超外差调频接收机一、引言人类自从发现能利用电波传递信息以来，就不断研究出不同的方法来增加通信的可靠性、通信的距离、设备的微型化、省电化、轻巧化等。 随着广播技术的发展，无论是发射机还是接收机都在不断更新换代。尤其以接收机的发展更为明显，目前的无线电接收机不单能收音，且还有可以接收影像的电视机、数字信息的电报机等。自1920年开发了无线电广播的半个多世纪中，其间经历了电子管、晶体管、集成电路三代变化，功能日趋增多，质量日益提高。20世纪80年代开始，更朝着电路集成化、显示数字化、声音立体化、功能电脑化、结构小型化等方向发展。集成电路具有体积小、功耗低、可靠性高、性能好以及易于使系统整机实现少调整和不调整等优点，通信电路正迅速向这方向发展。二、概述2.1超外差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，比低频信号又高的超音频信号，所以这种接收方式叫超外差式。和直接放大式相比较，超外差式接收机具能有灵敏度高而工作稳定，选择性好而失真度小等优点，在实际生活中有着广泛的应用。灵敏度是指接收机接收微弱信号的能力；选择性是指接收有用信号抑制无用信号的力，也就是分隔邻近电台的能力；失真度是指收音机输出信号波形与输入信号波形相比失真的程度。灵敏度、选择性、失真度都是收音机的主要性能指标。2.2接收机一种将载波频率和本振频率相结合，产生较低频率信号(IF)的无线接收机，与载波信号相比，中频(IF)信号容易进行解调。三、正文3.1系统设计3.1.1设计目标和要求了解在高频（也包括低频）电子线路中所学过的单元电路在实际系统中的应用，掌握此接收机的组成，可实现的电路等。3.1.2计的主要技术指标1工作频率范围 =88108MHz2灵敏度：530uV。3选择性：中频干扰比大于50dB。4频率特性：通频带2f=200KHz。此外，还要适当考虑输出功率，输入波形失真等问题。3.1.3调频接收机的设计原理及框图调频接收机的工作原理 图1-1 调频接收机组成框图3.1.4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 调制信号一般超外差调频接收机的组成框图如图1-1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，经过解调器解调后，再由低频功放级放大。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。3.2单元电路设计3.2.1高频功率放大电路如图1-2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。 图1-2 高频功率放大电路3.2.2混频电路因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。二极管环形混频器四个二极管组成平衡电路如图1-3所示。构成的二极管环形混频电路中，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。 图1-3 混频电路作混频器时，vS=Vsmcoswct为输入，R口， vL=VLmcoswLt为本振，L口，为负载电阻，取出中频信号，I口。Tr1、Tr2为有中心抽头的宽频带变压器，初、次级匝数比为1：1。为四只二极管。足够大，远大于，则各二极管均工作在受控制的开关状态。正半周，、导通，、截止。负半周，、截止，、导通。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4dB4 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.3.2.3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。 图1-4（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R1、R2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，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Bf2- f1fd/QL，式中QL是回路的有载品质因数。QL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。 图1-4 中频放大电路及其交流等效电路图3.2.4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，R3R4，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（10F），有稳幅作用。图五 鉴频电路中3.2.5 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.功耗（在Vcc=4.0V，耗电典型值仅为3.9mA）b.极限灵敏度：2.6uV(-3bB) c.少量的外接元件d.工作电压：2.08.0VeDIP16和SO-16两种封装形式f.工作频率：60MHz(max)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。3.2.6 画成完整的电路四课程设计的体会这次为时两周的课程设计过程中，让我感觉紧张而忙碌，不过我感觉还是收获了很多，我去图书馆查阅资料，去网上搜索相关材料，请教老师、同学，并且把教科书也好好的温习了一遍，同时通过这次课程设计我们更好地巩固和加深对了对超外差调频接收机工作原理的进一步理解。 在本次设计中，使我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路图的查找及其能实现的功能和电路的工作特点。在设计过程中，要充分考虑电路的可实现性，在保证了电路能够工作的前提下，对电路的稳定性进一步提高。在这次的课程设计中感受到了一定的收获，巩固了这学期所学知识。学会了如何查找资料，养成了独立思考和解决问题的能力 。参考文献1 张肃文,陆兆熊. 高频电子线路（第三版）,高等教育出版社.2 苏景琪. 通信、广播电路与系统.3 谢自美. 电子线路设计、实验、测试.4 曾兴雯,陈健.高频电子线路辅导,西安电子科技大学出版社.附图 MC3361内部电路原理图9