高频课设通信电子线路.docx
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高频课设通信电子线路
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
20--年秋季学期
《通信电子线路》课程设计报告
题目：
中夏ZX620收音机设计
软件仿真与硬件调测
班级：
设计小组成员：
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指导教师：
目录
一、前言2
二、设计指标3
2.1收音机各单元电路性能指标3
2.2收音机工作范围3
2.3收音机整体性能指标3
三、系统总述4
3.1调制与解调原理介绍4
3.2调幅收音机原理介绍：
5
3.3调频收音机原理6
3.4调频收音机的基本工作原理介绍7
3.5超外差式调频收音机原理8
3.6超外差收音机的调整9
3.7原理框图10
四、单元电路设计与仿真11
4.1低频及功率放大电路的仿真11
4.2中放-检波电路部分12
4.3混频电路部分14
五、硬件安装与调试16
六、设计总结17
七、参考文献18
附录一实体照片19
附录二元器件清单20
一、前言
随着科学技术的发展，调频调幅收音机的应用十分广泛，尤其消费类占有相当的市场。
从分离元件组成的收音机到由集成电路组成的收音机，调频调幅收音机技术已达到十分成熟的地步。
在众多种收音机中，调频调幅收音机以较高的技术含量和较高的音质得到了广泛的欢迎。
本论文主要介绍了利用分立元件组成的FM收音机和AM收音机的设计全过程，包括电路各个模块参数的分析，电路各个模块的仿真，电路板的焊接过程、调试过程，讨论了在设计过程中遇到的问题以及如何解决问题。
本次课程设计成果，基本上满足要求，性能指标符合。
FM收音机电路的缺点是伴有音质噪声，需进一步改进。
关键词：
AM﹑FM收音机、焊接、调试﹑仿真
二、设计指标
2.1收音机各单元电路性能指标
天线输入信号频率：
87~108MHz
本振部分：
（1）输出本振频率为77.3~97.3MHZ可调
混频部分：
（1）设计谐振频率为10.7MHZ的中频谐振回路
（2）混频输出频率为10.7MHZ
中频部分：
（1）３０dB功率增益
（2）陶瓷滤波器输出端为10.7MHZ调制信号
检波部分：
（1）设计一个FM斜率鉴频的并联谐振回路
（2）检波输出为音频信号
低频功放部分：
音频信号的幅度可调
2.2收音机工作范围
接收FM频率范围：
88~108MHz，接收AM频率范围：
540~1600kHz。
调制信号频率范围100~15000Hz，最大频偏75kHz。
调谐方式：
手动调谐。
2.3收音机整体性能指标
接收高低端电台（不同载波频率）的灵敏度一致；灵敏度高；选择性好（不易串台）
三、系统总述
3.1调制与解调原理介绍
“调制”是发射机的主要功能。
所谓调制是将所需传送的基带信号加载到载波信号上去，以调幅波、调相波或调频波的形式通过天线辐射出去。
“解调”是接收机的重要功能。
所谓解调是将接收到的已调波的原调制信号取出来，例如从调幅波的振幅变化中取出原调制信号。
从调相波的瞬时相位变化中取出原调制信号。
从调频波的瞬时频率变化中取出原调制信号。
从频谱的角度来看：
因为音频信号频率很低（20～20kHz），不能从天线发射出去，必须将音频信号加载到高频信号上，这叫做“调制”，该高频信号称为“载波”。
有两种调制方法，即振幅调制产生调幅波和频率调制产生调频波，如下图所示。
如果高频波的幅度随音频信号而变化，称调幅波。
调幅波包络线形状和音频信号波形相同；如果高频波的频率随音频信号而变化，则称调频波。
