課程設計--二極管雙平衡混頻器，單失諧回路斜率鑒頻器和低頻功率放大器的設計

1、<p><b>　　摘要 </b></p><p>　　在這次設計中，我主要負責二極管雙平衡混頻器，單失諧回路斜率鑒頻器和低頻功率放大器的設計。要求完成各單元電路設計及仿真，利用Multisim開發(fā)軟件完成整機電路設計；通過實際電路方案的分析比較，參數計算，元件選取，仿真測試等意見反饋環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法；了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規(guī)范

2、，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖；掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調試和整機指標測試方法。通過這次課程設計，是學生加強對通信電子線路的理解，掌握文獻資料檢索，設計方案論證比較，以及設計參數計算等能力環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，提高解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化。</p><p>　　關鍵詞：通信

3、調頻 仿真 Multisim</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、 前言1</b></p><p><b>　　二、 設計指標2</b></p><p>　　2.1 工作頻率范圍2</p><p>&l

4、t;b>　　2.2 靈敏度2</b></p><p><b>　　2.3 選擇性2</b></p><p>　　2.4 頻率特性2</p><p>　　2.5 輸出功率2</p><p><b>　　三、 系統(tǒng)總述3</b></p><p>　　四

5、、 單元電路設計與仿真5</p><p>　　4.1 二極管雙平衡混頻器5</p><p>　　4.2單失諧回路斜率鑒頻器6</p><p>　　4.3低頻功率放大器7</p><p>　　4.4高頻諧振放大器電路8</p><p>　　4.5 中頻諧振放大器電路9</p><p>

6、　　4.6本機振蕩器11</p><p>　　五、 整機電路設計圖12</p><p>　　六、 高頻實驗平臺整機聯(lián)調設計指標13</p><p>　　6.1、分級安裝與調試13</p><p>　　6.2、整機聯(lián)調時常見的故障分析13</p><p>　　6.3、調頻接收機實驗步驟13</p>

7、<p>　　七、 設計總結15</p><p>　　八、 參考文獻16</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　近些年信息通信領域中，發(fā)展最快和應用最廣的就是無線通信技術。無線通信的終極目標是實現(xiàn)任何人在任何時間，任何地點接收和發(fā)送任何信息。掌握無線通信系統(tǒng)的各個模塊工作原理是每一個通信技術學習及研究人員

8、的基本要求。在一個完整的無線通信系統(tǒng)中，主要有放大，濾波，調制，發(fā)射，接收，混頻，解調等功能模塊，我們要做的，就是充分理解和掌握這些功能模塊的工作過程，并能夠進行相應的電路設計。</p><p>　　在以后的學習和工作中，免不了需要與各類電路板打交道。因此，除了對無線通信系統(tǒng)原理的理解和掌握之外，我們還必須學會電路板的焊接制作過程，并對電路板進行調試，使它能正常地工作。</p><p>　

9、　本次課設的主要目的是：通過這次課程設計，是學生加強對通信電子線路的理解，掌握文獻資料檢索，設計方案論證比較，以及設計參數計算等能力環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，提高解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化。通過典型電路的設計與仿真，加深學生對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。</p><p>　　本次課設的主要內容和要求有：要求完成各單元電路設計及仿真，利用Multisim

10、開發(fā)軟件完成整機電路設計；通過實際電路方案的分析比較，參數計算，元件選取，仿真測試等意見反饋環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法；了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規(guī)范，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖；掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調試和整機指標測試方法。</p><p><b>　　設計指標 </b&

11、gt;</p><p>　　2.1 工作頻率范圍</p><p>　　接收機可以接收到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發(fā)射機工作頻率相對應。如調頻廣播收音機的頻率范圍為88-108MHz,是因為調頻廣播收音機的工作范圍也為88-108MHz。</p><p><b>　　2.2 靈敏度</b><

12、;/p><p>　　接收機接收微弱信號的能力稱為靈敏度。通常用輸入信號電壓的大小表示，接收的輸入信號越小，靈敏度越高。調頻廣播收音機的靈敏度一般為5-30uV。</p><p><b>　　2.3 選擇性</b></p><p>　　接收機從各種信號和干擾中選出所需信號（抑制不需要的信號）的能力稱為選擇性。單位用dB（分貝）表示，dB數越高，選擇性

