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信号有效地加以抑制,这样才能拥有更好地选择性。对于调频调幅接收机来说最要注意的就是镜频干扰和中频干扰,对于这种干扰必须靠调频头来抑制。因为干扰信号一旦进入中频放大级以后,中频滤波器是无能为力的,在放大有效信号的同时也放大了噪声信号,输出的声音就不是很理想。
(2)噪声系数要小,一个调频调幅接收机或者说一个收音机好坏的标准往往音质是一个关键的因素。调频头电路处在收音机的最前端,如果能在调频头电路处降低噪声(采用低噪声元件和降低线路本身噪声等措施)这就会基本的消除噪声的影响,如果在调频头处没能抑制住噪声,经过后续的几级放大电路噪声信号会变得越来越大,音质会很难令人满意,甚至全是噪音。所以在调频头出降噪使收音机的噪声功率大大下降,噪声系数大大减小,扬声器可发出没有任何杂音的“干净”的声音,使接收机的性能大大的提高。
(3)线性要好,动态范围大,增益适当,无线电波传播的频率范围很大,虽然分配到收音广播的频率范围只是很小一部分,但也是相当大,并且收音广播接收到的都是高频信号。所以调频头电路要有很好的线性工作状态才能在任何情况下稳定工作,而且还要能够承受大信号的较大的工作范围才能满足无线电波的较大频率范围,同时还要有适当的增益使信号放大的更清晰更适合处理。
(4)本振辐射要小,本振信号对于超外差式接收机是至关重要的,能和输入信号一起在混频器中转化出中频信号。但是也可视为一种干扰源,若控制不善就会向外辐射,发射的信号就成为了干扰信号对接收机造成干扰。为此,本机振荡的参数要选择适当不要设置的过强,而且要减小波形的失真,现在一般比较好的做法就是对本振部分加屏蔽,接两条屏蔽线就能完成。
3.1.2 选频网络
1. 电路设计 :
选频网络是调频调幅接收机的最前端电路,组成相当简单,仅仅是使用一个LC振荡回路。在选频网络上,调幅和调频的区别就在于接受的频率范围不一样,所以只需要设置的参数不同。它的电路如图3-2如下:
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图3-2 LC并联网络
LC谐振回路虽然电路简单但是却是通信电路中使用的最多的无源网络。LC谐振回路有许多特点,它的幅频特性和相频特性,不仅可以用来选频,即在接收到的无线电波输入信号中选择出有用的频率分量而且还需要抑制掉无用的频率分量或者噪声干扰,比如在小信号谐振放大器、谐振功率放大器和正弦波振荡器中。而且LC振荡还能进行信号的频幅变换和相频变换。例如,在斜率鉴频器和相位鉴频器电路中。另外用LC原件还可以组成各种形式的阻抗变换电路。所以说LC谐振回路虽然结构简单,但在通信电路中却是不可缺少的重要组成部分。 2. 参数计算:
通过选频网络选择出来的信号频率大小是
f? (3-1)
2?LC调节可变电容C可使LC谐振回路的固有频率等于接收到的信号频率,这样就实现了谐振,就可以用来选择出不同频率的电台信号,实现了选择性功能。
所需要设计的收音机的接收频率范围调幅是536kHz到1605kHz,调频是72MHz到108MHz,在调频电路中所选取的可变电容是3-25p根据公式(3-1)可以算出电感的大小是0.825μH。调幅电路同理。 调频调幅接收机选频网络的要求:由于选择性是它的主要功能所以要具有良好的选择性;而且频率覆盖范围要足够宽这要才能接受到各种所需要的信号频率;电压传输系数要大而且要稳定。
13.1.3 变频电路
1. 电路设计:
从上面的变频电路的结构框图可以看出变频网络由本机振荡和混频器两部分组成。接
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收天线接收到的高频载波信号fc经过选频网络之后进入混频器,这时本机振荡网络中也产生一个本地正弦波高频信号fL进入混频器中进行混频,产生的中频信号是本振信号和高频已调信号的差频信号,通常取:
fL?fc?f1 (3-2)
超外差式收音机中这个值一本都是取得定值,经过变频器之后,高频载波信号改变的只是频率,调幅信号依然是调幅信号,调频信号依然是调频信号,而且输入信号和输出信号的频谱宽度也不变,包络形状在整个变频过程中都是保持不变的。
