《通信电子线路》课程设计报告.docx
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《通信电子线路》课程设计报告
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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
2012年秋季学期
《通信电子线路》课程设计报告
题目：
ZX921型超外差式收音机设计
软件仿真与硬件调测
班级：
通信工程10级（4）班
设计小组成员：
姓名：
何顺全学号：
10250403成绩：
姓名：
崔哲宇学号：
10250405成绩：
姓名：
卢松品学号：
10250410成绩：
指导教师：
何继爱、郑玉峰、陈昊
一、前言
随着科学技术的发展，调频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。
调频发射机也以其良好的发射效果而被广泛应用。
本论文主要介绍了利用分立元件组成的FM收音机的设计全过程，包括电路各个模块参数的计算，电路各个模块的分析，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。
而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：
FM收音机、差分式、焊接、调试
二、设计指标
2.1各模块指标
天线输入信号频率：
87~108MHz
本振部分：
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输入调谐电路
输入调谐电路由双连可变电容器
初级线圈组成，是一并联谐振电路，磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，电台信号频率是f，当改变时，就能收到不同频率的电台信号。
2.3变频电路
本机振荡和混频合起来称为变频电路。
变频电路中心，作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号（高频信号）变换成固定的中频信号。
三、系统总述
图1工作原理框图
图2信号解调
超外差电路是将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。
这个固定的频率，是由差频的作用产生的。
如果我们在收音机内制造—个振荡电波（通常称为本机振荡），使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。
由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。
采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。
四、单元电路设计与仿真
4.1输入调谐电路
输入调谐电路的电路图如图3.1所示。
输入调谐电路由双连可变电容器的和初级线圈组成，是一并联谐振电路，Tl是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，，当改变它时，就能收到不同频率的电台信号。
图4.1输入调谐电路的电路图图4.2变频电路的电路图
4.2变频电路
本机振荡和混频合起来称为变频电路。
变频电路是以VT1为中心，它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号（高频信号）变换成固定的中频信号。
因为接收到的信号强度较弱，所以VT1同时起到高频放大的作用。
变频电路的电路图如图3.2所示。
①本地振荡电路
VT1、T2、CB等元件组成本地振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高的等幅高频振荡信号。
由于C1对高频信号相当于短路，T1的次级电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本地振荡电路是共基极电路，选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰最小，工作稳定，与共射式相比可获得较高的频率。
