超外差接收机解调部分的设计

超外差接收机解调部分的设计 第 1 页 超外差接收机解调部分的设计 摘要： 本设计目的是超外差接收机解调部分的设计，该设计主要分为三部分，即混频器设计、中频放大器设计、包络检波三个部分，混频器部分由模拟相乘器和带通滤波器组成，将接收到的高频调幅波和本机振荡变为频率为465KHz的中频信号。中频放大部分采用单管小信号调谐放大器，对中频信号进行放大，以达到二极管包络检波的幅度要求。包络检波部分由二极管包络检波完成。对这几部分设计完成后，通过Multisim软件仿真，基本上完成了设计的任务。 关键字：混频器；中频放大器；二极管包络检波；超外差接收机 一.概述 该设计任务是设计一个超外差接收机的解调电路，其中被解调信号先经过混频变成中频信号，然后通过包络检波电路进行解调。系统的结构框图如图1所示。

图1 超外差接收机的系统结构电路框图 相关技术指标如下： ① 本地振荡器可以使用高频信号源代替，输出信号频率为1000KHz，幅值为500mV的正弦波。② 调幅波信号由信号发生器产生，输出信号载波为535KHz正弦波，调幅度为0.5，调制信号为1KHz的正弦波。③ 设计混频器能够很好的输出465kHz的中频信号，且不失真。④ 中频放大器要有选频放大的作用，其输出信号载波幅值U>0.2V，信号不能失真。⑤ 包络检波部分采用二极管包络检波器检波。 超外差接收机与一般高放式收音机相比，有很大的优越性，超外差接收机有整机灵敏度大、选择性显著提高、稳定性较高等优点，因此应用非常广泛，所以该课题具有很大的实用价值。该课题涉及知识范围较广，涉及到高频电子电路的许多重点内容，通过这次课程设计能够学到高频电子电路的诸多方面，如：调幅波的调制解调、混频放大、检波等。对于我们对知识的综合应用和掌握有很好的

调幅波信号混频器中频放大器包络

检波

本地振荡器

低频

信号 超外差接收机解调部分的设计

第 2 页 帮助，能更好的指导我们今后的学习，能让我们认识到理论与实际的联系。 二.工作原理说明 超外差式收音机的主要特点是有频率变换过程，能将接收到的高频信号变为统一的465KHz的中频信号，从而可以采用固定调谐的中频放大器。天线接收到的高频调幅信号，经过调谐回路和选择，送入变频级的混频器。本机振荡电路则总是跟踪着接收的信号，产生一个和高频调幅波频率差为固定频率的等幅振荡信号，这个信号也送入混频器。混频器可以采用三极管混频、二极管混频、模拟相乘器混频等多种方法，这里考虑到设计时间短和软件仿真等问题，采用模拟相乘器混频，混频输出一个465KHz的中频调幅信号，然后将此调幅信号输入中频放大器，中频放大部分采用单管小信号调谐放大器，将放大后的信号再通过二极管的包络检波即可得到调制信号。综上，确定此设计的原理框图如图2所示。

图2 系统结构原理框图 三.电路工作原理及设计说明 1、混频器电路 一般超外差接收机都需要根据实际运用，需要进行1、2次频率变换，将高频信号变为中频信号，因为直接放大高频信号的高频放大器不易制作，且容易产生自激振荡。变频器主要由混频器和本机振荡组成，这里混频器采用模拟相乘器，实际电路可使用MC1596模拟相乘器，因为最终使用软件仿真且Multisim中没有MC1596，所以采用三端口的理想模拟相乘器代替，如果在模拟相乘器的输入端输入不同频率的两个信号，在输出端将产生一个和频信号和一个差频信号，然后通过一个带通滤波器选出其差频信号。原理框图如图3所示。

调幅波信号 混频器 低频信号 本地振荡器 包络检波 中频放大器 超外差接收机解调部分的设计

第 3 页 图3 混频电路的基本框图 带通滤波器选用RLC串联谐振电路，如图4所示。

图4 RLC串联谐振电路 RLC串联谐振电路的转移电压比为：

2

222221(1)uUwRCAUwLCwRC

上式表明当

01wwLC

时，uA达最大值，当w高于或低于0w时uA将下降，因而RLC串联谐振电路可以作为带通滤波器使用。又根据通频带的定义可得： RBWL

因为需要滤出465KHz的中频，所以谐振频率为465KHz，又因为其和频超过1MHz，选取通频带为200KHz，从而确定参数L=234uF，C=500Pf，R=50。综上，混频器的电路原理图如图5所示。