调频波的幅度不变，而频率随着音频信号的规律变化，当音频信号处在正半周时调频波的频率就高；当音频处在负半周时，调频波的频率就低。
可见，调制信号就是高频载波和音频信号二者按照某种规律的合成体。
由于调幅波的接收设备很简单，一般普通中波和短波广播都是应用调幅广播。
调频波抗干扰能力强，用于高质置的广播，如电视广播中的伴音、立体声广播等。
调幅，调频波图形如下图所示：
3.2调幅收音机原理介绍：
调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电路、检波电路、自动增益控制电路（AGC）及音频功率放大电路组成，本振信号经内部混频器，与输入信号相混合。
混频信号经中放和455kHz陶瓷滤波器构成的中频选择回路得到中频信号。
至此，电台的信号就变成了以中频455kHz为载波的调幅波。
输入回路：
输入回路主要由磁棒、磁棒线圈和可变电容器组成。
磁棒有聚集空间电磁波的功能，它将使磁棒上的线圈感应出许多不同频率的电动势（每一个频率的电动势都对应着一个广播电台信号）。
若某一感应电动势所对应的信号频率等于磁棒线圈与可变电容器组成的串联谐振频率，则该频率的信号将以最大电压传送给变频级。
混频和本振回路：
从输入回路送来的调幅信号频率和本机振荡器产生等幅信号一起送到变频级，经过变频级产生一个新的频率，这一新的频率恰好是输入信号频率和本振信号频率的差值，称为差频。
例如，输入信号的频率是535KHZ，本振频率是1000KHZ，那么它们的差值就是1000KHZ—535KHZ=465KHZ；当输入信号是1605KHZ时，本机振荡频率也跟着升高，变成2070KHZ。
也就是说，在超外差式收音机中，本机振荡的频率始终要比输入信号高一个465KHZ。
这个在变频过程中新产生的差频比原来输入信号的频率要低，比音频却要高得多，因此我们把它叫做中频。
不论原来输入信号的频率是多少，经过变频以后都变成一个固定的中频，然后再送入到中频放大器继续放大，这是超外差式收音机的一个重要特点。
以上三种频率之间的关系可以用以下式表示：
本机振荡频率—输入信号频率=中频
中频放大电路：
中频放大电路主要由中频变压器（中周）和高频三极管组成。
其作用是把变频级送来的中频信号再进行一次检查，只让465kHz的中频信号通过，并送到三极管进行放大，然后将放大了的中频信号再送到检波器去检波。
检波器：
检波器也称解调器，它主要由二极管和滤波电容组成，主要作用是从人耳听不见的中频信号中检出音频信号。
检波实质就是利用二极管的单向导电特性，切除已调幅中频信号的正半周或负半周，然后经电容器滤除残留的中频分量取出含有直流分量的音频信号，再送到低频放大器中进行音频放大。
自动增益控制电路（AGC）：
晶体管收音机中使用的小功率高频三极管都有这样一个特性；当三极管静态工作电流Ic在lmA以下时，三极管的β值将随着Ic的减小而减小。
自动增益控制电路就是利用这一特性将检波得到的音频信号中的直流分量经电路处理后，去控制中频放大器中三极管静态工作点，使收音机在接收到强信号时中频放大器中三极管静态工作电流Ic减小，β值下降。
这样中频放大器对输入的强信号放大量减小，检波后输出的音频信号幅度不至过大；反之，收音机接收到弱信号时，中频放大器中三极管β值上升，使检波后输出的音频信号幅度不至减小。
从而保证了收音机接收强弱电台时检波输出的音频信号幅度基本均匀。
低频放大电路：
低频放大器是放大音频信号的放大器，它是由前置低放和功率放大电路组成。
前置低放的主要作用是将检波得到的微弱音频信号进行放大，使之能向功率放大电路提供足够的推动功率。
