通信终端创新设计

通信终端创新设计CDIO二级项目[1]1.课程设计目的及任务要求1.1设计目的（1）掌握理解收音机的工作原理，理解超外差的工作原理；理解调制及解调的工作原理。（2）掌握收音机的组成和原理框图及其电路原理图。（3）掌握超外差收音机的硬件焊接及组装。1.2任务要求1.2.1技术指标要求（1)接收频率范围：540Hz---1600Hz.（2）不失真功率大于等于50mW.（3）选择性大于等于10dB.1.2.2工艺技术要求（1）原件排列整齐，焊点可靠、圆润（2）频率刻度示数与实际接收频率误差小（3）组装牢固，轻击仍可正常工作2.超外差收音机工作原理2.1超外差式工作方式因为晶体管元件的非线性特性，晶体管放大电路只能对某一个频段的信号有最佳的放大特性。可是广播电台的频率都不相同，中波广播频率是535KHz-1605KHz，要想对整个频段都有较好的放大特性是不可能的，所以就想办法把外部接收到的不同频率的电台信号统一变成同一个频率的信号，放大器只对这一个频率的信号进行放大就可以了，这样便于放大器的参数设计。所谓超外差式，就是通过输入回路先将电台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器，再经中频回路进行频率选择，得到一固定的中频载波（如：调幅中频国际上统一为465KHz或455KHz）调制波。超外差的实质就是将调制波不同频率的载波，变成固定的且频率较低的中频载波。超外差式收音机的特点是，它不直接放大广播信号，而是通过一个叫变频级的电路将接收的任何一个频率的广播电台信号变成一个固定中频信号(我国规定中频频率是465KHz)，由中频放大器进行放大，然后进行检波，得到音频信号，最后通过功率放大推动扬声器工作。其优点是灵敏度高，选择性好，音质好（通频带宽），工作稳定（不容易自激），同时也有缺点，比如镜像干扰（比接收频率高两个中频的干扰信号）等。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式。通信终端创新设计CDIO二级项目[2]2.2电路的工作原理超外差收音机电路原理如图2.1所示。图2.19018-2型袖珍收音机的电路原理图超外差收音机方框图如图2.2所示图2.2超外差收音机原理框图2.2.1天线磁棒线圈作为收音机的天线，接收频率范围为535KHz—1605KHz的中波段。一般接收中波是用磁棒天线，接收短波和超短波要用拉杆天线，这是因为当天线的长度（L）为无线电信号波长(λ)的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高，即L=λ/4。又因为λ=V×T，V是电磁波的速度，300000公里/秒，T是电磁波的周期，即频率F的倒数，T=1/F，所以L=λ/4=V×T/4=300000K/4F，把接收频率范围535KHz—1605KHz带入可得，L的范围在47—140米，做这样长的天线是不切实际的，所以用磁性材料加绕线圈，来增强接收效果。因为天线的长度和接收或发射的信号的波长成正比，而短波和超短波因为波长比较短，可以直接用拉杆天线。2.2.2输入调谐电路输入调谐电路如图2.3所示。输入调谐电路由双连可变电容器的𝐶𝐴和T1的初级线圈𝐿𝑎𝑏组成，是一并联谐振电路，Tl是磁性天线线圈，从天线接收进通信终端创新设计CDIO二级项目[3]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=l／2π𝐿𝑎𝑏𝐶𝐴，当改变𝐶𝐴时，就能收到不同频率的电台信号，最低535KHz，最高1605KHz。图2.3输入调谐电路图图2.4变频电路图2.2.3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465KHz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。变频电路图如图2.4所示。2.2.3.1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465KHz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L𝑐𝑑的电感量又很小，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，使它的振荡频率在535+465KHz到1605+465KHz。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465KHz。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。通信终端创新设计CDIO二级项目[4]2.2.3.2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L𝑐𝑑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在535—1605KHz时都与本地振荡电路的频率正好相差465KHz。