13、越好。調頻收音機的中頻干擾應該大于50dB。</p><p><b>　　2.4 頻率特性</b></p><p>　　接收機的頻率響應范圍稱為頻率特性或通頻帶。調頻機的通頻帶一般為200KHz。</p><p><b>　　2.5 輸出功率</b></p><p>　　接收機的負載輸出的最大不失真

14、（或非線性失真系數為給定值時）功率稱為輸出功率。</p><p><b>　　系統(tǒng)總述 </b></p><p><b>　　接收天線</b></p><p>　　圖一 整體原理框圖</p><p>　　一般調頻接收機電路的基本內容包括:高頻小信號放大電路，混頻電路，晶體振蕩器電路，鑒頻電路

15、，低頻功率放大電路，揚聲器或控制器。</p><p>　　一般調頻接收機的組成框圖如圖一所示，其工作原理說明：天線接收到的高頻信號，經輸入調諧回路選頻為f1，再經過高頻放大級進入混頻級。本機振蕩器輸出的另一個高頻f2亦進入混頻級，則混頻級的輸出為含有f1,f2,(f1+f2),(f2-f1)等頻率分量的信號?；祛l級的輸出接調頻回路選出中頻信號（f2-f1）,在經過中頻放大器放大，獲得足夠高增益，然后鑒頻器解調出低

16、頻調制信號，由低頻功放級放大。由于天線接收到的高頻信號經過混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。</p><p>　　在模擬調制中，調頻具有較為優(yōu)越的性能，因此，調頻技術廣泛應用于立體聲廣播、電視伴音、無線麥克風、微波傳輸及衛(wèi)星通信。同樣，完整的調頻通信系統(tǒng)也由發(fā)射機與接收機兩部分組成，與調幅通信系統(tǒng)比較，除了調制與解調的原理方法不同外，其他部分如超外差變頻接收技術、

17、中頻放大電路等基本相同。 </p><p>　　因為頻率調制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構成，而必須根據調頻波的特點，提出具體實現(xiàn)的方法。對于調頻電路的性能指標，一般有以下幾方面的要求：</p><p>　　1．線性的調制特性。即已調波的瞬時頻率變化與調制信號成線性關系。</p><p>　　2.具有較高的調制靈敏度。即單位調制電壓所

18、產生的振蕩頻率偏移要大。</p><p>　　3.最大頻率偏移與調制信號頻率無關。</p><p>　　4.未調制的載波頻率（即已調波的中心頻率）應具有一定的頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　5.無寄生調幅或寄生調幅盡可能小。</p><p>　　實現(xiàn)調頻的方法分為直接調頻和間接調頻兩大類：</p><p>　　直接調

19、頻原理：利用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調制信號變化規(guī)律。要用調制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠實現(xiàn)直接調頻。</p><p>　　1．改變振蕩回路的元件參數實現(xiàn)調頻</p><p>　　在LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振蕩回路的電感L和電

20、容C。在RC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據調頻的特點，用調制信號去控制電感、電容或電阻的數值就能實現(xiàn)調頻。</p><p>　　調頻電路中常用的可控電容元件有變容二極管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場效應管。</p><p>　　2．控制振蕩器的工作狀態(tài)實現(xiàn)調頻</p><p&g

21、t;　　在微波發(fā)射機中，常用速調管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子發(fā)射極 上的發(fā)射極電壓。因此，只需將調制信號加至發(fā)射極即可實現(xiàn)調頻。若載波是由多諧振蕩 器產生的方波，則可用調制信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。 </p><p>　　間接調頻原理：調頻可以通過調相間接實現(xiàn)。通常將這樣的調頻方式稱為間接調頻， 這樣的調頻方式采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩器作為載波振蕩器

22、，然后在它的后級進行調相， 得到的調頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。</p><p>　　圖二 間接調頻原理圖 </p><p><b>　　單元電路設計與仿真</b></p><p>　　4.1 二極管雙平衡混頻器</p><p>　　混頻器：因為中頻比外來信號頻率

23、低且固定不變，中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機的靈敏度。在較低而又固定的中頻上，還可以用較復雜的回路系統(tǒng)或濾波器進行選頻。它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的鄰道選擇性，如果器件僅實現(xiàn)變頻，振蕩信號由其它器件產生則稱之為混頻器。</p><p>　　二極管雙平衡混頻器實現(xiàn)相乘特性，其無用組合分量比晶體二極管混頻器少得多， 而且二極管上限工作頻率高，可達到100GHz,而模擬乘法器的工作頻率

