調頻接收機課設說明書畢業(yè)設計

目錄1課程目的12原理介紹121設計思路122工作原理23具體實施方案231方案論證232硬件及軟件電路部分333系統調試和分析94結論1441指標分析1442改進與提高145總結15附錄16參考文獻181課程目的通過本課程設計與調試，提高動手能力，鞏固已學的理論知識，能建立無線電調頻接收機的整機概念，了解調頻接收機整機各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、計算調頻接收機的各單元電路高頻放大、混頻、本地振蕩器、中頻放大、鑒頻及低頻功放。初步掌握調頻接收機的調整及測試方法。2原理介紹21設計思路整個電路由六部分組成，分別為高頻放大、混頻、本地振蕩器、中頻放大、鑒頻及低頻功放。（1）高頻放大高頻放大器是用來放大高頻信號的器件（在接收機中，高放所放大的對象是已調信號，它除載頻信號外還有邊頻分量）。根據高放的對象是載頻信號這一情況，一般采用管子做放大器件，而且并聯諧振回路作為負載，讓信號諧振在信號載頻。這樣做的好處是回路諧振能抑制干擾；并聯回路諧振時，其阻抗很大，從而可輸出很大的信號。（2）混頻混頻是將高頻放大信號和本振信號混合，輸出一個中頻信號，在調頻電路中，本振信號必須是獨立的，這是與調幅電路最大的一個區(qū)別。混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實現這種搬移。（3）本地振蕩器本振電路用LC諧振回路來產生一個穩(wěn)定的本地振蕩頻率，將這個穩(wěn)定的諧振頻率與高頻放大輸出信號混頻，得到一個中頻信號。（4）中頻放大如果外來信號和本機振蕩相差不是預定的中頻，就不可能進入放大電路。因此在接收一個需要的信號時，混進來的干擾電波首先就在變頻電路被剔除掉，加之中頻放大電路是一個調諧好了的帶有濾波性質的電路，所以接收機的選擇性指標很高。超外差式接收機能夠大大提高收音機的增益、靈敏度和選擇性。因為不管電臺信號頻率如何都變成為中頻信號，然后都能進入中頻放大級，所以對不同頻率電臺都能夠進行均勻地放大。中放的級數可以根據要求增加或減少，更容易在穩(wěn)定條件下獲得高增益和窄帶頻響特性。此外，由于中頻是恒定的，所以不必每級都加入可變電容器選擇電臺，避免使用多聯同軸可變電容器，而只需在調諧回路和本振回路用一只雙連可變電容器就可完成接收。（5）鑒頻在鑒頻器部分，采用比例鑒頻器，普通鑒頻器的線性范圍較寬，調整較易，但在鑒頻器前必須加上一級限幅器，而比例鑒頻器則不需要但是為了得到良好的限幅特性，必須仔細調整比例鑒頻器的工作狀態(tài)與電路參數，也可以在前一級加一個限幅器。（6）低頻功放一般從鑒頻器輸出的信號都比較小，為了得到我們所需的信號，必須將輸出信號進行放大。一般采用三極管放大電路來實現這一功能。因為本次設計是音頻信號，所以采用運算放大器效果比較好。22工作原理電路的開始部分是由高頻放大電路和本振信號混頻，輸出一個中頻信號。因為這是調頻接收機，所以混頻電路和調幅接收機有著明顯的不同，在調頻電路中，本振電路是獨立的。在放大電路部分，采用場效應管共源極放大電路。本振電路才用LC振蕩電路，兩個信號分別輸入混頻器，得到一個中頻信號。為了得到高的增益，而整個電路的增益取決于中放，同時也抑制了鄰近干擾。在中頻放大電路的輸出端，接一個限幅器，其目的是如果直接接鑒頻器，很可能得到很多不需要的波形，用濾波器很難濾除，所以在鑒頻器的輸入端加一級限幅器，去除不需要的波，使輸出更為純凈。鑒頻器是將原調制信號解調出來，在本次設計中采用比例鑒頻器。為了能夠得到我們所需要的效果，在電路的最后采用低頻放大電路。調頻接收機的原理框圖如圖21所示。