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高频课程设计论文
青岛农业大学
理学与信息科学学院
高低频电子线路课程设计报告
设计题目超外差式收音机的设计与实现
学生专业班级
学生姓名(学号)
指导教师
完成时间
实习(设计)地点信息楼实验室527
2015年10月23日
超外差式收音机的设计与实现
一、目的要求:
1、掌握调幅收音机各功能模块的基本工作原理。
2、掌握调幅接收系统的调试过程及故障排除。
3、培养学生掌握电路设计的基本思想和方法。
4、培养学生分析问题、发现问题和解决问题的能力。
5、分析调幅接收系统各功能模块的工作原理。
6、安装调试及测量结果。
7、可在此基础上进行创新设计,如改善系统性能。
二、设计工具材料:
设计工具:
ProtelDXP2004
元件名称
型号规格
位号
数量
元件名称
型号规格
位号
数量
1
三极管
9013
V6、V7
2支
23
瓷片电容
103
C2、C1、C4、C5
4支
2
三极管
9014
V5
1支
24
瓷片电容
223
C10、C11、C6、C7
7支
3
三极管
9018
V1、V2、V3、V4
4支
25
双联电容
CA
1支
4
振荡线圈
TF10(红色)
T2
1支
26
收音机前盖
1个
5
发光二极管
红色
LED
1支
27
收音机后盖
1个
6
磁棒及线圈
4*8*80mm
T1
1套
28
刻度尺、音窗
各1支
7
中周
TF10黄、白、绿
T3、T4、T5
3个
29
双联拨盘
1个
8
输入变压器
蓝色
T6
1个
30
电位器拨盘
1个
9
扬声器
0.5w8Ω
BL
1个
31
磁棒支架
1个
10
电阻器
100Ω
R13、R15
2支
32
印刷电路板
1块
11
电阻器
120Ω
R12、R14
2支
33
电路图及说明
1份
12
电阻器
51Ω
R8
1支
34
电池正负极簧片
1套
13
电阻器
150Ω
R3
1支
35
连接导线
4根
14
电阻器
220Ω
R11
1支
36
双联及拨盘螺丝
3粒
15
电位器
5K(带开关插脚式)
RP
1支
37
电位器拨盘螺丝
1粒
16
电解电容
0.47μF、10μF
C6、C3
各1
38
自攻螺丝
1粒
17
电解电容
100μF
C8、C9
2支
39
电阻器
100K
R7R10
2支
18
电阻器
510Ω
R16
1支
40
电解电容
4.7
C3C8
2
19
电阻器
680Ω
R9
1支
41
电解电容
100
C9C12C13
3
20
电阻器
1KΩ
R6
1支
42
耳机插座
Ck
1
21
电阻器
30K
R4
1支
43
22
电阻器
120K、56K
R1、R5
各1支
44
表1
三、超外差式收音机工作原理
1、超外差式收音机电路组成
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。
整机原理方框图如下:
超外差调幅收音机基本原理方框图
2、超外差式收音机工作原理
空间有许许多多电台发送的电磁波,它们都有自己的固定频率,收音机通过天线和由电感线圈和可变电容器组成的谐振电路(称调谐电路)来选择性的接收所需高频信号。
由调谐电路选择出的所需要的电台信号是已调幅的高频信号,并且十分微弱,需要先经过高频小信号放大器进行放大处理,再经过变频器(混频器和本振)将高频信号变为频率为465KHz的中频信号,这是超外差式收音机的核心部分,由于它是调制信号,喇叭无法将这种信号直接还原成声音,因此,必须从高频信号中把音频信号分离出来,这个分离过程称为解调,或检波。
在收音机中,检波是由半导体器件二极管或三极管来完成。
调幅的高频信号经检波还原出音频信号,再经过低频功放然后送往喇叭,喇叭将音频信号还原为声音。
收音机接收天线将广播电台播发的高频的调幅波接收下来,通过变频把外来的各调幅波信号变换成一个低频和高频之间的固定频率—465KHz(中频),然后进行放大,再由检波级检出音频信号,送入低频放大级放大,推动喇叭发声。
