调频收音机的设计

吉林建筑大学电气与电子信息工程学院射频通信电路课程设计报告设计题目：调频收音机的设计专业班级：信工111学生姓名：***学号：********指导教师：杨佳迟耀丹设计时间：2013.12.30－2014.1.10摘要 (1)一、设计的作用、目的 (2)二、设计任务及要求 (2)三、设计内容 (2)四、总体设计方案 (2)4.1 频率调制 (2)4.2 收音机工作原理 (5)五、各单元电路设计 (6)5.1 高频小信号放大电路 (6)5.2 本振电路 (7)5.3 混频电路 (7)5.4 中频放大电路 (8)5.5 低频放大电路 (9)5.6 鉴频电路 (10)5.7 元件清单 (11)六、Multisim仿真软件介绍 (12)6.1Multisim详细介绍 (12)6.2Multisim特点 (12)七、仿真与分析 (14)7.1 低频放大电路仿真分析 (14)7.2 高频小信号电路仿真分析 (15)7.3 混频器电路仿真分析 (16)7.4 中频放大器电路仿真分析 (16)7.5 本振电路仿真 (17)7.6 鉴频电路仿真 (18)八、心得体会 (19)九、参考文献 (20)附录 (21)本次课程设计为调频收音机的设计。

由于集成电路内部不便制作电感、电容和大电阻以及可调元件，故外围元件多以电感、电容和电阻及可调元件为主，组成各种控制、谐振、供电、滤波、耦合等电路。

收音机通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出，中频信号经过检波器检波后输出调制信号，调制信号经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。

调频部分实现88MHz ~ 108MHz调频广播接收，调谐方式为手动步进调谐。

关键词：混频，调谐回路，低频功放一、设计的作用、目的课程设计是理论学习的延伸，是掌握所学知识的一种重要手段，对于贯彻理论联系实际、提高学习质量、塑造自身能力等于有特殊作用。

本次课程设计一方面通过对射频通信系统的设计，使我们加深对理论知识的理解，同时增强其逻辑思维能力，另一方面对课堂所学理论知识作一个总结和补充。

课程设计是培养学生综合运用所学知识发现提出分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程二、设计任务及要求通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：1.掌握调频接收机的工作原理及具体实现方法；2.掌握Multisim的电路系统仿真。

三、设计内容设计内容：设计一个简易调频收音机，具体要求如下：1、接收频率范围为88-108MHz；2、采用3V电池供电，使用扬声器放音；3、接收FM波段的无线广播；4、使用Multisim进行仿真。

四、总体设计方案4.1频率调制调频（FM），就是高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。

与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。

一般干扰信号总是叠加在信号上，改变其幅值。

所以调频波虽然受到干扰后幅度上也会有变化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的变化削去，所以调频波的抗干扰性极好，用收音机接收调频广播，基本上听不到杂音。

使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。

已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。

已调波的振幅保持不变。

调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。

载波的瞬时频率按调制信号的变化而变，但振幅不变的调制方式。

载波经调频后成为调频波。

用调频波传送信号可避免幅度干扰的影响而提高通信质量。

广泛应用在通信、调频立体声广播和电视中。

我们习惯上用FM 来指一般的调频广播（76-108MHz ，在我国为87-108MHz 、日本为76-90MHz ），事实上FM 也是一种调制方式，即使在短波范围内的27-30MHz 之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM ）方式的。

FM radio 即为调频收音机。

FM 调频即收音机功能。

作为MP3的一项附加功能。

当然，如果你注重这个功能的话，也有做得不错的产品。

而在具体机型上，针对FM ，不同产品还有细分，是否可以保存选定的频道、可以保存多少个频道、立体声和普通声道可以自己设定还是由机器来设定。

调频（FM ）是用音频信号去调制高频载波的频率，使高频载波的瞬时频率随调制信号而有规律的变化，载波的幅度保持不变。

已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。

已调波的振幅保持不变。

调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM 表示。

设调制信号为：()t U t U m Ω=ΩΩcos载波信号为：()t U t U c c c ωcos =调频时，载波电压振幅度Ucm 不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化，即为）（t t U K t C C C C ωωωω∆+=+=Ω)()(f式中C ω为载波角频率，又称为调频波中心频率；f K 为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。

