高频电路设计与制作实训论文-调频接收机.doc

（高频电路设计与制作） 实训论文说明书 题 目： 调频接收机调频接收机 院 （系）： 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 12 月 28 日 桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 1 页 共 2 页 摘 要 收音机的发明人类自从发现能利用电波传递信息以来，就不断研究出不同的方法 来增加通信的可靠性、通信的距离、设备的微型化、省电化、轻巧化等。接收信息所 用的接收机，俗称收音机。本设计主要利用集成电路 CXA1691BM 搭接成接收机电路， CXA1691BM 是一个单芯片 FM / AM 收音 IC 专为无线收录机。由索尼公司主生产。使 用它来制作收音机可以实现通信的可靠性、通信的距离、设备的微型化、省电化、轻 巧化等。CXA1691BM 是一块适用于单声道便携式或手掌式超小型调频收音机的专用 电路，它采用先进的工艺制造，采用 SOP-28 封装，尺寸小；应用时外围元件少，成本 低。其外接变容二极管作为调谐器件，在外围元件的数量、尺寸及成本上变得很重要 时，可优先选用该电路。由 CXA1691BM 构成 FM 接收机具有电路简单、调试方便、 性能稳定和价格低廉等优点。 关键词：集成块 CXA1691BM；调频，变容二极管 桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 2 页 共 2 页 Abstract The invention of radio can use human since the discovery of radio transmission of information, will continue to work out a different approach to increase the reliability of communication, communication distance, equipment miniaturization, power saving, light etc Receiver for receiving information, commonly known as the radio. This design mainly uses integrated circuit CXA1691BM overlapped into a receiver circuit, CXA1691BM is a suitable mono portable or palm FM radio for the circuit, it adopts the advanced manufacturing technology, using SOP-28 package, small size; when applied to less peripheral elements, low cost. An external variable capacitance diode as a tuning device, in the peripheral components of the number, size and cost becomes very important, but preferred the circuit. Consisting of CXA1691BM FM receiver has the advantages of simple circuit, convenient adjustment, stable performance and low price. Key words：Integrated circuit CXA1691BM; FM;Variable capacitance diode 桂林电子科技大学实训（论文）报告用纸 第 1 页 共 1 页 目 录 引言.1 1 无线电接收概论.1 1.1 无线电广播与接收概述1 1.2 无线电广播系统组成及基本过程.1 2 收音芯片 CXA1691BM.2 2.1 CXA1691BM 芯片特点2 2.2 CXA1691BM 芯片功能2 2.3 CXA1691BM 芯片异定值、温度与工作条件3 3. 调频接收机的工作原理.3 3.1 调频接收机的组成.3 3.2 限幅电路的作用.4 3.3 鉴频器的工作原理.4 3.4 对混频电路的主要要求4 3.5 调频接收机的主要技术指标5 4 原理分析和理论计算6 4.1 调频信号的分析6 4.2 超外差收音机的干扰7 4.3 调频收音机的常识7 5 系统调试.8 6 结论8 谢 辞.9 参考文献10 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 11 页 引言 随着电子技术的发展，人们也对电子产品的需求越来越大，要求也越来越高。