《自动调频接收机方案与实现.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动调频接收机方案与实现.pdf（24页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、个人资料整理仅限学习使用 学科分类号 0712 本科生毕业论文 (设计 题目电路、中频放大器 (中 频频率为 70kHz、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输 出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率锁定环路。该 系统使用M28S 三极管，对解调后的信号进行放大处理，使输出的音频信号能 够通过耳机输出到人的耳朵。系统的稳定性强，具有精确的自动调频能力。 关键词 TDA7088；自动调频；音频信号放大 The Design and Achievement of Automatic FM Receiver Abstract In order to using rad
2、io more conveniently, my design of automatically searching FM radio use integrated chip TDA7088. The TDA7088 contains Antenna, Intermediate frequency limiter,Intermediate frequency filter, Oscillator,Mixer, AFC, Intermediate frequency amplifier, Frequency discriminator, Low-frequencysquelch circuit
3、and Audio output etc. Otherwise, TDA7088 also contain Search tuning circuit,Signal detection circuit, and Frequency locked loop. This system use triode M28S, which can amplify the signals of demodulation and can make audio signals heard by our ears, by use of earphone. This system can work stably an
4、d automatic FM precisely. Key words TDA7088 。 Automatic FM。 Audio frequency signals amplification 个人资料整理仅限学习使用 1 引言 1.1 历史及背景 人类自从发现能利用电波传递信息以来，就不断研究出不同的 方法来增加通信的可靠性、通信的距离、设备的微形化、省电化、 轻巧化等。接收信息所用的接收机，俗称为收音机。目前的无线电 接收机不单只能收音，且还有可以接收影像的电视机、数字信息的 电报机等。 随着广播技术的发展，收音机也在不断更新换代。早在1888 年，德国科学家赫兹发现了无线电波的存在，1
5、901 年马可尼发射无 线电并成功横跨大西洋，直到1906 年加拿大发明家费森登首次发射 出声音，无线广播由此开始。随着电子技术的发展，“ 收音机 ” 的形 式也在发生演变。从最早的矿石收音机，到1930 年后的电子管收音 机，1954 年的晶体管收音机，再到现在的集成电路收音机和DSP收 音机，收音机越来越趋向于便捷化。其性能越来越好，功能也越来 越强大。 如今的人们对电子产品的要求越来越高，因而电子产品无论从 制作上还是从销售上都要做到精益求精。要制作一个应用性比较好 的电子产品就离不开高频电路，大到超级计算机、小到袖珍计算 器，很多电子设备都有高频电路 1 。高频电路大部分应用于通信领
6、域，信号的发射、传输、接收都离不开高频电路。通信技术在我们 的生活中广泛应用，而我所学的是电子信息科学与技术专业，有一 部分涉及的是通信技术，所以对于这次设计，我选择了超外差式调 个人资料整理仅限学习使用 频接收机的设计方案 2 。 随着人们生活水平的不断提高和电子科技的飞速发展，特别是 近年来物质生活水平的提高，人们相互之间交往所利用的通信手段 也越来越多。人们不断追求生活方式的多样化和个性化；电子科学 的发展和无线通信的快速发展给人们工作和生活注入了新的色彩； 人们可以随心所欲地享受着无线通信工具所带来的乐趣。调频模拟 通信是最早的语音通信方式，广播电台就是它的一种形式，这种传 统的通信方