而不是把接收天线接收下来的高频调幅波直接放大去检出音频信号(直放式)。
超外差式收音机由输入回路高放混频级、一级中放、二级中放、前置低放兼检波级、低放级和公放级等部分组成,接受频率范围为535KHZ~1605KHZ的中波段。
调幅收音机原理图
四、电路设计过程
根据超外差收音机的原理,我们可以将调幅收音机原理图所示的电路分成以下几个模块:
输入回路、变频回路(包括本振电路、混频电路和选频电路)、中频放大(中放)回路、检波及AGC回路、低放级回路、功放级回路。
4.1输入回路
输入回路
输入电路又称输入调谐回路或选择电路,作用是在天线上接收到的各高频信号中选择出所需要的信号并送到变频级。
输入电路的灵敏度和选择性对整机的灵敏度和选择性有重要影响。
从磁性天线感应的调幅信号送入C1A、C2和L1组成的输入回路进行调谐,选出所需接收的电台信号,通过互感耦合送入变频管T1的基极
4.2变频级回路
变频电路原理图
变频级电路的本振和混频,要求由一只三极管担任(自激式变频电路)。
由于三极管的放大作用和非线形特性,所以可以获得频率变换作用。
可选择“共基调发变压器耦合振荡器”。
按本设计要求,在调幅收音机原理图中
为外来中波信号调幅波,载频为fc(535~1605KHz);ul为本机振荡电压信号(等幅波),fl应为1MHz~2MHz。
两个信号同时在晶体管内混合,通过晶体管的非线性作用产生fl+fc的各次谐波,在通过中频变压器的选频耦合作用,选出频率为fl+fc=465KHz的中频调幅波,如图所示。
混频示意图
选择共基调发振荡电路的原因是该电路对外来信号与本机振荡电路之间的牵连干扰最小,工作稳定,可比共射式获得较高的频率。
它的振荡调谐回路接在发射极与地之间,基极通过C5高频接地,振荡变压器的反馈线圈(L4)接在集极与地之间,如图9所示。
共基调发振荡电路示意图
变频管选择3AG1型能满足要求,其
应该小,静态工作点
的选择不能过大或过小。
大,噪声大;
小,噪声小。
但变频增益是随IC改变的。
典型变频级一般在0.2~1mA之间有一个最大值。
统筹考虑,
设计在0.5mA左右为宜。
本机振荡电压的强弱直接影响到反映管子变频放大能力的跨导,存在着一个最佳本振电压值。
若振荡电压值过小,一旦电池电压下降,就会停振;若过大,在高端会产生寄生振荡,由于管子自给偏压作用,会使管子正常导通时间减少。
本振电压一般选择在100mV左右,由于采取的是共基电路,它的输入电阻低,如果本机振荡调谐回路直接并入,会使调谐回路的品质因素降低,振荡减弱,波形变坏,甚至停振。
为提高振荡电路的性能,L3要采取部分接入的方式,使折合到振荡调谐回路的阻抗增加到
。
L4不能接反,否则变成负反馈,不能起振。
变频级是由一只晶体管T1同时起本振和混频作用的自激式变频电路。
本振回路由L2、C7、C5、C1b组成,它是互感耦合共基调射式的LC振荡电路。
L2抽头是为了减小晶体管的输入阻抗对振荡回路的影响。
本振信号通过耦合电容C4从T1的射极注入,它与输入回路耦合到T1管基极的高频调幅信号在T1管中混频,由集电极调谐回路(中周)选出二者的差频即465kHz的中频信号,然后再将中频信号送入中放电路去放大。
为了提高电路的稳定性,兼顾变频和振荡性能,静态工作电流一般取为0.3~0.4mA。
为了保证在电源电压降低时,本机振荡仍能稳定工作,变频级基极偏置电路采用了相应的稳压措施,即利用两只硅二极管D1、D2进行稳压
4.3中频放大及检波回路
中放级及检波电路原理示意
中放级可采用两极单调谐中频放大。
变频级输出中频调幅波信号由T3次级送到VT2的基极,进行放大,放大后的中频信号再送到VT3的基极,由T5次级输出被放大的信号。
三个中频变压器(T3、T4、T5)都应当准确地调谐在465KHz。
若三个中频变压器的槽路频率参差不齐,不仅灵敏度低,而且选择性差,甚至无法收听。
中频变压器采取降压变压器,其初级线圈L5要采用部分接入方式(道理同本振调谐电路)