许 多电子产品中都用到了高频电子的知识。高频电子技术也愈显重要。本次实训我做的 主要是调频接收机，也就是我们日常生活中常说的收音机。下面分成几个小点来一一 介绍收音机的组成以及工作原理。 1 无线电接收概论 无线电广播是利用无线电波向广大接收者播送声音节目的通信过程，属于无线电 通信范畴。 1.1 无线电广播与接收概述 无线电广播是利用无线电波向广大接收者播送声音节目的通信过程，属于无线电 通信范畴。广播电台为了把声音信号传递出去，发射的电磁波必须带有音频信号。音 频信号是通过一个调制器把各种声音信号加以处理而来的。它的频率很低，如人声的 频率大约在 300 赫3000 赫，音乐频率大体在 50 赫15000 赫，这样的频率是传送不 出去的，必须再把低频信号加在高频电磁波里，这样的过程叫做调制，未调制的高频 电磁波叫载波。音频信号必须与载波结合起来，才能把声音信号传送到远方。人们收 听广播电台的广播节目时，就是接收到载有低频信号的电磁波。调制的方法有两种： 一种是调幅(AM)，使载波的振幅随着音频信号的大小而变化。一种是调频(FM)，使载 波的频率随着音频信号而变化，并保持振幅不变。调频通常只应用于超短波以上的波 段范围，调频波的接收只限于离无线电发射较近距离内，调频具有抗干扰性能好，传 送信号保真度高的优点。 1.2 无线电广播系统组成及基本过程 无线电广播系统主要由发送系统和接收系统两部分组成。无线电广播的基本过程 是信号的”发送接收过程。在发送端，将需要传播的信息，如声音、文字，图像等低 频信号，转换成电信号后,经调制器”调制”在高频载波上，然后由发射机通过发射天 线辐射到空中去，并以无线电电磁波的形式进行远距离传播。在接收端，这些已调制 的高频无线电波被接收机天线接收下来，经过”解调”和一系列处理后，获复成原来 的低频信息。接收机是一种从天线接收并解调无线电信号的电子设备，主要用于声音， 图像定位信息等。 ''收音机''和''无线电接收机''一般特别指只接收和播放声音的接收机， 尽管其他的象电视机技术也是无线电接收设备。 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 11 页 1.3 无线电波的波段划分 无线电波是波长比较长的一种电磁波，它在电磁波谱中所占的范围比广。 无线电波可用波长和频率来表示。习惯上，中、长波一般用频率来表示，短波、超 短波一般用波长来表示。 1.4.调频波的理论基础 根据将声音信息调制在无线电波上的方式的不同，无线电波又分为调频波与调幅 波两大类：调频波的英文简称为 FM，我国按国际标准规定的调频广播的频率范围为 87 兆赫兹至 108 兆赫兹之间。调幅波的英文简称是 AM，按照使用频率范围的不同又可分 为中波、短波、长波，相对应的英文简称为 MW、SW、LW。中波的频率范围，我国按国 际标准定为 526.5 千赫兹至 1606.5 千赫兹。短波的频率范围为 2.0 兆赫兹至 26.1 兆 赫兹之间。长波的频率范围为 150 千赫兹至 284 千赫兹之间，随着广播事业的发展， 长波因其固有的缺点已不太被使用了，我国一直未使用长波广播。调频波和调幅波相 反，它的幅度始终保持不变，而频率却随着声频信号而变化。 2 收音芯片 CXA1691BM CXA1691BM 是一个单芯片 FM / AM 收音 IC 专为无线收录机。由索尼公司主生 产。 2.1 CXA1691BM 芯片特点 低消耗电流（VCC= 3V） For FM：ID= 5.8mA（典型） For AM：ID= 4.7mA（典型） 内置调频/调幅选择开关。 大的 AF 放大器输出。 VCC= 6 伏，EIAJ 输出=500 毫瓦（典型值） 负载阻抗 8 欧。 2.2 CXA1691BM 芯片功能 1、RF 放大器，混频器和振荡器（其中包括亚足联可变电容器） 。 2、IF 放大器 3、正交检测 4、优化的 LED 驱动器 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 11 页 5、AM 一节 6、RF 放大器，混频器和振荡器（RF AGC） 7、中频放大器（带有中频 AGC） 8、检测器 9、优化的 LED 驱动器 10、自动对焦节 11、电子音量控制 12、调频静音 13、双极单片集成电路 2.3 CXA1691BM 芯片异定值、温度与工作条件 1、绝对最大额定值（Ta =25） 2、电源电压 VCC14 V 3、工作温度 Topr-10 至+60° C 4、存储温度 Tstg-50 至+125° C 5、 允许功率耗散 6、CXA1691BM：PD 700 毫瓦。 7、CXA1691BM：电源电压 VCC2 至 7.5 V 3. 