7、式在今天依然有着广泛的应用，并且也向着多样化、个 性化和微型化的方向发展 3 ；随着时代的发展，它的作用也在发生 着变化，广播电台虽然现在已经不是人们获取信息的一种主要手 段，但是它在很多方面依然发挥着主要的作用，它已经走进了我们 的生活，在我们小集体范围内如学生宿舍、宾馆等场所，由于其使 用方便、价格低廉、技术成熟、可进行一对多的无线广播等诸多优 点，所以将依然会发挥重要作用。不仅如此，现在的人们都喜欢追 求生活的个性化，它在家庭领域也将会给人们带来很大的乐趣，利 用一个小型的无线广播台和一个微型的收音机就可实现在家庭的任 何角落播放自己喜欢的音乐，会给人们带来无限的乐趣。 在当今社会，科技
8、已经高度发达，现在的调频接收装置更多的 是以集成模块的形式存在于一些大的电子设备中，例如手机、智能 电视，这类装置一般满足年轻朋友的需求。而另外一种便携式收音 机能做到操作简单、较大功率输出和声音输出，这类收音机主要满 足老年人的需求。 个人资料整理仅限学习使用 1.2 设计方法 本设计使用EDA 设计软件 protel99se 4。protel99se是所有电路 画 图软件中使用最多的一种软件，采用设计库管理模式 5 。其可以进 行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D 模拟功能，是 一个 32 位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计 和可编程器件设计等工作，可以设计3
9、2个信号层， 16个电源地层和 16 个机加工层。本设计以耳机充当信号接收天线，由于集成芯片很 难集成大容值的电容器件，所以在集成芯片TDA7088 的周围按一定 的规则接入电容，组成相应的功能电路 6 。本设计的调试要点,参照 电子线路设计实验测试 7 。 1.3 尚待进一步解决的问题 虽然在国内外调频接收技术已经得到长足发展，但是依然存在 一些问题亟待解决。例如，接收机能够接收到的频道数非常有限； 接收机的灵敏度不够高，调频广播收音机的灵敏度一般为5 30uV；调频接收机的选择性有待进一步提高。 1.4 设计的基本内容 本 设 计 采用 的 是 TDA7088 芯 片 作 为处 理 的 核
10、心 部 分 8 。 TDA7088 是飞利浦公司开发的FM 收音机集成块，采用16脚双列扁 平封装，工作电压为3V，包含了调频收音机中天线接收、振荡器、 混 频 器、 AFC( 频 率自 动 控 制电 路 、中频 放 大 器(中 频 频率 为 70KHz、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频 个人资料整理仅限学习使用 输出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电路及频率 锁定环路。经过解调后的信号再经过由三极管组成的低频放大器， 然后通过耳机输出到耳 朵 9 。在硬件设计过程中遇到了很多问题，通过查阅各方资料，我 将 所有问题都一一解决 10 。 2 任务分析与方案论证 2
11、.1 任务分析 任务分析包括设计任务、基本要求和发挥部分要求三个部分。 2.1.1 设计任务 设计并制作一个自动调频接收机。 2.1.2 基本要求 ，它的缺点 是没有频率指示。 本方案使用TDA7088 集成芯片，其能够实现自动选台操作。本 电脑选台调频收音机设置了“ 搜索” 和“ 复位” 两个轻触式按钮。使用 时只要按下搜索按钮，收音机就会自动搜索电台，当它搜索到一个 个人资料整理仅限学习使用 电台后，会准确地调谐并停止下来。如果想换一个电台，只需再次 按下搜索按钮，收音机就会继续向频率高端搜索电台。当调谐到频 率最高端后，就需要按下复位按钮，让收音机本振频率回到最低端 才能重新开始搜索电台
