通信电子线路
课程设计报告书
课程名称：题 目：
系 （院）：学 期：专业班级：姓 名：学 号： _________________________ 超外差式调幅收音机 __________________________ __________________________ __________________________
目 录
1 引言………………………………………………………………………………………1 2 设计目的及要求…………………………………………………………………………1 3 超外差调幅接收机的设计………………………………………………………………1
3.1 超外差式调幅接收机的原理…………………………………………………………1
3.2 输入回路设计…………………………………………………………………………2
3.3 本振回路设计…………………………………………………………………………3
3.4 混频电路设计…………………………………………………………………………4
3.5 中频放大电路设计……………………………………………………………………5
3.6 检波电路设计…………………………………………………………………………6
3.7 前置低频电压放大电路设计…………………………………………………………7
3.7 功放电路设计…………………………………………………………………………8
3.8 超外差调幅接收机的总电路…………………………………………………………9 4 心得体会…………………………………………………………………………………11 参考文献……………………………………………………………………………………11
超外差调幅接收机
1 引言
这学期开了一门课，《高频电子线路》，通过这门课我对无线电通信的理论知识有了一定的理解和认识。为了进一步增强对电子技术的理解，通过课程设计，我学会查寻资料、比较方案；学会了一点通信电路的计算，也能进一步提高分析解决实际问题的能力。
低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制，利用高频信号作为载波，对信号进行传递，可以用不同的调制方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。这次课程设计我选用了超外差式收音机的设计。
2 设计目的及要求
(1)目的：
①基本掌握调幅接收机各功能模块的基本工作原理。
②巩固掌握电路设计的基本思想和方法。
③提高分析问题、发现问题和解决问题的能力。
(2)要求：
①学会将接收的普通调幅信号转化为固定的中频信号（465kHz ）。
②能对中频信号进行放大。
③能把中频信号转化为原来的低频调制信号。
3 超外差调幅接收机的设计
3.1 电路的工作原理
调幅收音机的工作原理过程为：天线接收到的高频信号通过输入，将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率（我国为465KHz ），然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称为本机振荡) ，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会
产生一个新的频率，这就是外差作用。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。
超外差式收音机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
图1 超外差式调幅收音机的原理框图
从天线感应到的高频调幅信号，经输入回路的选择送入变频器。本振信号与接收到的高频调幅信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接收信号调制规律相同的固定中频调幅信号。该中频调幅信号经中频放大后，送入检波器，把原音频信号解调出来，并虑出残余中频分量，再由低频功率放大后推动扬声器发出声音。
3.1 输入回路设计
接收机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波，并从中选择出所需电台信号。
下图中由高频和低频通过乘法器和加法器输出所需要的调幅波，然后通过电容c1，c2和变压器组成的LC 谐振电路，形成载波频率为fc 的高频已调信号，输入到混频器中。
图2 输入回路电路图
上图中ν1(t )=νΩ(t )=V Ωm cos Ωt =V Ωm cos 2πFt ，ν2(t )=νc (t )=V cm ωc t =V cm cos 2πf c t ，所以输出调幅电压νo (t )=(V mo +k a V Ωm c o s Ωt )c o s ωc t =V mo (1+M a c o s Ωt )c o s ωc t ，式中M a =k a V Ωm /Vmo 是调幅信号的调幅系数，即调幅度。由已给参数f1=1kHZ,f2=1000kHZ,由公式可得调幅波f ≈1000kHZ 。