2.2.4中频放大电路中频放大电路如图2.5所示。图2.5中频放大电路及检波、自动增益控制电路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。通信终端创新设计CDIO二级项目[5]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。2.2.5检波和自动增益控制电路（AGC）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。2.2.6前置低频放大电路前置低频放大电路如图2.6所示。图2.6前置低频放大电路图2.7功率放大器电路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。外信号电压↑Vb3↑Ib3↑Ic3↑外信号电压↓Vc3↓Ic2↓Ib2↓通过R3，Vb2↓R4分压↑通信终端创新设计CDIO二级项目[6]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。2.2.7功率放大器电路(OTL)功率放大器电路如图2.7所示。功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。T5是输入变压器，做倒相耦合，次级是两组线圈，把VT4送来的信号变成对称的两路信号。VT5、VT6组成功率放大器，分别在信号的正半周和负半周导通，一个负责放大正半周的信号，一个负责放大负半周的信号。为避免交越失真或非对称失真，就要调整好两个管子的工作点，并且两个管特性要一致。R7、R8和R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。最终放大的信号通过C9输出，推动喇叭发出声音。C9是隔直电容，也是耦合电容。为了减少低频失真，电容C9选得越大越好。无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。3.安装及调试3.1安装过程3.1.1组装前的准备①三极管VT5、VT6属于中功率三极管，VT1—VT4属于高频小功率三极管，相互之间不要相混淆。三极管的型号规格在元件表面已经标明，组装前需辨认清楚。辨认三极管管脚时，将管脚向下，面对横平面，从左到右依次是集电极e、基极b和发射极c。②电阻这里提供的电阻阻值都用颜色码表示的，每一种颜色都有对应的数值。前两个色环表示数字，第三个色环表示“0”的个数，最后的色环表示误差%。色环对应数值如下表：棕红橙黄绿蓝紫灰白黑金银12345678905%10%③电容通信终端创新设计CDIO二级项目[7]这里提供的电容有两种，一种是电解电容，一种是瓷片电容。电解电容有极性，瓷片电容没有极性。判断电解电容的极性时，可根据引脚的长短来判断，一般长的一端为正（+），短的一端为负（-），电容器的外皮上也有明显的“-”极标志。发光二极管LED也可以此为依据判断其正负。电解电容会将容值和单位标记在元件上，而瓷片电容则标记三位数。第一、二位数字代表电容值，第三位数字代表“0”的个数，单位为PF。如：223表示22000PF=0.022μF。④线圈T1表示的磁棒线圈在焊接前也要分清a、b、c、d端，ab表示的是初级线圈的两端，cd表示的是次级线圈的两端，初级线圈数明显多于次级线圈数。在实物中，a、d是最外侧的两端。3.1.2组装焊接首先组装并焊接电阻等体积较小的元器件，焊接时应当注意焊接某点时，时间不要过长，否则将损坏铜箔；时间也不能过短，造成虚焊。操作速度要适当，焊得牢固，焊点圆润饱满。元件清单如下：序号名称型号规格位号数量序号名称型号规格位号数量1三极管3DG201(绿,黄)VT11支18瓷片电容682,103C2,C1各12三极管3DG201(蓝,紫)VT2,VT32支19瓷片电容223C4,C5C73支3三极管3DG201(灰,紫)VT4,1支20瓷片电容CBM-223CA1支4三极管9013HVT5,VT62支21收音机前盖1个5发光二极管3红LED1支22收音机后盖1个6磁棒线圈5*13*55mmT11套23刻度尺`音窗各17中周红，白，黑T2，T3，T43个24双联拔盘1个通信终端创新设计CDIO二级项目[8]8输入变压器E型六个引出脚T51个25电位器拔器1个9扬声器58mmBL1个26磁棒支架1个10电阻器100欧姆R6，R8，R103支27印刷电路1块11电阻器120欧姆R7，R92支28电原理图及装配说明1份12电阻器330~1.8K欧姆R11,R12各1支29电池正负极簧片(3件)1套13电阻器30K，100KR4，R5各1支30连线导线4根14电阻器30K，200KR3，R1各1支31立体声耳机3．5mmJ1个15电位器5K（带开关插脚）RP1支32双联及投盘2．5*53粒16电解电容0．47uF（小）10uFC6,C3各1支33电位器拔盘1．6*51粒17电解电容100uFC8,C92支34自攻螺丝2*51粒元件清单3.2调试过程调试前的检查应当检查以下几点①检查三极管及其管脚是否装错