超外差調頻接收機課程設計報告

2021-03-04 00:26:35 字數 3938 閱讀 8847

一、 調頻接收機的主要技術指標

1 工作頻率範圍

接收機可以接受到的無線電波的頻率範圍稱為接收機的工作頻率範圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發射機的工作頻率相對應,如調頻廣播收音機的頻率範圍為(88~108)mh,是因為調頻廣播收音機的工作範圍也為(88~108)mhz。

2 靈敏度

接收機接收微弱訊號的能力稱為靈敏度,通常用輸入訊號電壓的大小來表示,接收的輸入訊號越小,靈敏度越高。調頻廣播收音機的靈敏度一般為(2~30)uv。

3 選擇性

接收機從各種訊號和干擾中選出所需訊號(或衰減不需要的訊號)的能力稱為選擇性,單位用db(分貝)表示,db數越高,選擇性越好。一般調幅收音機頻偏10khz的選擇性應大於20db,調頻收音機的中頻干擾比應大於50db。

4 頻率特性

接收機的頻率響應範圍稱為頻率特性或通頻帶。調頻機的通頻帶一般為200khz。

5 輸出功率

接收機的負載上獲得的最大不失真(或非線性失真係數為給定值時)功率稱為輸出功率。

二調頻接收機設計

1 調頻接收機的工作原理及頻譜與波形圖

圖一超外差式調頻接收機組成框圖

圖2 超外差原理的頻譜與波形圖

2 各組成部分的功能

一般調頻接收機的組成框圖如圖一所示

2.1 輸入調頻迴路

又稱天線迴路。它的主要功能是選擇所需電台的訊號,抑制不需要的訊號與干擾,特別是要濾除中頻干擾,同時也要求輸入迴路的插入損耗小,並使天線阻抗和高放管的輸入阻抗相匹配,並傳輸最大的功率,避免訊號來回反射。輸入迴路常常是一帶通濾波器。

2.2 高頻放大器

也稱射頻放大器。它應具有足夠的增益,通常約為10db,而且要求低雜訊,這樣可降低整個接收機的雜訊係數;要求選頻放大,以抑制不需要的訊號與干擾,如映象干擾以及在混頻級可能引起各種互調失真的某些訊號;要求加一定得自動增益控制,以防止輸入過強訊號時,引起中放級的過載;

同時,也要求高頻放大器能抑制本機振盪器輻射至天線而干擾其他使用者。所以,高頻放大級的主要指標是增益要高,雜訊要低,選擇性要好,動態範圍要大,防止輻射的能力要強。級別較低的接收機,可以不設高放級。

電視接收機的高頻放大器目前都採用雙柵mos型場效電晶體。

2.3 混頻器和本機振盪器

混頻器的作用是將高頻調製訊號變換為中頻調製訊號,所改變的只是被

調訊號的載頻,而訊號的調製規律是不能改變的。混頻器有不同型別,混頻增益約為-10db~30db左右。混頻器的輸出應和中放輸入級匹配。

對本機振盪器的要求是:頻率可調,並和輸入迴路及高放負載迴路同步調整(統調),以滿足選擇電台訊號及混頻器差拍的需要;本振的頻率穩定度要高,有時要採用自動頻率調整電路(afc),如彩色電視接收機;本振輸出的波形要好,諧波成分要少,避免在混頻器中產生較多的組合頻率干擾;本振的工作要穩定,電壓和溫度漂移都要求小;另外,還要求本振的輻射小,幅度穩定,大小合適。本振與混頻間,一般採用弱耦合方式。

2.4 中頻放大器

中頻放大電路的任務是把變頻得到的中頻訊號加以放大,然後送到檢波器檢波。中頻放大電路對超外差收音機的靈敏度、選擇性和通頻帶等效能指標起著極其重要的作用。

下圖(a)是lc單調諧中頻放大電路,圖(b)為它的交流等效電路。圖中b1、b2為中頻變壓器,它們分別與c1、c2組成輸入和輸出選頻網路,同時還起阻抗變換的作用,因此,中頻變壓器是中放電路的關鍵元件。

中頻變壓器的初級線圈與電容組成lc併聯諧振迴路,由於併聯諧振迴路對詣振頻率的訊號阻抗很大,對非諧振頻率的訊號阻抗較小。所以中頻訊號在中頻變壓器的初級線圈上產生很大的壓降,並且耦合到下一級放大,對非諧振頻率訊號壓降很小,幾乎被短路(通常說它只能通過中頻訊號),從而完成選頻作用,提高了接收機的選擇性。

由lc調諧迴路特性知,中頻選頻迴路的通頻帶b=f2- f1=fd/ql,式中ql是迴路的有載品質因數。ql值愈高,選擇性愈好,通頻帶愈窄;反之,通頻帶愈寬,選擇性愈差。