图3 输入回路仿真图
注：上图仿真图中in1为输入的低频信号的波形，in2为输入的高频信号的波形，out 为输出调幅波信号的波形。
3.2 本振电路设计
本振电路是由本机振荡器产生频率为fl 的本振信号，输入到混频电路中。由于fi 是固定值，所以fl 也是可调的。
下图为电容三点式振荡电路。图中RB1，RB2和RE 是偏执电阻C1和CE 为旁路电容，Cc 为隔直流电容，CE 和RE 组成负反馈电路，L 和C1,C2构成并联谐振回路，三极发射机通过CE 交流接地，所以C2
上反馈到发射结的电压必须加到三极管的基极上。
图4 本振电路图
根据反馈振荡器的起振条件：振幅起振条件V f >V i 或T (ωOSC )>1和相位起振条件ϕT (ωosc )=2n π(n =0, 1, 2... )可得电容三点式振荡器的震荡角频率ωosc =g g 'g i g '1C C 'L '=C 2+C b ''e ，+i L =ωo +, 式中C =12=120PF , C 22''LC C 1C 2C +C 12ωo C 1C 2
g i =ωo 111f =f =，g ',L=2UH,根据公式, 可算出输出波的频率大小约为=o L '2πR i R L 2πLC
10MHZ 。
图5 本振电路仿真图
注：上图中in 为输入的直流波形，out 为输出的本振信号波形。
3.3 混频电路设计
混频电路是超外差式接收机的重要组成部分，其作用是将天线上感生的输入高频信号变换为频率固定的中频信号。混频电路靠近接收天线，它的性能直接影响接收机动态范围等性能。
混频电路中有两个输入信号，载波频率为fc 的高频信号和频率为fl 的本振信号，作用是将fc 高频已调信号不失真的变化为载波频率为fi 的中频已调信号。其中fi 为接收机的中间频率，fi=fl-fc。在我国调幅广播接收机的中频为465KHZ 。
下图为二极管环形混频电路图，它具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6db ）、混频失真小、动态范围大等优点。
图6 混频电路图
混频增益A c 20lg V i ，V i 为混频器的输出中频信号电压，V S 为输入信号电压。 V s
注：由于元件库元件种类有限，不能仿真出混频电路。
3.4 中频放大电路设计
中频放大器是由多级固定调谐的小信号放大器组成，用来放大中频调幅信号。 下图是调幅波进入放大器的基极来放大中频信号，再通过变压器输出所需要的放大后的信号。变压器和C1组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换作用，所以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C1组成LC 并联谐振回路，谐振于中频465KHZ 。由于并
联谐振回路对谐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，从而完成选频作用，提高了接收机的选择性。
图7 中频放大电路图
图8 中频放大仿真图
注：in 为输入中频调幅波波形，out 为输出被放大信号的波形。
由图8可得，输入波幅值大小约为9v ，输出波幅值大小约为5v ，所以调幅信号被放大倍数=9/5=1.8倍。
3.5 检波电路设计
检波二极管的作用是利用单向导电性将中频信号中的低频信号取出来，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。
下图采用二极管包络检波。为了提高检波性能，R 和C 的值应足够大，满足R 2T 1=C 和R L 》R D 的条件。 ωc c 2πc
图9 检波电路图 为了不产生惰性失真，充要条件为R 2C ≤-M a
ΩM a ，其中C=C1+C2。
图10 检波电路仿真图
注：in 为被放大后的中频信号的波形，out 为经包络检波后的波形。
3.6 前置低频电压放大电路设计
低频放大电路由小信号放大器组成，作用是将检波后的信号的电压进行放大。 下图为共射放大器，图中R2，R3和R4共同构成分压式偏置电路，C3为隔直流电容，C2为旁路电容，电源给三极管的基极和集电极加上偏置电压，通过集电极经过电容输出放大后的电压。
图11 低放电路图
根据电压增益公式A ν=νo R C R L R R ', 所以上图中=-A i L ≈-L ，其中R 'L =νi Ri R E R C +R L
A ν=-31.203≈-3.9，所以此图中信号的电压被放大了大约3.9倍。
8
图12 低放电路仿真图
注：in 为检波后的波形，out 为经低放后的波形。
3.7 低频功率放大电路设计
功率放大器与其他放大器一样，都是在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。低频功率放大电路是由功率放大器组成，用来放大出较大的电压和电流，向扬声器提供所需的推动功率，能安全，高效率，不失真地输出所需信号功率（小到零点几瓦，大到几十千瓦）。下图为乙类推挽功率放大电路。
