超外差式调频(FM)收音机(硬件部分)资料

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二 〇 一 六 年 一 月

课程设计报告

题 目：超外差式调频（FM ）收音机（硬件部分） 学生姓名：

学 院：信息工程学院 系 别：电子系 班 级：电子13-1 指导教师：杨玉兰

目录

第一部分调频收音机原理及电路组成 (1)

一、调频收音机原理 (1)

1频率调制 (1)

2 调频收音机原理 (2)

二、调频收音机电路组成 (2)

三、调频收音机主要芯片 (3)

（一）调频高频/混频电路TA7358AP (3)

（二）中频放大器MC1350 (4)

（三）运算放大器TL082 (7)

（四）乘法器MC1496 (8)

（五）音频功放LM386 (9)

第二部分调频收音机的个单元电路设计与电路功能验证 (11)

一、高频及混频电路设计与电路功能验证 (11)

（一）高频及混频电路 (11)

（二）混频数据及数据结果分析 (12)

二、中频放大电路设计与电路功能验证 (13)

（一）中频放大电路 (13)

（二）中放数据及数据结果分析 (14)

三、鉴频及低频放大电路设计与电路功能验证 (14)

（一）鉴频及低频放大电路设计 (14)

（二）鉴频及低放数据及数据结果分析 (15)

第三部分单元电路级联与收音机效果验收 (16)

一、收音机效果验收 (16)

三、课程设计体会及建议 (16)

第一部分 调频收音机原理及电路组成

一、调频收音机原理 1频率调制

调频（FM ）是用音频信号去调制高频载波的频率，使高频载波的瞬时频率随调制信号而有规律的变化，载波的幅度保持不变。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM 表示。

设调制信号为：t Ω=ΩΩcos U )t (U m 载波信号为：t C C C ωcos U )t (U =

调频时，载波电压振幅度Ucm 不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化，即为：）

（t t U K t C C C C ωωωω?+=+=Ω)()(f 式中C ω为载波角频率，又称为调频波中心频率；

f K 为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。其值由调频电

路决定，单位是弧度/秒·伏（rad/s ·v ）；

)()(f t U K t C Ω=?ω为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。 调频后载波瞬时相位也会产生变化，其瞬时相位为

())

()()(00t t dt t U k t dt t t c t

t f c ?Φ+=+==Φ??Ωωωω

式中，ωct 为未调频时载波相位；

()dt t U

K t t

f

)(0

?Ω

=?Φ为调频后，瞬时相位相对于t c ω的相位偏移。

调频波的数字表示式为

()]

)(cos[0dt t U K t U t U t

f c FM ?Ω+=ω

根据上式可画出调频波的波形图，如图一所示。

图一 调频

从调频波形可见，调频波振幅保持不变。调频波的频率跟随信号的变化规律

而改变。即当调制信号幅度最大时，调频波最密，频率最大；而当调制信号负的绝对值最大

时，调频波最稀疏，频率最低。

调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号，使用频率约为87MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。

2 调频收音机原理

收音机的原理是把从天线接受到的高频信号，经检波还原成音频信号，送到扬声器变成音波。是把接收到的电台高频信号，用一个变频级电路将它转化为频率固定的中频信号，然后再对这个中频信号进行多级放大，再检波，低放。由于不同频率的无线电波用途较广、接受的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好，所以当要选择所需的电台并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，所以在我们收听广播时，使用选台按钮。由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中放的增益可以做的较大，工作较稳定，通频带特性也可做的理想、这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号,所以中频调谐放大电路可以做到选择性好、增益高又不易自激。这样灵敏度和选择性都可大幅度改善，而且可使整个波段接受灵敏度均匀。

二、调频收音机电路组成

超外差式FM收音机原理框图如图二所示：收音机通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。

FM广播：88—108M

98.7—118.7M

图二FM收音机原理框图

要求：阐述调频收音机的工作过程，画出各阶段信号的波形及频谱图。（高频、中频、低频）

三、调频收音机主要芯片

（一）调频高频/混频电路TA7358AP

1.TA7358芯片简介

TA7358在超外差式调频（FM）收音机中做调频段高放/混频电路。其性能、参数如下：

单列直插9脚封装;

工作电压=1.6～6V,最大值=8V;

电源电流=5.2mA,静态电流=5.2mA;

允许功耗=500mW;

本停振电压=0.9V;

本振电压=150～350mV;

限幅灵敏度=3～7dBu;

变频增益=31dB,工作温度=-20～70℃,贮存温度=-55～125℃。

2.TA7358内部电路分析

1)内部框图（英文）

图1.3.1 TA7358内部框图（英文）

2)内部框图（中文）

图1.3.2 TA7358内部框图（中文）

3)内部电路

图a 图b

图c

4)管脚用途分析

①为射频输入、②外接旁路电容接地、③为射频输出、④为混频输入、⑤接地、⑥为混频输出、⑦和⑧外接本地振荡，使得图c构成电容三点式、⑨接VCC

（二）中频放大器MC1350

1.MC1350芯片简介

The MC1350 is an integrated circuit featuring wide range AGC for use as an IF amplifier in radio and TV over an operating temperature range of 0? to +75?C.

