超外差收音机的设计

超外差收音机的设计、安装与调试方案选择与性能指标一、方案选择择中波晶体管超外差调幅收音机（不超过七只晶体管），其方框图如图1所示。图1超外差收音机方框图二、主要性能指标频率范围：535～1065kHz中频频率：465kHz灵敏度：1mV/m（能收到本省、本市以外较远的电台及信号较弱的电台）选择性：20lg14dB输出功率：最大不失真功率≥100mW电源消耗：静态时，≤12mA，额定时约80Ma概述目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。我们要求选用的是超外差式调幅收音机。收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来，通过变频级把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高攀之间的固定频率—465KHz（中频），然后进行放大，再由检波级检出音频信号，送入低频放大级放大，推动喇叭发声。不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号（直放式）。在设计中，是根据所要求的内容、指标进行各单元的设计，拟定单元电路，初步确定电路元件参数；再根据组合起来的系统电路进行核算，确定整机电路。在印刷电路的设计中，主要考虑元件的布局及走线，务必遵循一般规律。最后通过安装调试达到要求的电气性能指标，确定最终的电路元件参数，固定、封装，成为完整的收音机产品。一、电源电压的选择晶体管收音机所选用的电源电压通常为1.5v、3v、4.5v，6v、9v等。本收音机选用4.5v。电源电压选得高，对于提高灵敏度和输出功率有利。二、输入回路和变频级该部分的任务是接收各个频率的高频信号转变为一个固定的中频频率（465KHz）信号输送到中放级放大。它涉及到两个调谐槽路，一个是输入调谐槽路、一个是本机震荡槽路。输入调谐回路选择电感耦合形式，本机震荡回路选择变压器耦合振荡形式。相关联的元件：1、磁性天线（由线圈套在磁棒上构成）初级感应出较高的外来信号电压，经调谐回路选择后的信号电压感应给次级输入到变频级。2、双联可变电容器（两只可变电容器，共用一个旋转轴）可同轴同步调谐回路和本机震荡回路的槽路频率，使它们频率差保持不变。根据频率范围要求，磁棒采用中波磁棒（锰锌铁氧体材料），磁棒长点为好。线圈的初、次级耦合的松紧，次级圈数的多少，直接影响输入电路特性。线圈的初、次级匝比约为1/10。双联可变电容器连到输入回路要并一个小微调电容器用来调整其高端的槽路频率；连到本机振荡回路要并入微调小电容器，以明显改变其高端槽路频率，并要串入小电容器（垫整电容），以明显地增高可变电容器调到低端位置时的槽路频率。根据指标要求，输入回路的频率覆盖系数为：kd===3振荡回路的频率覆盖系数：kd==2.07可变电容器与磁性天线、振荡线圈的配用，有资料可查。选用配套的磁棒、天线线圈、刻度盘、双联电容器、振荡线圈及垫整电容器等，该部分所要求的指标是容易达到的。三、变频级电路图2变频电路原理图变频级电路的本振和混频，要求由一只三极管担任（自激式变频电路）。由于三极管的放大作用和非线形特性，所以可以获得频率变换作用。可选择“共基调发变压器耦合振荡器”。按本设计要求，在图2中为外来中波信号调幅波，载频为（535～1605KHz）；为本机振荡电压信号（等幅波），应为1MHz～2MHz。两个信号同时在晶体管内混合，通过晶体管的非线性作用产生的各次谐波，在通过中频变压器的选频耦合作用，选出频率为-=465KHz的中频调幅波,如图3所示。图3混频示意图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，可比共射式获得较高的频率。它的振荡调谐回路接在发射极与地之间，基极通过C5高频接地，振荡变压器的反馈线圈（L4）接在集电极与地之间，如图4所示。图4共基调发振荡电路示意图变频管选择3AG1型能满足要求，其应该小，静态工作点的选择不能过大或过小。大，噪声大；小，噪声小。