调频接收机的工作原理 3.1 调频接收机的组成 与调幅接收机相比，调频接收机除了包含有本机振荡器、混频器、中频放大器外， 还包括限幅器，并且鉴频器代替了线性检波器。其中鉴频器是关键部件。因为调频波 是用短波传输的，所以高频放大和本机振荡的频率很高。有因为调频信号的频率变化 很大，一般最大可达 150-200KHZ，所以中频就要比调幅收音机的高得多，一般中频都 采用 5-11MHZ，我国现在一般电视接收机伴音中频就是 6.5MHZ，调频收音机收到调频 波后，经过混频和中放，送到限幅器和鉴频器。鉴频器输出的音频信号加到低频放大 器放大，推动扬声器发出声音。 3.2 限幅电路的作用 调频广播的主要优点之一就是噪声小，抗干扰性强，因而接收质量高。这是因为 噪声干扰一般都是调制载波振幅的形式，叠加在所传送的信号上，使调幅接收机中混 杂着噪声成分。在调频接收机的情况下，载波的振幅大小并不包含有用的信号所以就 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 11 页 得用限幅的方法把调频波中由噪声产生的调幅分量完全消除后，再送到鉴频器去。起 着这种调幅分量作用的电路，叫着限幅器。限幅电路除了能有效地抑制干扰外，还有 一个作用就是保持输出信号的幅度稳定不变，如果输入信号的振幅高于某些=一规定值 时，由于限幅作用，它的输出信号幅度也不会发生改变。 3.3 鉴频器的工作原理 鉴频器又称检波器，它的任务就是从调幅波中检出原调制信号。一般要分两步进 行。第一步先将等幅的调频波改变成振幅随频率变化的调幅波，使其幅度变化的规律 和频率变化规律相同，也就是和调制信号的变化规律相同。第二步再用振幅检波器除 去载波，最后得到音频信号。 3.4 对混频电路的主要要求 本设计共设置了四个独立按键，两个按键是分别控制两片单片机的复位按键 1.信号失真要小 一般希望混频电路只对信号的载波频率进行变换，而对信号包络或信号角度的变 化尽可能的维持原状，这样才能保证原调幅波或调频波的不失真传输。 2.噪声系数要小 噪声系数 Nf 是衡量信号通过本级时，信号噪声比降低了多少的一项技术指标。噪 声系数越大，说明信号噪声比降低得越多，噪声系数随本级产生噪声的增加而增大， 随本级增益的提高而降低。 混频级位于接收机的前端，输入信号比较微弱，电路本身又工作在非线性状态， 所以它所产生的噪声对整机的总噪声和总增益影响很大。 混频电路的噪声主要是非线性器件产生的所以应选用低噪声晶体管，选择合理的 工作点及本机振荡电压，并应兼顾到本级噪声降低和增益提高两个方面。 3.混频增益要大 混频增益的定义是中频输出电压的振幅 Vzm 与高频输入电压振幅 Vsm 之比，即 Kvc=Vzm/VsmKvc 大，意味着输入同样的高频信号可获得较大的中频信号电压和信号功 率，不但提高了接收机的灵敏度和整机增益，而且有效地降低了机内噪声的影响。采 用混频跨导高的非线性元件，选择合理的工作点以及本振和高频信号的电压，输入、 输出尽量匹配，都有利于提高混频增益。 4.选择性要好 在保证信号所需通频带的前提下，混频电路抑制各种不需要的频率分量的干扰， 要求输出选频网络（带通滤波器）有较好的选择性，即希望有较为理想的幅频特性， 它的矩形系数尽可能接近于 1。 5.频率覆盖应足够宽和准确 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 11 页 混频电路能够进行频率变换的高频输入信号的频率范围，叫做它的频率覆盖。显 然，中频频率确定后，混频电路的频率覆盖取决于本级振荡电路的频率覆盖。如果频 率覆盖不够宽或覆盖范围不准确，就会丢失应该变换的高频信号，在超外差式收音机 中，表现为收不到波段内的频率偏高或偏低的电台。 6.本振频率要足够稳定 混频电路的带通滤波器的带宽是根据需要调定的，一般都不留裕量，当本振频率 发生漂移时就会使本振信号与高频信号差额成分的一部分超出滤波器通频带的范围， 使中频信号减小并出现失真。当本振频率漂移严重时，差额成分有可能全部移出滤波 器的通带范围，以至得不到中频信号。所以，对本机振荡电路的频率稳定度提出了较 高的要求。 7.本振与高频输入信号间的相互影响要小 在混频电路中，输入高频信号和本振等幅信号的电路引线都接在非线性器件的输 入端，两者间不可避免地存在着一定的电磁耦合。如果耦合较强，高频输入信号耦合 到本振回路中就会引起本振频率的变化，造成选择高频信号时调谐困难，即所谓频率 牵引现象。若本振信号耦合到高频信号回路中，不但不会压低本振电压，还可能出现 向空间反发射。为此，应尽量减小这种相互影响。 8.前后级匹配要好 混频电路与前后级匹配不好，不但会降低混频增益和信噪比，而且会使不能吸收 的功率来回反射，造成信号失真。反射现象反映在电视机荧光屏上就会出现重影。 3.5 调频接收机的主要技术指标 1. 工作频率范围 接收机可以接收到的无线电波的频率范围为接收机的工作频率 范围或波段覆盖。