这种接法以减少晶体管输出导纳对谐振回路的 影响,初级选取适当的接入系数使晶体管的输出阻抗 与中频变压器阻抗近似匹配,以获得较大的功率增益;中频变压器初、次级变比以各自负载选取,减小负载对谐振回路的影响。
但选择L5的接入系数及压降比时,不仅考虑到选择性,还要兼顾到增益和通频带。
两级工作点的选择要有所区别,由于第一级总是带有自动增益控制电路,该级
的 选取要考虑到在功率增益变化比较急剧处,应选的比较小;但
太小,功率增益也太小,整机性能随着电池电压变化时,稳定性就很差。
综合考虑,对于3AG1型管选为0.4mA左右。
第二级
应考虑充分利用功率增益,则选择功率增益已接近饱和处的
值可选1mA左右。
T5次级送到检波二极管的中频信号被截去了负半周,变成了正半周的调幅脉动信号,再选择合适的电容量,滤掉残余的中频信号,取出音频成分送到低放级经中频放大级放大了的中频信号,由中频变压器送至检波二极管D4进行检波。
检波后的残余中频及高次谐波由C14C13和R8组成的RCπ型滤波电路予以滤除。
音频信号由C15耦合到低放级去放大。
电位器Rw是音量调节电位器兼作电源开关。
检波后的直流成分经R4、C8组成的退耦电路送到T2的基极作为AGC控制之用。
4.4低放级回路
从检波级输出的音频信号,还需要进行放大再送到喇叭。
为了获得较大的增益,前级低频放大通常选用两级。
要求第二级能满足推动末级功率放大器的输入信号强度,要有一定的功率输出,该激励可选择变压器耦合的放大器。
如图11所示。
以上各级静态工作点VE值以电源电压而定,VT1、VT2、VT5的VE可取电源电压的1/5左右。
低放激励原理
T4为低频放大级,接成固定偏置电路,工作电流一般取0.5~1mA范围。
功放输出级为典型的OT电路,由T5、T6和T7等组成。
其中T5为激励级,T6、T7为互补推挽输出级。
R15、R16为激励级T5的偏置电阻;R18使T6、T7两管基极保持固定的电位差,改变R18可改变输出级的静态工作点。
输出级工作电流一般取1.5~5mA范围。
C16为交流负反馈电容,C19为输出电容,C12、R14、C20为电源去耦电路的电容、电阻。
另外,输出级T6、T7的中点电位(3v)可由R16来调节。
4.5功率放大回路
它将前级的信号再加以放大,以达到规定的功率输出,去推动喇叭发声,可选择我们熟悉的OTL电路。
低频放大电路的设计,是根据要求的输出功率、选择的电源电压、喇叭的交流电阻,从后向前进行。
确定输出功率后进行功放管的选择,应通过手册查出功放管主要极限参数。
例:
小功率晶体管3AX31B的极限参数:
PCM≥125mW,ICM≥125mA,BVCEO≥12V。
末级一对功放管的β、
及正向基极—发射级电阻RBE等都要对称(保证误差在20%以内)。
激励级要求输出功率较小,一般甲类放大器能满足要求。
可求出输出级的功率增益,根据所要求的输出功率指标及输入变压器的效率η求出激励级的输出功率,定出交流电压幅值Um及交流电流的幅值Icm,求出变比K及ICQ。
功率放大至低放前级要加入合适的负反馈。
4.6DXP原理图
调幅收音机DXP原理图
五、收音机组装过程
(1)首先根据元器件清单(见表1)清点所有元器件,检查有无缺失现象;目测元件外观,检查有无损坏。
(2)利用色环读出电阻阻值,将正确的电阻归类放好。
在本次课程设计中可以根据色差法对11个电阻进行分类。
具体方法如下:
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
黑
金
银
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
5%
10%
电阻值计算方法:
在实物电阻中,第一二种颜色所对应的数字代表电阻值的前两位数字,最后一种颜色所对应的数字代表电阻值中从第三位开始数,“0”的个数。
(3)测量变压器原边与副边之间的电阻,看有无短路现象。