12、。 这种脑选台自动搜索调频收音机使用方便，调谐准确，所以选 用 方案二。 电脑选台自动搜索调频收音机其核心器件是一块TDA7088 集成 电路，其内部框图见图2.1。集成电路中包含了调频收音机中天线接 收、振荡器、混频器、AFC(频率自动控制 电路、中频放大器 (中频 频率为 70kHz、中频限幅器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电 路、音频输出等全部功能，还专门设有搜索调谐电路、信号检测电 路及频率锁定环路。 混混混混 混混混混混混混混混混混混 混混混混混混 混混 本机振荡 AFC混混 混混混混 图 2.1 核心器件 TDA7088 集成电路内部框图 取代可变电容器的是变容二极管，它是一种特殊
13、的二极管。它 的 PN 结电容随着PN 结上的偏压 (反向电压 变化而改变。偏压增 大，PN 结变厚， PN 结电容变小；偏压降低，PN 结变薄，则 PN 结 电容增大。因此改变PN 结上的偏压，就可以改变PN 结的电容。电 个人资料整理仅限学习使用 路中变容二极管接在本机振荡电路上，可以改变振荡频率。 3 原理分析 3.1超外差接收机 本设计采用超外差式接收机的工作原理，所谓超外差接收机即 输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。如果把接 收机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频 率、(f2-f1 等频率分量的信号。混频器的 输 混 混混混 混混 混混混混混混混混
14、混混混混 混混混混混混混混 图 3.1 调频接收机原理框图 个人资料整理仅限学习使用 出接有选频回路，选出中频信号(f2-f1 ，再经中频放大器放大，获 得足够高的增益，然后经过鉴频器解调出低频调制信号，再由低频 功放级放大，驱动扬声器。从天线接收到的高频信号经过混频成为 固定的中频f2-f1，故成为超外差式接收机。这种接收机的灵敏度较 高，选择性较好，性能也比较稳定。 3.2 调频通信系统 如下图3.2 所示的调频广播系统。调频接收机是整个调频广播 系统中的一部分，调制信号经过发射机发射变成已调信号，并由信 道传输到达接收机。在调频发射阶段通过频谱搬移的方式，将调制 信号的频谱搬到高频段，因
15、为高频信号便于传输。接着在调频接收 阶段解调，还原出调制信号。 混混 混混混混混混混混 图3.2 调频广播系统 =Ucos (t 是 FM 信号的瞬时相位。且 (t ct+KfU(tdt 是调制信号。 F 中恢复出原调 制信号U(t的过程。鉴频器的类型和种类很多，有振幅鉴频器， 相位鉴频器，正交鉴频器。Philip 公司的 TDA7088 芯片则采用正交 鉴频的方法，所谓正交鉴频即将输入FM 信号经移相网络后生成与 原 FM 信号正交的参考信号电压，它与输入FM 信号电压同时加入 乘法器，乘法器输出再经过低通滤波器滤波后，便可还原调制信 号。 4）调频制中的噪声和门限效应。 实际上，信道内存在
16、噪声和干扰是不可避免的，它们在经过前 级带通滤波器后，与有用信号一起加至解调器，这使解调器输出端 除了有用的FM 信号外，必然伴随有干扰和噪声。这将影响信号传 输的质量，在严重的情况下，有用信号甚至完全淹没在噪声中，而 无法进行调频信号的接收。这个一定的数值的输入信噪比，就是所 谓门限值。当输入Si/Ni 低于这个门限值时所发生的现象叫做调频信 号解调时的门限效应。 4 电路设计 4.1 TDA7088引脚图 TDA7088 引脚排列如图 4.1： TDA7088 16 15 14 13 12 1 2 3 4 5 TUNE CAP GND CLM VIRF MUT VOAF LOOP VP O
17、SC 个人资料整理仅限学习使用 图 4.1 TDA7088 引脚排列图 TDA7088 各管脚说明如下表： 表4.1 各管脚说明 4.2 天线输入电路 如图 4.2 所示，本设计以耳机作为天线，因为L3 具有较小的对 地直流阻抗，接入L3 是为了使接收到的信号流入芯片TDA7088， 从而避免被耳机旁路。电容C10 和 C11 起耦合的作用，能够使接收 管脚功能符号管脚功能符号 1 静噪电路MUTE 9 中频输入VILF 2 音频信号输出VOAF 10 中频限幅、低通滤波CLP2 3 外接环路滤波LOOP 11 射频信号输入VIRF 4 电源 “ ”VP 12 射频信号输入VIRF 5 本振电
