调幅收音机设计

课程设计任务书

学生姓名： 高振 专业班级：信息sy0601 指导教师： 杨福宝 工作单位： 信息工程学院 题 目: 调幅接收机电路设计 初始条件：EWB电路软件,MC1496模拟乘法器芯片,耦合电感,可变电阻,定值电阻,

可变电容,定值电容,集成运放,直流电源等.

要求完成的主要任务:

1. 要求绘制完整的电路原理图

2. 要求达到调幅接收机的基本性能指标 3. 要求在电类软件中进行仿真 4. 要求撰写完整的设计性报告

时间安排：

1、周一8点钟：理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根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

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摘要

调幅接收机是一种常用的广播通信工具,有多种制作形式。例如超外差式调幅接收机和点频调幅接收机。本文主要介绍点频调幅接收机的电路设计与调试方法.此种调幅接收机主要有五部分组成,输入回路,高频放大,本机振荡,解调和音频放大.输入回路是选择接收信号的部分,需要调谐于接收机的工作频率;高频放大是将输入信号进行放大,同样需要调谐于接收机的工作频率;解调是将已调信号还原成低频信号;本机振荡则是为解调器提供与输入信号载波同频的信号;最后的音频功放则是将声音信号放大。

本文详细介绍了点频调幅接收机各部分的制作过程和最后再电类软件中的仿真。

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Abstract

AM receiver is a common radio communications tool, there are several forms of

production. such as Superheterodyne AM receivers and point-frequency AM receiver. In this paper, point-AM receiver circuit design and testing method. Such AM receiver five major

components, enter the circuit, high-frequency amplification, the local oscillation, demodulation and audio amplification. Input circuit is chosen to receive the signal of the need for the receiver tuned to the frequency of work, high-frequency amplification is to enter Signal amplification, the same need for the receiver tuned to the frequency of work; demodulator is to transfer signals have been reduced to low-frequency signals; local oscillation is provided for the demodulator input signal and with the frequency of the carrier signal the end of the audio amplifier Main area of voice signal amplification.

This paper describes the point-frequency AM receiver various parts of the production process and the final again, like in the simulation software.

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目录

1 设计方案的分析与选取 ............................................................................................................. 5

1.1 超外差式调幅接收机的原理框图 .................................................................................. 5 1.2 点频调幅接收机的原理框图 ........................................................................................... 6 1.3 最终方案的选取 ............................................................................................................... 6 2 局部电路的设计 ......................................................................................................................... 7

2.1 天线回路的设计 ............................................................................................................... 7 2.2 高频放大部分电路的设计 ............................................................................................. 8 2.3 本机振荡电路的设计 ....................................................................................................... 9 2.4 解调电路的设计 ............................................................................................................. 10 2.5 音频放大部分电路的设计 ............................................................................................. 15 3 整机电路的设计 ....................................................................................................................... 17 4 电路在EWB中的仿真 ............................................................................................................... 18 5 设计中的收获及体会 ............................................................................................................... 20 6 元件清单 ................................................................................................................................... 21 7 参考文献 ................................................................................................................................... 22

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1 设计方案的分析与选取

1.1 超外差式调幅接收机的原理框图

输入回路 高放 混频 中频放大 AGC2 本机振荡 AGC1 解调 音频放大

天线接收到高频信号经输入回路送至高频放大器,输入回路选择接收机工作频率范围内的信号,高频放大电路将输入信号放大后送至混频电路。本振信号是频率可变的信号源,外差式接收机本振信号的 频率f0与接收信号的频率fs之和为固定中频fi,内差式接收机本振信号频率f0与接收信号的频率fs之差为固定中频fi.本振输出也送至混频电路,混频输出为含有fs,f0,f0+fs,f0-fs频率成分的信号。中频放大器放大频率为中频fi的信号,中频放大器输出送至解调电路.解调器输出为低频信号,低频功放电路将解调的后的低频信号进行功率放大,推动扬声器工作或推动控制器工作.自动增益控制电路AGC1,AGC2产生控制信号,控制高频放大级及中频放大级的增益。