中频变压器(简称中周)三只为一套,T2为振荡线圈的中周型号为LF10-1(红色),T3为第一级中放用的中周型号为TF10-1(白色),T4为第二级中放的中周型号为TF10-1(黑色)。
这三只中周在出厂前均已调在规定的频率上,装好后只需微调甚至不调,不要乱调。
中周外壳除起屏蔽作用外,还起导线的作用,所以中周外壳必须接地。
(4)正确辨别二极管、三极管和电解电容的极性,归类。
本次课程设计组装的收音机中有两种三极管。
V5,V6为9013属于中功率三极管,V4为9014属于高频小功率三极管,在安装时,一定注意要将元件安在正确的位置,否则装出来的效果不好。
同时,要求电容和三极管管脚的长度要适中,不要剪的太短,也不要留的太长,使它们不要超过中周的高度。
(5)将所有元器件L的漆膜、氧化膜清除干净,检查印制板的铜箔线条是否完好,有无断线及短路,特别要柱意板的边缘是否完好。
在动手焊接前用万用表将各元件测量一下,做到心中有数,安装时先装低矮和耐热的元件(如电阻),然后再装大一点的元件(如中周,变压器),最后装怕热的元件(如三极管)。
步骤:
1按照装配图正确插入元件,其高低、极向应符合图纸规定。
收音机装配图
2焊点要光滑,大小最好不要超出焊盘,不能有虚焊、搭焊、漏焊。
3注意二极管、三极管的极性以及色环电阻的识别。
如附图所示。
4输入(绿或蓝色)、输出(黄色)变压器不能调换位置。
5红中周Tr2插件后外壳应弯脚焊牢,否则会造成卡调谐盘
六、收音机调试过程
在调试之前,应保证收音机工作在无故障状态,若工作不正常,测方法找出原因,排除故障后,才能进一步调试。
通电调试工作大体上包括以下四项:
1、三极管的工作点
调整工作点也就是调整集电极电流。
本机各级集电极电流分别是:
IA=0.3~0.6毫安、IB=1.1~1.5毫安、IC=3.5~5.0毫安、ID=0.5~1毫安(参考值,三极管β的不同,电流将有所变化)。
整机电流在15毫安左右。
调整集电极电流的时候,电流表串入电路中的位置,见电原理图中的×的地方。
调整的元件是各级的偏流电阻。
值得提一下的是,只要晶体管和其他元件符合要求,而且焊接正确,集电极电流,一般不用调整也能满足要求。
调整工作点时,一般要从功放开始,由后级往前级调试。
各级工作点调整完毕后,调节双连电容器一般都能收到广播。
2、调整中频频率
调整中频频率一般叫做调中周。
调中周的目的是把几个中周的谐振频率都调整到固定的中频频率465千赫上。
调中周的工具应该使用塑料螺丝刀,可以用其它塑料自制。
使用金属螺丝刀调整,会引起感应,不容易调整准确。
调中周的时候,先接收一个低端电台的广播,然后先调L4,再调L3,逐个调节中周的磁帽,使扬声器发出的声音达到最响为止。
磁帽调节到某一个位置的时候,声音最响,这个位置就叫做调谐点,再往里旋或者往外旋,声音都会减小。
如果磁帽完全旋入或者旋出都没有找到调谐点,一般是谐振电容的容量不合适,可以换一个电容再重新调整。
有的时候线圈短路、谐振电容击穿等也会造成没有调谐点。
用本地电台调中周以后,最好选择一个外地电台再仔细调调。
这是因为人的耳朵对声音大小的变化在声音微弱的时候,比声音很响的时候敏感得很多。
中周调整完毕后,要用石蜡把各个中周的磁帽封牢,使磁帽的位置不会由于振动而发生变化。
3、调整频率范围
调整频率范围也叫做调覆盖或者叫做对刻度。
它的目的是使双连电容全部旋入到全部旋出,所接收的频率范围恰好是整个中波(535~1600千赫)。
它是通过调整本机震荡线圈2的磁帽和振荡回路的补偿电容达到的。
调整的时候,首先接收一个低端电台的广播,例如中央人民广播电台640千赫(或当地能接收到当地低端的广播电)的节目。
如果指针的位置比640千赫低,说明振荡线圈L2的电感量小了,可以把振荡线圈的磁帽旋进一些,直到指针在640千赫的位置接收到640千赫的电台广播为止;如果指针的位置比640千赫高,说明振荡线圈L2的电感量大了,可把振荡线圈的磁帽旋出一些,直到在640千赫的位置接收到640千赫的电台为止。
然后,再接收一个高端电台的广播,同上调整。
统调
也叫调整灵敏度。