但变频增益是随IC改变的。典型变频级一般在0.2～1mA之间有一个最大值。统筹考虑，设计在0.5mA左右为宜。本机振荡电压的强弱直接影响到反映管子变频放大能力的跨导，存在着一个最佳本振电压值。若振荡电压值过小，一旦电池电压下降，就会停振；若过大，在高端会产生寄生振荡，由于管子自给偏压作用，会使管子正常导通时间减少。本振电压一般选择在100mV左右，由于采取的是共基电路，它的输入电阻低，如果本机振荡调谐回路直接并入，会使调谐回路的品质因素降低，振荡减弱，波形变坏，甚至停振。为提高振荡电路的性能，L3要采取部分接入的方式，使折合到振荡调谐回路的阻抗增加到。L4不能接反，否则变成负反馈，不能起振。四、中频放大、检波及自动增益控制电路（如图5所示）。图５中放级电路原理示意中放级可采用两极单调谐中频放大。变频级输出中频调幅波信号由T3次级送到VT2的基极，进行放大，放大后的中频信号再送到VT3的基极，由T5次级输出被放大的信号。三个中频变压器（T3、T4、T5）都应当准确地调谐在465KHz。若三个中频变压器的槽路频率参差不齐，不仅灵敏度低，而且选择性差，甚至无法收听。中频变压器采取降压变压器，其初级线圈L5要采用部分接入方式（道理同本振调谐电路）见图6。图６中频变压器接法示意图这种接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的影响，初级选取适当的接入系数使晶体管的输出阻抗与中频变压器阻抗近似匹配，以获得较大的功率增益；中频变压器初、次级变比以各自负载选取，减小负载对谐振回路的影响。但选择L5的接入系数及压降比时，不仅考虑到选择性，还要兼顾到增益和通频带。两级工作点的选择要有所区别，由于第一级总是带有自动增益控制电路，该级的选取要考虑到在功率增益变化比较急剧处，应选的比较小；但太小，功率增益也太小，整机性能随着电池电压变化时，稳定性就很差。综合考虑，对于3AG1型管选为0.4mA左右。第二级应考虑充分利用功率增益，则选择功率增益已接近饱和处的值可选1mA左右。T5次级送到检波二极管的中频信号被截去了负半周，变成了正半周的调幅脉动信号，再选择合适的电容量，滤掉残余的中频信号，取出音频成分送到低放级（见图5）。检波输出的脉动音频信号经RF、C8（C8可选几十微法）滤波得到的直流成分作为自动增益（AGC）电压，使第一中放基极得到反向偏置，当外来信号强弱变化时，自动地稳定中放级的增益。从图5可见，使用的是PNP型中放管，需要“+”的AGC电压。检波二极管不能接反，否则AGC电压极性变反，达不到自动控制中放管增益的作用，可产生自激、哨叫。五、前级低频放大电路从检波级输出的音频信号，还需要进行放大再送到喇叭。为了获得较大的增益，前级低频放大通常选用两级。要求第二级能满足推动末级功率放大器的输入信号强度，要有一定的功率输出，该激励可选择变压器耦合的放大器。如图7所示。以上各级静态工作点VE值以电源电压而定，VT1、VT2、VT5的VE可取电源电压的1/5左右。图7低放激励原理图六、末级功率放大器它将前级的信号再加以放大，以达到规定的功率输出，去推动喇叭发声，可选择我们熟悉的OTL电路。低频放大电路的设计，是根据要求的输出功率、选择的电源电压、喇叭的交流电阻，从后向前进行。确定输出功率后进行功放管的选择，应通过手册查出功放管主要极限参数。例：小功率晶体管3AX31B的极限参数：PCM≥125mW，ICM≥125mA，BVCEO≥12V。末级一对功放管的β、及正向基极—发射级电阻RBE等都要对称（保证误差在20%以内）。如果以高频管代替低频管，用于小信号前置放大级是可以的，但是大信号运用时，功率嫌得不够，整机失真将增大。静态电流一般取3～5mA左右，它的大小影响着输出功率，失真和效率。激励级要求输出功率较小，一般甲类放大器能满足要求。可求出输出级的功率增益，根据所要求的输出功率指标及输入变压器的效率η求出激励级的输出功率，定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值Icm，求出变比K及ICQ。