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1.2 点频调幅接收机的原理框图

输入回路 高频放大 解调 本机振荡 音频放大

天线接收到的信号传到输入回路,输入回路用来选择接收到的信号.并且输入回路应该调谐于接收机的工作频率.被选择后的信号传到高频放大器部分,经过选频放大。并且选频回路同样要调谐于接收机的工作频率.经过高频放大后的信号传到由模拟乘法器构成的解调电路,将已调信号还原成低频信号。由于模拟乘法器用作检波时必须有一与接收信号同频的本振信号,因此用本机振荡来提供与输入信号载波同频的信号.经过解调后的低频信号传入音频放大器电路,放大后再传到扬声器,发出声音。

1.3 最终方案的选取

综合比较两种方案可知,点频调幅接收机明显较超外差式调幅接收机简单,对于课程设计的可行性来说,优选点频调幅接收机.在超外差式调幅接收机中,要采用两个自动增益控制器.接收机利用接收信号中的载波控制其增益以保证输出电平信号恒定的能力称为自动控制能力.在课程设计中采用自动增益故意控制电路,我们能够做到的精度有限,很可能影响最后的总体结果。

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2 局部电路的设计

2.1 天线回路的设计

天线在无线电通信技术中是起到发射或接收电磁波的作用，天线性能的优良与否，往往在无线通信中起到事半功倍的作用。从原理上讲，发射天线和接收天线是互易的，但在实际应用中还是有差别的。一副在某一段频率上发射性能优良的天线，一定也是在该段频率上接收性能优良的接收天线，但随便一条能接收的天线，却不一定也是优良的发射天线。一般来说（除了发射和接收共用的天线），发射天线为了突出和强调发射效果，往往采用谐振天线（窄带天线），而接收天线却往往采用非谐振天线（宽带天线），即使接收天线回路在某些频率上存在谐振，但天线回路衡量谐振程度的品质因数（Q值）还是比较低的，这样的天线基本上可以看成是非谐振天线。如果用想同一条天线来完成全波段接收，包括 V/U 波段，甚至到 1G 以上频率的接收，最好是选择一些厂家经过专门设计的宽带天线，有些宽带天线可以工作在 500kHz-1500MHz的频率范围内，但宽带天线（非谐振天线）接收弱信号的效果总是不如窄带天线（谐振天线）。

本次课程设计中采用的是谐振天线回路。具体的电路设计如下图:

图2.1 天线回路的电路设计

图为单调谐输入回路。根据接收信号的中心频率 f0 和接收信号的带宽 B，确定表示输入回路谐振特性的品质因数Q = f0/ B

根据中心频率 f =1/(2? LC)，确定回路电感 L和电容C 的值。其中，电容值不能太小，否则，分布电容会影响回路的稳定性，一般取 C>>Cie(Cie 表示下级高频放大电路中晶体管的输入电容)。为便于调整，实际电路中电容

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C 常用固定电容和可变电容并联的形式。

在设计输入回路时，还要考虑它与天线之间，以及它与下一级放大电路之间的阻 抗匹配。所以，要事先确定天线的等效阻抗，以及放大电路的等效输入阻抗。输入回路可以采用部分接入的方法，改善下一级电路对输入回路选频性能的影响。

2.2 高频放大部分电路的设计

高频小信号放大电路的稳定性是一项重要的指标，单管共发射极放大电路用作高频放大器时，晶体管反相传输导纳对放大器输入导纳的作用，会引起放大器工作 不稳定。当放大器采用下面所示的共射-共基级联放大器时，共基电路的特点是输入阻抗很低输出阻抗很高，当它和共射电路连接时相当于放大器的负载导纳很大，此时放大器的输入导纳晶体管内部的反馈影响相应减小，甚至可以不考虑内部反馈的影响。

在对电路进行定量分析时，可以把两个级联晶体管看做一个复合管。这个复合管的导纳参数由（y参数）由两个晶体管的电压，电流和y参数决定。一般选用同型号的晶体管作为复合管，那么他们的导纳参数可以认为是相同的，只要知道这个复合管的等效导纳参数，就可以把这类放大器看成一般的共射级放大器。经过y参数的理论计算分析知，级联放大器的增益计算方法和单管共射电路的增益计算方法相同，但是稳定性却大大提高。 具体的设计电路图如下：

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图2.2高频放大部分电路设计

2.3 本机振荡电路的设计

本机振荡即正弦波振荡器，产生频率为f的等幅振荡信号。其振荡信号与输入信号载波同频。振荡信号要输入解调器。 具体的本振电路设计如下图:

