高频调频接收机课设

一、课程设计目的、要求通过本课程设计与调试，提高动手能力，巩固已学的理论知识，建立高频调频接收机的概念，了解调频接收机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算调频接收机的各单元电路：输入回路、高频放大、混频、中频放大、鉴频及低频功放级。初步掌握调频接收机的调整及测试方法。了解集成电路单片接收机的性能及应用。二、主要技术指标调频接收机的主要技术指标有：1．工作频率范围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。如调频广播收音机的频率范围为88～108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88～108MHz2．灵敏度接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。调频广播收音机的灵敏度一般为5～30uV。3．选择性接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示dB数越高，选择性越好。调频收音机的中频干扰应大于50dB。4．频率特性接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带一般为200KHz。5．输出功率接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。三、调频接收机组成调频接收机的工作原理f1f1f2-f1f2-f1fΩ调频接收机组成框图一般调频接收机的组成框图如图所示。其工作原理是：天线接受到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大级放大进入混频级。本机振荡器输出的另一高频f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2-f1）等频率分量的信号。混频级的输出接调频回路选出中频信号（f2-f1），再经中频放大器放大，获得足够高增益，然后鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此输入回路高频放大混频鉴频本机震荡低频功放中频放大接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。四、单元电路设计1、高频功率放大电路（1）电路如下图所示为共射级接法的晶体管高频小信号放大器。他不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。晶体管的静态工作点由电阻RA2,RA3,RA4及RA6决定，其计算方法与低频单管放大器相同。从天线ANTA1接收到的高频信号经过CA1、CCA1、LA1组成的选频回路，选取信号为fs=10.7MHZ的有用信号，经晶体管QA1进行放大，由CA3、TA1初级组成的调谐回路，进一步滤除无用信号，将有用信号经变压器和CB1耦合进入MC3361。（2）原理CG负载回路LIgYgUi+–ByieyreUiUiyqeViyoeP22glVo+–Ca信号源晶体管2、混频电路（1）电路图因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。二极管环形混频器四个二极管组成平衡电路如下图所示。构成的二极管环形混频电路中，各二极管均工作在受参考信号控制的开关的状态，它是另一类开关工作的乘法器。二极管环形混频电路这样的结果，导致s(t)=正半周期时,导通,截止负半周期时,导通,截止Vsi2D3D2D1D4+–i1i3vii’+i’’RLB1B2+–vs+–vs+v0–+v0–i4（2）原理分析3、晶体振荡器（1）电路图（2）原理分析谐振频率：4、鉴频电路下图是回路鉴频器的原理图。它是由三个调谐回路组成的调频-调幅调频变换电路和上下对称的两个振幅检波器组成。初级回路谐振于调频信号的中心频率,其通带较宽。5、MC3361的功能介绍：在本实验中采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路全部由MC3361实现MC3361是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路，主要应用于语音通讯的无线接收机。片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。主要应用在二次变频的通讯接收设备。其主要特性如下：a低功耗（在Vcc=4.0V，耗电典型值仅为3.9mA）b极限灵敏度：2.6uV(-3bB)（典型值）c少量的外接元件d工作电压：2.0—8.0VeDIP16和SO-16两种封装形式f工作频率：60MHz(max)引出端功能1OSC1振荡回路9VOD音频率输出端2OSC2振荡回路10Fin滤波器输入3MIXo混频输出11Fo滤波器输出4VCC电源12MUTin静噪输入5IN(+)IF中频同相输入13Voc扫描控制输出6IN(-)IF中频反相输入14MUTsw静噪开关7OUTIF中频放大输出15GND地8DETFM检波回路16MIXin混频输入电特性（除非特别说明，VCC=4V，f=10.7MHz，Δf=±3kHz，fm=1kHz，Tamb=25℃）应用电路MC3361内部电路MC3361集成电路采用16脚双列直插式封装。它具有较宽的电源电压范围(2～9V)，能在2V低电源电压条件下可靠地工作，耗电电流小(当Vcc=3.6V时，静态耗电电流典型值为2.8mA),灵敏度高(在2.0μV输入时典型值为－3dB)，音频输出电压幅值大。