调频收音机设计仿真报告(共18页)

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1、一、绪论调频收音机（FM Radio）无论过去还是现在一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。听收音机和看电视一样，可以增长很多知识，而且像有声小说这样的读物在电视里是听不到的，并且现在广播的发展速度也很快，曲艺、歌曲、体育、文艺、评论等等，可以说包罗万象。 目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，因为它有如下优点： 1.由于变频后为固定的中频，频率比较低，容易获得比较大的放大量，因此收音机的灵敏度可以做得很高。 2. 由于外来高频信号都变成了一种固定的中频，这样就容易解决不同电台信号放大不均匀的问题

2、。 3. 由于采用差频作用，外来信号必须和振荡信号相差为预定的中频才能进入电路，而且选频回路、中频放大谐振回路又是一个良好的滤波器，其他干扰信号就被抑制了，从而提高了选择性。 但是超外差式电路也有不足之处，会出现镜频干扰和中频干扰，这二个干扰是超外差式收音机所特有的干扰。这在设计电路和调试时应该设法减少这些影响。本次课程设计的任务是设计并制作一个调频收音机，使收音机的调频部分实现88MHz 108MHz调频广播接收；并且完成电路设计，相关参数计算；完成各模块仿真，并提供仿真报告；完成印刷电路板设计、制作及安装调试。本次设计采用的是“高频放大、本振电路、混频、中频放大、鉴频及低频放大电路”的电路

3、单元，其整机具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小、噪声小等优点；且外围电路元件较少，适合自己动手焊接装配，以达到学习和实践相结合的目的。二、设计方案1. 主要技术指标（1）工作频率范围：收音机接收到的无线电波的频率范围成为收音机的工作频率，在整个接收的范围内满足主要的性能指标，工作频率必须和发射机的频率相对应。调频广播收音机的频率范围为88-108MHz，因为调频广播发射机的频率一般为88-108MHz。中频频率为465kHz。（2）灵敏度：收音机接收微弱信号的能力称为灵敏度，一般用输入电压来表示。可以接受的信号越小，灵敏度就越高。一般生活中调频收音机的灵敏度为5-30uV。（3）选择性

4、：收音机从各种干扰信号中选出所需要的信号或衰减不要的信号的能力称为选择性，单位用dB表示。dB数越高选择性越好。调频收音机的中频干扰大于50dB。（4）通频带：收音机的频率响应范围称为通频带。调频收音机的通频带一般为200kHz。（5）输出功率：收音机的负载输出最大不失真功率称为不失真功率。输出功率应该不小于100mW。2. 设计方案（1）方案论证与设计调频收音机主要由天线、高频放大、本振、混频、中频放大、鉴频、低频放大和扬声器几个模块组成。本设计利用三极管的放大特性进行信号的放大，再通过并联谐振选频网络进行频率的选择。采用分级设计的方式进行各个模块的设计。为防止前后级电路的干扰，影响，可在两

5、级之间加射极跟随器或者采用电感耦合的方式将前后级隔离，减少后级电路对前级电路的影响。（2）系统原理框图喇叭天线 88108MHz 10.7MHz 低频放大鉴频中频放大高频放大混频本振电路 98.7118.7MHz（3）工作原理介绍调频（FM）收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音频（低频）功率放大器组成。高频放大后信号与本地振荡电路产生的本振信号进行混频，混频后输出，再将混频信号由中频回路进行选择，提取以中频10.7MHz为载波的调频波。该中频选择回路由10.7MHz滤波器构成。中频调制波经中放电路进行中频放大，然后进行鉴频得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬

6、声器，还原为声音。（4）总体电路图所需元件清单如下表元器件名称型号数量/个电阻10k55k23k42k11k5电位器104（100k可调）1可调电感2.1u-6.8uH1电感220uH20.1uH110mH3电容1pF318pF1150pF210uF12可调电容3/10pF1陶瓷鉴频器J10.7MC11纯铜收音机拉杆天线全长762mm,四节1三极管S90146喇叭（扬声器）Realplay 小喇叭 扬声器 直径4CM1电池座可装两节五号电池1电池5号（1.5V）2三、各单元电路设计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，因此晶体管的负载应