其值由调频电路决定，单位是弧度/秒·伏（rad/s·v ）；()()t U K t f c Ω=∆ω为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。

调频后载波瞬时相位也会产生变化，其瞬时相位为：()()()()t t dt t U K t dt t t c tf c t ∆Φ+=+==Φ⎰⎰Ωωωω00 式中，t c ω为未调频时载波相位；()()dt t U K t t f ⎰Ω=∆Φ0为调频后，瞬时相位相对于t c ω的相位偏移。

调频波的数字表示式为：()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎰Ωdt t U K t U t U tf c FM 0cos ω根据上式可画出调频波的波形图图4-1 调频从调频波形可见，调频波振幅保持不变。

调频波的频率跟随信号的变化规律而改变。

即当调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；而当调制信号负的绝对值最大时，调频波最稀疏，频率最低。

调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号，使用频率约为87MHz-108MHz ，主要靠空间波传送信号。

目前，地面的广播电视分做VHF(甚高频或称米波)和UHF(特高频或称分米波)两个频段。

在我国，VHF 频段电视使用的频率范围是48.5MHz-300MHz ，划分成1-12频道，UHF 频段使用的频率范围是470MHz-956MHz ，划分成：3-68频道。

它们基本上都是靠空间波传播的。

国际上规定的卫星广播电视有6个频段，主要频段是12MHz ，也是靠空间波传播。

调频（FM ）广播频率是在VHF 波段中划分出的一段，规定专门用于广播。

电视信号的传播也采用调频方式，由于原理相近，因此可将调频收音机接收头作部分改动，使得收音机不仅能覆盖87—108MHz 波段，还能达到更低频率或更高频率，这样就能接收到电视伴音。

4.2 收音机工作原理收音机的原理是把从天线接收到的高频信号，经检波还原成音频信号，送到扬声器变成音波。

是把接收到的电台高频信号，用一个变频级电路将它转化为频率固定的中频信号，然后再对这个中频信号进行多级放大，再检波，低放。

由于不同频率的无线电波用途较广、接收的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好，所以当要选择所需的电台并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，所以在我们收听广播时，使用选台按钮。

由于中频固定，且频率比高频已调信号低、中放的增益可以做的较大，工作较稳定，通频带特性也可做的理想、这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号,，所以中频调谐放大电路可以做到选择性好、增益高又不易自激。

这样灵敏度和选择性都可大幅度改善，而且可使整个波段接收灵敏度均匀!集成电路收音机的特点是：结构比较简单，性能指标优越，体积小等优点。

AM/FM型的收音机电路可用如图1所示的方框图来表示。

收音机通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的AM中频为465KHZ，FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。

图4-2 调频收音机电路框图五、各单元电路设计接收机电路的基本内容应该包括：1、高频小信号放大电路2、振荡器电路3、混频电路4、中频放大电路5、鉴频电路6、低频放大电路5.1高频小信号放大电路晶体管高频小信号放大器不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频、滤波作用，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。

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

应用这一点，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。

经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。

图5-1高频小信号放大器5.2 本振电路采用改进型电容三点式振荡电路,本振电路的输出频率信号要与高频放大电路的输出信号进行混频，得到一个中频信号。

要求本振电路输出频率必须稳定，如果本振电路的输出信号不太稳定，将引起混频器输出信号大小的改变，振荡频率的漂移也会使中频信号改变。

图5-2 本振电路 5.3混频电路变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。

具有这种功能的电路称为变频器（或混频器），一般用混频器产生中频信号。

混频器将天线上接收到的信号与本振产生。

()()[]2/cos cos cos cos βαβαβα-++=可以这样理解，α为信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。

当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。

检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。

由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。

当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。

从频谱观点看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真地从fc搬移到中频的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。

从工作性质可分为二类，即加法混频器和减法混频器分别得到和频及差频。

从电路元件也可分为三极管混频器和二极管混频器。

从电路分有混频器（带有独立振荡器）和变频器（不带有独立振荡器）。