超外差收音机的设计.docx
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超外差收音机的设计
第一章前言
在1844年，电报机被发明出来，可以在远地互相通讯，但是还是必须依赖导线来连接。
1888年德国科学家赫兹（HeinrichHertz），发现了无线电波的存在。
1895年俄罗斯物理学家波波夫（AlexanderStepanovitchPopov），宣称在相距600码的两地，成功地收发无线电讯号。
同年稍后，一个富裕的意大利地主的儿子年仅21岁的马可尼（GuglielmoMarconi）在他父亲的庄园土地内，以无线电波成功地进行了第一次发射。
1897年波波夫以他制做的无线通讯设备，在海军巡洋舰上与陆地上的站台进行通讯成功。
1901年马可尼发射无线电波横越大西洋。
1906年加拿大发明家费森登（ReginaldFessenden）首度发射出声音，无线电广播就此开始。
而收音机讯号的收、发，却就是利用无线电通讯的。
由于科技的进步，天空中有了很多不同频率的无线电波。
如果把这许多电波全都接收下来，音频信号就会象处于闹市之中一样，许多声音混杂在一起，结果什么也听不清了。
为了设法选择所需要的节目，在接收天线后，有一个选择性电路，它的作用是把所需的信号（电台）挑选出来，并把不需要的信号“滤掉”，以免产生干扰，这就是我们收听广播时，所使用的“选台”按钮。
选择性电路的输出是选出某个电台的高频调幅信号，利用它直接推动扬声器是不行的，还必须把它恢复成原来的音频信号，这种还原电路称为解调，把解调的音频信号送到扬声器，就可以收听到广播。
收音机就是利用这一原理的。
在便携式电子技术高速发展的今天，收音机早已进入了千家万户了。
打开收音机，就可以听到广播电台播出的节目。
这种广播节目的传播方式不需要用导线传送的有线广播，而是利用电波，将广播电台播出的节目传送到收音机中，这种广播就是无线广播。
因此，本次装机设计主要向同学们介绍无线电广播超外差式收音机的的发送与接收的基本知识、收音机的结构与工作原理，为安装设计打下良好的基础。
第二章收音机的原理
收音机的基本任务就是将空间传来的无线电波接收下来并把它还原成原来的声音信号。
因此，收音机必须具备四个基本工能：
接收并选择电台的信号：
为了选择出我们需要的电台节目，必须在接收无线的后面设有一个选择电台信号的电路，即输入调谐回路。
对电台信号进行解调：
将选择出来的高频载波信号直接送去推动扬声器是不能放出声音的，还必须把音频信号从运载它的载频信号上卸下来。
这一过程就是解调的逆过程。
这种电路叫做解调器
将音频信号加以放大：
在解调器的后面终须设置低频放大电路——前置放大电路与功率放大电路。
（因为音频信号太弱，还不能推动扬声器正常放音。
）
最后把音频信号还原成声音：
将音频信号经过低频电压放大和功率放大后送入扬声器。
第三章收音机的分类
（按工作方式的分类）
1、直接放大式收音机：
即在解调前不改变高频已调波载频的频率。
由于高放式收音机中高频放大器只能适应较窄频率范围的放大，要想在整个中波频段535kHZ—1605kHZ获得一致放大是很困难的。
因此用超外差接收方式来代替高放式收音机
2、超外差式收音机：
所谓超外差即在解调之前，先由变频电路将接收信号的载波频率变换为频率固定且低于载波频率的中频（465KHz）信号，然后再对中频信号进行放大，解调。
3、超外差式调频收音机：
能接收广播电台发出的调频广播节目，具有变频电路及中频放大电路，解调器为鉴频器。
4、超外差式调幅收音机：
能接收广播电台发出的调频广播节目，具有变频电路及中频放大电路，解调器为检波器。
因此今天我们所要学习的是超外差式调幅收音机
第四章各部分的原理结构及作用
一、输入调谐回路
1、输入调谐回路的作用与要求
输入调谐回路的作用：