接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应，如调频广播收 音机的频率范围为（88-108）MHZ，是因为调频广播发射机的工作频率范围也为（88- -108）MHZ。 2. 灵敏度 接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小 来表示，接收的输入信号越小，灵敏度就越高，调频广播收音机的灵敏度一般是（2- 30）uV。 3. 选择性 接收机从各种信号和干扰信号中选出所需信号（或减小不需要的信 号）的能力称为选择性，单位用 dB（分贝）表示，dB 数越高，选择性越好。一般调幅 收音机频偏+-10KHZ 的选择性应大于 20dB，调频收音机的中频干扰比应大于 50dB。 4. 频率特性 接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。调频机的通频带 一般为 20KHZ。 5. 输出功率 接收机的负载上获得的最大不失真（或非线性失真系数为给定值 时）功率称为输出功率。 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 11 页 4 原理分析和理论计算 4.1 调频信号的分析 1、调频信号的一般表达式为： Ufm (t) = U cos (t) 式中 U 是 FM 波的振幅，(t) 是 FM 信号的瞬时相位； 且 (t) c t + Kf U(t)dt 其中 c FM 波的中心角频率，即载波频率 Kf FM 波的调频灵敏度 U(t) 调制信号 2、调频信号的带宽： B 2 ( m + 1 ) F 其中 m 是调频指数 ， F 是调制信号的频率 3、调频信号的解调： 调频信号的解调就是利用鉴频器从调频波 Ufm (t)中恢复出原调制信号 U(t)的 过程。鉴频器的类型和种类很多，有振幅鉴频器，相位鉴频器，比例鉴频器，正交鉴 频器。SONY 的 CXA1019S 则采用正交鉴频的方法，所谓正交鉴频即将输入 FM 信号经移 相网络后生成与原 FM 信号正交的参考信号电压，它与输入 FM 信号电压同时加入乘法 器，乘法器输出再经过低通滤波器滤波后，便可还原原调制信号。 4、调频制中的噪声门限效应： 实际上，信道内存在噪声和干扰是不可避免的，它们在经过前级带通滤波器后， 与有用信号一起加至解调器，这使解调器输出端除了有用的 FM 信号外，必然伴随有干 扰和噪声。这将影响信号传输的质量，在严重的情况下，有用信号甚至完全淹没在噪 声中，而无法进行调频信号的接收4。这个一定的数值的输入信噪比，就是所谓门限 值。当输入 Si /Ni 低于这个门限值时所发生的现象叫做调频信号解调时的门限效应。 4.2 超外差收音机的干扰 本题采用超外差式 FM 收音机,这种方式能使收音机的性能得到改善,但同时混频器 又会给收音机带来干扰问题。理想情况下,混频器的输出只有输入信号 Fc 与本地振荡的 频率 Fl 混出的中频分量 Fc-Fl 或 Fl-Fc,而实际中还有其它的许多频率分量也会经混频器 输出,这就有可能产生下面的干扰: (1).信号与本振的自身组合干扰. 当采用本振频率 f l 高于信号频率 f c 时， 即 f l f cf i 时有公式: 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 11 页 (p,q 是非负整数) 当 Fc/Fl(或者说变频比)一定时,并能找到合适的 p,q 就会形成干扰,而阶数越小,干扰 越严重(p+q1).在接收频带一定的情况下,提高中频可以减小这种干扰的数目和阶数. (2).外来干扰与本振的组合干扰. 这一类干扰主要有中频干扰,镜像干扰及其它副波道干扰.中频干扰是一阶干扰， 但因 10.7MHZ 难通过本电路的前端电路，因此其影响可忽略不计。影响本设计的主要 是镜像干扰.镜像干扰是二阶干扰。对于 FlFc 的电路,当外来干扰频率 Fj= Fl+Fi 时,Uj 与 Ul 共同作用在混频器的输入端,也会产生差频 Fj-Fl=Fi,从而会在接收机输出端听到 干扰电台的声音. 同理，对于 Fl88MHz 其它工作频率上的镜像干扰。 5 调试 刚开始知道这个实训不用自己设计原理图和画 PCB，连电路板都是现成给出的，并 qp p f f l c 1 icilj fffff2 ilj fff2 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 11 页 且板上标有元件规格时，我就认为这是我们做过的最没有难度的实训了。但是，在接 下来的原理理解，元件焊接以及电路板调试的过程中，出现了很多细节上需要注意但 是自己又大意的地方。 