本振信号 带通滤波器 本机振荡 模拟相乘器 射频信号输入 中频信号输出 超外差接收机解调部分的设计

第 4 页 图5 混频器电路原理图 2、中频放大器电路 中频放大器的主要作用是将混频器中输出的465KHz的中频信号进行选频放大，使其幅度达到二极管包络检波的要求。这里采用三极管调谐放大器，混频后的中频信号从基极输入，在集电极加选频网路进行选频放大。选频网路采用电感部分接入的LC并联谐振回路，其谐振频率为465KHz，因为谐振频率

LCf210

可令C=1nF，由

LCf210 KHZff4650

得 uHCfL1.117101)10465(14.341419232202

因为43LLL，可令3L= 100 uH , 4L=17.1 uH。为保证品质因数取R6=420K，R6=2K。由此可求得品质因数Q、BW。 因为 43417.10.146117.1LLpLL

2'

5520.02193.8LRRpK

'65//76.7RRRK

所以 6076.722423.14465117.110RQWL

 超外差接收机解调部分的设计 第 5 页 04652224fBWKHzQ

由上式可知该选频网路的选频效果不错。对三极管Q1进行有效偏置，实际仿真时使用万用表测量beU 和ceU，调整R2、R3的值，保证三极管工作在放大状态，L2为高频扼流圈，作用是防止交流流入直流电源，C3、C2、C5为旁路电容，作用是隔直流、通交流。中频放大器电路原理图如图6所示。

图6 中频放大器电路 3、二极管包络检波电路 对于标准调幅波，由于其包迹形状和调制信号形状相同，故可采用提取包迹的方法以实现检波。二极管包迹检波是一种应用十分广泛，而且工作频率高的电路，而且电路简单，易于实现。本设计的检波电路就是采用二极管包络检波，当然也可以采用平均值检波和相乘检波等电路。对于二极管包络检波电路，因为二极管只是在输入信号正半周的峰值附近一部分时间导电，在二极管导电期间，电容被充电，其点电位逐渐升高；在二极管截止期间，电容对电阻放电，电容上电位逐渐下降。于是在电阻和电容的两端形成锯齿状波形。 对于二极管包络检波的一个重要问题就是防止失真，产生失真的来源主要有三种：（1）二极管伏安特性非线性引起的失真；（2）检波负载时间常数过大引起的惰性失真；（3）检波负载交、直流值不同造成的平底切削失真。 超外差接收机解调部分的设计 第 6 页 对于二极管伏安特性非线性引起的失真，可以给二极管加一个微小的正向偏压，使它的静态工作点处于导通点附近，从而减少二极管导通电压不为零造成的失真。任何瞬间都不产生惰性失真的条件为：

a2amm-1RC

因为 5.0am，sradf301028.6100014.322 ，

所以 33210276.01028.65.05.01RC 取 R9=R=1KΩ,C9=C=200nF。 任何瞬间都不产生削底失真的条件为：

直交R

R

am

因为 5.0am，交R=R9//R10, 直R=R9。 所以取 R9=1KΩ,R10=2KΩ,C7=2uF。 具体电路原理图如图7所示。

图7 二极管包络检波电路图 四.电路性能指标测试 对于混频器电路的测试，要求设计混频器能够很好的输出465kHz的中频信号，且不失真。通过运行仿真软件可以得到如图8所示的混频器输出波形，经过频谱分析仪测试可知输出信号频率约为465kHz，基本上完成了设计要求的技术指标。 超外差接收机解调部分的设计 第 7 页 图8 混频器输出波形 图9 混频器输出信号的频谱分析仪 对于中频放大器输出信号的测试，根据设计要求，中频放大器要有选频放大的作用，其输出信号载波幅值U>0.2V，信号不能失真。其输出信号经示波器测得的输出波形如图10所示，载波幅值约为1.4V，经频率计测得频率约等于465KHZ，如图11所示，基本上完成了设计要求的技术指标。 超外差接收机解调部分的设计 第 8 页 图10 中频放大器的输出波形 图11 中频放大器输出信号的频率 对于二极管包络检波的测试，因为是包络检波，所以输出的波形应该和输入调幅信号的包络一致，从而获得低频调制信号。通过示波器测量其输入输出两种信号的波形如图12所示。由图可知其输出波形基本为输入信号的包络，满足课程设计要求的技术指标。