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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信0805 指导教师： 周建新 工作单位： 信息工程学院 题 目: 调频接收机 初始条件：1.pc机2.multisim仿真软件3.高频电子线路知识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.培养学生知识的综合应用能力；电路的设计能力；电路的连接操作能力；电路的调试能力；故障的排除等方面的能力；2.选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数并画出总体电路原理图。课程设计的内容要求用A4纸打印，且页面不得少于20页；3.学习电子技术设备的制作与调试。时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根
2、据选题开始查找资料；2、课程设计时间为1周。（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算， 时间1天；（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录课程设计任务书I目录II摘要IVAbstractV一 系统设计11.1设计目的、要求11.2调频接收机的主要技术指标11.2.1工作频率范围11.2.2灵敏度11.2.3选择性11.2.4频率特性11.2.5输出功率21.3调频接收机的工作原理21.4调频接收机的工作过程2二 方案设计与论证32.1设计方案的比较32.2各方案的论
3、证6三 详细设计73.1高频功率放大电路73.2混频器电路83.3其他部分电路93.4整机电路10四 部分仿真电路114.1混频电路114.2中频放大电路124.3鉴频电路13五 心得与体会15六 参考文献16摘要高频电子线路课程设计是继通信电子线路理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识和单元电路的设计能力之后，让学生综合运用高频电子线路知识，进行实际高频系统的设计、安装和调测，利用multisim等软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解高频电子通信技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为
4、今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。调频接收机是用来接收广播节目的收音机，这种收音机是用鉴频器对调频的高频信号进行解调的。调频信号本来是等幅的。但在传输的过程中，由于各种干扰，使幅度产生起伏。为了消除干扰的影响，在鉴频之前，常用限幅器进行限幅，使调频信号恢复成等幅状态。根据超外差式调频收音机的原理，我们可以将整机电路分成以下几个模块：输入调谐回路、高频放大电路、混频电路、本机振荡电路、中频放大电路、鉴频器电路、低频功放电路。关键字：调频 混频 鉴频 AbstractHigh Frequency Electronic Circuit Design is the second Communic
5、ation Circuits after the theoretical study and experimental teaching another important practical teaching. Its mission is to master and have the students basic knowledge of electronics circuit design and unit capabilities, to enable students to make comprehensive use of high frequency electronic cir
6、cuit knowledge, the actual high-frequency system design,installation and debug, using software such as the circuit multisim Design, improve the comprehensive ability to apply knowledge, problem solving abilities and practical skills in electronics to enable students to understand the high-frequency
7、electronic communications technology in the field of industrial application and development trends.In the field of electronic technology for the future of engineering design in future.FM receiver is used to receive radio broadcasts, which the radio frequency detector isthe high-frequency signals on
8、the FM demodulation. FM signal amplitude could have been so. But in the process of transmission, due to various disturbances, so thatmagnitude have ups and downs. To eliminate the interference, the discriminator before the limiter used to limit, the amplitude modulation signal restored to the state.
9、 According to the principle of superheterodyne FM radio, we can whole circuit is divided into the following modules: input tuning circuit, high frequency amplifier, mixer circuit, local oscillator, IF amplifier, frequency discriminator circuit, low frequency Amplifiercircuit. Keywords: FM discrimina
10、tor mixer 17一 系统设计1.1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，能建立无线电调频接收机的整机概念，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、计算调频接收机的单各元电路：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。1.2调频接收机的主要技术指标1.2.1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88108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88108MHz。