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图2.3高频振荡部分电路设计

2.4 解调电路的设计

检波即调幅波的解调，从输入的调幅波中还原调制信号。可见，检波器是调幅接 收机的核心电路，衡量它性能的指标主要有检波效率、检波失真、等效输入电阻等。为了了解解调，我们首先来看调制的过过程。调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上(例如晶体二极管或晶体三体管)，经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。幅度调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边带（SSB）信号。

解调时可以用同步检波或者包络检波。

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利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入抑制载波的双边带信号vs(t)Vsmcosctcost，另一输入端输入同步信号（即载波信号）vc(t)Vcmcosct，经乘法器相乘，可得到输出信号：

vo(t)KEvs(t)vc(t)1214K VEcm

Vsmcost14KEVcmVsmcos(2c)t

K VcmVsmcos(2c)tE（条件：VxVc26mV,vyvs为大信号）

上式中第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项是高频分量，可用滤波器滤掉，从而实现了双边带信号的解调。

1v(t)Vsmcos(c)t，则乘法器输出的输s若输入信号为单边带振幅调制信号，即 2出：

vo(t)1412KEvsm(t)vcm(t)cos(c)tcosct

KEVcmVsmcost14KEVcmVsmcos(2c)t上式中第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项是高频分量，也可用滤波器滤掉。 如果输入信号vs(t)为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号vc(t),利用乘法器的相乘原理同样能够实现解调。设vs(t)Vsm(1mcost)cosct，vc(t)Vcmcosct，则输出电压：

vo(t)KEvs(t)vc(t)1214

KEVcmVsm

14KEmVcmVsmcost1412KEVcmVsmcos2ctKEmVcmVsmcos(2c)tKEmVcmVsmcos(2c)t（条件：VxVc26mV,vyvs为大信号）

上式中第一项是直流分量；第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项是高频分量，用隔直电容及滤波器可滤掉直流分量和高频分量，从而实现有载波振幅调制信号的解调。

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同步检波的电路如下:

图2.4.1 同步解调部分电路设计

MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。MC1496 的和内部电路与外部引脚图如图 2-11 所示。它内部电路含有 8 个有源晶体管，引脚 8 与 10 接输入电压 VX、1与 4接另一输入电压VY，6 与12 接输出电压 VO。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、VYOS 与 VZOX 三项失调电压。引脚 2 与 3 之间需外接电阻，对差分放大器 T5与 T6 产生交流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。具体外围偏置电路的确定，详见参考文献。

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各引脚功能如下：

1：SIG+ 信号输入正端 2:GADJ 增益调节端 3：GADJ 增益调节端 4:SIG- 信号输入负端 5：BIAS 偏置端 6:OUT+ 正电流输出端 7:NC 空脚

8:CAR+ 载波信号输入正端 9:NC 空脚

10:CAR- 载波信号输入负端 11:NC 空脚

12:OUT- 负电流输出端 13:NC 空脚

14:V- 负电源

MC1496的引脚图和内部结构如下如所示

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图2.4.2MC1496的内部原理和芯片引脚

二极管包络检波的电路如下

图2.4.3由二极管组成的包络检波电路

（1）二极管D 的选择

在选择检波二极管时，要考虑输入信号的频率，保证二极管的工作频率远小于其 自身的截止频率。一般可选用点接触型检波二极管，如 2AP9，其截止频率为100MHz， （2）检波负载电阻的确定

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先估算检波器后的低频放大器等效输入电阻 ri的值，一般为 2～5k。为满足检波 输出波形不产生负峰切割失真的条件，即

Ma式中 ma表示调幅度，通常，在接收机中 ma最大约为 0.8，平均为 0.3，所以，一般选 RL=5～10 k。

（3）负载电容C的确定

根据检波输出波形不产生惰性失真的条件，得工程上确定负载电容 C的近似计算 式：

Nmax*Rl*C<1.5

（4）隔直耦合电容CC的确定

CC 的存在主要影响检波的下限频率。为使调制信号频率为最小值时，CC 上的电 压降不大，不产生频率失真，必须满足下式：

1/(Nmin*Cc)<在通常的音频范围内，上式是容易满足的。一般取CC为几uF，如 5～10uF。 本次课程设计中采用的是MC1496构成的同步检波电路

2.5 音频放大部分电路的设计

音频功率放大器是调幅接收机的最后部分,用来将解调后的低频的微弱的语音信号进行功率放大,给扬声器提供一定的输出功率.当负载一定时希望输出功率尽可能的大,输出信号的非线性失真尽可能的小,效率尽可能的高.功放的常见电路形式有OTL电路和OCL电路.有用集成运算放大器和晶体管组成的电路也有用专用集成电路的功放.本次课程设计中采用的是集成运放组成的功放. 集成运算放大器是一种线性集成电路,使用起来较为方便。

