高频课程设计单频小功率调幅接收机.docx

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高频课程设计单频小功率调幅接收机

目录

引言1

第一章系统框图及整体思路2

1.1系统框图2

1.2设计整体思路2

1.3各个模块简介3

1.3.1输入回路3

1.3.2高频放大3

1.3.3本机振荡4

1.3.4混频4

1.3.5中频放大5

1.3.6同步检波和AGC控制5

1.3.7功放级5

第二章部分单元电路设计分析6

2.1变频电路6

2.1.1变频电路的组成6

2.1.2本机振荡7

2.1.3混频9

2.2检波电路11

第三章仿真与调试12

3.1总电路仿真12

3.2已调信号波形13

3.3混频器输出波形13

3.4包络检波14

3.5同步检波14

总结与体会15

参考文献16

引言

在人们的日常生活中，无线电的传输和接收占有不可替代的作用，无线电电子技术领域在迅速扩大，信息的传输与处理时它的主要内容。

此次课程设计是主要针对无线电信号的接收模块------设计一个单频小功率调幅接收机。

把电信号通过一系列的变化，转换成人们可以听到的声音信号。

接收机原理就是把从天线接收到的高频信号经检波还原成音频信号，变成音波。

接收机可以接受到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。

接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。

本振信号与接受到的高频调幅信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接受信号调制规律相同的固定中频调幅信号。

该中频调幅信号经中频放大后，送入检波器，把原音频信号解调出来，并滤除残余中频分量，再由低频功率放大后推动扬声器发出声音。

此次设计对本机振荡和混频做了比较详细的介绍。

它采用混频方式，可大大提高接收机的性能，因为设计和制作增益高,选择性好,工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易。

本地振荡电路的输出是接收机的载波信号源，要求它的振荡频率应该十分的稳定。

本机振荡器（由变频级本身产生一个等幅的高频信号）产生的高频等幅振荡电流也送入混频器。

通常本机振荡的频率高于外来信号的频率，而且高出的数值要保持一定值，即中频频率。

中频放大级电路时指变频输出至检波之间的电路，其性能的优劣影响收音机的灵敏度，选择性和频率特性等指标。

乘积性同步检波电路采用工作稳定，调节方便的模拟乘法器MC1496构成解调电路，电路结构简单，工作稳定性好，不已失真。

设计的内容由Systemview软件进行仿真。

Systemview是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂得通信系统等不同层次的设计、仿真要求。

第一章系统框图及整体思路

1.1系统框图

图一调幅接收机组成原理框图

1.2设计整体思路

在通信系统中，收、发两地一般相距甚远，信号经过信道传输，受到很大衰减，到达接收端的高频信号电平多在微伏数量级。

因此，必须先将微弱信号进行放大再解调。

在解调过程中，混频电路起频率变换的作用，其输入是各种不同载频的高频已调波信号和本机震荡信号，输出是一种载频较低而且固定（习惯上称此载频为中频）的高频已调波信号（习惯上称此信号为中频信号）；而中频放大器由于工作频段较低而且固定，其性能可以做得很好，从而达到满意的接收效果。

天线接受到的高频信号经输入回路送至高频放大器，输入回路选择接收机工作频率范围内的信号，高频放大电路将输入信号放大后送至混频电路。

本振信号是频率可变的信号源，本振输出也送至混频电路，再送至中频放大，中频放大器输出送至解调电路。

解调器输出为低频信号，低频功放电路将解调后的低频信号进行功率放大，推动扬声器工作。

1.3各个模块简介

1.3.1输入回路

输入回路应使在天线上感应到的有用信号在接收机输入端呈最大值。

在设定回路的LC参数时，应使L值增大。

因为Q=WOL/R（R为回路电阻，由回路中电感绕线电阻和电容引线电阻形成），Q值越大，回路的选择性越好。

但电感值也不能太大，电感值大则电容值就应小，电容值太小则分布电容就会影响回路的稳定性，一般取C>>Cie（Cie为高频放大电路中晶体管的输入电容）。

图二输入回路电路原理图

1.3.2高频放大

因从谐振回路耦合过来的信号太微弱，所以必须要将输入信号进行选频放大，这里属于高频的范畴，采用高频小信号电路和分析方法。

考虑到小信号放大电路的稳定性，采用共射—共基极级联放大器。

单级并在工作频率下的放大倍数

Auo=Vo/Vi=-P1P2Yfe/g∑=-P1P2Yfe/（gp+P12goe+P22gie）

具体电路图如下：

图三高频小信号放大器

1.3.3本机振荡

本机振荡电路的输出是接收机的载波信号源，要求它的振荡频率应该十分的稳定。

本机振荡器（由变频级本身产生一个等幅的高频信号）产生的高频等幅振荡电流也送入混频器。

通常本机振荡的频率高于外来信号的频率，而且高出的数值要保持一定值，即中频频率。

1.3.4混频

混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频（一般称为中频）的高频已调波信号,而保持其调制规律不变。

