐回路的种类

中频变压器就是调谐回路。

它可分为单调谐回路、双调谐回路和陶瓷滤波器。

各种外差式收音机的类别、档次不同，对增益、选择性通频带等指标的要求也不同，选用的中频变压器也不同。

1.7.3.1单调谐回路

单调谐中放回路每级只有一个LC并联谐振电路，有时为展宽谐振回路通频带，往往在回路两端并联一个阻尼电阻。

如图1.7.3-1所示为单级单调谐中放电路。

要说明的是，为了电路稳定，实际电路中往往还要设置中和电容，如图1.7.3-1C9，这是因为晶体管本身存在极间电容，一般几皮法。

对低频信号工作时，这些电容容抗较大，近似开路，对电路影响不大。

但高频率信号工作是，其容抗较小，将有高频电流通过，特别是基极和集电极极间电容Cc，能把集电极输出的一部分信号反馈回基极输入端，形成内部反馈，由此能使中放管产生自激。

如增加中和电容C9，由于中频变压器T初级抽头接电源，使初级上下两端相位正相反（对抽头而言）。

这样，输出信号从C9加到基极的电流I9相位刚好和极间反馈电流Ic相反。

如果适当选择C9的大小，就可以使这两个电流大小相等，从而相互抵消。

由此可知，所谓中和，就是认为的外加一反馈电流和管内极间电容所造成的反馈电流大小相等相位相反，从而相互抵消。

单调谐回路结构简单，便于调整。

其谐振曲线较尖锐，虽对10.7MHz中频信号能产生很高压降，有较好选择性，但对距10.7MHz中心频率稍远一些的信号衰减过大，致使音质欠缺。

图1.7.3-1中频调谐回路谐振特性

1.7.3.2双调谐回路

单调谐中频放大器具有结构简单，调整方便，应用广泛等特点，但它很难同时满足选择性和通频带两方面的要求。

在较高档次收音机中多采用双调谐中频放大器。

双调谐耦合回路是指两个谐振于同一个中心频率f0的LC并联谐振回路，它们间通过电感或电容耦合的方法，形成一个双调谐耦合回路，其频率相应除决定于各调谐回路的Q值外，很大程度上还与两回路间电感或电容耦合松紧有关。

耦合较松时为单峰曲线，耦合较紧时为双峰曲线。

如图1.7.3-2所示。

图1.7.3-2双调谐回路谐振曲线

从上图我们可以看到，双调谐耦合回路如果调整得当，可以获得接近理想的矩形曲线。

因此，双调谐回路中频放大器可以满足收音机对通频带与选择性的同时要求，即矩形曲线内信号得到均匀放大，而曲线外干扰信号得到急剧衰减。

双调谐耦合回路的缺点是：

结构复杂，调整困难。

1.7.4典型实例分析

收音机实验箱超外差式收音机的中频放大电路，采用典型的单调谐中放电路，请见附录B所示。

它有两级发射极中频放大电路，并在各级的输入、输出端配接了单调谐回路。

电容器C5与中频变压器T1的初级线圈并联，组成LC谐振回路。

改变初级线圈的电感量，可使回路对10.7MHz的中频信号在初级线圈上产生很大压降，通过初、次级线圈之间的耦合作用，加到晶体管VT2的基极。

偏离谐振频率的信号，在初级线圈上产生的压降较小，很难耦合到下一级去，这样就可将不需要的信号抑制掉。

10.7MH