高频课设 - 调频接收机的设计与分析

一、实验目的通过本实验，要求掌握基本的（点频）调频接收机电路的构成和调试方法，了解集成电路单片接收机的性能及应用。

二、调频接收机的主要技术指标调频接收机的主要技术指标有：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88～108MH，是因为调频广播收音机的工作范围也为88～108MHz2．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5～30uV。

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。

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。

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。

三、调频接收机组成（1）调频接收机的工作原理图一调频接收机组成框图（2）主要部分的波形图及部分频谱1.混频器的前后输入波形本振信号2.中频放大器输入前后的波形3.鉴频器输入前后的波形图调频信号调制信号一般调频接收机的组成框图如图一所示。

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。

四、单元电路设计1.高频功率放大电路如下图所示为共射级接法的晶体管高频小信号放大器。

他不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，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。

晶体管的静态工作点由电阻RA2,RA3,RA4及RA6决定，其计算方法与低频单管放大器相同。

从天线ANTA1接收到的高频信号经过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CB1耦合进入MC3361。

路中，各二极管均工作在受参考信号控制的开关的状态，它是另一类开关工作的乘法器。

具有如下特点：1、结构上四个二极管接成环形。

作为混频时，环形的两个对角端AB和CD通过变压器接入本振信号VL和有用信号VS；2、如果电路平衡,则各端口是相互隔离的,即L端口的本振信号不会通到R端,R端口的有用信号不会窜入L端,有用信号和本振信号均不会通到I端；3、有增益,存在损耗.作为混频器时,混频损耗的理论值为4dB；4、为调幅器时,考虑到高频变压器的低频频率特性差的缺点,调制信号改从端口输入,载波信号从端口输入,,从端输出振幅调制信号。

3.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，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。

下图（a）是LC单调谐中频放大电路，图（b）为它的交流等效电路。

图中B1、B2为中频变压器，它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络，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诣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，提高了接收机的选择性。

由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带B＝f2- f1＝fd/QL，式中Q L是回路的有载品质因数。

Q L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。

实际电路中常采用具有中间抽头的并联谐振回路,如图Z1010（a）所示。

（b）是它的等效电路，可以看出，它是由两个阻抗性质不同的支路组成。

由于L1、L2都绕在同一磁芯上，实际上是一个自耦变压器。

利用变压器的阻抗变换关系，可求得等效谐振电路的谐振ZOB0＝（）2ZAB0＝（）2ZAB0（式中N＝N1＋N2为电感线圈的总匝数）。

即具有抽头并联谐振电路的谐振阻抗ZOB0等于没有抽头的谐振阻抗ZAB0的倍。

由于＜1，所以ZOB0＜ZAB0，适当选择变比可取得所需求的ZOB0，从而实现阻抗匹配。

上述中放电路结构简单，回路损耗小，调试方便，所以应用广泛。

4.鉴频电路从调频波中"检出"原来调制信号的过程称为调频波的解调，又叫鉴频。

实现鉴频的电路称为鉴频器，也叫频率检波器。

常用的鉴频电路有比例鉴频电路和相位鉴频电路，它们的工作原理相同，都是先把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调频调幅波，然后，用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号，这一过程如图Z0919所示。

实际电路中应用较多的是比例鉴频电路，比例鉴频电路有对称式和不对称式两种。

对称式比例鉴频电路如下图（a）所示，它由两部分组成。

第一部分由电感线圈L11、L2、L12、L3及电容C1、C2组成，它把调频信号的频率变化转换成两个电压之间的相位差的变化；第二部分由D1、C3、R3和D2、C4、R4组成平衡式振幅检波电路，它把两个电压之间的相位差的变化变换为幅度的变化，并从中检出原来的调制信号。

电路中，C1、L11、L12和L2，C2组成双调谐回路，均谐振于载波频率f0（fC），D1、D2为检波二极管，R3、C3和R4、C4是它们的负载。

要求电路对称即D1，D2的特性相同，R3＝R4，C3 = C4。

两只二极管顺向相接，与R3、R4和L2形成直流通路。

CW容量较大（＞10μF），有稳幅作用。

图五鉴频电路中5.MC3361的功能介绍：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。

主要应用在二次变频的通讯接收设备。

其主要特性如下：a低功耗（在Vcc=4.0V，耗电典型值仅为3.9mA）b极限灵敏度：2.6uV(-3bB)（典型值）c 少量的外接元件d工作电压：2.0—8.0Ve DIP16和SO-16两种封装形式f 工作频率：60MHz(max)MC3361内部电路如下 :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(2～9V)，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2.0μV 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即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为第二中放级的退耦电容。

６.画出完整的电路五、实验仪器1、万用表一块2、示波器一台六、实验内容(1).按下开关，调试好小信号放大单元电路，调试好高频功率放大单元电路。

(2).连接好发射电路和接收电路（连LE2、LE1、LE3、LE4、LE5、LE6、LA1、LB1），同时用实验箱所配的天线（一端带夹子的导线）分别将发射单元的天线ANTE1和本实验单元天线ANTA1连好. (3).在不加调制信号的情况下，接通发射电路和接收电路的电源，调节变容二极管单元的L84，用示波器探头测量TTB2，当TTB2处有455 KHz的信号输出时，说明调频单元的工作频率在10.7MHz附近。

此时从处加入1KHz，峰峰值为100mV左右的调制信号，则从TTB1处用示波器可观测到输出的解调波。

(4).当从TTB1处观察鉴频输出信号，此时如果波形失真可以微调LB1和微调L84。

注意观察鉴频信号频率与调制信号频率是否一致，幅度大小与调制频偏的关系（调制频率可以通过改变调制信号大小来改变）。

如果TTB1处的信号失真，一般要考虑是否调制信号幅度过大以及变容二极管调频产生的调频信号的中心频率偏高10.7MHz太远。

七、心得体会在拿到设计题目后的几天里，查阅了图书馆，书店，和internet 网，查阅了大量的调频接收机设计的资料，并且整理了它们。

通过这次的课程设计让我了解了无线电信号的产生、发射和接收过程，尤其是懂得了接收机的完全工作原理。

在今后的实践工作中，它将带给我无穷的设计思路和指导。

无线电信号的接受过程正好和发送过程相反。

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，然后从这已调波电流中检出原始的信号。