下面是两种由五端运放组成的典型功率放大电路:

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图2.5.1由集成运放组成音频放大电路典例1

图2.5.2 由集成运放组成音频放大电路典例2

本次课程设计中采用的是典例2的音频放大电路

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3 整机电路的设计

制作完各个分立部分的电路后,将各个部分的电路级联起来,即可以得到整机的电路图.首先要调整电路的静态工作点,然后再分级调试,从前级单元电路开始,向后逐级联调.调试合格的单元电路在整机联调时往往出现不合格的现象,产生的原因可能是单级调试时没有接负载,或是所接负载与实际中的负载不等效,或是整机联调又引入了新的分布参数.因此,搭接完整电路时的参数调整十分重要。

图3.1设计完成的整机电路

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4 电路在EWB中的仿真

用集成模拟乘法器MC1496构成的同步检波解调部分在软件中的仿真.仿真电路如下图,其中输入的两个信号一个是AM调幅信号,另一个是与载波同频率的本振信号

图4.1 解调电路的设计

运行后的仿真结果如下图,即是解调后的低频波形

图4.2 解调部分的仿真波形

将解调后低频信号输入由集成运放组成的音频放大器中,由音频放大器起放大作用. 放大后的低频信号再驱动扬声器发声。

音频放大部分的仿真结果:

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图4.3 音频放大波形

在整机电路的仿真中,首先要模拟天线接收到的AM信号,具体的做法是在天线的接收端直接连接一个AM信号源.而信号源则可以直接从电路软件中取用,只要调整好其相关参数即可.仿真中所采用的AM调幅如下图:

图4.4AM调幅信号波形

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5 设计中的收获及体会

耗时几天的高频课程设计终于将要在自己的收获与体会中尘埃落定,这几天真的是一直在忙碌,忙着上网查资料,忙着翻阅参考书.查过,看过之后还要试着在草稿纸上画一些电路的草图.每当脑中有一些想法时,都会让自己欣喜不已,然后就忙着把想法画成草图,验证,然后再否定!不知道重复了多少遍这个过程,才有了现在的这个课程设计文档.其中的辛苦,自不必多说.虽然痛苦,但毕竟也是收获了很多。

高频是一门比较难学的课程,相对来说,高频的课设也是不容易做的.电路的频率一高,平时电路中很多不用考虑的东西,现在都会影响电路的性能.例如原件的分布参数等.这次我在课程设计中所做的课题是调幅接收机,一个很典型的高频电路.同时它也比较全面的运用了高频课程中所学到的知识.天线谐振回路,高频小信号放大器,高频振荡器,,由MC1496构成的同步检波解调器以及最后的音频功率放大器.涉及的知识点相当的多。

本次做调幅接收机时,我考虑过两种方案,第一是做成超外差式调幅接收机,另一种是做成点频调幅接收机.经过再三思考之后,我选择的是点频调幅接收机.感觉点频调幅接收机做起来会更加简单一些。

高频课程设计历时一周,从开始选题到最后的写报告和答辩,感觉很快.这一周是艰苦的,但是我也学到了很多,把理论的知识运用到了实践中.以往感觉高频的东西过于枯燥,太多的理式.现在就不一样了,感觉高频很有意思。

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6 元件清单

MC1496芯片 1个 耦合电感线圈 2个 晶体三极管3DG100 4个 晶体振荡器3.579MHZ 可变电阻器 天线 可变电容 +12v电源 -12v电源 集成运算放大器LA4102 各种容值的无极性电容 各种容值的极性电容 各种阻值的电阻 扬声器

1个 3 个 1个 1个 1个 1个 1个 19个 7个 28个 1 个 21

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7 参考文献

[1]谢自美主编,电子线路设计、实验、测试 ,华中科技大学出版社 [2]刘泉主编,通信电子线路,武汉理工大学出版社

[3]杨翠娥主编, 高频电子线路实验与课程设计, 哈尔滨工程大学出版社 [4]张肃文主编,高频电子线路,高等教育出版社

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