图13 功放电路图
若输入充分激励，则输出功率P omax
2
V CC 152===0.225⨯10=3W ，直流功率3
2R L 2⨯500⨯10
⎛V CC
P Dmax =2V CC πR
⎝L 以工作效率高。
⎫4P omax 4⎪，所以相应的最大集电极效率η===0.785，所=P max ⎪πomax
P Dmax π⎭
图14 功放仿真图
注：C1[P]为经过低放的正弦波的功率，C3[P]为经过功放后的正弦波的功率。
由图14可得，输入波功率大小约为6uw ，输出波功率大小约为16uw ，所以功率放大倍数=16/6=2.6倍。
3.8 超外差调幅接收机的总电路
图15 超外差式调幅接收机的总电路图
4 心得体会
通过这次课程设计，我发觉我学到了很多。从拿到课题到定稿，从理论到实践，在短短的几天时间里，和同学一起在图书馆翻阅资料，争论问题，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计，我知道了只有理论是远远行不通的，只有在理论与实践相结合的前提下，才能从中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考能力。
在这次设计过程中遇到很多困难，一开始无从下手，然后从书中找材料，和同学商量，还发现对以前的很多知识掌握的都不好，因此绕了很多弯。从一开始老是出错，到后来仿真不出结果，在很多错误的地方纠结，整天泡在学校机房和同学一起商讨，但结果还是不令人满意。但是通过这次实践，我对这些知识掌握得更加牢固了，总的来说收货颇大。
参考文献
[1] 冯军, 谢嘉奎. 电子线路线性部分（第五版）. 北京：高等教育出版社,2010. [2] 谢佳奎. 电子线路非线性部分（第四版）. 北京：高等教育出版社,2010. [3] 韦琳. 图解模拟电路. 北京：科学出版社,2006.
[4] 阳昌汉. 高频电子线路学习指导. 北京：高等教育出版社,2006. [5] 黄永定. 电子线路实验与课程设计. 北京：机械工业出版社,2005.
[6] 赵淑范, 董鹏中. 电子技术实验与课程设计. 北京：清华大学出版社，2010. [7] 胡烨. 电路设计与仿真教程. 北京：机械工业出版社,2010. [8] 李银华. 电子线路设计指导. 北京：航空航天大学出版社,2005. [9] 陆宗逸. 非线性电子线路实验指导书. 北京：理工大学出版社,1989. [10] 樊昌信. 通信原理. 北京：国防工业出版社,2001.
通信电子线路
课程设计报告书
课程名称：题 目：
系 （院）：学 期：专业班级：姓 名：学 号： _________________________ 超外差式调幅收音机 __________________________ __________________________ __________________________
目 录
1 引言………………………………………………………………………………………1 2 设计目的及要求…………………………………………………………………………1 3 超外差调幅接收机的设计………………………………………………………………1
3.1 超外差式调幅接收机的原理…………………………………………………………1
3.2 输入回路设计…………………………………………………………………………2
3.3 本振回路设计…………………………………………………………………………3
3.4 混频电路设计…………………………………………………………………………4
3.5 中频放大电路设计……………………………………………………………………5
3.6 检波电路设计…………………………………………………………………………6
3.7 前置低频电压放大电路设计…………………………………………………………7
3.7 功放电路设计…………………………………………………………………………8
3.8 超外差调幅接收机的总电路…………………………………………………………9 4 心得体会…………………………………………………………………………………11 参考文献……………………………………………………………………………………11
超外差调幅接收机
1 引言
这学期开了一门课，《高频电子线路》，通过这门课我对无线电通信的理论知识有了一定的理解和认识。为了进一步增强对电子技术的理解，通过课程设计，我学会查寻资料、比较方案；学会了一点通信电路的计算，也能进一步提高分析解决实际问题的能力。
低频信号有效的发射出去需要经过高频信号调制，利用高频信号作为载波，对信号进行传递，可以用不同的调制方式。在无线电广播中可分为调幅制、调频制两种调制方式。目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。这次课程设计我选用了超外差式收音机的设计。
2 设计目的及要求
(1)目的：
