短波调频接收机设计

《通信电子综合实验》

论文题目：短波调频收音机设计

学院：信息工程学院

班级：通信081

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学号：**********

短波调频收音机设计

摘要：本文以收音机设计方案比较与论证为背景，结合接收框图，运用计算机辅助设计的方法，对各部分电路进行了设计。针对部分电路进行详细的理论分析与讨论。

关键词：调频收音机；原理；设计

0.引言

收音机是一种能接收无线电广播信号，将电磁波还原成声音的设备。尽管收音机的原理与技术已经较为成熟，但它仍包含高频调谐放大器、高频振荡器、中频调谐放大器、低频放大器及其功率放大器]1[等各种电路。因此，很多高校仍以收音机为例，面向学生开出实验。在没有专业仪器或设备的条件下，充分发挥专业特长，用最少的资金投入，以巧妙的电路设计思想，科学的装配工艺，紧抓技术指标，最终设计出一款性能良好的收音机。

1.系统方案论证

短波调频收音机]2[一般包括：天线、前端输入回路、混频、本振、中放、解调、放大和输出等部分。如果要实现静噪、自动调谐、程控搜索、电台存储、载频显示，还要加上适当的控制和键盘显示电路。其中混频、中放、解调和静噪电路既可以单独设计，也可以采用专用的芯片。采用集成芯片可以使整个系统体积小、重量轻、可靠性好、灵敏度高、功耗低。

1.1调谐方案设计

方案一：手动调谐。通过手动调节双联电容来改变输入回路的谐振频率和本振频率，或调节精密电位器产生一定的偏压改变变容二极管或晶体管的结电容，使谐振频率发生变化。其优点是谐振简单，使用者可以根据收听效果进行精细调节，获得最佳效果；缺点是难以实现程控搜索等智能功能，而且由于频率的稳定度取决于LC振荡器的稳定度，而LC振荡器的频率稳定度较低，导致本振频率漂移严重，接收性能不稳。

方案二：用D/A转换或数字电位器产生一定的电压改变晶体管或变容二极管的结电容，从而改变选频回路和本振的振荡频率。这种方案可以实现程控搜索等功能，但由于D/A转换器和数字电位器的位数一般较低，所以难以得到精细的控制电压，再加上变容二极管的非线性，使得控制电位与谐振频率之间一般是非线性的关系，从而使控制电压的产生和载频确定都很困难。另外，同方案一一样，稳定性不好。

方案三：锁相环频率合成方式]3[。该方案的显著优点是频率稳定度高，与晶体振荡器的稳

10 以上，当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，是频率重新稳定度相同，可达到6

定。通过对可编程分频器的分频系数进行预置和步进，可以实现电台的程控搜索，并且可以准确知道本振或载频的频率。若果采用小数分频，可以在好的环路性能下实现微小的频率步进。比较以上三种方案，很明显:方案三的锁相频率合成方式优于方案一和方案二。采用方案三加上单片机可以实现程控搜索、电台存储、载频显示等功能，而且有专门的锁相环频率合成器可用。故本振部分电路选择锁相环频率合成方式。从理论上讲，输入选频回路也可以由本振部分锁相环中的低通滤波器输出电压来控制，但由于变容二极管的非线性，以及两部分电路的参数调整困难，实际上难以采用。因此输入回路谐振频率由单片机通过D/A转换器的输出电压来控制。

1.2单片机自动选台及搜索功能方案论证

单片机自动选台及搜索功能]

4[是本系统颇具特色的部分，如何定位信号是一个问题。通常最容易想到的方法是通过接收电路中的音频信号有无来判断电台的频率，由单片机加以识别和控制。这里有了两个问题需要考虑：一个是噪声问题；另一个是接收机带宽与本振频率分辨率的关系。由于一般的接收机都有静噪电路，但静噪电路有较长的时间滞后，在无电台信号到静噪电路起作用来关闭音频输出之间，接收机可能产生多个猝发噪声，所以单片机在判别有无信号到电台定位之间，需加以相当长的延迟，这样就延长了搜索时间。采用硬件来解决这个问题，用一个峰值检波器加电压比较器来判别是信号还是猝发噪声。

综合以上分析和论证，本设计完整的方案为：以PLL 频率合成方式产生稳定的本振，同时以电压合成方式控制输入谐振频率分辨率，从而实现电调谐。混频、中放、解调和功放用专门的FM 解调芯片和功放芯片，加以适当的外围电路。为了对PLL 、D/A 进行控制，同时实现程控搜索、电台存储等功能，采用MCS-52系列单片机，并配以键盘和显示电路。系统框图如图1.

图1.系统原理方框图

1.3对进一步提高系统的技术指标的考虑

对FM 收音机]

5[而言，主要技术指标有：灵敏度、信噪比、双信号选择性、镜像抑制、失真度、频率响应、输出功率等。

（1）信噪比

定义：信噪比是指在一定的输入信号电平下，收音机的输出端的信号电压与噪声电平之比

D

N D N S N S +++= 式中，S 为有用信号，D 为谐波失真，N 为噪声。

Pni

N Pni Nf Pi Pno Po P i *f *常量== 在Pi 为定值的情况下，输出端的信噪比取决于整机噪声系数Nf 和输入噪声Pni 。

（2）灵敏度

定义：收音机的灵敏度是指在给定的音频输出信噪比下，产生输出功率所需要的最小信号灵敏度。

（3）双信号选择性

定义：双信号选择性就是收音机在有用信号存在时，对邻近信道干扰信号的抑制能力。它反映了收音机实际抗干扰能力，故又称有效选择性。

双信号选择性固然与高频头的调谐回路有关，但关键还在于中放级的前端陶瓷滤波器的性能好坏和混频级的噪声要小。

根据题意，频率响应为20～1000HZ ，则收音机的宽带为

)(2max

f

f B +

∆=

频偏f ∆=3KHZ ，所以B=30KHZ 。 （4）镜像抑制

定义：镜像抑制是指为产生相同的音频信号输出电压或功率，收音机的镜像频率上的输入信号与调频频率上的输入信号之比。

2.硬件设计

根据系统框图，对各部分电路分别进行设计和计算。

2.1FM （调频）/IF(中频）部分电路

这部分电路完成混频、中放、解调、静噪等功能，为此选用Motorla 公司的低功放窄带FM/IF 芯片MC3361B ]

6[，其内部包含混频器、限幅放大器、正交鉴频器、有源滤波器、静噪电路。外围元器件参数的选择参考了MC3361B 的典型应用电路。为了防止外部干扰，这部分电路和输入回路都用印制电路板制作，印制电路板四周大面积接地，并用金属壳屏蔽，输入/输出线均用电缆。

2.2输入回路

输入回路为高频调谐放大器，为了改善其选择性，解决其增益和通频带之间的矛盾，采用双协调回路谐振放大器，初次级之间采用电容耦合。

2.3本振部分

本振部分电路采用PLL 频率合成电路，选用了Motorla 公司的串行输入PLL 频率合成器，其内部包括参考振荡器、可变参考频率分频器、数字相位检测器、14位可编程序/N 计数器，为接收串行输入数据所必要的移位寄存器和锁存电路，其串行输入与单片机的串行外围接口兼容，分频比N 可从3变化到16383。

下面考虑环路滤波器的设计。 调频输入信号载频范围为

MHZ MHZ f

1080

≤≤

根据超外差接收的原理，可知本振频率为 f

f

f

I

C

L

-

=

选区中频频率

f

I

=445KHZ ，则

KHZ KHZ f

L

95457545≤≤

分频比变化范围为