功率放大电路的主要作用是将来自前置放大电路的音频信号进行功率放大，然后推动喇叭发出声音。
如图所示：
3.3调频收音机原理
调频（FM）收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音频功率放大器组成。
信号与本地振荡器产生的本振信号进行FM混频，混频后输出。
FM混频信号由FM中频回路进行选择，提取以中频10.7MHz为载波的调频波。
该中频选择回路由10.7MHz滤波器构成。
中频调制波经中放电路进行中频放大，然后进行鉴频得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。
输入回路：
输入回路主要由磁棒、磁棒线圈和可变电容器组成。
磁棒有聚集空间电磁波的功能，它将使磁棒上的线圈感应出许多不同频率的电动势（每一个频率的电动势都对应着一个广播电台信号）。
若某一感应电动势所对应的信号频率等于磁棒线圈与可变电容器组成的串联谐振频率，则该频率的信号将以最大电压传送给变频级。
高频放大电路：
高频放大电路的主要作用是对高频调频信号进行放大，以提高调频收音机的接收灵敏度。
高频放大电路一般采用共基放大电路，这是因为共基电路的截止频率高，适用于高频率放大，并且共基电路的输入阻抗低，容易与天线的阻抗相匹配。
混频和本振回路：
变频电路的作用是利用本机振荡产生的频率与外接收到的信号进行差频把高频调频信号变换成固定的中频信号输出（FM的中频为10.7MHz）。
中频放大电路：
中频放大电路主要由中频变压器（中周）和高频三极管组成。
其作用是把变频级送来的中频信号再进行一次检查，只让10.7MHz的中频信号通过，并送到三极管进行放大，然后将放大了的中频信号再送到限幅器。
限幅器：
限幅器的作用是把调频波的幅度变化削去，以提高抗干扰能力。
鉴频器：
鉴频器的作用是把频率的变化还原为幅度的变化，即把调频波还原成音频信号。
鉴频过程分为两步，先把等幅的调频信号经线性变换电路转换为幅度随调频信号的频率变化规律而变化的调频调幅信号，这时调频信号的幅度变化就是解调所需的音频信号，然后再用检波器从调频调幅波中把音频信号解调出来。
自动频率控制电路（AFC）：
AFC电路的作用是当本振频在工作过程中发生漂移时，能自动地控制本地振频率回到原来的正确频率上，使调频收音机处于最付佳状态。
低频放大电路：
低频放大器是放大音频信号的放大器，它是由前置低放和功率放大电路组成。
前置低放的主要作用是将检波得到的微弱音频信号进行放大，使之能向功率放大电路提供足够的推动功率。
功率放大电路的主要作用是将来自前置放大电路的音频信号进行功率放大，然后推动喇叭发出声音。
如图所示：
3.4调频收音机的基本工作原理介绍
调频波和调幅波的共同点都是将音频信号去调制高频信号。
不同的是，调幅波是使音频信号去调制高频信号的“幅度”；而调频波是使音频信号去调制高频信号的“频率”，如上图所示。
调频波的幅度不变，而频率随着音频信号的规律变化，当音频信号处在正半周时调频波的频率就高；当音频处在负半周时，调频波的频率就低。
因此，调频波就是高频信号的“频率”随着音频变化的结果。
采用调频波的原因：
首先，调频波的抗干扰性强。
传播无线电波的空间是复杂的，除了我们所需要的电波外，还有各种各样的干扰电波。
这些干扰波和有用的信号混在一起，很难把它们分开，于是在调幅收音机里就会听到各式各样的干扰杂声，影响收音质量，尤其在灵敏度比较高的收音机中更加明显。
调频波的抗干扰性比调幅波强得多，因此调频收音机发出来的声音比较清晰悦耳。
这是因为电波干扰中，干扰的主要结果常是改变了信号的幅度，从而模糊了需要传送的信号，调幅解决不了这个问题，采用调频可以改善这种干扰情况，因为调频是使音频信号去调制载波的频率，调频收音机在接收时，可以放一个限幅器把干扰影响的幅度变化消去，而对频率没有影响，如图所示：
