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检波电路:将信号解调出来,转化为声音信号。 功率放大器:放大声音信号,提高输出声音的音质。 2.接收到的信号在调幅调频接收机中的变化过程:
无线电波先是被接收天线接收到,有的时候收音机也不需要天线,对于现在比较古老的磁棒线圈收音机可以用磁棒线圈当作接收天线,效果没有接收天线好,但是也可以使用。无线电波被接收到之后,经过选频网络也就是所说的调谐电路选择出收音机所需要的频率。得到这个信号之后就把输入信号输入前端高频放大电路,使接收到的信号达到后续电路所需要的要求。信号放大之后就可以进行接下来的处理,直接输入到混频器中,前面已经讲过超外差式收音机的特点主要在于混频器可以产生出一个中频信号。这个中频信号是通过电路本身的自激振荡电路和输入信号所产生的,自激振荡信号和输入信号在混频器中频率相减就得到了中频信号。得到中频信号后,前面的处理就基本完成,只需要将这个中频信号输入到中频放大器中就行放大,达到后面电路所需要的要求。就可以输入到检波电路中进行检波得到原始的声音信号,但是这个信号的强度并不够大,再通过功率放大器就完成了整个信号的处理,在通过电信号推动扬声器发声,这样收音机就可以工作了[12]。 3. 调频调幅收音机的一些比较:
(1) 调频收音机的调谐器不同于调幅收音机的简单调谐回路,通常比调幅收音机多设有高频放大电路。它由输入回路、高频放大电路、混频电路与本振电路组成。 (2) 两者的在超外差式收音机电路中中频也是不同的,调频收音机变频后的中频频率比调幅收音机大很多是他的几十倍为10.7MHz,而调幅收音机因为传播的载波频率只有几百到一千多Hz,所以变频后的中频频率为465kHz。虽然频率不一样,但是两者电路形式基本相同。
(3) 调频波因为频率比较大比较稳定,所以频率上面干扰影响很小。干扰主要表现为幅度干扰。为了克服和避免这种干扰,调频收音机中在中放电路后通常会设有限幅电路,用来切除幅度干扰。这是调幅收音机没有的,也是不能有的,因为调幅的本质就是利用幅度的变化来传递消息,幅度不能被改变。
(4) 两者在检波电路上面也有区别,调幅收音机因为调制过程比较简单,所以检波电路也非常简单一般用检波二极管就能行,采用的是包络检波电路,以进行幅度解调。但是调频收音机就不同,接收的是调频波,要想从中解调出音频信号,就不能使用简单的包络检波,需采用频率解调电路,即鉴频电路,也可以现将调频波通过电路转化为调幅波就可以使用包络检波电路。
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2.2 调幅调频广播的特点
2.2.1 调幅波的特点
调幅是一种调制方法,它是把音频信号加载在载波上面,保持载波频率不变,使载波传输信号的振幅或者相位按照所需传送信号的变化规律而变化[13]。调幅的应用范围很广,特别在有线电通信或无线电通信中应用很广泛,在广播中应用最甚。调幅是使载波高频信号的振幅或相位随传输信号改变而改变的调制(AM)方式。其中,高频载波信号的振幅或者相位随着调制信号的某种特定的变换规律而发生变化。例如,0或1分别对应于无相位改变或有相位改变,图像信号的处理使用的就是调幅信号,比如家用电视的所需要的图像信号就是使用调幅方式。
平时通常所说的中波一般指的就是调幅波,范围在530到1600kHz。调幅信号是利用声音的高低变为用特定的规则转化为传输信号幅度的变化的电信号,通过无线电或者有线电发送[14]。调幅波的优点是传输距离较远,在很大范围都可以接收到信号,这点相比调频波就有很大优势,调频的服务半径就要相比调幅波小。但是调幅信号的质量并不是特别好容易受到天气因素影响,在大风大雨或者雷电的天气信号传输质量会削弱很多,调幅接收机接收到的信号质量不好,调幅波适合省际电台的广播。调幅方式在早期的使用中广泛的应用于VHF频段的移动通信电台,但是由于调幅技术的在传播上面的限制,调幅波的信道容易衰落会使模拟调幅产生新的附加调幅等于加入了噪声影响,就造成了原始传播信号的失真。而且因为信号的衰落不稳定,在传输的过程中容易被其他接收器就收,所以也很容易被窃听,许多需要保密的信息无法使用调幅波传输,目前已很少采用[15]。调幅目前只能在简单通信不需要很强保密信息的设备中还有采用,如收音机中的AM收音机波段就是使用的调幅波,但是相比于FM波段的音质相比就会相差许多,因为FM方式的稳定性会相对高上许多。