11、1.2.2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530uV。1.2.3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。1.2.4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。1.2.5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。1.3调频接收机的工作原理 为了提高灵敏度和选择性，无线电接收系统目前都采用
12、超外差式。所谓超外差式就是输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。因为它是比高频信号低、比低频信号高的超音频信号，所以接收方式叫超外差式。其组成方框图如下：图1 超外差式调频接收机组成框图 一般调频接收机的组成框图如图1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
13、的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。1.4调频接收机的工作过程 从天线进入的高频信号，经过输入回路和高放电路，通过变频器将高频信号变为中频信号，经过多级的中频放大，然后通过鉴频，还原出音频信号，最后送至低放电路。输入调谐回路、高放和变频三个部分合在一起，称为高频电路，也称调频头。调频接收机和调幅接收机相比有两处不同，其一是调频机不论普及机型或高级机型，大都带有高放。这是因为调频信号一般比较弱，加一个高放能降低噪声系数，降低其性噪比；另外，由于调频机的工作频率高，天线阻抗低，输入调谐回路对各种信号干扰的选择性不易做好，需要加一级调谐高
14、放来提高抗干扰性能，同时还可以减少本机振荡向天线端的辐射，因为调频机的频率高，和电视频道相近，本振的辐射容易干扰电视机。另一个不同之处是解调部分，由于调频波的振幅是不变的，只有载波的频率发生变化，若像调幅机那样用一只二极管作幅度检波器，即使切去载波的半边波形，任然是个等幅波，检不出音频信号。因而必须采用另一个方法，使其能对载波的频偏其反应而检出音频信号来。这种调频波的解调器叫鉴频器。中放在高频头的后面，它是将从混频出来的信号加以放大，再进入鉴频器。在鉴频器的后面是低放、功放。二 方案设计与论证2.1设计方案的比较方案一：集成电路调频/调幅收音机 由两块集成电路构成的调频/调幅收音机电路如图2所
15、示。其中，IC1为TA7335P，具有对调频广播信号进行放大，与本振信号差拍混频的功能；IC2为FS2204，具有对调频中频信号进行放大、鉴频，对调幅信号进行高频放大，与本振信号差拍混频，对调幅中频信号放大、检波、低放、功放等功能，因此，用FS2204芯片还可以构成单片调幅收音机。TA7335P称为集成电路调频调谐器，内部电路包括放大器、混频器、本机振荡器及AFC用的变容二极管。FS2204的内部包括中频放大器、调幅检波器、调幅混频器、调频鉴频器、AGC、AFC及音频功放等电路。图2 集成电路调频/调幅收音机电路方案二：基于FS2204的实验电路 设计中输入耦合回路直接采用6.5MHz电路伴音
16、中频变压器，本机振荡器为17.8MHz的晶振与三级管T2组成的考毕兹电路。三级管T1与中频变压器组成混频器，输出10.7MHz中频信号；FS2204集成电路完成10.7MHz中频信号的放大，鉴频及音频功率放大；FS2204为单电源工作方式，输出端接电容C15，组成OUL电路。电路如图3所示。图3基于FS2204调频接收机电路方案三：MC3361调频接收机 MC3361是单片窄带调频接收芯片，主要用于对107MHz的中频信号进行第二次混频。MC3361构成的调频接收机如图4所示。 MC3361的内部由振荡器、混频器、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、扫描控制器与静噪开关电路等所组成。MC3361也
17、可以用来构成任意频率的调频接收机，只要在图3所示的电路基础上，在第一中频10.7MHz输入信号的前端加第一本振与第一混频级，使其输出10.7MHz的中频信号，即可接收任意频率的调频信号。图4 MC3661构成的10.7MHz调频接收机电路2.2各方案的论证方案一采用两个芯片构成调频/调幅收音机电路，具有较好的信号放大和对本真信号差拍混频的功能，但成本较高且电路复杂，不利于制作和调试。且设计无需调幅功能。方案二选用FS2204作为窄带调频接收芯片，混频效果较好，且内部又扫描控制器与静噪开关等。但成本较高。综上所述，选择方案三，使用MC3361构成的调频接收机实验电路。三 详细设计 将所要收听的电
18、台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成两外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和鉴频。这个固定好的频率，是由差频的作用产生的。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。3.1高频功率放大电路高频功率放大电路如图5所示，他不仅要放大高频信号，而且还要有一定图5高频功率放大电路的选频作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。其具体的工作原理如下：从天线ANTA1接受到的高频信号经过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CB
19、1耦合进入ICB1。3.2混频器电路下图是一种简单点频接受实用混频放大器电路，其中三极管T1实现频率变换：图6 混频电路 将接收到的信号fi与三极管T2和晶体组成的本机振荡的输出信号f1进行混频，由f2和C选频网络选出中频信号f2=（f1-fi），其原理是，利用三极管集电极电流ic与输入电压Ubc之间的非线性关系实现频率转换。变换后的调制参数（调制信号和偏频）保持不变，仅仅改变载波频率，因为高频调制信号从基极输入，本机振荡信号从发射极输入。这种电路的特点是：信号的相互影响较小，不容易产生牵引现象，但是要求本振的输出电压幅值较大，以便使三极管工作在非线性区，实现频率转换。混频管T1的静态工作点由
20、R1、R2和R3决定，为使三极管工作在非线性区，静态工作点不能太大，否则非线性作用消失，混频增益会大大的下降，但也不能太小，一般选在0.3mA左右较为合适。三极管T2晶振JT组成的本机振荡器电路称为电容反馈三点式振荡电路，又称“卡毕兹”电路。电路的反馈系数F=C7/C5。振荡频率主要由晶振的频率决定，因此频率稳定度较高。分析表明，振荡频率的表达式为式中，为晶振的等效电容，与频率有关，对于频率为几十兆赫的晶振，约为几毫亨；为谐振回路中的总电容，由晶振的等效电容与外接电容共同决定。3.3其他部分电路 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
21、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。其内部电路如图7所示。图7 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（29V），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2.0V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1所示。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