振荡频率由T2、CB控制，CB是双联电容器的另一连，调节它以改变本地振荡频率。
通过设计可变电容的值，使它的振荡。
因为CA和CB是联动的，所以输入线圈的谐振频率会和本机振荡频率同时改变，使得本振频率总是比外来信号高。
T2是振荡线圈，其初次级绕在同一磁芯上，它们把VT1的集电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，正反馈回路由T2的次级构成，本地振荡的电压由T2的初级的抽头引出，通过C2耦合到VT1的发射极上。
②混频电路
混频电路由VT1、T2的初级线圈等组成，是共发射极电路。
其工作过程是：
输入调谐电路（磁性天线）接收到的电台信号，通过T1的次级线圈送到VT1的基极，本机振荡信号又通过C2送到VT1和发射极，两种频率的信号在VT1中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号，这就是中频信号。
混频电路的负载是中频变压器，T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，通过调整磁芯，使得它的谐振频率是465KHz，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过T3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。
CA，CB旁边的半可变电容叫补偿电容，是防止两边在最高和最低频率时频率差不准而设置的，通过微调这两个电容，使得在接收信号的频率都与本地振荡电路的频率正好相差465KHz。
4.3中频放大电路
图4.3中频放大电路图
中频放大电路主要由VT2、VT3组成的两级中频放大器。
第一中放电路中的VT2负载是中频变压器T4，T4的线圈和内部电容构成并联谐振电路，谐振频率是465KHz，起到再次选频的作用。
第二中放电路中的VT3既起到再次放大的作用，将信号从发射级送出，由R4提供静态工作电压。
与直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。
C3是为VT2,VT3的信号提供交流回路，同时隔开直流,以免影响VT2的工作电压。
VT2,VT3的信号是高频与低频的混合信号,所以C3的值不能太小,否则会隔断低频信号的通路。
4.4检波和自动增益控制电路
中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3，VT3既起放大作用，又是检波管，VT3构成三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制（AGC）作用。
AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，其控制过程是：
AGC是用直流电压控制VT2的基极电压,不需要高频信号，所以C4滤掉AGC信号中的交流分量，保留直流分量。
检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C5起滤去残余的中频成分的作用，保留低频分量，输入到下一级。
4.5前置低频放大电路
前置低频放大电路的电路图如图4.4所示。
图4.4前置低频放大电路的电路图图4.5功率放大器电路的电路图
检波滤波后的音频信号由电位器RP送到前置低放管VT4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。
旋转电位器RP，改变RP的阻值，从而可以改变VT4的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的。
C6是隔直流电容器，只让交流信号通过，防止VT3的直流电压影响VT4的工作点。
4.6整机电路图设计
图4.6整机电路图
4.7局部电路仿真
4.7.1接收回路
图4-7接收信号输入回路
图4-7为单调谐输入回路根据接收信号的中心频率f0和接收信号的带宽B，确定表示输入回路谐振特性的品质因数
。
根据中心频率
，确定回路电感L和电容C的值。