从天线接收下来的多个电台信号中选择出所要接收的电台信号，并抑制掉其它不需要的电台信号及各种干扰及噪声信号。
输入调谐回路的要求：
良好的选择性、频率覆盖要足够宽、电压传输系数要大而且要稳定。
2、输入调谐回路的组成与工作原理（见图2）
输入调谐回路有磁性天线输入调谐回路和具有外接天线的输入调谐回路，今天我们所讲的是中波磁性天线输入调谐回路。
Ⅰ、中波磁性天线输入调谐回路的组成
右图由调谐电容（C1a），调谐线圈（L1），补偿电容（
），中波磁性天线（俗称磁棒）及输入线圈（L2）组成。
图中C2是第一级（变频级）放大电路输入端的交流旁路电容。
C1b是本机振荡的调谐电容，它是与输入调谐电容器C1a制作在一起的双连可变电容器。
C1a与C1b之间的虚线表示这两个电容器的转动轴是连动的
中波磁性天线长度为5－20cm，它的作用是把磁性天线附近的电磁波汇聚到磁性天线上，并感应给调谐线圈L1。
中波调谐线圈L1通常使用Φ0.07mm*7的多股铜制纱包线，采用单层密线的方法制成。
也可以用单股铜制漆包线绕制。
一般为80～120匝。
输入线圈L2一般为L1匝数的十分之一左右。
输入调谐电容：
为了满足变频电路实现输入调谐回路与本机振荡电路频率跟踪的需要，以保证本振电路的振荡频率始终比输入调谐回路的频率高465KHz，实现中应用双连可变电容器，即输入调谐电容C1a与根本振电路中的振荡电容C1b是安装在同一转动轴上的两个可变电容。
当转动双连可变电容器的转轴时，C1a与C1b的容量将同时发生变化。
补偿电容C2：
输入调谐回路的补偿电容C2与本机振荡电路中的垫整电容C5都是一个容量只有几个PF的小型微调电容器，也可称为半可调电容器。
Ⅱ、中波磁性天线输入调谐回路的工作原理
由于天线收集来的电磁波使绕制在磁性天线上的线圈L1中产生感生电动势。
L1与C1a组成LC串联谐振回路，其中心频率为：
通过调节C1a，使
串联谐振回路的谐振频率
与欲接收电台的信号频率
相同。
这时，该电台的信号将在
串联谐振回路中发生谐振，使
两端产生的感生电动势最强，经过
与
的耦合，将选择出的电台信号送入第一级（变频级）电路，由于其它电台的信号及干扰信号的频率不等于
串联谐振回路的谐振频率。
因此，在
两端产生的感生电动势极弱被抑制掉。
2、输入调谐回路的常见故障分析
对于输入调谐回路可能出现在故障，这里所介绍的可能现象仅供个人参考。
Ⅰ、双连电容介质磨损或动片与定片之间短路
1故障现象：
对于小型的密封式塑料介质双连电容，由于双边电容器大使用中经常转动中，动片与定片之间的介质就会发生磨损，这是密封式塑料介质双连可变电容的常见故障之一。
如果磨损不太严重，只是磨掉下来一些介质颗粒，只要收音机在调谐时，将出现“喀啦”、“喀啦”的噪声。
停止调谐时“喀啦”声消失；如果磨损严重，将可能使双连可变电容的动片与定片之间形成短路，这样就会在短路处出现收音机收不到电台的现象。
2检修方法：
对于已经出现介质磨损的双连可变电容，一般没有必要进行修理，只须更换一只同等规格的电容器就可以了。
Ⅱ、调谐线圈断线
调谐线圈断线可分为上端断线与下端断线。
上端断线指调谐线圈与调谐电容器定片之间断路；下端断线是指调谐线圈与地之间断路。
1故障现象：
当调谐线圈上端断线时，调谐回路将由于不能产生谐振而停止工作，收音机将收不到电台的广播；当调谐线圈下端断线时，调谐回路也将停止工作，虽然磁性天线有时尚能收到某个电台的信号，但由于调谐回路不能产生谐振，收音机也不能进行选台，噪声也很大。
当调谐线圈用多股铜制纱包线绕制进，还可能出现多股线部分断线现象。
当断线的股数很少时，故障现象不明显；当断线的股数较多时，调谐线圈的电阻增大，将使收音机的灵敏度明显下降，收台数量减少，原来能收到的弱信号电台和远地电台就收不到了。
2检修方法：
当发现收不到电台广播、不能调谐或收音机的灵敏度明显下降时，应检查调谐线圈是否发生了断线故障。