24、受到晶體管上截 止頻率的限制，工作頻率相對要低一些。二極管D1，D2在本振信號的正半周導通，二極管D3，D4在u1的負半周導通，分析原理和二極管雙衡調制器類似。電路圖和仿真效果圖如下：</p><p>　　圖三 二極管雙平衡混頻器電路圖</p><p>　　圖四 二極管雙平衡混頻器仿真效果圖</p><p>　　4.2單失諧回路斜率鑒頻器</p&

25、gt;<p>　　斜率鑒頻器：利用LC諧振混路的諧振特性對不同頻率的信號呈現(xiàn)不同的阻抗，對 調頻波進行調頻-調幅變換，得到調頻-調幅波，得到解調輸出電壓，調頻-調幅變換特性取決于諧振特性曲線的斜率。</p><p>　　單失諧回路斜率鑒頻器：由調頻-調幅變換器和包絡檢波器構成，調頻-調幅變換器是一個單諧振回路（由LC組成），但在這里諧振回路的調諧與一般放大器不同，回路的諧振頻率不是調在輸入信號的中

26、心頻率上，而是高于或低于信號中心頻率，即fo<fc。 電路圖和仿真效果圖如下：</p><p>　　圖五 單失諧回路斜率鑒頻器電路圖</p><p>　　圖六 單失諧回路斜率鑒頻器仿真效果圖</p><p>　　4.3低頻功率放大器</p><p>　　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

27、放大。一般采用三極管放大電路來實現(xiàn)這一功能。</p><p>　　低頻放大電路工作原理：功率放大器和電壓放大器是有區(qū)別的，電壓放大器的主要任務是把微弱的電壓信號進行放大，一般輸入和輸出的電流都比較小，用于增強電壓或電流的幅度，是小信號放大器。它消耗能量少，信號失真小，輸出信號的功率小。功率放大器的主要任務是輸出大的信號功率，它的輸入、輸出電壓和電流都較大，是大信號放大器。它消耗能量多，信號容易失真，輸出信號的功率

28、大。這就決定了一個性能良好的功率放大器應滿足下列幾點基本要求：</p><p>　　（1）具有足夠大的輸出功率。為了得到足夠大的輸出功率，功率管工作時的電壓和電流應盡可能接近極限參數。</p><p>　　（2）效率要高。功率放大器是利用晶體管的電流控制作用，把電源的直流功率轉換成交流信號功率輸出，由于晶體管有一定的內阻，所以它會有一定的功率損耗。我們把負載獲得的功率Po與電源提供的功率P

29、E之比定義為功率放大電路的轉換效率η，用公式表示為：η＝Po/Pe×100% 顯然，功率放大電路的轉換效率越好。電路圖和仿真效果圖如下：</p><p>　　圖七 低頻功率放大器電路圖</p><p>　　圖八 低頻功率放大器仿真效果圖</p><p>　　4.4高頻諧振放大器電路</p><p>　　高頻小信號放大器是各類

30、無線電接收機的組成部分。其主要功能是放大來自天線上的微弱信號，使它達到足夠的功率電平，以提高接收機的靈敏度。在這里的天線信號由Multisim中的調幅源代替，其調幅幅度為0.1mV,載頻為10MHz，調制頻率為1KHz，經諧振放大后幅度可達到40mV。在實際中電路中，高頻小信號要同步諧振于天線接收到的信號，在這里接收到的信號為10MHz，根據公式計算出L、C的值分別為6.5uH和39pF。</p><p>　　高

31、頻小信號放大器特點:放大高頻小信號的放大器。</p><p>　　高頻小信號放大器的主要質量指標： </p><p><b>　　通頻帶：</b></p><p>　　放大器的總通頻帶隨著放大級數的增加而變窄，并且通頻帶越寬，放大器的增益就 越小，兩者是相矛盾的。</p><p><b>　　選擇性

32、：</b></p><p>　　從各種不同頻率信號的總和（有用的和有害的）中選出有用信號，抑制干擾信號能力稱為放大器的選擇性。選擇性常采用矩形系數和抑制比來表示。</p><p><b>　　工作穩(wěn)定性：</b></p><p>　　指放大器的工作狀態(tài)(直流偏置)、晶體管參數、電路元件參數等發(fā)生可能的變化時，放大器的主要特性的穩(wěn)定。