圖21調頻接收機原理框圖3具體實施方案31方案論證理解低頻功率放大電路的工作原理，掌握功率、效率的測量方法，學會設計比較器，將正弦波轉換為方波信號，學習集成功率放大器基本技術指標的測試，鞏固和加深對電子電路基礎知識的理解，提高綜合運用所學知識的能力。前置放大本實驗由弱信號前置放大級、交換電路、功率放大級等部分組成。前置放大級用來放大輸入的信號，以推動后面的功率放大器。放大電路有很多，但是弱信號的前置放大電路必須要由低噪聲、高保真、高增益的集成電路。符合運放有NE5532、OP07、LM318等。這個實驗中，采用的是NE5532和LM318，NE5532具有高精度、低噪聲、高阻抗、寬頻帶等優(yōu)良的性能，能使電路的指標大大的提高。功率放大功率放大有兩種的方式，一種是用分立元件構成OCL電路，一種是用專用的功放集成芯片。其中，集成功放具有工作可靠，外圍電路簡單保護功能比較完善等有點，分立元件比較復雜，只有有一個環(huán)節(jié)出現問題，則性能就會低于集成功放，所以本實驗采用的是用集成功率芯片做功率放大電路。波型轉換正弦波型轉換為一般用比較器或運放做成的比較器電路實現。常用的比輸入回路高頻放大混頻本地振蕩器中頻放大鑒頻低頻功放較器有過零比較器，任意電平比較器，滯回比較器。過零比較器和任意電平比較器都屬于單限比較器，但輸入電壓在在閾值電壓附近任何微小的變化，都將引起輸出電壓的躍變，因此單線比較器抗干擾能力差，不予采用。在這里我們用滯回比較器，因為它有慣性，具有一定的抗干擾能力；且若兩個閾值時，就可以輸出占空比接近于21THTU50的方波信號，可以達到題目要求。方案一用運放做比較器電路，利用正反饋電路，將小的交流信號轉化為峰峰值比較大的方波信號，再經過電阻的分壓，可以得到信號比較小的方波信號；將分壓電阻換成滑動變阻器，可以通過調節(jié)滑動變阻器，得到峰峰值為200MV的方波信號；運放的輸出端加入兩個正負極性相反的穩(wěn)壓管，用來控制輸出電壓的幅值，使輸出信號穩(wěn)定在一定范圍內。另外，為達到輸出方波的上升下降時間小于1S和雙極性方波,要求使用的運放為壓擺率較高且為雙電源供電的運放。方案二用比較器做成的比較器電路，比較器的功能是比較兩個電壓的大小，從而輸出電壓的高或低電平。電壓比較器結構簡單，靈敏度高，壓擺率比較大，容易達到實驗要求。這里我們用電壓比較器LM311仿真后，發(fā)現LM311只能輸出單極性，若用其他高速比較器，性價比較低，市場上也很難買到，所以此方案不采納。32硬件及軟件電路部分弱信號前置放大級設計（1）電路的組成因為實驗要求，前置放大電路的輸入端接地時，在8的負載上的噪聲功率要小于10MV，所以要盡量減小噪聲。為了選用低噪聲芯片，所以用NE5532構成前置放大電路，為了提高前置放大電路的輸入電阻和共模抑制比，必須采用同相比例放大電路。（2）測量放大器原理圖圖31測量放大器原理圖（3）工作原理為了阻抗匹配，增大輸入電阻，在前置放大電路的前面設計了電壓跟隨器，由題目可知，在功率放大的8負載上要獲得額定輸出功率W，根據10ORPV（31）65282ORLOMUMV（32）3561MININMV（33）8702AXIOMDB（34）51LOGDB（35）623由上式可知，整個電路的放大倍數要介于182530倍之間，即在25DB68DB之間手動可調，有因為單級的放大倍數大概在20DB左右，因此要采用兩級前置放大，再加上一級功率放大來達到實驗的要求。（4）電路仿真的原理圖圖32電路仿真的原理圖（5）各電阻阻值的確定前置放大電路由NE5532用電壓跟隨器和兩級同相比例放大電路組成。其中電壓跟隨器，實現了阻抗匹配，增大輸入電阻。