22、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。MC3361单片窄带调频接收电路工作原理：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
23、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为第二个中放级的退耦电容。3.4整机电路图8 调频接收机整机电路图四 部分仿真电路4.1混频电路 混频器是一个变频电路，一般用相乘器，高频放大电路和本地振荡电路的输出信号加到混频器的输入端，得到一个差频。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制
24、信号，即载波与其携带的调制信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程叫做变频。从频谱观点上来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真的从的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路。 混频电路的原理是：把本机振荡产生的高频等幅振荡信号f1，与输入回路选择出来的广播电台的高频已调波信号f2同时加到非线性元件的输入端。利用元件的非线性作用（晶体管的非线性作用）进行混频。混频结果：输出频率为f1、f2以及频率为f1+f2、f1-f2、高次谐波等多种信号。电路图如下：图9 混频器电路4.2中频放大电路中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，
25、然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。图中B1为中频变压器，它与C1组成输出选频网络，同时还起阻抗变换的作用，因此，中频变压器是中放电路的关键元件。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对谐振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带Bf2- f1=上式中，
26、是回路的有载品质因数。值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之，通频带愈宽，选择性愈差。中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样，通常磁帽用不同颜色标志，以示区别，所以不能互换使用。 中频放大电路图如图10所示图10 中频放大电路4.3鉴频电路实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类,第一类是调频-
27、调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波,然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波,其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相位比较,通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成,所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列,然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值,这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。图是双失谐回路鉴频器的原理图。它是由三个
28、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，其通频带较宽。次级两个回路的谐振频率分别W01、W02，并使W01、WO2与Wc成对称失谐。即：W01-Wc=Wc-W02。当输入调频信号的频率为Wc时，两个次级回路输出电压幅度相等，经检波后输出电压U0=U01-U02。当输入调频信号的频率由Wc向升高的方向偏离时，L2C2回路输出电压大，而L1C1回路输出电压小，则经检波后U01U02,则U0=U01-U02U02，则U0=U01-U020。电路图如图11所示：图11 鉴频电路图12 鉴频电路仿真波形五 心得与体会无线电信号的接受过程正好
29、和发送过程相反。在接收处，先用接收天线将收到的电磁波转变为已调波电流，然后从已调波电流中检出原始的信号。最后再用听筒或扬声器将检波取出的音频电流转为声能，人就听到了发射机处发送的语言、音乐等信号。但是，接收天线所收到的电磁波很微弱。为了提高接收机的灵敏度，可在检波器之前加一级至几级高频小信号放大器，然后再检波。检波之后，再经过适当的低频放大，最后送到扬声器或耳机中转为声音，这样的接收机叫做直接放大式接收机。它的缺点是，对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化叫剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高，所以现在的接收机几乎全是超外差式接收机。如何进行仿真是本次课程设计的一个关键所在，
30、因为主体芯片FS2204并不能进行仿真，所以只对整个系统的混频电路进行了部分仿真，在这一部分，实现了预期的功能。在本次课程设计过程当中，由于调频接收机的的理论知识已经在相关课程当中学习掌握，所以可以很快根据设计要求对整个系统进行模块化分析，再进行整合。经过这种从局部到整体的实践过程，深刻地体会到将理论知识应用到实践当中是一个不断磨合的过程，要想达到融会贯通的效果，就必须在平时的学习过程中不断强化自己的实践意识，提高实际操作能力。六 参考文献1 张肃文.高频电子线路（第四版）.北京.高等教育出版社,20042 曾兴雯.陈健.高频电子线路辅导.西安:西安电子科技大学出版社,20003 刘泉.通信电
31、子线路.武汉:武汉理工大学出版社,20054 聂典.丁伟.Multisim10计算机仿真在电路设计中的应用.北京:电子工业出版社,20095 Seng-Pan U, Rui Paulo Martins and Jose Epifanio da Franca. Design of very high-frequency multirate switched-capacitor circuits.北京:科学出版社，20076 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京:北京航空航天大学出版社,20067 谢自美. 电子线路设计实验测试.武汉:华中科技大学出版社，20028 Reinhold Ladwig. Radio Frequency Circuit Desigh Theory and Aplication. Prentice Hall Inc., 2001本科生高频课程设计成绩评定表姓 名性 别男专业班级通信0805题 目： 调频接收机设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日