其中，电容值不能太小，否则，分布电容会影响回路的稳定性，一般取C>>Cie（Cie表示下级高频放大电路中晶体管的输入电容）。
为便于调整，实际电路中电容C
常用固定电容和可变电容并联的形式。
在设计输入回路时，还要考虑它与天线之间，以及它与下一级放大电路之间的阻抗匹配。
所以，要事先确定天线的等效阻抗，以及放大电路的等效输入阻抗。
输入回路可以采用部分接入的方法，改善下一级电路对输入回路选频性能的影响。
在设计输入回路时，还要考虑它与天线之间，以及它与下一级放大电路之间的阻抗匹配。
所以，要事先确定天线的等效阻抗，以及放大电路的等效输入阻抗。
输入回路可以采用部分接入的方法，改善下一级电路对输入回路选频性能的影响。
4.7.2高频放大部分电路的设计：
高频小信号放大电路的稳定性是一项重要的指标，单管共发射极放大电路用作高频放大器时，晶体管反相传输导纳对放大器输入导纳的作用，会引起放大器工作不稳定。
当放大器采用下面所示的共射-共基级联放大器时，共基电路的特点是输入阻抗很低输出阻抗很高，当它和共射电路连接时相当于放大器的负载导纳很大，此时放大器的输入导纳晶体管内部的反馈影响相应减小，甚至可以不考虑内部反馈的影响。
在对电路进行定量分析时，可以把两个级联晶体管看做一个复合管。
这个复合管的导纳参数由（y参数）由两个晶体管的电压，电流和y参数决定。
一般选用同型号的晶体管作为复合管，那么他们的导纳参数可以认为是相同的，只要知道这个复合管的等效导纳参数，就可以把这类放大器看成一般的共射级放大器。
经过y参数的理论计算分析知，级联放大器的增益计算方法和单管共射电路的增益计算方法相同，但是稳定性却大大提高。
具体的设计电路图如下：
图4-8高频放大部分电路设计
4.7.3本机振荡电路的设计：
本机振荡即正弦波振荡器，产生频率为f的等幅振荡信号。
其振荡信号与输入信号载波同频。
振荡信号要输入解调器。
具体的本振电路设计如下图:
图4-9高频振荡部分电路设计
4.7.4解调电路的设计：
同步检波的电路如下：
图4-10同步解调部分电路设计
因Multisim元件库中没有MC1496乘法器模块，故电路原理图中用
~
及三个500Ω电阻构建
内部电路。
、
与
、
组成双差分放大器，
、
组成的单差分放大器用以激励
~
。
、
及其偏置电路组成差分放大器
、
的恒流源。
引脚8与10接入输入电压
，1与4接另一输入电压
，输出电压从引脚6与12输出。
引脚2与3外接电阻
，对差分放大器
、
产生串联电流负反馈，以扩展输入电压
的线性动态范围。
引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻
，用来调节偏置电流
及镜像电流
的值。
4.7.5音频放大部分电路的设计：
音频功率放大器是调幅接收机的最后部分,用来将解调后的低频的微弱的语音信号进行功率放大，给扬声器提供一定的输出功率。
当负载一定时希望输出功率尽可能的大，输出信号的非线性失真尽可能的小，效率尽可能的高.功放的常见电路形式有OTL电路和OCL电路。
有用集成运算放大器和晶体管组成的电路也有用专用集成电路的功放.本次课
程设计中采用的是集成运放组成的功放。
集成运算放大器是一种线性集成电路，使用起来较为方便。
下面是由五端运放组成的典型功率放大电路：
图4-11由集成运放组成音频放大电路
4.8整体电路仿真
制作完各个分立部分的电路后,将各个部分的电路级联起来,即可以得到整机的电路图。
首先要调整电路的静态工作点,然后再分级调试,从前级单元电路开始,向后逐级联调。
图4-12设计完成的整机电路
4.9仿真结果
通过Multisim软件对各部分电路的仿真结果如下：
·4.10.1信号接收回路仿真结果：
图4-13信号接收回路的仿真波形图
·4.9.2高频放大部分的仿真结果：
图4-14高频放大仿真波形图
·4.9.3本机振荡部分的仿真结果：
图4-15本机振荡仿真波形图
·4.9.4解调部分部分的仿真结果：
用集成模拟乘法器MC1496构成的同步检波解调部分在软件中的仿真。
仿真电路如下图,其中输入的两个信号一个是AM调幅信号,另一个是与载波同频率的本振信号。
图4-16解调部分的仿真波形
运行解调电路后的仿真结果如上图，即是解调后的低频波形。
将解调后低频信号输入由集成运放组成的音频放大器中，由音频放大器起放大作用。
放大后的低频信号再驱动扬声器发声。