V（36）6512082ORLOMPUMV（37）3561MININMV（38）8702AXIOM由上式可知，電壓的放大倍數要達到182530倍，又因為NE5532采用正負12V電壓供電，題目要求峰峰值10MV14V輸入，電路放大的電壓超過20V會失真，所以第一級設計放大13倍，這樣14V輸入的時候，放大13倍，約為18V不超過20V，就不會失真。由于第一級放大13倍，則（39）132R電阻的取值不宜過大，取1K，由上式可知，12K。23其中，（310）324/由上式可知，所以平衡電阻約為1K。4R為了使輸出電壓放大倍數可調，所以在第一級和第二級之間加了電位器進行分壓，取電位器K。105R第二級同相比例放大電路中，和第一級的差不多，因為要實現最大放大倍數為2630，假設功率放大部分放大10倍，第一級放大13倍，為了提高輸出功率，第二級放大倍數設為21倍。（311）2167R電阻的取值不宜過大，取1K，由上式可知，20K。67（312）68/由上式可知，平衡電阻約為1K8R（6）PCB板設計圖33前置放大電路PCB變換電路設計（1）電路的組成用運放做比較器電路，利用正反饋電路，將小的交流信號轉化為峰峰值比較大的方波信號，再經過電阻的分壓，可以得到信號比較小的方波信號；將分壓電阻換成滑動變阻器，可以通過調節(jié)滑動變阻器，得到峰峰值為200MV的方波信號；運放的輸出端加入兩個正負極性相反的穩(wěn)壓管，用來控制輸出電壓的幅值，使輸出信號穩(wěn)定在一定范圍內。另外，為達到輸出方波的上升下降時間小于1S和雙極性方波,要求使用的運放為壓擺率較高且為雙電源供電的運放。（2）變換電路原路圖圖34變換電路原理圖（3）電路的原理上圖中，和構成正反饋回路，對輸出的波形具有分壓作用；由兩個相反1R23RZU極性的穩(wěn)壓二極管構成，用來限制輸出信號的幅值；之后和電路為一個分壓電路，4R5最后由一個電壓跟隨器加在輸出端，以提高帶負載能力。（4）各電阻和電容的確定若設電阻100，題目中輸入信號為1KHZ，幅值沒有要求，經過第一級正反饋，1R輸出電壓的幅值達到電源電壓5V，但由于穩(wěn)壓管的存在，V，電路OU92ZOU中所用的穩(wěn)壓二極管是反向穩(wěn)壓幅度為22V，正向為07V。假定輸入電壓為MV,為了保證輸出的信號為方波信號，則,即0ITHI28K,因此取33K，阻值任意，可取100；2R23為分壓電路，取值分別為10K和5K。54（5）電路仿真的原理圖圖35電路仿真的原理圖（6）PCB板設計功率放大電路設計（1）電路的組成功率放大的芯片有TDA2040A、TDA1514，但TDA2040A的功率裕量不大，TDA1514的外圍電路比較復雜，又容易自激。而LM1875是一款功率放大集成塊，它的優(yōu)點是外圍電路簡單，輸出的功率大，芯片內部有感性負載反向電勢安全工作保護，又容易制作和調試，所以本實驗選用LM1875芯片作為功率放大的芯片。（2）測量放大器原路圖（3）各電阻和電容的確定為了阻抗匹配，同相輸入端1M，和組成了高通濾波器，令10R2C1R100K，47F，則截止頻率1R2CHZ10W所以達到了實驗的要求。LPRU286342當輸入的幅值為700MV時分析從下圖可以看出，當輸入幅值為700MV時，輸出電壓的峰峰值為348V，根據189W10W所以達到了實驗的要求。LPRU28342圖311前置放大輸入幅值700MV（2）帶寬分析當輸入的幅值為5MV，頻率為50HZ時圖312前置放大輸入頻率50HZ分析從上圖可以看出，當輸入幅值為5MV，頻率為50HZ時，輸出電壓的峰峰值為334V，根據174W10W所以達到了實驗的要求。