调频收音机

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目三:调频收音机初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用分离元件或集成电路设计一个调频收音机；2、接收频率范围88~108MHz；3、采用3V电池供电；采用耳机或喇叭放音；4、接收FM波段的无线广播清晰、可靠，无明显杂波；5、立体声解码电路作为本设计的发挥部分；6、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结等）。时间安排：二十周一周，其中4天硬件设计与制作，3天调试及答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要调频收音机由接收，调谐、混频、本振、中放、鉴频、功放、输出等部分组合而成。通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响亮的声音。本次设计采用了分立元件来完成这些功能，简化电路。关键词：调频，分立元件，收音机武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书目录1.概述…………………………………………………………12.电路原理介绍………………………………………………32.1.调谐回路……………………………………………………32.2.高频小信号放大……………………………………………32.3.本振和混频…………………………………………………42.4.中频功放……………………………………………………42.5.鉴频与低频功放……………………………………………53.模块电路的仿真……………………………………………73.1.高频小信号放大……………………………………………73.2.混频………………………………………………………83.3.中频功放…………………………………………………93.4.鉴频与低频功放…………………………………………104.实际电路的调试…………………………………………125.心得体会…………………………………………………136.元件清单…………………………………………………14参考文献……………………………………………………15武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书11.概述本次设计的调频收音机组成部分可以由以下框图表示：图1.1设计框图本次设计中采用的收音机是一种FM二波段的收音机，此收音机电路主要由分立元件组成。外围元件多以电感、电容和电阻及可调元件为主，组成各种控制、谐振、供电、滤波、耦合等电路。收音机主体电路图如图1.2所示。图1.2总原理图下图是外围元件不可缺少的一个重要组成部分：图1.3四联可变电容输入回路高频放大混频中频功放低频功放天线本振输出设备武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书2图上四个LC调谐回路，带箭头用虚线连在一起的是一只四联可变电容器CBM-443DF，其中CA与L1并联是调幅波段的输入回路(选台回路)、CB与T1相联的是调幅波段本机振荡电路，C7（120P）是一只垫振电容，把本振频率垫高，使本振电路频率比输入回路频率高465KHZ，CC与L2并联的是调频波段的输入回路(选台回路)，CD与L3并联为FM(调频)波段本振回路，和可变电容并联的分别是与它们适配的微调电容，用作统调。在本次设计中，我只选用了调频部分的可变电容连接入电路中。K2是波段开关，与集成电路“15”脚内部的电子开关配合完成波段转换，开关闭合是低电平为调幅波段，开关断开是高电平为调频波段。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书32.电路原理原理介绍2.1.调谐回路收音机中，调谐回路的作用是选出所需的电台（频率），送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。而在本次设计中，我们采用一个四联可变电容来实现调谐回路的选频功能，其工作原理是通过调节旋钮来同时改变4个可变电容的大小，从而达到选频功能。如图2.1所示，为四联可变电容的电路图：图2.1四联可变电容2.2.高频小信号放大晶体管高频小信号放大器不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频、滤波作用，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。其原理图如下图2.2所示：图2.2高频小信号放大器武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书42.3.本振和混频FM收音机的中频频率为10.7MHZ，而本振频率在100MHz左右，通过乘法器实现混频功能后，可使其可调范围达到（100±10.7）MHz左右，从而实现从88MHz～108MHz的调频范围的实现。再将混频后的差频选出送入下级的中频功率放大器中进行进一步调制。混频电路的混频过程可由下图2.3所表示：图2.3本振和混频2.4.中频功放经过本振和混频模块后，选出差频即10.7MHz频率信号输入中频功率放大器中，经多级放大器放大输入信号，利于下级的检波电路以及音频放大电路的正常工作。该级也加入一定的滤波电路来滤除干扰信号。中频功放电路原理图如下图2.4所示：图2.4中频功放原理图武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书5通过Y参数的等效，可以得到以下的单极调谐放大电路的Y参数等效电路如下图2.5所示：图2.5Y参数等效电路2.5.鉴频与低频功放鉴频电路也就是调频信号的检波电路，对于频率检波电路由很多种方案，下面介绍一种斜率检波的方式。这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。其中，晶体管和LC回路实质上是一个调谐放大器，但回路的谐振频率f0与已调频信号的中心频率fc是失谐的。一旦已调频信号的瞬时频率发生变化,放大器就输出一个与之相对应的调幅-调频波。