·4.9.5功率放大部分仿真结果：
图4-17功率放大部分仿真图
4.9.6整机部分仿真结果及分析：
在整机电路的仿真中：
首先要模拟天线接收到的AM信号，具体的做法是在天线的接收端直接连接一个AM信号源。
而信号源则可以直接从电路软件中取用，只要调整好其相关参数即可。
图4-18整机部分仿真图
使用波特图仪对功率放大电路的输出信号进行频率测量。
在波特图仪控制面板上，设
定垂直轴的终值F为100dB，初值I为-200dB，水平轴的终值F为1GHz，初值为1mHz，且垂直轴和水平轴的坐标全设为对数方式（Log），观察到的幅频特性曲线如图5-7所示。
用控制面板上的右移箭头移动游标，找出电压放大倍数下降3dB时所对应的两处频率——下限频率
和上限频率
两者之差即为输出信号的通频带BE。
有图可得出：
=926.90KHz,
=90.374KHz,
所以BW=
-
=835.526KHz
即输出信号的通频带为835.526KHz。
图4-19幅频特性曲线
五、硬件安装与调试
5.1印刷电路板上元件排列应注意的问题
（1）磁性天线要水平安装在整机的上端，不能竖直放。
磁棒周围不要放置大型的金属元件。
（2）磁性天线与振荡线圈要互相垂直，否则会引起两种线圈不必要的耦合，影响收音机的性能。
（3）喇叭要装在机壳上，不要固定在印刷电路板上，否则容易引起高频机振。
电位器、双连可变电容器和磁棒通常都是固定在印刷电路板上，其中磁棒必须采用非金属支架固定，例如采用尼龙塑料支架。
（4）磁棒要尽量远离喇叭，否则会使磁棒磁化，使收音机灵敏度降低，磁棒也要远离输入变压器和中频变压器，尤其是第三中频变压器和与它相连接的检波三极管，以防中频信号及其谐波串人磁性天线回路引起收音机自激而产生啸叫。
（5）电池应尽量安排放在机壳底部，使整机重心降低。
（6）中频变压器在安排时，初级引线连接三极管集电极，次级引线连接下一极三极管的基极，它们的连接距离应尽可能短些，这样可以减小引线的分布电容和分布电感，防止因分布电容或分布电感过大而造成中频频率不稳定或引起中频自激。
三个中频变压器不要并排靠在一起，以免各级元件排列受影响，使前后级产生反馈而自激。
5.2元器件检查及安装前的处理
在进行收音机装配前必须根据表6—2—1的元件清单逐一地对电阻、电容、电感线圈、变压器、二极管、三极管进行测量，并依照第三章介绍的方法判断元件的好坏。
为了保证收音机有足够的灵敏度和音频输出功率，变频管（BG1）β值一般应为55～80之间；一中放三极管（BG2）
β值为80～120；二中放三极管（BG3）β值应为80～120；前置低频三极管（BG5）β值应为80～270；前置低频三极管（BG6）
β值应为80～270；功率放大三极管（BG7、BG8）β值应选大于180较好，同时还要求两管的β值、Iceo尽量一致，一般误差在20％以内。
由于在收音机中，电源的最高电压仅1.5V而一般三极管的耐压都大于12V，所以在低压工作的条件下通常不考虑管子的耐压问题。
5.3机壳的安装
（1）音窗的安装固定
用电烙铁把音窗插入机壳的五根白色塑料柱烫化一半，并和机壳热压在一起。
（2）周率板（刻度盘）的安装
面对周率板数字，把塑料周率板左边插入音窗格下边，右边有两个和外壳相通的小孔，用两根黑塑料钉（套件中的配件）插入小孔，在塑料机壳里边用电烙铁把塑料钉与机壳热压在一起。
（3）喇叭的安装
喇叭和喇叭压脚放在如图6-2-4所示的位置，然后用两个M3×5螺钉将喇叭紧固在机壳前盖上。
（4）电池卡的安装
将电池正负极板分别焊上一根10cm的细包塑导线，负极弹簧卡在机壳左边的卡槽里。
正极片弯折部分朝下插入机壳右边的卡槽里，将电池正极引线焊在喇叭任一个焊片上，然后再在喇叭的两个焊片上分别焊一根10cm的细包．塑导线待用。
5.4机芯装配步骤
（1）元件引脚上锡
根据表6-2-1的元件清单分别对电阻、电容、三极管、天线线圈进行镀锡，镀锡时首先用小刀或细砂纸擦净元件引脚的垢层，用已预热的电烙铁让元件引脚先上一层松香（镀锡时起助焊作用），然后再镀上一层薄锡。
特别要注意的是磁性天线线圈是用多股漆包线，用上述方法镀锡很容易出现漆包线断股，因此，用细砂纸擦净漆包线表面漆层之前最好用
火柴烧一下线圈头上的纱包与漆层。
也可用图6-2-5所示的方法，在去纱包、漆皮同时把锡镀上。