它的内电路结构框图如图。IC内设置有双平衡双差分混频器、电容三点式本机振荡器、六级差动放大器构成的调频455kHz宽带中频限幅放大器、双差分正交调频鉴频器、音频放大器及静噪控制电路。6、画出完整的电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:4-Jan-2005SheetofFile:E:\调频接~1\接收机~1.SCHDrawnBy:TA1CA133pCA50.1UFCA40.01ufCRB110.245MLEDA1QA13DG12CKA1+12U?RES2ANTA12.2uhLA1CA2103CCA1RA318K5.1KRA2U?POT2RA410KRA61.5KCA3120pCB60.1UF0.1UF0.01ufCB120pfCB70.1UFCB90.1UFRA51KLB120KRB11KLEDB1KB1+51618215637459ICMC3361220pfCB4455KHZFLB13.3KRES2CB8104CB5CB2680uhRB2五、设计仿真（1）开发平台简介Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。Multisim以库的形式管理元器件，通过菜单Tools/DatabaseManagement打开DatabaseManagement（数据库管理）窗口（如下图所示），对元器件库进行管理。在DatabaseManagement窗口中的Daltabase列表中有两个数据库：MultisimMaster和User。其中MultisimMaster库中存放的是软件为用户提供的元器件，User是为用户自建元器件准备的数据库。用户对MultisimMaster数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中MultisimMaster时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如下图所示。但用户可以通过这个对话窗口中的ButtoninToolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。据此用户可以通过选择User数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在MultisimMaster中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到Ultiboard中进行PCB的设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际器件没有。（2）高频小信号放大器电路设计及仿真高频小信号谐振放大电路主要由晶体管、负载、输入信号和直流馈电等部分电路组成。如图所示电路，晶体管基极为正偏，工作在甲类，负载为LC并联谐振回路，调谐在输入信号的频率10.7MHz上。该放大电路能够对输入的高频小信号进行反相放大。在Multisim窗口中，从示波器上观察到输入与输出波形（3）混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路设计及仿真在本设计采用了MC3361芯片，所以工作原理中的混频、中频放大、鉴频、低频放大等其他功能电路全部由MC3361实现。MC3361的内部振荡电路与Pin1和Pin2的外接元件组成第二本振级，第一中频IF输入信号10.7MHz从MC3361的Pin16输入，在内部第二混频级进行混频，其差频为：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中频信号。第二中频信号由Pin3输出，由455kHz陶瓷滤波器选频，再经Pin5送入MC3361的限幅放大器进行高增益放大，限幅放大级是整个电路的主要增益级。Pin8的外接元件组成455kHz鉴频谐振回路，经放大后的第二中频信号在内部进行鉴频解调，并经一级音频电压放大后由Pin9输出音频信号。Pin12——Pin15为载频检测和电子开关电路，通过外接少量的元件即可构成载频检测电路，用于调频接收机的静噪控制。MC3361内部还置有一级滤波信号放大级，加上少量的外接元件可组成有源选频电路，为载频检测电路提供信号，该滤波器Pin10为输入端，Pin11为输出端。Pin6和Pin7为第二中放级的退耦电容。六、实验验证1、实验内容：(1)按下开关KA1、KA2，调试好小信号放大单元电路，调试好高频功率放大单元电路。(2).连接好发射电路和接收电路（连J82、JE1、JE3、JE4、JE5、JE6、JA1、JB1），同时用实验箱所配的天线（一端带夹子的导线）分别将发射单元的天线ANTE1和本实验单元天线ANTA1连好。(3)在不加调制信号的情况下，接通发射电路和接收电路的电源，调节变容二极管单元的L84，用示波器探头测量TTB2，当TTB2处有455KHz的信号输出时，说明调频单元的工作频率在10.7MHz附近。此时从处加入1KHz，峰峰值为100mV左右的调制信号，则从TTB1处用示波器可观测到输出的解调波。(4)当从TTB1处观察鉴频输出信号，此时如果波形失真可以微调LB1和微调L84。注意观察鉴频信号频率与调制信号频率是否一致，幅度大小与调制频偏的关系（调制频率可以通过改变调制信号大小来改变）。如果TTB1处的信号失真，一般要考虑是否调制信号幅度过大以及变容二极管调频产生的调频信号的中心频率偏高10.7MHz太远。2、实验结果低频调制信号波形高频载波信号波形经过