1.3.5中频放大

中频放大级器的作用似放大经过变频后的465kHz中频信号，然后将放大的中频信号送出检波器。

中放级核心元器件是三极管BG2、BG3,采用中频变压器B4耦合。

电路中R3、R4构成一个AGC自动增益控制回路，以保证远近电台能获得相同的增益值。

1.3.6同步检波和AGC控制

检波器将原来调制的高频音频信号检波后产生音频信号和直流分量。

音频信号送出到功放级放大，直流信号用于音量的AGC控制。

检波级由BG3的发射结、C5和Rp的作用是将广播电台发送的双边带调幅信号进行单导电。

而C5、Rp组成，作用分别是通过中频电流和低频电流，也就是利用C5对于不同频率信号的阻抗不同而达到将中频信号和音频信号分离的目的，从而达到检波效果。

检波出来的音频信号经C6耦合到功放级。

1.3.7功放级

它将中频信号经检波后得到音频信号，再经功率放大级后放大，然后推动扬声器发出声音。

功放级由前置放大级BG4和推挽功放级BG5、BG6组成。

电阻R6和C8组成自举电路，目的是向混频级、中放级提供稳定的直流工作电压，同时电容C8起着滤除直流电池的躁动带来的干扰信号的作用。

第二章部分单元电路设计分析

2.1变频电路

2.1.1变频电路的组成

变频电路的结构框图及工作波形如图四所示：

图四变频电路的结构框图

由结构框图可以看出变频电路由本机振荡器、混频器及中频选频回路（滤波器）三部分组成。

在变频中，混频器的输入信号由高频调幅信号Us与本机振荡器产生的高频等幅振荡信号UL两部分组成，两部分信号在混频器中进行混频，并送入中频选频回路，经中频选频回路选出中频信号Ui，再把Ui送入中频放大电路进行放大。

2.1.2本机振荡

石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：

从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。

若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。

反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，一般约几个PF到几十PF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

一般L的值为几十mH到几百mH。

晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。

　　从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即

（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。

串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，

（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。

发生并联谐振，其并联频率用fd表示。

根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线如图2e所示。

可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。

仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。

晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。

不同的晶振标称频率不同。

本地振荡电路的输出是接收机的载波信号源，要求它的振荡频率应该十分的稳定。

本机振荡器（由变频级本身产生一个等幅的高频信号）产生的高频等幅振荡电流也送入混频器。

通常本机振荡的频率高于外来信号的频率，而且高出的数值要保持一定值，即中频频率。

一般的LC振荡电路，其日频率稳定度约为10-2----10-3，晶体振荡电路的Q值可达数万，其日频率稳定度可达10-5---10-6.因此，本机振荡电路采用晶体振荡器。

本地振荡产生的信号用于和高频信号进行混频。

混频是要求要10.465MHz的本振信号，在4MHz的晶振的后面需要采用一个倍频器。

这里先做一个5.232MHz的振荡器，把晶振当做电感用，这样刚好把电路的振荡频率做高那么一点点，让其刚好谐振在5.232MHz的频率，所以这个振荡器为并联型晶体振荡器，具体电路如图三所示。

输出的频率决定于晶振的频率，但可以调节C4来微调振荡频率。

在调试时就可以调节C4，使电路的输出频率为5.232MHz。

后面的Q1是射极跟随器，用以改变阻抗，提高带负载的能力。

图五本机振荡电路原理图

2.1.3混频

在通信接收机中,混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频（一般称为中频）的高频已调波信号,而保持其调制规律不变。

例如,在超外差式广播接收机中,把载频位于535kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号,把载频位于88MHz～10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号,把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38MHz的视频信号。

由于设计和制作增益高,选择性好,工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易,所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。

图六混频电路原理图

图七普通调幅信号混频频谱图

（a）混频前；（b）混频后

混频器

为了更好的为下一级设计，所以要将高频信号变为恒定的中频信号，即要将高频信号和本地振荡的信号进行混频，这样有利于下一级的调试。

混频也是频谱搬移电路，可以采用乘法器来实现。

这里使用MC1596G乘法器来为两个信号混频，MC1596G是MC1496G的改进型，能应用于更高的工作频率。

具体电路如图2-3所示。

高频信号和本地振荡信号分别从8脚和1脚输入。

设高频信号为Us（t）=Usm[1+mauΩ（t）]coswst，本地振荡信号为UL=ULmcoswLt，这里wL>ws，则乘法器输出为up=Usm[1+mauΩ（t）]coswst*UL=ULmcoswLt=UsmULm[1+mauΩ（t）][cos（wL-ws）t+cos（wL+ws）t]/2，其中wL-ws=wI即为所需中频，因ws=8MHz，而中频wI=465KHz，所以wL应为8.465MHz，即本振要输入一个8.465MHz频率的震荡信号。