在元件焊接时，我们要注意以下几点：(l)清查元器件的质量,并及时更换不合格 的元件，特别是芯片，我们实训的很多芯片都是损坏的；(2)确定元件的安装方式,对 照电路图核实电路板，注意二极管电解电容的正负极，辨清三极管的管脚；(3)在电路 板上，若元件的焊盘靠的比较近，则应将元器件弯曲成形,采用立式插装,以便于焊接， 如三极管；(4)各焊点加热时间及用锡量要适当,防止虚焊、错焊、短路。耳机插座、 三极管等焊接时要快,以免烫坏；(5)悍后剪去多余引脚,检查所有焊点,并对照电路图 仔细检查,并确认无误后方可通电。 电路焊完后就开始调试了。高频电路由于受分布参数及各种耦合与干扰的影响， 其稳定性比起低频电路来要差些，因此调试工作比较复，特别是整机调试，需要细致 耐心，前后级多次反复调整，直到满足技术指标要求。切记不要急燥，更不能盲目地 更改参数，否则事半功半，达不到预期效果。 收台时，调节电感 L2，当出现电台时，如果输出设备声音小，可以调节 R1 来调节 输出音量；如果电台有杂音，则可调节回路中的电感来进行微调或者调节选频回路提 高精度。电路中有一 LED 二极管，此为调谐指示灯，接收到的信号与本振谐振时，即 收到电台时，LED 亮，反之则不亮。将输出设备，即耳麦、音箱及其他硬件，与电路输 出接口相连，则可收到电台。如果看到 LED 灯发亮，却没有任何声音，那么很可能， 可调电阻 R1 被调至最小，R1 为音量输出调节电阻。在调试中我也常常因为没有弄清楚 原理图而胡乱调试，导致忙了很久而没有得到想要的效果，后来去弄清楚原理后才发 现，原来调出电台这么容易的。而且在调试的过程中还发现，当你将金属物体靠近可 调电感时，电台会变得清晰，移开金属物体后，电台又变得模糊，我猜想可能是可调 电感的圈数不够导致的，不知道如果在电感上加上一个金属物体会怎么样。因为在调 试的时候经常发生这样的情况，当刀片放在上面的时候，可以收到很清晰的电台，当 把刀片移开后就没有那么清晰了。在实验室调试的时候我调试到大约 8 个台，清晰度 跟我们平时考试时候用的收音机有的一比。在实训过程中，通过选取元件、确定电路 形式、以及计算等等，提高我们的动手能力，同时通过调试来发现自己的错误并分析 及排除这些故障，使我们对小功率放大器的知识得到了加深。 6 结论 通过对调频收音机的制作与调试，能更加清楚的认识高频电子在我们日常生活中 的重要性，同时复习了自己的高频电子线路的知识，使自己的知识更加扎实。同时还 大致了解了芯片CXA1691BM的功能及其特点。本设计虽然已经成功实现基本的收音功能， 但是还是存在很多的不足，例如，本设计在调试时不方便，想要有跟多跟清晰的波段 必须调节两个可变电容，甚至还需调节电感，多个方面的调试使其使用起来变得更加 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 11 页 复杂。如果技术水平足够高，还可对本设计进行进一步的完善，使之能更完善。这也 让我认识到我知识的缺陷，还得不断的学习，接收更多新知识，以使自己不断进步， 技术更上一层楼。 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 11 页 谢 辞 经过一个多星期的资料收集与查询，又经过几天的总体构思，在脑中对收音机设 计有了一个总体的框架，对其工作的流程图也有一个基本的结构，最后结合参考资料， 结合自己对高频电子技术知识的认识，又经过两天对电路的调试找错，最后终于完成 了本次实训内容。看着自己亲自通过自己动手制作的收音机，心里是很欣慰的，因为 我从这次实训学到了很多，例如面对问题要保持细心冷静，特别是在调试找错这一块， 要找出问题的原因一定要有一个冷静的头脑，否则很难发现问题所在。另外我还认识 到与他人合作的重要性，虚心向别人学习，吸取别人调试的经验。 在本次实训中，胡机秀老师和班立新老师认真指导我们实训。虽然对某些高频电 子线路的知识还不是很熟悉。但是在胡老师和班老师及同学们的帮助下，我开始慢慢 熟悉了电路的工作过程，并能自己找出问题所在。而且胡老师和班老师严谨的态度， 认真对待每一个同学的实训，以及在我的困难时期给我的帮助和理解，我感激不尽， 且受益匪浅。在此，我要对胡老师、班老师以及帮助过我的同学们表达最真挚的感谢。 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 11 页 参考文献 1 康华光，电子技术基础。北京：高等教育出版社，1999 2 尹雪飞，陈克安.集成电路速查大全。西安：西安电子科技大学出版社，1997 3 高泽溪，无线电技术导论。北京：北京航空航天大学出版社，2004 4 杨刚、周群，电子系统设计与实践。北京：电子工业出版社，2004 5 刘光，张玉兴.天线应用射频微波电路设计。北京：电子工业出版社，2004 6 唐素荣等编写组，无线电爱好者读本。北京：人民邮电出版社 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 11 页 附录 1 CXA1691BM 的引脚功能视图