断线故障的检查方法是：
使用万用表的欧姆档检查是否发生了断路。
Ⅲ、输入线圈断线
由于输入线圈与调谐线圈一样，也是用多股纱包线绕制的，又与调谐线圈共同绕在磁棒上，所以输入线圈出现故障与调谐线圈相同。
1故障分析：
由于输入线圈串联在变频管的基极回路中，所以当输入线圈发生断线故障是时，变频管的基极将因失去直流工作电压而不能工作。
2故障现象：
收音机将出现不能收音的现象——即只有“沙、沙”声而无电台声。
有“沙、沙”声是由于收音机的后级电路尚在工作而产生的噪声形成，“无电台声”是由于变频管不能工作造成的。
3检修方法：
出现“沙、沙”声而无电台声时，用万用表的电压档对变频管的工作点进行测量。
当测得集电极电压基本上等于电源电压、基极电压为零时，即可确定为变频管的基极断路。
查出输入线圈的断处，重新焊好即可。
Ⅳ、补偿电容器短路
由于补偿电容只在装机或检修时进行调整，一般情况下不必动它，所以自然的它故障率较小。
1故障现象：
补偿电容短路时的现象与双连可变电容短路时的现象相同。
这里就不加以重述。
2检修方法：
对于补偿电容是否存在短路的检查与检查双连可变电容器的方法相同。
采用的方法也是一样更换。
二、变频电路
变频电路是收音机的关键电路之一，它的质量直接影响到收音机的接收效果。
变频电路的结构、工作原理及调整方法比较复杂，它是学习的重点和难点之一，在学习中必须要充分的重视。
1、变频电路的作用与要求
变频电路的作用：
变频电路是超外差式收音机的重要组成部分，它的作用是将输入调谐回路选出的电台信号的载波频率变为固定的中频载波频率（465KHZ），同时保持中频信号的包络与高频载波信号的包络完全一致，使传送的低频信号不致产生失真。
变频电路的要求：
在变频过种中，中频信号的包络不能有任何失真，即中频信号的包络与输入的高频载波信号的包络完全一致；在整个接收频段范围内，应始终保持本机振荡信号频率比输入高频信号频率高465KHZ，即有良好的跟踪特性；变频电路的工作稳定性要好，噪声系数要小，增益要适当。
2、变频电路的组成与变频原理：
变电路的组成由混频器、本机振荡器及中频选频回路三部分组成，其结构框图如图3所示。
图3变频电路的结构框图及图中各点的波形
图4收音机的变频电路
Ⅰ、混频器：
㈠混频器的工作原理
从输入回路接收的调幅信号（电台）和本机振荡器产生的高频等幅信号一起送到一个三极管高频放大器。
为了产生新的频率成份，我们使三极管工作在非线性区，这样在三极管的输出端就会产生许多新的频率成份，当然，其中就有我们希望得到的差频。
我们把这一过程称为“变频”。
利用晶体管的非线性作用V2，对高频载波信号U1与本振U0进行混频。
设本振
，输入信号为
则经过变频管后的信号为：
为了得到一个固定的差频，本振频率必须始终比输入信号的频率高一个固定值，我国工业标准规定该频率值为465kHz（
与
的频率不是456KHz，
与
的和频率也不是465KHz，）。
例如，输入信号的频率是535kHz，本振频率就应该是535kHz+465kHz＝1000kHz；当输入信号是1605kHz时，本机振荡频率也跟着升高，变成1605kHz+465kHz＝2070kHz。
这个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。
由于本振信号的频率
始终比输入调幅信号的频率
高465KHz，因此它们的差频信号
的频率一定是固定的465KHz，而且差频信号的包络与高频调幅信号的包络也是完全一样的。
㈡、混频电路的基本要求：
1基极稳压电路：
为了提高晶体管静态工作点，特别是晶体管静态集电极电流的稳定性，电路中特意设置了基极稳压电路。
如上图4所示。
V1管除了为变频管V2提供基极偏置电压外，还要为V5、V6、V7、V8提供基极偏置电压。