经二极管检波处理，即可在负载RL上得到与原调制信号变化规律相同的输出。斜率鉴频器的电路比较简单，但回路失谐时其谐振特性曲线不是直线，因而鉴频特性的线性较差。下图2.6为斜率鉴频器的原理图：图2.6斜率鉴频器武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书6低频功率放大电路是对音频信号的放大，通过鉴频器的检波，输出的音频信号功率不足以被接收到，故需要在输出前加一级音频放大电路。其原理图如下图2.7所示：32184U3:ALF35332184U6:ALF353C2210uFC2310uFR1210kR27100kC25100pR2810kC27100uFR29100kC28100uFR3022k+12V-12VR31100kR32100kINPUT图2.7低频功率放大器武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书73.模块电路的仿真3.1.高频小信号放大下图为高频小信号放大的仿真原理图：图4.1高频小信号放大图中用信号源代替天线接收到的信号经调谐回路选频后的输入信号，电阻用来给晶体管提供静态偏置，加入一些旁路电容和隔直流电容防止信号的干扰，经放大器放大后输出给谐振回路作为的负载，增强其稳定性。下图为该电路的仿真输出波形：图4.2高频小信号放大输出波形图中，上面一个波形为通道A的信号，即输入信号的波形，下面一个波形为经过放大以后的输出波形，即通道B的信号，明显看出信号经过放大器产生了放武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书8大的效果。3.2.混频下图为混频的仿真原理图：图4.3混频电路本振电路即高频振荡器，由设计条件可以知道，本振频率应该在100MHz至150MHz之间，图中用两个信号源来代替本振信号和经高频放大的输出信号，经由一个乘法器的混频后，可以得到混频信号。下图是该仿真的输出波形：图4.4混频输出波形波形1即通道A的信号为本振信号，波形2即通道B的信号为输入的高频放大信号，波形3即通道C的信号为混频后的信号。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书93.3.中频功放下图为中频功率放大器的仿真原理图：图4.5中频功率放大器该电路由两级反馈放大器构成，两级放大器构成一个宽带的中频放大电路，具有一定的选频功能，通过一定的隔直滤波电容来排除干扰信号，同时通过反馈电路来增强电路的稳定性，但同时也降低了电路的增益。经过放大器放大可以实现中频的功率放大。下图是该电路仿真的波形图：图4.6中频功放输出波形波形1即A通道的信号为输入信号，波形2即通道B的信号为经过第一级放大后的输出信号，波形3即通道C的信号为经过两级放大以后的输出信号，可以武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书10看出，每经过一级放大信号有明显的增强。3.4.鉴频与低频功放下图为乘积型鉴频器的仿真原理图：图4.7乘积型相位鉴频器电路该电路使用了芯片MC1496实现乘积型的相位鉴频，输入信号经过乘法器混频后输出，在经前级的放大输入到MC1496中，利用同步检波原理来解调调频波，从而选出音频信号。下图为该电路的输出波形：图4.8鉴频器输出波形上面的波形为经过乘法器混频以后的输入波形，下图的波形为经过鉴频器检波以后的输出波形，通过对比频率发现其检波效果很好，输出信号的强度却很小，武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书11故需要下一级的低频功放来增强。下图为低频功率放大电路仿真原理图：图4.9低频功率放大器低频功率放大器只采用了两级负反馈放大电路，通过放大器直接进行两级放大以后输出，反馈电路增加了电路的稳定性，降低了放大器的增益。下图为该电路的输出波形：图4.10低频功放输出波形波形1为输入信号的波形，波形2为经过两级放大以后的输出波形，可以明显看出经过两级放大以后，信号的明显增强。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书124.实际电路的调试通过元器件参数调整，购买元器件，焊接和调试，得到的最终实物图如下图5.1所示：图5.1实际电路对于该电路，首先其难点在于焊接，其中四联可变电容需要将万用板孔钻大才能安放。在调试过程中，发现带开关可变电位器在关闭开关时LED灯可亮，接通时又熄灭，最终经检测发现其接入方式有错，改正后发现喇叭可响。调节四联可变电容，喇叭会发出杂音，在一些位置能够听见有说话的声音，但由于该电路没有添加任何抗干扰措施，导致信号不好，只有在某些特定情况下才能比较清楚的听见广播的声音。因此，原先设定的立体声解码点路并未加入本实际电路中。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书135.心得体会本次课程设计，我查阅了大量的资料来完成，通过基本的调频收音机的发射电路，到收音机的接受电路，信号的处理电路，输出极电路，以及选作的立体声发射和解调电路。虽然花费了大量的时间和精力来完成这一系列过程，但我不得不说我的收获颇丰。首先我明白了收音机的基本工作原理：从天线收到的微弱高频信号先经过一级或几级的高频小信号放大器放大，然后送至混频器与本地振荡器所产生的等幅振荡电压想混合，所得到的输出电压包络线形状不变，仍与原来的信号波形相似，但载波频率所转换为两个高频频率之差，（或和），这叫做中频。中频电压再经中频放大器放大，送入检波器，得检波输出电压。最后检波输出电压经低频放大器放大，送到扬声器（或耳机）中转变为声音信号。其次，对收音机内部的高频、中频、低频放大器，检波器，混频器都有了更加深刻的了解，将伦理运用于实际电路，更加深了我对这门课程的学习兴趣，也明白了其重要性。最后，通过实际电路的购买原件，焊接，和调试过程中，认识了不少元器件以及了解了它们的用处和焊接方法，开阔了自己的眼界，增强了动手能力。同时，也通过和同学团队的交流和探讨，更加深入了解了很多原理性的东西，培养了团队合作能力。总而言之，虽然过程很艰难，最终也有很多的失败，但是在克服这些困难和失败的过程中收获的东西是弥足珍贵的。这次的课程设计