Power Gain: 50 dB Typ at 45 MHZ 50 dB Typ at 58 MHZ

AGC Range: 60 dB Min, DC to 45 MHz

Nearly Constant Input & Output Admittance over the Entire AGC Range

Y21 Constant ( ±3.0 dB) to 90 MHz

Low Reverse Transfer Admittance: < < 1.0 μmho Typ

12 V Operation, Single±Polarity Power Supply

mc1350是集成电路具有宽范围AGC作为中频放大器在广播和电视在0 操作温度范围为±75 C.

?功率增益：在45兆赫，50分贝典型在58兆赫，50分贝典型

增益范围：60分贝时，直流到45 MHz

几乎恒定的输入和输出在整个AGC范围导纳

Y21常数（±3分贝）90兆赫

低的反向转移导纳：<< 1 姆欧型

12伏操作，单电源供电

2.MC1350内部电路分析

1)内部电路

图1.3.3 MC1350内部电路

2)管脚分析

①接电源VCC、②接电源VCC、④和⑥为信号输入、⑤为增益输入、⑦接地、⑧做输出

Q1、Q2管是为Q3、Q4、Q5、Q6提供静态工作点，并且静态工作点小，放大倍数小。两个二极管构成稳压管，使得三极管基极有稳定电压，从而与 2.8K、

200、200、2.8K一起为Q7、Q8提供静态工作点

3)外围电路连接及分析

图1.3.4 MC1350外围电路

相关参数：

The input amplifiers (Q1 and Q2) operate at constant emitter currents so that input impedance remains independent of AGC action. Input signals may be applied single±ended or differentially (for ac) with identical results. Terminals 4 and 6 may be driven from a transformer, but a dc path from either terminal to ground is not permitted.

输入放大器（Q1和Q2）在恒定的发射极电流，输入阻抗是独立的AGC动作操作。输入信号可应用于单端或差分（交流）相同的结果。端口4和6可由变压器驱动，但不允许从端子到地面的直流路径。

AGC action occurs as a result of an increasing voltage on the base of Q4 and Q5 causing these transistors to conduct more heavily thereby shunting signal current from the interstage amplifiers Q3 and Q6. The output amplifiers are supplied from an active current source to maintain constant quiescent bias thereby holding output admittance nearly constant. Collector voltage for the output amplifier must be supplied through a center±tapped tuning coil to Pins 1 and 8. The 12 V supply (V+) at Pin 2 may be used for this purpose,AGC Amplifier Section Input Amplifier Section Bias Supplies Output Amplifier Section separate 15 V supply (V+ +) is used, because the base voltage on the output amplifier varies with AGC bias.

AGC动作发生的结果，对造成这些晶体管Q4和Q5进行更多从而调车信号电流从中间级放大器Q3和基地，提高电压Q6。输出放大器提供从一个积极的电流源，以保持恒定的静态偏置，从而保持输出导纳几乎恒定。输出放大器的集电极电压必须通过一个中心±抽头调谐线圈引脚1和8提供。在12伏的电源（伏）在引脚2可用于此目的，但输出导纳保持更接近恒定的，如果独立的15V电源（V + +）的使用因为在输出放大器的基极电压与AGC偏压的变化。

（三）运算放大器TL082

1.TL082简介

TL082是一种通用的J-FET双运算放大器，其特点有：较低的输入偏置电压和偏移电流；输出没有短路保护；输出级具有较高的输入阻抗；内建频率补偿电路；较高的压摆率。最大的工作电压：Vcc=18

V。

2.TL082内部电路及分析

1)引脚图

2)内部电路

图1.3.5 TL082内部电路图

（四）乘法器MC1496

1.MC1496简介

集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件，在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管或三极管要简单，而且性能优越。