其次，调频有较宽的频带。
从上图已经看到调频波频率的偏移（频偏）随音频信号的变化而变化。
当接收调频波时，扬声器的输出信号只和调频波的频偏有关系，而与调频波的幅度无关。
一般调频电台所占有的频带大约是150～200kHz，这个数字是调幅所占频带的数十倍。
调频波频带宽是一个很大的特点，因为调幅收音机受到频宽限制（主要受中频频宽限制），音频信号的频率局限于30～5000Hz，而调频可扩大到30～15000Hz，再加上抗干扰能力强，从而使传递音频信号质量大大提高，电视伴音比调幅收音机声音好听得多，就是因为电视伴音采用了调频的原因。
3.5超外差式调频收音机原理
下图是超外差式调频收音机框图，因为调频波是用超短波传播的，所以高频放大和本机振荡的频率都很高。
由于调频信号的频率变化很大，一般最大可达150～200kHz，所以中频就要比调幅收音机的高得多，一般中频都采用5～11MHz，我国现在一般电视接收机伴音中频都采用7MHz，调频广播接收机中频为10.7MHz，调频收音机收到调频波后，经过混频和中放，送到限幅器和鉴频器。
限幅器的作用是把调频波的幅度变化削去，以提高抗干扰能力。
鉴频器的作用是把频率的变化还原为幅度的变化，即把调频波还原成音频信号。
因此它又称为调频检波器。
从鉴频器输出的音频信号就可以利用低频放大器放大，推动扬声器供我们收听了。
由于调频收音机和调幅收音机有很多部分是相同的，所以在一般超外差式调幅收音机里增加一部分电路后便可以装成调频调幅两用收音机了。
3.6超外差收音机的调整
3.6.1调中频——即是调中频调谐回路。
中放电路是决定收音电路的灵敏度和选择性的关键所在，它的性能优劣决定了整机性能的好坏。
调整中频变压器，使之谐振在AM/465kHz（或FM/10.7MHz）频率，这是中放电路调整的任务。
3.6.2调覆盖——即是调本振谐振回路。
超外差收音机电路接收信号的频率范围与机壳刻度上的频率标志应一致，所以，要进行校准调整，也叫调覆盖。
在超外差收音机中，决定接收频率的是本机振荡频率与中频频率的差值，而不是输入回路的频率，因此，调覆盖实质是调本振频率和中频频率之差。
因此调覆盖即调整本振回路，使它比收音机频率刻度盘的指示频率高AM/465kHz（或FM/10.7MHz）。
在本振电路中，改变振荡线圈的电感值（即调节磁芯）可以较为明显地改变低频端的振荡频率（但对高频端也有影响）。
改变振荡微调电容的电容量，可以明显地改变高频端的振荡频率。
3.6.3统调——即是调输入回路。
统调又称为调整灵敏度，本振频率与中频频率确定了接收的外来信号频率，输入回路与外来信号的频率的谐振与否，决定超外差收音机的灵敏度和选择性（即选台功能），因此，调整输入回路使它与外来信号频率谐振，可以使收音机灵敏度高，选择性较好。
调整输入回路的选择性也称为调补偿或调跟踪，但是在外差式收音电路中，调整输入谐振回路的选择性会影响灵敏度，因此，调整谐振回路的谐振频率主要是调整灵敏度，使整机各波段的调谐点一致。
调整时，低端调输入回路线圈在磁棒上的位置，高端调天线的微调电容。
3.7原理框图
四、单元电路设计与仿真
4.1低频及功率放大电路的仿真
4.1.1低频及功率放大部分的电路图
4.1.2低频及功率放电路的仿真
4.2中放-检波电路部分
4.2.1中放-检波电路部分的电路图
4.2.2中放-检波电路的仿真波形图
说明：
上图为中放-检波电路的输入部分仿真波形图，输入信号经中放后明显放大。
将放大后的波形输入检波电路，进行检波处理。
说明：