18、路OSC 13 环路滤波CLM 6 中频反馈IFFB 14 电源 “ ”GND 7 低通滤波CLP1 15 搜索电调谐输入端CAP 8 中频输出VOIF 16 电调谐 AFC 输出端TUNE 个人资料整理仅限学习使用 到的高频信号顺利通过电路进入芯片TDA7088，同时阻止直流和 50Hz 工频信号进入电路系统，从而将机内和机外隔离开来。天线接 收到的高频信号与来自压控振荡器的本振信号混频，通过选频得到 70KHz 中频信号。 C10 C11 L3 混 频 器 图4.2 天线接收电路 4.3 本机振荡电路 如图 4.3 所示，压控振荡器 VCO）输出信号的频率是随着输入 电压的变化而变化的。振
19、荡器的输出频率是和负载电容相关的，压 控 Vcc C3 BB910 L1 VCO Vcc 图4.3 本机振荡电路 振荡器外部接有一个变容二极管BB910，改变电压可以改变负载电 容的大小。当负载电容变化时，它与电感L1 产生的震荡频率大小也 跟着改变，从而改变输出频率。 个人资料整理仅限学习使用 4.4 TDA7088外围电路 如下图 4.4，芯片内和 1 脚相连是静噪电路，电容C1起到静噪 C1 C7 C5 C2 C3 C8 C10 C9 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 C6 VCC L1 BB910 VCC VCC VCC C11 VCC SW
20、1 SW2 VCC VCC potentiometer earphone TDA7088 图4.4TDA7088 外围电路 的作用，去除交流噪音；2 脚是音频信号输出，将音频信号输出到 音频信号放大单元的输入端进行放大；3 脚外接一个0.047 微法拉的 电容，与芯片内的电阻和运放构成环路滤波，在鉴频器的输出端衰 减高频误差分量，以提高抗干扰性能；6 脚所接电容C4 是中频反馈 电 容，和与 6脚和 8脚相连的运算放大器给成反馈电路；7 脚所接电容 C6 与芯片内的阻值为2.2k的电阻构成RC 低通滤波器； 8 脚输出 的 70KHz 中频信号经过电容C6，接入 9 脚中频输入端； 10 脚是
21、中 频限幅输出，所接电容C7 与芯片内阻值为6K的电阻构成低通滤 波器； 15 脚为搜索调谐输入端，C12 为滤波电容器； 16 脚为电调 谐、AFC 输出端。 4.5 音频放大 如下图 4.5 所示，此放大器由一个M28S 型号的 NPN 型三极管 个人资料整理仅限学习使用 构成单级放大，分析三极管的基级、集电极和发射级电压大小。使 三极管集电极反偏发射极正偏，从而Q1工作在放大状态。通过调节 电位器来改变放大电路的输入电流，从而改变放大器的输出电流， 音频信号的输出功率也跟着改变，直观地体现为耳机音量的大小变 化。 50K C13 Q1 TDA7088_2 R1 L2 图4.5 音频放大电
22、路 5 电路调试与测试 5.1 电路调试 在焊接完成之后，当装上电池检验的时候，出现了第一个问题 芯片引脚短路。用万用表二极管档测量，将红黑表笔放到两个 芯片引脚上有声音提示，表示存在短路。经过分析才知道，在焊接 贴片封装芯片时烙铁头停留在芯片引脚上的时间过长，导致芯片持 续升温，最后破坏了芯片的内部连接。 在开始调台的时候，遇到了第二个问题没有声音。在用手 机拨号，用手机信号干扰收音机时，可听到有干扰声，说明喇叭没 有问题。后来询问同学才想起，原来是在用protel9se软件画 PCB图 个人资料整理仅限学习使用 时将三极管的发射集和集电极接反了。通过改正后，电路系统工作 正常。 5.2 测
23、试方法和结果 5.2.1 测试所用仪器 HH1713 双路直流稳压电源， DT9202A 数字万用表， BT-3GII 频率特性测试仪， HP8648A 100KHz1GHz信号发生器， GDS- 1062A 示波器， 8 欧姆负载电阻。 5.2.2 测试方法和数据分析 由于 88MHz108MHz 是调频广播波段，实验不是在屏蔽室进行 的，所以在测试中，收音机随时都有可能接收到其中信号，只有选 择当时频率较弱的信号的频率用信号源模拟输入进行测试，我们选 择 95MHz 为测试点，实验现场空间中的95MHz 的信号经过验证极 其微弱，可以忽略。 1）接收频率范围和接收正常FM 信号测试； 打开