7、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。同时对于此高放，还应满足一下三点要求要求：（1） 工作稳定。（2） 选择性好，即有一定的通频带。（3） 失真小，增益高，且工作频率变化时增益变动不应过大。高频小信号谐振放大电路主要由晶体管、负载、输入信号和直流电源等部分电路组成。晶体管基极正偏，工作在甲类，负载为LC并联谐振回路。该放大电路能够对输入的高频小信号进行反向放大。其中𝑓0=12𝜋𝐿𝐶=88108𝑀𝐻𝑧 ，下面以88MHz为例，

8、进行仿真。静态工作点设置如下：选频网络如下图所示:其中电容C=0.1uH，电感为2.85uH的可调电感，二者并联，组成并联谐振网络。仿真结果及分析由仿真结果可得电压增益A=26.119/1.373=19.02,满足放大倍数大于10的要求。通过光谱分析仪可得，其输出中心频率位于88.397MHz处。2.本振电路本次设计采用西勒电路作为本振电路。西勒电路主要特点就是在回路电感L两端并联了一个可变电容C4，而C3为固定值的电容器，且满足C1、C2远大于C3，C1、C2远大于C4。回路的总等效电容为所以，振荡频率为在西勒电路中，由于C4与L并联，因此C4的大小不影响回路的接入系数。如果C3固定，通过变

9、化C4来改变振荡频率，则RL在振荡频率变化时基本保持不变，从而使输出振幅稳定。此种振荡器的优点是：较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数设置得当时，其频率覆盖系数较大，因而选用此电路进行电路设计对于一般小功率自动稳幅LC振荡器，静态工作点要远离饱和区，靠近截止区，以得到较大的输出阻抗。一般根据具体电路和电源电压大小集电极电流一般取14mA,在实际偏置参数选定时，在可能条件下发射极偏置电阻尽可能取大一好。参数选择主要是根据满足振荡频率，满足起振条件并有足够的振荡幅度和规定的频率稳定性等因素加以考虑。若以频稳性角度出发回路电容应取大一些，有利于减少并联在回路上的管子极间电容等变化的影响

10、。但C不能过大，C过大，L会变小，Q值会变低，振荡幅度也会变小。为了解决频稳和振幅的矛盾，通常用部分接入。前已讨论反馈系数F=C1/C2不能过大或过小，适宜1/81/2.令L=0.1uH则f0=1LC=12L(C3+C4)其中f0的取值范围为98.7MHz118.7MHz，若C3=20pF，则可取C4=10pF的可变电容。因要满足C1,C2C3,C4 F= C1/C2取值为1/81/2，可取C1=400pF,C2=410pF。3.混频电路混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的外来信号同时加到作为时

11、变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波好的载波频率变化换成固定的中频载频率。而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频率谱搬电路，对于调频波通过变频电路后仍然是调频波。只是其载波频率变化了，其调制规律是不变的。本次设计采用如下晶体管混频电路，本振信号从射极接入，高频信号从基极接入。因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。但需要较大的本振注入功率；不过通常所须功率也只有几十mW，本振电路是完全可以供给的。在集电极接选频网络，从中选取频率为10.