2.1.2 调频波的特点
调频相对于调幅技术又是通信技术的一大突破,是在对于调幅技术的更大改进。调频是频率调制方式的简称[16]。调频是和调幅差别不大,调频保持幅度和相位不变使传输信号的载波的瞬时频率根据所需传递信号的特定变化规律(比如正弦变化)而变化的调制方法。频率调制是一种使受调信号波瞬时频率随调制信号而改变的调制方法。可以使用调频器电路来实现这种调制方法,由于调频拥有比调幅更加稳定的性能,调频的应用范围更加广泛,广泛用于调频广播、锁相电路、微波通信、锁相电路、电视伴音和扫频仪等方面。调频器的基本要求比调幅器更加苛刻,需要是调频频移大、调频特性好、寄生调幅小的性能[17]。
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调频波是由频率调制方法产生的无线电波,其基本特征与调幅波想相似,但有本质区别,他是载波的振荡幅度和相位保持不变,瞬时振荡频率随调制信号的变化规律而改变。调频(FM),就是保持高频载波的相位和幅度不变是高频载波频率不是一个常数,是跟着调制信号的变化规律而变化,在一定范围内变化的调制方式。使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波信号频率变化的大小和范围是根据调制信号的大小和变化规律来决定的,目标信号的变化的周期是由调制信号的频率决定。已调波的振幅在整个调制过程中是保持不变。而调频波信号的波形,由于信源和载波的叠加变得就像是个被压缩得不均匀的弹簧。
调幅和调频虽说原理差不多,但是也有许多差别,两相比较起来,调频相对于调幅有许多优点,如下:
1. 调频具有更强的抗干扰能力,所以噪声相对于比较低
(1)使用调频的电台,各电台间干扰少。调频广播使用的是视距广播在不同频率上都有细致的区分,因此各电台间不容易干扰到对方,所以相互干扰大大减少。
(2)调频波抗干扰能力强,所以信号的稳定性就好,因而易克服干扰所引起的幅度变化,信号不容易产生幅度失真。在现实社会中,调幅很容易受到干扰,因为在一般的工业、家用电器中,内部干扰无法避免调幅方式受到影响比较明显,而且外界也会对调幅波形成很大的英雄。所以,这种干扰对调幅接收机来说很难克服,而调频接收机则不一样,因为内部电路针对这一情况有更好的设计,它里面含有一个限幅器,限幅器的作用就是能够切除这种幅度干扰,这可以使得调频接收机受到的干扰大大降低,使得信噪比较高,接收到的信号转换之后不易出现噪声。
2. 调频具有更宽的频带、音质也更加好
频带的宽度是由这两种调制方式所决定的,调频频率更大,也拥有更宽的带宽可以得到更高的信息传输效率。音质的好坏取决于两种方式对信号的放大作用,调幅广播和调频广播为了区分不同的电台,把电台能使用的广播频率范围划分为不同的小段,目前中波调幅广播的频率比较小,所以规定频道间隔为9kHz。再考虑到选择性使人们可以清楚地分辨出不同电台,中频通频带不能超过频道间隔也不能过小,所以只能限制在9kHz以内。因为最高频率不能超过频道间隔太多,这就致使放声的最高频率最多只能在4到7kHz,所以,比较高的声音频率分量难以重新恢复出来,不能保证音质。
调频广播电台在这点上就比调幅广播有很大优势。间隔规定为200kHz,单声道调频通频带为180kHz,立体声通频带为198kHz。因此,放音频率范围可达20到15000kHz,这就可以实现高质量的声音广播。对于同一个调频—调幅收音机,即使在低放及节目相同情况下,因为上述原因调频广播也比调幅广播的收听效果好很多。
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2.3 超外差式收音机