功率放大至低放前级要加入合适的负反馈。对于两级以上的放大器，公共电源往往会造成寄生耦合。当电池内阻上产生的信号相位恰好和它原来的信号电压相位相同时，就会产生正反馈，正反馈电压比输入电压大时，就会产生自激振荡。电池越旧，其内阻就越大，就越容易产生寄生耦合。最后一级输出最强，对前级影响最大，应着重考虑末级的信号电流影响。消除这些寄生偶合的方法（退耦）是在电池的两端并联电容器（C21）旁路掉原来通过电池内阻的大部分的信号电流。但各级共用一个电源，级与级间并未隔开，应在前、后级间加入退耦电路（电阻R16，C17），如图8所示。图8退耦分析图退耦电阻和退耦电容越大越好，但R16不能太大，否则直流压降太大，致使前级需要直流电压降低过多，一般取100～470Ω之间，退耦电容C21、C17选为50～200µF之间。因为大电容分布电感较大，对于高频有较大的感抗，可以在退耦电解电容两端再并一个小电容（例：并一个0.01µF的电容）。对于其它因素产生的寄生耦合，可以通过屏蔽、妥善布线等手段解决。七、部分元件的选择1．三极管选择变频管的截止频率f应比实际最高频率高出2～3倍以上。各级三极管的穿透电流ICEO都应该尽量小，对于β的选择，一般希望选大些，特别是第一中放管的β值应选大于100，但不宜过大（容易引起自激），应根据实际需要选配适当的β值。可以全部选用中等β值（60～80）配套，或采用β=80～120的与30～60的配成一套（电源电压不高，功率管ICEO即使稍大些也可用）。2．电容的选择高频部分的电容耦合电容和旁路电容在0.01～0.047μF间选用。变频管的振荡耦合电容和基极旁路不能过大或过过小，否则，因容值过大引起间歇振荡，过小引起低端停振现象，应根据振荡频率f估算所涉及回路的时间常数选取该电容。中频槽路电容误差可允许5%～10%（通常中周TTF系列配200pF电容）。电解电容允许误差不作要求，但要注意其耐压值，有较高的绝缘电阻。本机振荡回路并联的微调电容，可采用具有负温度系数的拉线电容。八、画出整机电原理图参考整机电原理图如图9所示。九、整机印刷电路板设计原则依照电原理图，配齐元件，设计印刷电路板。元件在电路板上的安排、走线务必遵循一般规律：磁棒不要靠近中放级和检波级，也不要靠近机内的其它金属物和电池等。喇叭尽量远离磁棒，以减小磁钢漏磁对磁棒的影响。无论中频放大还是低频放大，总体要求第一级元件布置要紧凑，走线尽可能短，并且远离输出回路。输入与输出印刷走线不要平行，以抑制对输入回路的干扰。地线最好粗些，末级的所有接地元件应集中接地；末前级的所有接地同样较为集中地接在本级的附近，通过印刷线引至末级的地线。各级接地点（线）按照由末级到前级依次连接，勿要乱接，使前各级信号电流都由前向后经过地线到末级接地点入地，以免发生寄生耦合。按其规则画出整机印刷板电路图（制出电路板）。安装与调试一、组装前的准备1．三极管的检查1）分清高频管与小功率低频管。2）测量各三极管β值，再以β值决定决定某级配用三极管。3）尽量地选小的三极管最好不要单纯地从颜色标记作为三极管β值的依据，尽量用晶体管参数测试仪测量β和。2．电阻检查电阻阻值有用数字表示的，有用颜色码表示的，但都要用万用表一一测量，阻值误差10%左右照常选用，不必强求原来的标称值。选用的功率应大于在电路中耗散功率2倍以上，以防止电阻过热、变值乃至烧毁。因受热而损伤的电阻不能再用，带开关的电位器也要按其在电路中的功能要求检测。3．电容检查用万用表“Ω”档测量电容，主要从表针观察（该档表的电阻）、C充电时间。由于常用的指针式万用表“Ω”档最大为“10KΩ”，故测量几百皮法小电容时，其时间常数C太小，只能判断其是否断路。0.022μF左右的小电容可观察到指针的变化，漏电电阻应为几十～几百兆欧。对于大容量的电解电容，选择适当的“Ω”档测量，其泄漏电阻是与电容量成正比的，泄漏电阻几千百欧以上可用。测量前，充过电的电容要进行放电。测量时，指针式万用表的“—”要接在电解电容的“+”极，不要把人体电阻加进去。电容器的耐压值应大于电源电压。本机振荡回路或谐振槽路的固定电容最好用云母或瓷介电容，其电