以后随着焊接水平的提高，逐步会感受到什么元件引脚需经表面处理后镀锡，什么元件引脚产品出厂时锡已经镀好不需要再镀上层焊锡。
（2）找出“特殊元件”在印刷电路板上的位置
首先找出实物图中的“特殊元件”：
磁性天线线圈（B1），双连可变电容器（C1），本机振荡线圈（B2），中频变压器（B3B4B5），电位器（W）和输入变压器（B6）。
然后从套件中找出这些元件（实物），确认这些元件在电路图中的代表符号，并与印刷电路板图上这些元件的符号相对应，确定出它们的安装地点。
最后根据上述元件引脚特点，固定方式在印刷电路板上找它们切实的安装位置。
值得注意的是，本机振荡线圈和中频变压器它们的引脚和固定方式是一样的，为了防止它们之间相互装错，它们的安装位置一方面可以从印刷电路板图中的元件序号确定，另一方面可依据电原理图的连接线来判定。
（3）元件的安装
1.电位器（W）的安装
将电位器在松香的助焊下焊在印刷电路板上，其安装位置以装上电位器拨盘，紧固印刷电路板与机壳后，拨盘不擦碰到机壳为宜。
2.双连可变电容器（C1-A、C1-B）的安装
双连可变电容器三个引脚插入印刷电路板对应的三个孔，然后用M2.5×5沉头螺钉将双连电容器紧固在印刷电路板上，最后将双连电容器的引脚与印刷电路板对应点用焊锡焊好。
3.变压器（B3、B4、B5、B2、B6）的安装
分别将中波振荡线圈、中频变压器和输入变压器插入印刷线路板，然后将各个引出脚与电路板焊好。
屏蔽罩的引脚暂时不要焊在电路板上，待整机安装完毕收音机收到广播后再将它们脚焊好。
安装中波振荡线圈和中频变压器时，要注意变压器的型号和磁帽颜色不要装错。
由于输入变压器引线脚是固定在塑料框架上焊接时，固定引脚受热，它周围的塑料将软化，所以在焊接过程中不能
晃动输入变压器，否则有可能将线圈引线漆包线拉断。
4．磁性天线的安装
如图6-2-2所示，将尼龙磁棒架从印刷电路板没有铜箔的一面插入固定圆孔，然后用电烙铁软化固定尼龙杆，热压后尼龙磁棒架就紧固在印刷电路板上，穿入磁棒，套上天线线圈并使初级线圈靠磁棒的外侧，然后分别将已镀上焊锡的两个绕组的线头焊在线路板上。
六、设计总结
在整个课设中，我们分成了三个部分来做。
第一，分析原理图。
我们先把原理图弄清楚，知道整个电路可分为：
1、振荡电路2、低频放大电路。
按电路的工作状态可分为1、接受状态2、发信状态。
我们首先把每一种状态下的电路图画出，然后再把电路分为振荡电路和低频放大电路两部分，然后对其分析。
这样分析的好处是更清楚的辨别任意元件在两种状态下的作用。
第二，仿真。
依据原理图，使用multisim这个软件对其仿真，在仿真过程中，一些器件在软件中没有可以用其它的器件代替，但两者的功能必须一样，不然对电路会有影响。
在仿真，我们分工合作，一人查找元器件，一人连图，一人查找软件中没有的器件，这些都需要大家一起合作才能更好地完成。
第三，焊接。
这一步我们也是分工合作的，一个人先把元器件分辨开来，一个人检查元器件的好坏，一个人焊接。
这样就能很快完成。
在本次课设中我们学到在做实验中先需要理清顺序，分清首先要做什么，然后再做什么，这样做效率高，并且不容易出错。
在分析原理图中要知道每个元器件所起的作用，并且把整个电路图分成几块比较好分析，这样思路比较清楚。
在本次课设中需要注意1、电源供电的路径2、转换开关的波动对应的状态3、画出两种状态的电路图在分析电路4、焊接时，有的一个接点上需焊多个器件5、大家需要分工合作，这样工作效率高。
七、参考文献
[1]张肃文，高频电子线路，北京：
高等教育出版社，2008年
[2]康华光，电子技术基础（模拟部分）,北京：
高等教育出版社，2006年
[3]樊昌信曹丽娜，通信原理,北京：
国防工业出版社，2007年
[4]谢嘉奎主编.电子线路.第四版.高等教育出版社，2000年
[5]孙蓓、忠义.电子工艺实训基础.化学工业出版社，2007年.
[6]李民乐等.数字通信传输系统.人民邮电出版社，1986年
[7]陈端雅译注.通信电子电路.徐氏基金会，1991年
[8]懂在望，肖华庭.通信电路原理.高等教育出版社，1989年
[9]樊昌信，曹丽娜编著.通信原理.第六版.国防工业出版社
附录一实体照片
附录二元器件清单
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