33、</p><p>　　電路圖和仿真效果圖如下：</p><p>　　圖九 高頻諧振放大器電路 </p><p>　　圖十 高頻諧振放大器電路仿真效果圖 </p><p>　　4.5 中頻諧振放大器電路</p><p>　　中頻放大器功能是將混頻的輸

34、出信號進行電壓放大，以滿足鑒頻器的輸入信號幅度要求。中頻諧振放大器的主要作用是提高增益和抑制臨近干擾。中頻放大電路是指變頻輸出至檢波之間的電路，其性能直接影響接收機的靈敏度，選擇性和頻率特性等指標。一般的接收機都采用兩級中頻放大、三個中頻變壓器和中頻放大電路同時作用時選頻。放大中頻信號和耦合傳送信號對中頻放大電路的要求是：增益大，選擇性好，有一定寬度的中頻帶，放大電路的穩(wěn)定性要好等。本電路采用三極管諧振放大器。</p>&

35、lt;p><b>　　參數設置：</b></p><p>　　中頻放大中的LC振蕩回路的參數選擇是由 決定的。</p><p>　　靜態(tài)工作點的計算： 。</p><p>　　由頻率公式根據公式f=465KHz，可取C1=56pF,取L1=4µH。</

36、p><p>　　圖十一 中頻諧振放大器電路圖 </p><p>　　圖十二 中頻諧振放大器電路仿真效果圖</p><p><b>　　4.6本機振蕩器</b></p><p>　　本機振蕩器：超外差接收機中，對不同接收頻率都產生高一個中頻的射頻的振蕩器。被接收信號與射頻振蕩在變頻器中進行頻率變換，產生調

37、幅中頻。中頻一般為465千赫，為跟蹤調諧，采用連軸的雙連電容器實現(xiàn)統(tǒng)調。電路圖和仿真效果圖如下：</p><p>　　圖十三 本機振蕩器電路圖 </p><p>　　圖 4.6.1 本機振蕩器電路圖</p><p>　　圖十四 本機振蕩器仿真效果圖</p><p>　　整機電路設計圖 </p><p>

38、　　高頻實驗平臺整機聯(lián)調設計指標 </p><p>　　6.1、分級安裝與調試</p><p>　　電路的調試應先調整靜態(tài)工作點,然后進行性能指標的調整,調試的順序是先分級調試,然后從前級單元電路開始,向后逐級聯(lián)調。</p><p>　　在調輸入回路和高頻放大器的調諧回路時,要注意測試儀表不能接入被調試級的調諧回路.當信號從 A點輸入(見總電路圖)調輸入回路的時,測

39、量儀表應接在B點或C點,調第一級高頻放大電路的時,測量儀表應接在D和E點.調整高頻調諧回路時,前后級會相互影響,因此應前后級反復調整。</p><p>　　6.2、整機聯(lián)調時常見的故障分析</p><p>　　調試合格的單元電路在整機聯(lián)調時往往會出現(xiàn)達不到指標的現(xiàn)象,產生的原因可能是單級調試時沒有接負載,或是所接負載與實際電路中的負載不等效,或是整機的聯(lián)調時又引入了新的分布參數.因此整機調

40、試時需仔細分析故障的原因.</p><p>　　整機聯(lián)調時常見的故障有:</p><p>　　① 高頻放大級與解調級相聯(lián)時增益不夠,產生的原因可能是解調器輸入阻抗引起第三級高頻放大電路的調諧回路失諧,可重新調整第三級調諧回路,使回路調諧.</p><p>　?、?當接收機接收發(fā)射機發(fā)出的信號時,可能會出現(xiàn)無音頻輸出的現(xiàn)象.產生的原因可能是本振信號與接收信號之間的頻率

41、誤差較大.可校正接收機與發(fā)射機的本振頻率,使二者的頻率差小于30HZ.</p><p>　　6.3、調頻接收機實驗步驟</p><p>　　由于，接收端的小信號調諧放大器采用調諧回路諧振放大器模塊，其諧振頻率為6.3MHZ左右。收到的信號經調諧放大器放大后，直接送往鑒頻器進行鑒頻，鑒頻器采用斜率鑒頻與相位鑒頻模塊，經鑒頻后得到與發(fā)端相一致的音頻信號，然后送到低頻放大部分進行放大，最后通過揚