①基本掌握调幅接收机各功能模块的基本工作原理。
②巩固掌握电路设计的基本思想和方法。
③提高分析问题、发现问题和解决问题的能力。
(2)要求：
①学会将接收的普通调幅信号转化为固定的中频信号（465kHz ）。
②能对中频信号进行放大。
③能把中频信号转化为原来的低频调制信号。
3 超外差调幅接收机的设计
3.1 电路的工作原理
调幅收音机的工作原理过程为：天线接收到的高频信号通过输入，将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率（我国为465KHz ），然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称为本机振荡) ，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会
产生一个新的频率，这就是外差作用。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。
超外差式收音机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。
图1 超外差式调幅收音机的原理框图
从天线感应到的高频调幅信号，经输入回路的选择送入变频器。本振信号与接收到的高频调幅信号在变频器内经过混频作用，得到一个与接收信号调制规律相同的固定中频调幅信号。该中频调幅信号经中频放大后，送入检波器，把原音频信号解调出来，并虑出残余中频分量，再由低频功率放大后推动扬声器发出声音。
3.1 输入回路设计
接收机输入回路的任务是接收广播电台发射的无线电波，并从中选择出所需电台信号。
下图中由高频和低频通过乘法器和加法器输出所需要的调幅波，然后通过电容c1，c2和变压器组成的LC 谐振电路，形成载波频率为fc 的高频已调信号，输入到混频器中。
图2 输入回路电路图
上图中ν1(t )=νΩ(t )=V Ωm cos Ωt =V Ωm cos 2πFt ，ν2(t )=νc (t )=V cm ωc t =V cm cos 2πf c t ，所以输出调幅电压νo (t )=(V mo +k a V Ωm c o s Ωt )c o s ωc t =V mo (1+M a c o s Ωt )c o s ωc t ，式中M a =k a V Ωm /Vmo 是调幅信号的调幅系数，即调幅度。由已给参数f1=1kHZ,f2=1000kHZ,由公式可得调幅波f ≈1000kHZ 。
图3 输入回路仿真图
注：上图仿真图中in1为输入的低频信号的波形，in2为输入的高频信号的波形，out 为输出调幅波信号的波形。
3.2 本振电路设计
本振电路是由本机振荡器产生频率为fl 的本振信号，输入到混频电路中。由于fi 是固定值，所以fl 也是可调的。
下图为电容三点式振荡电路。图中RB1，RB2和RE 是偏执电阻C1和CE 为旁路电容，Cc 为隔直流电容，CE 和RE 组成负反馈电路，L 和C1,C2构成并联谐振回路，三极发射机通过CE 交流接地，所以C2
上反馈到发射结的电压必须加到三极管的基极上。
图4 本振电路图
根据反馈振荡器的起振条件：振幅起振条件V f >V i 或T (ωOSC )>1和相位起振条件ϕT (ωosc )=2n π(n =0, 1, 2... )可得电容三点式振荡器的震荡角频率ωosc =g g 'g i g '1C C 'L '=C 2+C b ''e ，+i L =ωo +, 式中C =12=120PF , C 22''LC C 1C 2C +C 12ωo C 1C 2
g i =ωo 111f =f =，g ',L=2UH,根据公式, 可算出输出波的频率大小约为=o L '2πR i R L 2πLC
10MHZ 。
图5 本振电路仿真图
注：上图中in 为输入的直流波形，out 为输出的本振信号波形。
3.3 混频电路设计
混频电路是超外差式接收机的重要组成部分，其作用是将天线上感生的输入高频信号变换为频率固定的中频信号。混频电路靠近接收天线，它的性能直接影响接收机动态范围等性能。
混频电路中有两个输入信号，载波频率为fc 的高频信号和频率为fl 的本振信号，作用是将fc 高频已调信号不失真的变化为载波频率为fi 的中频已调信号。其中fi 为接收机的中间频率，fi=fl-fc。在我国调幅广播接收机的中频为465KHZ 。
下图为二极管环形混频电路图，它具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6db ）、混频失真小、动态范围大等优点。
图6 混频电路图
混频增益A c 20lg V i ，V i 为混频器的输出中频信号电压，V S 为输入信号电压。 V s
注：由于元件库元件种类有限，不能仿真出混频电路。
3.4 中频放大电路设计