R1、V1构成基极稳压电路，稳压值为0.7V，用来保证V2基极偏置电压的稳定。
2偏置电路：
是为了使晶体管具有放大能力而设置的电路。
R1是变频管V2的基极偏置电阻，二极管V1上端的0.7V电压通过R1加到V2的基极，V2集电极电流的大小可能通过调节R1来决定。
一般收音机的变频电路中，V2的静态集电极电流一般选为0.4～0.6ｍＡ。
IC2过小时，有可能在电源电压降低进电路偏振；IC2过大时，将使电路振荡不稳，甚至产生自激。
R2是变频管V2的发射极电阻，用来稳定V2的静态工作点；
R3是为了满足阻抗匹配而设置的，
R13是V1的限流保护电阻，以保证V1工作在线性状态而又不会因电流过大而烧毁。
Ⅱ、本机振荡电路：
本机振荡的基本任务是产生高频等幅振荡信号，其频率必须比输入的电台信号频率高一个中频（465KHZ）
1、本机振荡的构成
.L4、C1b、C1b/是产生高频等幅振荡信号。
L4是本振线圈，C1b是双连可变电容的本振电容连电容器，C1b/是补偿电容。
L4是本振电路的反馈线圈，L3与L4组成一个高频变压器，L3把集电极输出信号的一部分通过L4与L3的耦合，反馈给本振回路，以补偿本振回路的损失，维持振荡振幅的稳定；
C3是本振信号的耦合电容，本机信号电压U0通过C3、C2、L2加到V2的发射结两端。
C3容量的大小决定本振信号电压U0的输入量。
C3一般选择涤纶电容或瓷片电容，电容量应为6800ｐＦ～0.01μＦ。
容量过小可能使振荡电路停振，容量过大可能使振荡电路产生自激。
C2是V2的基极旁路电路，起隔直通交的作用。
它既可以使L2的下端交流接地，用以保证交流信号畅通，又可以合使V2的基极电压不会对地形成短路，用以保证基极有正常的静态工作点，C2还能使本振信号电压U0顺利通过，加到V2的基极上。
2、本机振荡的维持
从L4的中心抽头与地之间，取出一部分振荡信号电压
，
的上端经本振耦合电容C2加到V2的基极上，这样，振荡信号电压就加在了V2的发射结上，经V2放大后，从集电极输出。
从集电极输出的信号电流流过反馈线圈L3，经L4与L3的耦合将一部分输出信号电压正反馈给本振电路，用以弥补振荡电路的损失。
为了弥补振荡电路的损失，经L3反馈给L4的振荡电压，必须是正反馈。
也就是说L3反馈给L4的信号电压，必须与本振电路的振荡电压同频率、同相位。
从电路的结构来看，要做到“同频率”是不存在问题的，因为V2输出电压的频率一定与本振电路输入给V2的电压的频率相同，而“同相位”就不一定了。
那么，怎么样才能保证两个信号保持“同相位”呢？
只要合保证L3的接法正确就好了。
Ⅲ、中频选频网络：
中频选频网络是为了从变频级输出的多种频率信号中，选出中频信号而设置的LC并联选频回路。
L5、
构成LC并联选频回路，它的谐振频率为：
L5、
，变频的目的是将输入调谐回路选出的电台信号的载波频率变换为固定的中频频率（465KHz），同时还必须保持中频信号的包络与高频调幅信号的包络一致。
3、变频电路故障分析
变频电路的常见故障主要有变频管损坏、变频管质量下降及本振电路偏振等。
Ⅰ、变频管损坏：
①故障分析：
变频管损坏多为变频管的发射结断路，这是变频电路的常见故障之一。
②故障现象：
变频管损坏后，收音机的故障现象是扬声器里只有“沙、沙”的电流噪声，而收不到所有电台的广播。
③检修方法：
当收音机出现上述故障现象时，一般多采用电压测量法。
即用万用表的电压档（10V），测量变频管的发射结两端电压。
如果测量电压高于0.7V（在本电路中，等于基极稳压电路的稳压值0.7V），则说明发射结已经断路。
Ⅱ、变频管质量下降
①故障分析：
变频管质量下降也是变频电路的常见故障之一。
②故障现象：
变频管质量下降后，收音机有时虽然仍能收到部分电台的广播，但是收到的电台数量明显减少，远台和弱台收不到了，扬声器里的“沙、沙”声很大，而且是随着收音机音量的增大，“沙、沙”声也随着增大。