目的是使本机振荡频率与输入回路频率的差值恒为中频465KHZ。
方法:
接收600KHZ的调幅波信号(将信号输出线的非接地端靠近磁性天线,地线接至电池的负极),将刻度盘旋至600KHZ的刻度处,调输入回路的线圈在磁棒上的位置,以改变其电感量,使声音达最大而且不刺耳。
用蜡烛将线圈固定。
接收1500KHZ的调幅波信号(将信号输出线的非接地端靠近磁性天线,地线接至电池的负极),将刻度盘旋至1500KHZ的刻度处,调输入回路的补偿电容(磁可调电容),使声音达最大而且不刺耳。
由于高、低端之间相互影响,反复调整几次。
7、所遇困难及解决措施
1、电路图制作
使用Altium2004进行电路设计的时候,因为对软件的熟悉度不够,一度遇到很多困难。
先是找不到对应的元器件,曾尝试在网上下载元件库,后期因为不到而作罢,迫不得已参考先辈们的图纸将元器件进行替换。
后来在将电路图实现为电路板的制作中遇到麻烦,最主要还是对软件的不熟练操作。
将软件下载到笔记本电脑中,在宿舍进行操作,却不知什么原因软件出现了一定问题,再加上是英文版有些看不懂,所以将操作过程缩减了几步。
2、收音机焊接制作
因为上学期有过一周电路板的焊接的实习周,所以对电路板焊接比较熟悉,稍微操作便能尽快上手,因此在焊接的过程中很顺利。
我觉得在焊接过程中,定要要注意各个电阻的阻值、三极管的放置等问题,很多同学就因为放置反了而功亏一篑。
还要注意焊点,尽量要小而美观,不要缺焊,也不要发现粘连,以免造成短路问题。
虽然以上问题我并没有出现,不过,我也不是顺利成功的,因为对电路图的不了解,因此有几个重要的点少焊了,导致收音机不响,后来在老师的帮助下,收音机终于清晰的收到了频道。
八、课程设计心得
这次的课程设计是一次难得的锻炼机会,让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力,另外还让我们学习查找资料的方法,以及自己处理分析电路,设计电路的能力。
我相信是对我的一个很好的提高。
通过这次课程设计,我还更加深了理论知识的学习。
这些都是我这次设计所用到的知识点,通过这次的设计我巩固了对这些理论性的知识的理解。
同时我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、收音机的工作原理与组成元件的作用等。
这些知识不仅在课堂上有效,对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义,在日常生活中更是有着现实意义。
另外,我觉得我自己也学到了一些方法,例如还有如何利用DXP软件进行电路的设计电路板的制作。
在电路板制作跟收音机的焊接过程中遇到很多问题,不过幸运的是最终得以一一解决,我也明白做事情不只是速度快是不可以的,应该更加仔细,尤其面对如此复杂的电路图时,这样才能保质保量。
我很赞同学校这种利用课程设计来考验我们动手能力和动脑能力的教学方式,这样一方面激发了我们自主学习的兴趣,另一方面也巩固了学习到的理论知识,可以从实践中积累实际的经验,而不是老停留在理论学习的阶段。
当然这次的设计学到的不仅仅是知识,还有如何去查阅资料,如何去完成一份报告书等等。
总之我觉得这样的实践对我们现在的学习以及以后的工作都是很大的帮助,而且对我分析问题的方法也有很大的帮助,使我考虑问题更周到,更全面。
我觉得,最重要的是,我收获了除了知识外同样重要的东西,那就是快乐恨满足。
当我焊接完成之后,当我听见我的收音机传出歌声的那一刻。
我感受到了成功的喜悦!
那种喜悦无以言表,很自豪!
9、电路图及成品(附图)
图1电路图
图2电路板布线图
图3电路板
图4元件焊接完成图
课程设计成绩评定表
学生姓名
王艳红(20133676)
专业班级
通信1301
设计题目
超外差式收音机的设计与实现
指导教师评语及意见:
指导教师评阅成绩:
指导教师签字:
年月日
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