42、聲器發(fā)出聲音。該低頻放大可采用實驗箱底板低頻信號源部分的功率放大器。因此，實驗步驟如下：</p><p>　　1.按原理圖，插好所需模塊，用鉚孔線將各模塊輸入輸出連接好，接通各模塊電源。</p><p>　　2.將變容二極管調頻器的載頻調到為6.3MHZ左右，低頻信號源設置為1KHZ正弦波。</p><p>　　3.將高頻功率放大與發(fā)射實驗模塊中的開關11K01，1

43、1K03撥向左側，11K02往上撥，并將天線拉好。</p><p>　　4.將調諧回路諧振放大器的天線拉好，將斜率鑒頻與相位鑒頻模塊中的開關13K03撥向相位鑒頻或斜率鑒頻。</p><p>　　5.此時揚聲器中應能聽到音頻信號的聲音，如果聽不到聲音或者失真，可微調變容二極管調頻器的頻率，以及調整調諧回路諧振放大器和鑒頻器的電位器。</p><p>　　6.用示波器

44、測試個模塊輸入輸出波形，并調整各模塊可調元件，使輸出達最佳狀態(tài)。</p><p>　　7.示波器波形顯示如下： </p><p>　　圖十五 調諧放大器2TP02 6.3Hz 圖十六 中頻放大器1TP02 2.5MHz</p><p>　　圖十七 二極管放大器10TP04 500Hz</p><p>&

45、lt;b>　　設計總結</b></p><p>　　通過這次對調頻接收機的設計，讓我了解了設計電路的過程，也讓我了解了關于調頻接收機的原理與設計理念。實際接線中有著各種各樣的條件制約，不可能與理想情況完全一致。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。</p><p>　　以前我們只是純粹的進行枯燥的理論計算與學習，很少有機會拿個真正的課題來練手，通過這次

46、課程設計，我們正好找到了個可以實踐的契機，因此，我們大家也都為此努力準備著。</p><p>　　在這次設計中，我主要負責二極管雙平衡混頻器，單失諧回路斜率鑒頻器和低頻功率放大器的設計。在對電路進行仿真過程中出現(xiàn)了各種各樣的問題，主要問題如下:仿真參數設置不合理而導致仿真軟件不能夠對電路進行仿真計算；高頻放大器部分由一個高頻小信號放大器構成，再仿真過程中，由于參數設置問題和元件選擇問題，是得輸出沒有波形。解決方案

47、即調節(jié)可調電阻和可調電容的值，設置正確的晶體管直流工作電壓。</p><p>　　這次的課程設計，不僅讓我對高頻的教材理論知識有了一個系統(tǒng)全面的認識，而且也使我們在團結合作中找到了學習的樂趣，這次課程設計的最大價值不僅僅只是對課內知識的鞏固與提高，更主要的是培養(yǎng)了我們新一代大學生的團隊合作精神，讓我們能夠在一個團隊力量下更加有效率地完成一個學習設計任務，也讓我們在與團隊成員相處中變得有更加默契了。</p&g

48、t;<p>　　在本次設計中，印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。在電路設計過程中，花費時間最多的是系統(tǒng)各部分原理，還有電路的細節(jié)設計。在設計過程中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，提高了我們排查問題的能力。通過這次課程設計，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。</p><p>　　在此，我也要

49、感謝我們的課設指導老師**老師，**老師，謝謝他們在前兩星期里對我們全體學生的辛苦指導，在我們遇到難題的時候，不僅給我們指出出錯點，也給我們提出大量的改良方案。同時也感謝同組的所有成員，由于大家良好的合作關系，才能順利地做好了這次的課程設計。雖然我在這次的課程設計中，還有許多不足之處，但是在以后的日子里，我會抓緊時間學習專業(yè)知識，彌補不足之處。</p><p><b>　　參考文獻 </b>

50、;</p><p>　　[1] 侯麗敏.《通信電子線路》.清華大學出版社.北京.2008</p><p>　　[2] 樊昌信，曹麗娜.《通信原理》.國防工業(yè)出版社.北京.2010</p><p>　　[3] 曾興文.《高頻電子線路》.高等教育出版社.2003</p><p>　　[4] 楊翠娥.《高頻電子線路實驗與課程設計》.哈爾濱工程大學出

51、版社.2005</p><p>　　[5] 曾興雯.劉乃安.《高頻電路原理與分析》.西安電子科技大學出版社.2006.7</p><p>　　[6] 謝自美.《電子線路設計、實驗、測試 》.華中理工大學出版社</p><p>　　[7] 康華光.《電子技術基礎-模擬部分（第四版）[M].》.高等教育出版社</p><p>　　[8] 錢聰.《