③检修方法：
变频管质量下降多为变频管的β值减小或穿透电流增大。
利用电流测量法，可测量到集电极电流IC2增大了。
维修时，要尽量选用型号、同性能的晶体管V2进行更换。
三、中频放大电路
中频放大电路是收音机的重要组成部分，它是决定收音机灵敏度及选择性的关键电路。
1、中频变压器的作用与要求
Ⅰ、中频变压器的作用
主要任务是将中频信号进行选频和放大，然后将放大了的中频信号送入检波器去检波。
Ⅱ、中频变压器的要求
增益要高：
中频放大电路的增益越高，收音机的整机灵敏度也就越高。
选择性要好：
选择性好，就可以有效地避免邻近电台信号对接收电台信号的干扰。
通频带要合适：
调幅中频信号的中心频率为465KHz，电台发射信号频带宽度为9KHz，因此，要求中频放大电路的频带宽度应在460.5～469.5KHz之间，即中频放大电路应具有9KHz频带宽度。
2、中频变压器的组成
中放电路中一般由两级中放大电路组成，但本次装机中只有一级放大电路。
中频放大器的前面及后面圴设有456KHz的中频选频回路，以对中频信号进行放大和选频。
中频放大器的输入信号是来自变频级的中频信号，输出信号经第二中频变压器的耦合送入检波器进行解调。
图5中频放大电路的框图及波形
虽然两个中频变压器在电路中均起选频作用，但是，由于它们所处的位置不同，要求也有所不同。
一般要求放大电路的输入中频变压器要有较高的选择性，而输出中频频变压器要有较宽的通频带，同时还要兼顾选择性。
虽然两个中频变压器的谐振频率为456KHz，但是两个中频变压器的绕制数据并不完全相同，所以在实际应用中，这两个中频变压器不能互相替换使用。
图6中频放大电路图
在中放电路中，中频变压器有选频、耦合及阻抗匹配三种作用。
中频变压器的选频作用：
由于选频的需要，LC并联谐振回路的谐振频率必须等于465KHz，但是幅度不变。
中频变压器的耦合作用：
一次绕组两端得到的465KHz的中频信号电压，必将通过磁心耦合到二次绕组两端，送入晶体管的输入端。
中频变压器的阻抗匹配作用：
中频变压器T4既是第一级中放电路的负载，又是第二级中放电路的输入回路。
为了使中频变压器与第一级中放管的输出阻抗匹配，电源接在T4的一次绕组的中心抽头上，同时，为了与第二级中放管的输入阻抗匹配，T4的二次绕组匝数绕得很少。
从而完成了第一级中放电路与第二级中放电路的阻抗匹配。
3、中频放大器的工作原理
电路中的V5、V6是两只中频放大管，均工作在放大状态。
R4是自动增益控制电路的反馈电阻，也是V5下偏置电阻的一部分；
C5既是第一中级放大V5的基极旁路电容又是自动增益控制电路的滤波电容；
T3、T4是中频变压器，它们的一次绕组及其谐振电容
、
分别构成了二个LC并联谐振回路，谐振频率均为465KHz，作为变频电路及两级中放的负载，并负责完成选频工作。
4、中频放大器的故障分析
中频放大电路的常见故障主要有中放管损坏、中放管质量下降、中频变压器损坏等几种。
Ⅰ、中放管损坏
①故障分析：
中放管损坏多为中放管的发射结断路，这是中放电路的常见故障之一。
②故障现象：
中放管损坏后，收音机的故障现象是扬声器里只有“沙、沙”的电流噪声，而收不到所有电台的广播。
③故障检修：
当收音机出现上述故障现象时，一般多采用电压法，即用万用表的电压档（10V），测量中放管的发射结电压。
如果中放管的发射结电压远高于标准值（在本电路中，等于基极稳压电路的稳压值0.7V），则说明发射结已断路。
维修时，应尽量选用同型号的晶体管进行更换。
Ⅱ、中放管质量下降
①故障分析：
中放管质量下降一般为中放管的β值减小或穿透电流增大。
②故障现象：
当中放管的β值减小时，会造成中放增益降低，灵敏度下降，收音机有时虽仍能收到部分电台的广播，但收到的电台数目明显减少，远台和弱台收不到了。
当穿透电流增大时，扬声器里的噪声很大，而且随着收音机音量的开大，噪声明显增大，有时甚至还会出现啸叫。