本次课题所采用的收音机设计方式是超外差式接收机,因为超外差式接收机相比直接式接收机有许多优点。效果更佳良好,性能更佳稳定,有更好的音质,能够更具体的更清晰的重现发射的声音。直接式接收机只能使用在设备条件特别受限制的情况下,用来接收信号。现在的收音广播,基本都是使用的超外差式接收机。
直接放大式接收机顾名思义就是相当简易的直接对接收到的信号进行处理,所以电路简单,容易成功与实现。直接放大式接收机的一种典型例子就是超再生接收机,它是利用正反馈原理,把经过放大了的信息回馈到输入端,再放大、循环。但是你在收听到所处理完成的声音时,你会发觉它的性能并不十分满意。受制于具体电路的影响,这种收音机能收到的电台不多。特点是电路简单,一般只用1到4只晶体管和一些电容电阻就可以安装完成。所以易于安装和调试,因而成本比较低。但它的灵敏度低,选择性不太好,无法接收到更多的电台。
根据通信原理和通信电路的知识,可以很容易的看出直放式接受机的灵敏度和选择性比较差的原因是什么。由通信原理的知识知道,收音机的灵敏度,受高频放大的级数的影响,高频放大级数越高接收机灵敏度越高,或者说增加总的高放增益就能提高直接式的灵敏度。可是,问题不能只看一方面,在增加高放增益的同时又会引进新的问题。高放放大变大就会导致高频增益过高。后级输出信号产生的电磁场在实际器材之中不能保证不泄露,只要有一点点泄露,然后被前级电路接收到,就会引起自激
[18]
。显然频率越高,电路中的能量就越高,后级电路的辐射电磁波的能力就越强,越调频调幅接收机的选择性也是很重要的。不管是调幅还是调频选择性都是依靠调
容易产生自激从而影响电路工作,最终导致高频放大级的工作就越不容易稳定。 谐回路中的LC震荡电路来完成的。因为LC电路越多选择性就越好。改进直接式接收机的选择性问题不能采用多加入几个LC震荡电路的方式。在改进的同时也要注意会不会引进新的问题。增加了LC回路,但是在每次选台调谐时,每一个回路都要进行调整,整体的协调性很难满足,这使得工作很难进行,所以直接式收音机很难满足现实需要。这就有了超外差式收音机的出现。
超外差接收是在直接接受的不足上改进出来的,特点在于不论接收什么频率的信
号,首先都把这个频率变换成某一特定的频率,这样就方便了后期的处理。为了提高接收机的稳定性减小干扰,把这个频率选得相对低一些,在通信中通常把它称为“中频” ,调幅收音机的中频就被规定为465kHz。
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第3章 调频调幅接收机的电路
3.1 调频头电路
3.1.1 调频头电路的设计
调频调幅接收机的的调频头电路又多个电路部分组成。分别从天线开始,然后是调谐回路、高频放大器、混频电路、其中混频电路又包含了本振电路,由这些电路共同组成了调频调幅接收机的调频头电路[19]。调频头电路是调频调幅接收机的前端电路,对收到的无线电波进行预处理,使信号变得够强够稳定易于后面的处理,并且将信号高频信号转变为中频信号,让各种频率的信号都能符合后续电路的要求。能选择出需要的有效信号,将调幅信号变为465kHz的信号,将调频信号转变为10.7MHz的信号输入至中频放大器。
1.下面图3-1是调频头电路的组成:
图3-1 调频头电路的组成框图
调频头电路是调频调幅接收机的前端电路,后续电路要处理好接收到的信号,调频头电路有着必不可少的作用。而且调频头电路处于电路的位置也相当的敏感,工作在整个调频调幅接收机电路中工作频率最高而且信号最微弱的部位。作用是选择出所需要接受的信号并且转化频率。所以是决定整机选择性、灵敏度的关键部件。因此,对调频头电路的电路结构、元器件质量及工艺要都要认真对待,必须做到严格要求。才能符合设计的性能要求。 2.调频头电路的性能要求如下:
(1)要有良好的选择性,调频调幅接收机的最基本的最核心的功能就是接受到需要接受的信息,选择性至关重要。调频头电路的作用一开始就是选择出所要接听的电台的信号并把它区分出来。而且在选择完成之后还需要能对其它电台的信号及干扰