在输出端采用电容和一个465KHz的中周滤除无用分量取出有用分量，即465KHz的中频信号。

图中R1用于调零，通过调节R1可以调节芯片的协调工作。

L1，L2为高频扼流圈，依据图中的参数可得混频器的变频增益为13dB，即Auo=4.5，前面经高频放大后信号的幅度为5mV，在经过这一级放大后信号的幅度达到了22.5mV。

图八混频器

2.2检波电路

调幅信号常用的解调方法有两种，包络检波法和同步检波法，根据题目给定的条件，拟定用同步检波法，其电路原理如图所示。

当从模拟乘法器MC1496的一个输入端输入调幅信号Vs=Vsm（1+mcosΩt）cosωt,从另一个输入端输入本振信号Vo=VomcosΩt时，则输出

Vo（t）=kEVs（t）Vo（t）

=

kEVsmVom+

kEmVsmVomcosΩt+

kEVsmVom2ωt

+

kEmVsmVomcos（2ω+Ω）t+

kEmVsmVomcos（2ω-Ω）t

式中，第一项是直流分量，第二项是所需要的解调信号，后面三项是高频分量，在输出端加一低通滤波器就可滤除高频分量。

本课程设计中采用MC1496解调。

图九检波电路原理图

第三章仿真与调试

SystemView具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。

其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统，并提供了内容丰富的基本库和专业库。

SystemView可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了。

3.1总电路仿真

在通信系统中，收、发两地一般相距甚远，信号经过信道传输，受到很大衰减，到达接收端的高频信号电平多在微伏数量级。

因此，必须先将微弱信号进行放大再解调。

放大后，信号（频率为f1）进入混频器；本机振荡器输出的另一高频信号（频率为f2）亦进入混频器，则混频器的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。

混频器的输出接有选频回路，选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高的增益，然后经鉴频器解调出低频调制信号，由低通滤波器滤出，再由低频功放级放大，驱动输出。

总体仿真图

此信号为调制信号，即发射机发射的信号，故解调后的信号应该与此信号相同。

图a调制信号波形

3.2已调信号波形

此信号为接收机接收到的信号，即已调信号。

图b已调信号波形

3.3混频器输出波形

混频器通过将输入信号和本振信号相乘，可以将输入信号频谱搬移。

将信号从较高频率位置转移到合适的中频位置。

图c混频器输出波形

3.4包络检波

图d包络检波

3.5同步检波

图e同步检波

总结与体会

两个星期紧张而又繁忙的高频电子线路课程设计眨眼即逝，通过这次课程设计，我真正意识到自己对高频电子线路相关知识的缺乏及动手能力的欠缺。

这次实践让我巩固复习了课本上的理论知识，更好地将理论知识与现实联系起来，真正的掌握好这门功课，在设计的同时还掌握了很多书本上没有的知识，提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力。

由于高频电子线路课程比较难学，其课程设计看着似乎也是云里雾里迷糊万里，所以拿到课题后，我就马上到图书馆搜集并参阅了一系列的有关书籍，并在网上查找了大量的参考资料，终于让整体构思浮出水面，在掌握了调幅接收机的原理后，主要的矛盾就解决了，进而我们将调幅接收机的整体框图大致起草出来了。

剩下的是各个单元模块的设计及仿真。

原以为很快就可以到达胜利的彼岸了，其实还有很多难题等待我们去攻克，我们整个组在黑暗中摸索着前行，仍旧没什么进展，但是我们不怕困难，依然耐心的钻研，最后将整个设计完成。

这多亏了我们的熊老师耐着高温给我们细心的讲解，不厌其烦地给我们演示。

感谢熊老师，感谢您循循善诱地指导我们，让我们能够在短时间内提升自己的能力。

此次课程设计让我更进一步了解了MC1496实现无线电信号的接收机的设计流程，在设计过程中我熟悉了Protell软件绘制电路图，学会了充分利用图书馆资源和网络资源进行自主学习研究，对常见的集成电路器件的功能和引脚接法有了进一步的了解和认识。

我明白了阅读查找文献的重要性，平时多积累知识，真正到用的时候才会得心应手。

在获得知识的同时，我深深地感觉到“三个臭皮匠”确实赛过“诸葛亮”，真的是“众人拾柴火焰高”啊！

我们组在齐心协力地努力下，获得了最终的胜利！

在团结的力量下我们得以在黑暗中找到光明，确立最后的方案并将方案设计完成，到达胜利的彼岸！

最后让我再次感谢熊老师，及帮助我的组员们，谢谢你们！

参考文献

1.张肃文主编.，《高频电子线路》，高等教育出版社。

2.谢自美主编，《电子线路设计、实验、测试》，华中理工大学出版社。

3.沈伟慈主编，《通信电路》，西安电子科技大学出版社。

4.李银华主编，《电子线路设计指导》，华中科技大学出版社。

5.康华光主编，《电子技术基础数字部分》（第四版），高等教育出版社。