③故障检修：
当收音机出现灵敏度下降时，可采用“信号注入法”进行检查；当收音机噪声很大时，可采用“交流短路法”检查，必需时，还应配合采用“电压法”及“电流法”。
Ⅲ、中频变压器损坏
中频变压器损坏分为线圈故障、磁心故障及配谐电容故障等。
⑴线圈故障线圈故障分为线圈断路和线圈短路两种。
①故障分析：
当线圈出现故障断路和短路时，故障现象与中放管损坏时相同，
②故障现象：
收音机的扬声器里只有“沙、沙”的电流噪声，而收不到所有电台的广播。
③故障检修：
首先采用信号注入法寻找出故障电路，然后再利用电压法或电流法找到可疑的中频变压器，最后再用电阻法进行核实，即可找出有损坏的中频变压器。
⑵磁心故障磁心故障一般均为人为故障，即由于在调节磁心时用力过猛，将磁心弄碎了。
一般说来，磁心损坏后，必须用同不合格、同型号的磁心予以更换。
⑶配谐电容故障配谐电容故障比较少见，故配谐电容的故障容易被忽略。
配谐电容可能出现的故障是电容内部断路。
①故障分析：
由于配谐电容是参加LC选频的组件，所以当配谐电容断路后，谐振回路将失去选频作用。
②故障现象：
在收音机中，只能有一个中频变压器失去选频作用，都将使整个收音机的灵敏度大幅度下降，干扰声及杂音增大。
③故障检修：
由于配谐电容的容量很小，无法用万用表进行检测。
为了判断配谐电容是否内部断路，一般采用代替法。
代替法是针对某一个性能可疑而又不容易检查质量的元器件的检查方法。
如果怀疑集成电路的内部损坏、晶体管变质、电解质电容器容量减小或小电容内部断路时，用质量可靠、规格相同的元件代替。
如故障消失了，则说明被替代的元件已经损坏，需要更换；如故障现象依然存在，则说明被替代的元件是好的，无须更换。
四、检波电路：
检波电路由检波器件、低通滤波器及负载电阻（音量电位器）三部分组成。
图7检波电路的组成框图及各点波形
检波电路的前面是中频放大电路，中频放大电路输出的是465KHz的中频调幅信号U1，经过检波器件检波后，中频调幅信号的下半部分被削除，成为含有残余中频信号的低频脉动信号U2，再经过低通滤波电路滤除残余的中频信号，即可在负载电路电阻上得到音频信号U3，调节音量电位器，选出幅度适当的音频信号电压，经电容耦合送入低频放大电路。
1、检波电路的作用：
从中频放大电路送来的调幅信号中解调出音频信号并将解调出的音频信号送入音频放大电路。
2、检波电路的要求：
检波电路的效率要高、失真要小、滤波性能良好。
图8检波电路
3、检波原理
图9电流信号流程
中频放大器输出的中频信号经中频变压器T4二次绕组送入检波三极管V6的发射极，利用二极管的单向导电特性，把中频信号的负半周削去，变成只有正半周的中频脉动信号。
这个脉动信号中包含有直流成分、残余的中频信号及音频包络三部分。
利用C6、R6、C7构成∏型滤波电路，滤除残余的中频信号。
检波后的音频信号电压降落在音量电位器Rp上，经电容C9耦合送入低频放大级。
检波后得到的直流电压作为自动增益控制的AGC电压，被送到受控的第一级中频放大管V5的基极。
调幅信号U1加到检波器输入端，在信号正半周时，二极管导通，所形成的电流
的一部分流向电容器C6充电，另一部分则流向负载R6。
通常R6远大于二极管的正向电阻rD，即：
R>>rD，因此，
的大小主要决定于充电电路的电阻r（二极管的内阻和信号源的内阻）。
因为这个电阻很小，所以充电时间常数rC很小，
很大，电容两端的电压即输出电压U2很快上升接近于输入高频电压的峰值。
U2对于二极管来说是个反向电压，因此，U1在由峰值下降到U1＜U2时，二极管截止，
这时电容开始通过电阻R6放电。
由于R6＝r，放电时间常数RC远大于高频电压的周期，因此，U2来不及下降多少，下
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