中频放大器是由多级固定调谐的小信号放大器组成，用来放大中频调幅信号。 下图是调幅波进入放大器的基极来放大中频信号，再通过变压器输出所需要的放大后的信号。变压器和C1组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换作用，所以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C1组成LC 并联谐振回路，谐振于中频465KHZ 。由于并
联谐振回路对谐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，从而完成选频作用，提高了接收机的选择性。
图7 中频放大电路图
图8 中频放大仿真图
注：in 为输入中频调幅波波形，out 为输出被放大信号的波形。
由图8可得，输入波幅值大小约为9v ，输出波幅值大小约为5v ，所以调幅信号被放大倍数=9/5=1.8倍。
3.5 检波电路设计
检波二极管的作用是利用单向导电性将中频信号中的低频信号取出来，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。
下图采用二极管包络检波。为了提高检波性能，R 和C 的值应足够大，满足R 2T 1=C 和R L 》R D 的条件。 ωc c 2πc
图9 检波电路图 为了不产生惰性失真，充要条件为R 2C ≤-M a
ΩM a ，其中C=C1+C2。
图10 检波电路仿真图
注：in 为被放大后的中频信号的波形，out 为经包络检波后的波形。
3.6 前置低频电压放大电路设计
低频放大电路由小信号放大器组成，作用是将检波后的信号的电压进行放大。 下图为共射放大器，图中R2，R3和R4共同构成分压式偏置电路，C3为隔直流电容，C2为旁路电容，电源给三极管的基极和集电极加上偏置电压，通过集电极经过电容输出放大后的电压。
图11 低放电路图
根据电压增益公式A ν=νo R C R L R R ', 所以上图中=-A i L ≈-L ，其中R 'L =νi Ri R E R C +R L
A ν=-31.203≈-3.9，所以此图中信号的电压被放大了大约3.9倍。
8
图12 低放电路仿真图
注：in 为检波后的波形，out 为经低放后的波形。
3.7 低频功率放大电路设计
功率放大器与其他放大器一样，都是在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。低频功率放大电路是由功率放大器组成，用来放大出较大的电压和电流，向扬声器提供所需的推动功率，能安全，高效率，不失真地输出所需信号功率（小到零点几瓦，大到几十千瓦）。下图为乙类推挽功率放大电路。
图13 功放电路图
若输入充分激励，则输出功率P omax
2
V CC 152===0.225⨯10=3W ，直流功率3
2R L 2⨯500⨯10
⎛V CC
P Dmax =2V CC πR
⎝L 以工作效率高。
⎫4P omax 4⎪，所以相应的最大集电极效率η===0.785，所=P max ⎪πomax
P Dmax π⎭
图14 功放仿真图
注：C1[P]为经过低放的正弦波的功率，C3[P]为经过功放后的正弦波的功率。
由图14可得，输入波功率大小约为6uw ，输出波功率大小约为16uw ，所以功率放大倍数=16/6=2.6倍。
3.8 超外差调幅接收机的总电路
图15 超外差式调幅接收机的总电路图
4 心得体会
通过这次课程设计，我发觉我学到了很多。从拿到课题到定稿，从理论到实践，在短短的几天时间里，和同学一起在图书馆翻阅资料，争论问题，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计，我知道了只有理论是远远行不通的，只有在理论与实践相结合的前提下，才能从中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考能力。
在这次设计过程中遇到很多困难，一开始无从下手，然后从书中找材料，和同学商量，还发现对以前的很多知识掌握的都不好，因此绕了很多弯。从一开始老是出错，到后来仿真不出结果，在很多错误的地方纠结，整天泡在学校机房和同学一起商讨，但结果还是不令人满意。但是通过这次实践，我对这些知识掌握得更加牢固了，总的来说收货颇大。
参考文献
[1] 冯军, 谢嘉奎. 电子线路线性部分（第五版）. 北京：高等教育出版社,2010. [2] 谢佳奎. 电子线路非线性部分（第四版）. 北京：高等教育出版社,2010. [3] 韦琳. 图解模拟电路. 北京：科学出版社,2006.
[4] 阳昌汉. 高频电子线路学习指导. 北京：高等教育出版社,2006. [5] 黄永定. 电子线路实验与课程设计. 北京：机械工业出版社,2005.
[6] 赵淑范, 董鹏中. 电子技术实验与课程设计. 北京：清华大学出版社，2010. [7] 胡烨. 电路设计与仿真教程. 北京：机械工业出版社,2010. [8] 李银华. 电子线路设计指导. 北京：航空航天大学出版社,2005. [9] 陆宗逸. 非线性电子线路实验指导书. 北京：理工大学出版社,1989. [10] 樊昌信. 通信原理. 北京：国防工业出版社,2001.