24、收音机，直接设定本地FM 电台频率接收FM 广播，能够 正常接收。用HP6848A 产生 88MHz，95MHz，108MHz 的 FM 信 号，能够正常接收。 2）使用示波器测量音频最大不失真输出电流和电压； 表 5.1 音频输出电流和电压 频道1 2 3 4 5 个人资料整理仅限学习使用 电压 UV ）1.743 1.750 1.681 1.724 1.705 电流 ImA ）26.72 25.58 25.41 25.50 25.29 电压平均值 U平均=1.73+1.750+1.681+1.724+1.705 ）/5=1.721 电流平均值 I平均=26.72+25.58+25.41+2
25、5.50+25.29 ）/5=25.70 3）最大不失真功率； 分别用示波器观察耳机两端的输出波形，加大音量达到波形有 失真时计算功率。 最大不失真功率为： P=U平均?I平均=44.22mW）。 4）灵敏度； 根据国家标准，测试灵敏度必须在无外界电磁场干扰的屏蔽室 内 进行，利用环形天线，通过仪器设备测量。由于条件所限，无法采 用此方法。由此我们采用在要求的输出功率和输出信号不失真的条 件下，测试最小的输入信号。我们用HP8648A 作信号源，接至收音 机的天线处，由大到小逐渐减小输入调频波的幅度，直至接收机输 出信号有明显失真。 测得：95MHz 时，灵敏度为 m = 50uV。 5）自动
26、搜索功能测试。 个人资料整理仅限学习使用 由 HP8648A 产生载频为 95MHz，调制信号频率为1KHz，频偏 为 75KHz，幅度为 100mV 的 FM 信号，将 HP6848A的探头缠绕在 收音机的天线上 不接触），进行自动搜索电台功能的测试。 测试结果：全频段搜索能够搜索到95MHz。 设定频段搜索 设定在 90MHz 100MHz ）搜索到 95MHz。 6 结论 参考文献 1 高吉祥 .高频电子线路第二版） M. 北京 :电子工业出版社,2009:6688. 2 高吉祥 .高频电子线路习题解读第二版） M. 北京 :电子工业出版社,2009:124178. 3 樊昌信 .曹丽娜
27、 .通信原理 第 6 版） M. 北京 :国防工业出版社,2018:86132. 4 崔玮 . protel99se 电路原理图与电路板设计教程M. 北京 :海军出版社 ,2005:1279. 5 潘永雄 ,沙河 .电子线路CAD 实用教程 M. 西安 :西安电子科技大学出版社,2007:1337. 6 许谨谨 .小型自动调频收音机D. 淮安 :淮安信息职业技术学院,2006:120. 7 谢自美 ,罗杰 .电子线路设计? 实验 ? 测试 M. 北京 :电子工业出版社,2018:16. 8 Philips.TDA7088芯片资料 J.2003:116. 9 高吉祥 .模拟电子技术第二版） M.
28、 北京 :电子工业出版社,2009:3455. 10 甘晓铭 .TDA7088 电调收音机 DB/OL.http:/ /1298.html,2018-08-14/2018-07-25. 个人资料整理仅限学习使用 致 谢 在毕业设计和论文完成之际，首先要感谢我的指导老师周群老 师。从前期的选题，到最后论文的完成，都是在指导老师的悉心指 导和严格要求下进行的。周群老师工作认真负责、治学严谨。他不 仅在学习上给了我很多帮助和启发，而且让我学会了做事、做学问 的态度和方法，将使我终身受益。 在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢，同时感 谢各位授课老师，在我学习期间，正是你们孜孜不倦的教诲使我
29、能 够顺利完成学业，让我在这四年的学习生涯中积累了一笔宝贵的财 富，这将使我在今后的学习工作中受益终生。同时也感谢我的同学 给予我莫大的支持和帮助，没有你们就没有我今天的收获和成果。 在本论文撰写过程中，参考并引用了许多作者的文献，他们的研究 成果给了我极大的帮助和启迪，在此谨表示衷心的感谢！ 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专 家、教授 ! 个人资料整理仅限学习使用 附录 A 整机原理图 C1 C7 C5 C2 C3 C8 C10 C9 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 C6 VCC L1 BB910 VCC VCC VCC C11 VCC SW1 SW2 VCC VCC TDA7088 50K C13 L3 Q1 VCC earphone L2 R1 图A 整机原理图 附录 B 整机PCB图 图B 整机 PCB图 个人资料整理仅限学习使用