LPRU28432當輸入的幅值為5MV，頻率為10KHZ時圖313前置放大輸入頻率10KHZ分析從上圖可以看出，當輸入幅值為5MV，頻率為10KHZ時，輸出電壓的峰峰值為334V，根據174W10W所以達到了實驗的要求。LPRU2842效率分析圖314前置放大輸出電壓峰峰值348V分析如上圖所示輸出電壓的峰峰值為348V，所以輸出的功率為W（318）9182342）（LPORU又因為（319）IOMR其中123V（320）2POMU834由上式得，A（321）54139OMRI又因為功率放大級用正負18V的電壓供電，所以U154182766W（322）IP電源所以，55，所以符合實驗的要求。368102798電源效率OR輸出噪聲功率分析圖315前置放大輸入端接地分析如上圖所示，當輸入端接地時，在輸出端8負載上，輸出的電壓為352PV，輸出的噪聲功率遠遠小于10MV，所以符合本實驗。（3）變換電路和功率放大測試輸入信號為大于200MV,頻率為1KHZ時圖316變換電路輸入信號為大于200MV分析在輸入端加1KHZ，幅值為200MV的正弦信號，通過滑動變阻器的調試，可以輸出200MV的方波，由仿真圖可以看出，輸出的方波為200MV,上升下降時間分別為831NS和824NS,可以達到題目要求。用方波激勵放大通道時，在8的情況下LR圖317變換電路負載8分析由上圖可以看出，信號經過放大之后，輸出的電壓峰峰值為358V，所OMU以輸出的額定功率W10W可以達到題目要求。054823）（LPORU將方波與功率放大連在一起時的上升和下降時間分析由下圖可以看出，當方波輸入到功率放大電路中時，上升的時間為164S12S，下降時間為161S12S，所以滿足實驗的要求。圖318變換電路上升和下降時間4結論41指標分析（1）從上面的實驗現象可以看出，額定輸出功率、帶寬、非線性失真系數、效率、交流噪聲功率、方波的頻率、上升和下降時間等都達到了實驗的要求。（2）對于功率放大器，有不同的方法來做，可以有分立的元件做，也可以用集成的功率芯片來做，功放芯片也有很多不同的種類，對于不同的功率芯片要合理的選中，有的功率比較小，達不到實驗的要求，有的外圍的電路比較復雜，所以也要舍去。本實驗選用的是LM1875，它是一種比較好的功率芯片，但是也有它的缺點，它是美國國半公司生產的，可是它兩年前就停產了，所以現在市場上買到的大多是假的，這是這款芯片的不足之處。（3）1KHZ正弦波經過比較器輸出的方波抖動比較厲害,抖動較多的話，可以減小。電容消抖不能加在輸出端，否則，輸出方波的邊沿會變得較平坦后，后續(xù)測量12/FFR電路又會產生抖動。如果調節(jié)還不能解決問題，可以在滯回比較器的輸入前加12/FFR一個無源的RC低通濾波器。（4）對于波型轉換而言，通過改變電阻的阻值來減小閾值電壓，可以實現更小信號的輸入而輸出方波信號，但是上升下降時間就會隨之增大，這個問題尚未得到解決（5）通過本次的實驗，熟悉了NE5532和LM1875芯片，懂得了音頻功率放大器的基本工作原理，對于前置放大部分，我用的是一個電壓跟隨器和兩級的同相比例放大構成的，在實驗過程中，通過一步一步的調試，以達到了實驗的要求，在這過程中學到了很多的東西，增添了對電子的興趣。（6）本次的實驗基本達到了實驗的要求，但由于自身的知識還比較局限，學到的知識還沒有那么完善，實驗的結果存在少許誤差，以后我會在這方面多花時間，培養(yǎng)自學能力和解決實際問題的能力，以后我會做的更好。42改進與提高（1）就波型轉換而言，可以嘗試用其他高速比較器實現，可以達到輸入最小電壓幅值更小且上升下降時間更低，但目前還尚未找到。（2）就波型轉換而言，輸入端可以加一個比例放大電路模塊，可以提高輸出電壓的帶寬，可達到5700MV的正弦波輸入，實現200MV的方波輸出。（3