2.MC1496内部电路及分析

1)内部电路

MC1496的内部结构

图1.3.6 MC1496内部电路图以及引脚图

2)电路分析

MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图

1.3.6(a)(b)所示。其中VT1、VT2 与VT3、VT4 组成双差分放大器，VT5、VT6 组成的单差分放大

器用以激励VT1~VT4。VT7、VT8 及其偏置电路组成差分放大器VT5、VT6 的恒流源。

引脚8 与10 接输入电压UX，1 与4 接另一输入电压Uy，输出电压U0 从引脚6 与12

输出。引脚2 与3 外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈，以

扩展输入电压Uy 的线性动态范围。引脚14 为负电源端（双电源供电时）或接地端

（单电源供电使），引脚5 外接电阻R5。用来调节偏置电流I5 及镜像电流I0 的值。

（五）音频功放LM386

1.LM386简介

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增

益调为任意值,直至200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。

2.LM386内部电路及分析

1)内部电路

2)电路分析

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。

第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。查LM386的datasheet，电源电压4-12V或

5-18V(LM386N-4)；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200dB；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。尽管LM386的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，

一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。

第二部分调频收音机的个单元电路设计与电路功能验证一、高频及混频电路设计与电路功能验证

（一）高频及混频电路

1)电路设计

图2.1.1 高频及混频电路

2)电路分析及相关参数计算

信号从①端输入③输出经LC选频后再经过④端输入到TA7358里面，与⑧端输入的本地振荡信号进行混频，由⑦端输出。其中本地振荡电路是由C19、CC3、L3等效成一个变阻电感与图C构成电容三点式（如图2.1.3所示）使之发生振荡，并通过TP3观察本地振荡信号的变化，其中N1在电路中是为了方便示波器观察而进行的放大作用。变压器与陶瓷晶振配合使得脉冲信号更加精准。从TP7处即可看到混频后输出的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧。其频率约为10.7MHz。

图2.1.2 示波器测混频输出波形

图2.1.2 本地振荡等效电路（二）混频数据及数据结果分析

表1 混频电路实测数据表

由数据分析可知本地振幅最大的时候其频率为108.7MHz，而声音最大的时候在本地振荡为100MHz，究其原因，分析如下：

为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压V S和本振电压V L外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。

干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。

二、中频放大电路设计与电路功能验证

（一）中频放大电路

1.电路设计

图2.2.1 中频放大电路

2.电路分析

信号从TP2输入，经陶瓷晶振滤波后从④端输入，⑤端为增益输入，经MC1350进行中频放大后从⑧端输出，在TP5处可以观察到波形。

（二）中放数据及数据结果分析

表2 中放电路实测数据表(MHz

10

f7.

根据数据可选出最佳中频输出幅度为45~95mv之间。

三、鉴频及低频放大电路设计与电路功能验证

（一）鉴频及低频放大电路设计

1.电路设计

图2.3.1 鉴频电路

图2.1.1 低频放大电路图

2.电路分析

中放后的信号从TP1出输入，其走向为一端输入至MC1496的10端，一端经过移相90度后从MC1496的1端输入，其鉴频输出端为12端，12端后接了一个滤波电路和放大电路，是对鉴频后的信号进行进一步的加工处理。其C11是为了滤除高频信号，C12形成一个反馈网络，主要是使得TL082输出的中频信号反馈回去，以此循环，这样TL082的7端得到的就是低频的音频信号了。再通过放大从TP5输出。

TP5输出的低频音频信号又在低频放大电路图中的TP6处输入，W1为音量调节旋钮。通过LM386进行低放，从5端输出，TP8处为最终的声波，这就是我们收到的台。

（二）鉴频及低放数据及数据结果分析

经过实际测量，我们找出在100mv射频时能找到音量最佳时候的输出振幅为142mv，此时算出的耳机的功率为0.63mw（实验时耳机选用的是手机配置耳机，阻值约16Ω）

第三部分单元电路级联与收音机效果验收

一、收音机效果验收

表4 收音机收台结果

三、课程设计体会及建议

这次课程设计的任务需要综合运用“高频电子线路”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计选取电路和元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。在这次课程设计中，学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中发现自己并不能很好的熟练去使用所学到的数电知识。在以后学习中要加强对使用电路的设计和选用能力。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，可以掌握高频电子线路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的际本领，为以后毕业设计和从事高频电子线路实验实际工作打下基础。在设计的过程中我遇到很多困难，例如资料的翻译，编辑好的文档没有及时保存，以至于从头再来，浪费了很多时间。但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会多一点经验，就会少出一些类似问题。在两个星期的课程设计之后，我觉得不仅实际动手能力有所提高，更重要的是懂得设计流程，从开始设计思路，到实现，到纠正完善，再到最后设计论文的撰写，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决问题的能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。本次课程设计没有要求制作电路板并且对其进行调试，但我相信要是调试的话也一定回去的满意的效果。

我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于通信工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会通信专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。