2.5 鑒頻電路

下圖是迴路鑒頻器的原理圖。它是由三個調諧迴路組成的調頻-調幅調頻變換電路和上下對稱的兩個振幅檢波器組成。初級迴路諧振於調頻訊號的中心頻率 ,其通帶較寬。

其工作原理是:天線接收到的高頻訊號,經輸入調諧迴路選頻為,再經高頻放大器放大,進入混頻器;本機振盪器輸出的另一高頻訊號亦進入混頻器,則混頻器的輸出為含有、、(+)、(-)等頻率分量的訊號。混頻器的輸出接有選頻迴路,選出中頻訊號(-),再經中頻放大器放大,獲得足夠高的增益,然後經鑒頻器解調出低頻調製訊號,再由低頻功放級放大,驅動揚聲器,從天線接收到的高頻訊號經過混頻成為固定的中頻-,故稱為超外差式接收機。

這種接收機的靈敏度較高,選擇性較好,效能也比較穩定。

3 混頻級電路設計

一種簡單實用的混頻電路如下圖所示。

其中三極體實現頻率變換,將天線接收到的高頻調製訊號()與三極體和晶振組成的本機振盪器的輸出訊號()進行混頻,由lc選頻網路選出中頻訊號(-)。頻率變換的原理是,利用三極體集電極電流與輸入電壓之間的非線性關係實現頻率變換。變換後的調製引數(調製頻率和頻率偏移)保持不變,僅載波頻率變換成中頻頻率。

對於圖二所示電路,由於高頻調製訊號從混品管的基極輸入,本機振盪訊號從混頻管的發射極注入,故稱這種電路為基極輸入、發射極注入式混頻電路。這種電路的特點是:訊號的相互影響較小,不易產生牽引現象,但要求本振的輸出電壓較大,以便使三極體工作於非線性區,實現頻率變換。

混頻管的靜態工作點由、及決定(在電源電壓+確定時)。為使混頻管在大訊號輸入下進入非線性工作區,靜態工作電流不能太大,否則非線性作用消失,混頻增益將大大下降。但也不能太小。

實驗表明+=+6v時,取(0.3~0.5)ma較合適。

三極體和晶振組成的本機振盪電路稱為電容反饋三點式振盪電路,又稱「考畢茲」電路。電路的反饋係數f=/。振盪頻率主要由晶振的頻率決定,因此頻率穩定度較高。分析表明,振盪頻率的表示式為

式中,為晶振的等效電感,與頻率有關,對於頻率為幾十兆赫的晶振,約為幾毫亨;為諧振迴路的總電容,由晶振的等效電容與外接電容及共同決定。若選,則

式中,c為(0.005~0.1)pf,c為(2~5)pf,所以的取值比較小才能對晶振的頻率實現微調,一般為幾皮法~幾十皮法的小微調電容。

本機振盪電路的靜態工作點主要由決定。為使本機振盪器輸出較大的電壓,靜態電流應較大,但也不能太大,否則會使振盪輸出的波形發生畸變,產生高次諧波,影響混頻級電路的效能。電容為本機振盪器的輸出耦合電筒。

由於混頻管工作在非線性狀態,易引起各種訊號的干擾,如中頻干擾、映象干擾等,採用晶振構成的本機振盪電路,可以減小干擾,必要時,在混頻級前加一級高頻調諧放大器,可大大抑制映象干擾。

4 特點

超外差接收機具有一些突出的優點。

4.1 容易得到足夠大而且比較穩定的放大量。

4.2 具有較高的選擇性和較好的頻率特性。這是因為中頻頻率fi是固定的,所以中頻放大器的負載可以採用比較複雜、但效能較好的有源或無源網路,也可以採用固體濾波器,如陶瓷濾波器(見電子陶瓷)、聲表面波濾波器(見聲表面波器件)等。

4.3 容易調整。除了混頻器之前的天線迴路和高頻放大器的調諧迴路需要與本地振盪器的諧振迴路統一調諧之外,中頻放大器的負載迴路或濾波器是固定的,在接收不同頻率的輸入訊號時不需再調整。

超外差接收機的主要缺點是電路比較複雜,同時也存在著一些特殊的干擾,如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等(見混頻器)。例如,當接收頻率為fc的訊號時,如果有乙個頻率為f婞=f1+fi的訊號也加到混頻器的輸入端,經混頻後也能產生|f1-f婞|=fi的中頻訊號,形成對原來的接收訊號fc的干擾,這就是像頻干擾。解決這個問題的辦法是提高高頻放大器的選擇性,盡量把由天線接收到的像頻干擾訊號濾掉。

隨著積體電路技術的發展,超外差接收機已經可以單片整合。例如,有一種單片式調幅-調頻(am/fm)接收機,它的am/fm高頻放大器、 本地振盪器、 混頻器、am/fm中頻放大器、am/fm檢波器、音訊功率放大器以及自動增益控制(agc)、自動頻率控制(afc)、調諧指示電路等(共700個元件)均整合在乙個面積為2.4×3.

1公釐晶元上,它的工作電壓範圍為1.8~9伏,工作於調幅與調頻方式的靜態電流分別為3毫安和5毫安。

參考文獻

[1]謝自美. 調頻接收機設計. 電子線路設計·實驗·測試,1992,186-189.

[2]孫景琪.接收機.通訊、廣播電路與系統,1994,348-350.

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