在变频电路中,振荡器是一种能自动地将直留电源能量转换为一定的波形的交变振荡信号能量的转换电路。正弦波振荡器在无线电技术领域应用广泛。在通信系统中,正弦波振荡器可用来产生发射机中运载信息的载波和接收机中的混频、变频或解调时所需的本地振荡信号。在电子测量仪器中,正弦波振荡器是必不可少的基准信号源。本机振荡采用的是正反馈的方法来获得等幅的正弦振荡波的。
调幅方式和调频方式所采用的变频电路基本一致,因为电路所输入的频率不一样,所以只需要更改参数,所以这里就只介绍调幅接收机的变频电路,下面就用调幅收音机的变频电路来介绍一下该电路的具体组成,和其中器件所起到的作用。 2. 参数计算:
调幅接收机变频电路如图3-3:
图3-3 调幅接收机变频电路
该电路是调幅收音机的电路图,本次课题所设计的调幅收音机使用的接收部分是比较经典的磁棒线圈方式。ab和cd分别是绕在磁性棒上的线圈上的两段,天线接受到信号后输入到由Lab、Ca、Cat组成的高频调谐回路,本来回路中已经构成了调谐回路,引入C3(301p)的作用是为了防止电路的谐振频率不满足要求以便用其进行微调。Lb、Cb、Cbt、C3组成本机振荡回路。根据公式(3-1)和(3-2)可以算出自
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激振荡的最小频率是fl?fc?f0=1000kHz。然后可以算出本机振荡电路中所需要的电感L大小为3.17mH。
当回路谐振时,回路的感抗值与回路损耗电阻的比值称为品质因数Q
WLwlQ0?0?0rg0
(3-3) 又因为回路的通频带BW为:
BW?f0Q0 (3-4)
将本课题所设计的电路参数代入上面的公式中,可以计算出调频的g0?31.4μS,在代入上面两个公式就可以计算出调频的通频带BW=100kHz,同理可以算出调幅的通频带BW=8kHz。
本机振荡器产生的高频等幅信号(因为最后在混频器中是用本振信号的频率减去输入信号的频率,所以比外来信号频率高一个固定中频)通过C2、C1和R2也加到变频管的基极和发射极之间进行混频。混频的原理是通过半导体的非线性特性实现的,本机振荡和输入信号相乘,通过滤波器就产生了差频信号。利用三角函数中积化和差公式:
cos(?1*t??1)*cos(?2??2)?0.5[cos(?1*t??2*t??1??2)?cos(?1*t??2*t??1??2)]
(3-5) 这样两个频率ω1和ω2的玄波信号相乘就产生了和频跟差频 : 频率相加 叫上变频 cos[(?1??2)*t??1??2] 频率相减 叫下变频 cos[(?1??2)*t??1??2]
因为混频电路中信号的频率比较大,所以选取9018这个型号的三极管,这个型号的三级可以使用较大频率的电路,??60。三极管的特性如图3-4:
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图3-4 三极管线性性能指标
半导体三极管的发射结是非线性元件主要是由于PN结的非线性特性,所以当外来信号和本机振荡信号加在发射极--基极回路时发生混频,产生了需要的差频465kHz(调频所需要的中频是10.7MHz)。混频结束之后,产生的信号不仅包括所需要的中频信号还有其他干扰,所以需要将其选择出来。再通过接在集电极回路中的L3组成的中频谐振回路,将被放大了的中频信号选取出来,变频回路的最后是一个调谐回路利用公式
f。
?12?lc 选择出需要的中频信号。混频电路也会产生电压增益:
g (3-6) A?cg?
设计的调频收音机调频头电路的输出电流是0.7mA,输入电压是6V,所以这里加入了一个大小为20kΩ的分压电阻R11。调幅收音机的电压正好合适就不用加入分压电阻。
变频电路也是调频调幅接收机的前端电路对信号先做出预处理,也是超外差式接收机的重要组成部分。它的工作是把从调谐回路中选出的有用信号输入其中,把输入信号的载波频率变为固定的中频频率(调幅的频率是465kHz,调频的频率是10.7MHz),而且在改变频率的同时,还需要保持新产生的中频信号的包络与原始信号的高频载波信号的包络完全一致,这样就能使中频信号在经过后续的处理之后不至产生失真[20]。