12、7MHz的中频信号。因而可选取电感L=2.2uH，电容C=100pF。由图可知示波器1中A、B通道分别显示的高频放大信号和本振信号，示波器2显示的是混频之后的波形。经过变频器混频之后输出的波形通过测试可知，能够成功混频，并能成功选出所需频率。4.中频放大电路中频放大器主要是将混频器输出的信号进行大幅度提升,以满足解调电路的需要。其主要质量指标有：电压增益Av、通频带BW0.7、选择性、噪声系数。对于中频放大器,不仅需要得到高的增益、好的选择性,还要有足够宽的通频带和良好的频率响应、大的动态范围等。前级混频器输出频率为10.7MHz，在此次中频放大过程中，应该保持其频率不变，只对其幅值进行放大。

13、不过为了防止干扰频率的影响，仍然选用选频网络对其进行频率选择。选频频率为10.7MHz,若电容C=1pF，则电感L=220uH。设计的中频放大电路如下图：通过示波器仿真如下通道B为输入信号，通道A为输出信号，明显可以看出对输入信号进行了几十倍放大。这将有利于之后鉴频电路的正常工作。通过光谱分析仪可得，其中心频率为10.890MHz，由于输入信号存在频偏分量，使得结果偏离10.7MHz，但是影响不大。5.鉴频电路鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。利用LC谐振回路实现振幅鉴频，LC谐振回路构成的频幅变换网络将等幅的信号变换为FM-AM信号，然后利用包络检波电路

14、恢复出原调制信号。 因为调频波振幅恒定，所以无法直接用包络检波器解调。由于二极管峰值包络检波器线路简单、性能好，能够将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM-AM波，也就可以通过包络检波器解调此信号。设计的鉴频电路如下：从示波器可以看出，本鉴频电路实现将调频波变成调频+调相波，然后再进行包络检波，从而提取出调制信号。从示波器波形可以看出，可以实现鉴频。提取的调制分量频率为50kHz。但考虑到所提供的元件中有10.7MHz的鉴频器，故直接采用鉴频器元件，同时也可以减少误差。6.低频放大电路从鉴频器输出的信号一般很小，所以在输出极一般采用低频功率放大电路。设计低频放大电路如下

15、：通过示波器仿真如下：通道A为输出信号，通道B为输入信号，从图可得此低频放大电路对输出信号放大了近100倍，有利于驱动喇叭的正常工作。四、PCB的设计与制作1.原理图绘制将前面的各分立模块按照高频放大、本振、混频、中频放大、鉴频以及低频放大的顺序连接即可。2.PCB绘制3.PCB板的制作通过打孔焊接，完成PCB板的制作，本次制作的成品如下。五、测试模块（1）高频放大，通过天线接受信号，再对其进行电压幅值放大。将输出端接上示波器，由示波器得到的波形如下图。（2）本振电路，产生98.7MHz118.7MH的正弦波振荡信号。将其输出端接在示波器得正极，示波器负极接地。通过示波器测得波形如下：稍微有些

16、许失真波动，单整体不影响电路的工作。（3）混频电路的测试，将高频放大信号与本振信号接入到三极管的基极与发射极。通过集电极进行混频信号的输出。同样地，将示波器得正极接集电极，负极接地。通过示波器所得波形如下：六、总结1.本方案特点及存在的问题它的缺点是，对于不同的频率，接收机的灵敏度和选择性变化叫剧烈，而且灵敏度因为受到高放不稳定的影响，不能过高，所以现在的接收机几乎全是超外差式接收机。如何进行仿真是本次课程设计的一个关键所在，只对整个系统的混频电路进行了部分仿真，在这一部分，实现了预期的功能。在本次课程设计过程当中，由于调频接收机的的理论知识已经在相关课程当中学习掌握，所以可以很快根据设计要求对整个系统进行模块化分析，再进行整合。经过这种从局部到整体的实践过程，深刻地体会到将理论知识应用到实践当中是一个不断磨合的过程，要想达到融会贯通的效果，就必须在平时的学习过程中不断强化自己的实践意识，提高实际操作能力。2.本作品使用说明在需要使用收音机时，拉开天线，并正确安装好电池后，通过调节高频放大电路中的可调电感与本振电路中的可调电容，即可实现频率的转换，轻松收听到88M108MHz的所有频道。本产品使用方便简单，便于调节。