上图为上图为中放-检波电路的检波输出部分仿真波形图，信号将检波处理后输出低频的音频信号。
4.3混频电路部分
4.3.1混频电路部分的电路图
4.3.2混频电路的仿真波形图
说明：
从天线接收到得高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（我国的标准为465kHZ）输入混频器，混频器输出的中频。
电压已经到达5V左右，足以供天线使用。
五、硬件安装与调试
首先用万用表l00mA电流档（其它档也行只要≥50mA档即可）的正负表笔分别跨接在地和K的GB之间，这时的读数应在10~15mA左右这时打开电源开关K，并将音量开至最大，再细调双联，这时应收得到广播电台。
若还收不到应检查有没有元件装错；印刷电路板有没有短距或开路；有没有焊接质量不高而导致短路或开路等。
排除故障后找一台标准的调频收音机，分别在低端和高端收一个电台，并调整被调收音机L4的松紧度，使被调收音机能收到这两个电台，那么这台被调收音机的频率覆盖就调好了。
如果在低端收不到这个电台，说明应减少M的匝数。
在高端收不到这个电台，说明应增加L4的匝数。
直至这两个电台都能收到为止。
调整时注意用无感起子或牙牙、牙刷柄（处理后）拔动L4的松紧度。
当L4拔松时，这时的频率就增高，反之则降低注意调整前请将频率指示牌贴好，使整个圆弧数值都能在前盖的小孔内看得见（旋转调台拔盘）
六、设计总结
经过两周的不懈努力，我终于完成了调频、调幅收音机的课程设计。
开始实验时，先熟悉了一下实验器件，之后在一些旧的电路板上练习了一会焊接，接着就开始在电路板上安装器件了，等我把所有器件都安装在实验电路板上后，才发现这样就很难再焊接了（因为焊接是个精细活，一不小心就会焊坏的，等把所有元器件安装完后，电路板的背面很乱，就不容易焊接了），于是又把它们拿下来，按先焊小再焊大，先低后高，最后再焊集成块的原则安装并焊接元器件了。
光焊接所有的元器件就花了我一天的时间。
第二天把所有焊接好的模块安装在收音机的机壳里，按上电池后，只有喇叭的刺啦声。
之后开始拿万用表检查错误，测量了好久仍是无头绪，于是就开始把芯片从新焊了一遍，同时把可能虚焊的地方也从新焊接了一遍，这样之后再安装上，安上电池后就可收到台了。
之后经过简单的调试后收到的台多了，也清晰了。
在本次实验中，在焊接方面没有遇到太大的困难，尤其是焊接芯片时，万分紧张却没有焊坏。
实验后，我能识别各种元器件了
比如
（1）电阻的标识和读数；
（2）电位器的三个引出端，两个为固定端，一个为滑动端；
（3）电容器的按材料分类和标注方法；
（4）常用的电感的分类；
（5）常用的半导体分离器件的型号命名与分类;
通过本次实习锻炼了我的读图能力，能够读懂一般的半导体收音机电路图和其他电子电路的电气原理图。
了2解各单元电路的基本原理；通过这次实践可以根据原理图和印制电路板图较熟练地进行电路组装和调试了。
这次实验之后，即一个基础训练后，对其它电子电路的组装、调试也就开始入门了。
这次实验同时锻炼我们的动手能力，理解能力，和思维能力，因此我们要在理解电路原理的基础上实践，也就达到本次实习的目的。
七、参考文献
（１） 《通信原理》，主编：
樊昌信，曹丽娜；国防工业出版社
（２） 《通信电子线路》，主编：
侯丽敏；清华大学出版社
（３） 《高频电子线路》，主编：
申功迈；西安电子科技大学出版社
（４） 《电子线路设计.实验.测试》，主编：
谢自美；华中科技大学出版社
（５） 《锁相技术》，主编：
万心平；西安电子科技大学出版社，1994
附录一实体照片
附录二元器件清单
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