第4章通信電路課程設計4.1通信電路課程設計的一般方法4.2課程設計舉例——調頻接收機的設計

4.1通信電路課程設計的一般方法

通常所說的通信電路課程設計，一般包括課題調研與選題、方案論證與設計、原理電路仿真與改進、實際電路組裝與調試、作品驗收與研討以及報告寫作與評閱六個基本環(huán)節(jié)。

1.課題調研與選題

對于選題，可在提出的一些參考題目的基礎上，做一些調研，使選題具有創(chuàng)新性和實用性，也可以根據(jù)自己的需要及興趣，以社會生活實際的需要為出發(fā)點，選出合適的題目。認真填寫課程設計任務書，明確課程設計的目的、任務及日程安排，加強小組成員相互之間的溝通和交流，明確自己的責任和位置，分工合作，共同完成設計任務。

2.方案論證與設計

在查找文獻、閱讀資料的基礎上，設計出各種方案，并從中選擇一種最佳方案。這一階段，學生要建立系統(tǒng)設計的概念，研究如何制訂總體方案、如何確定和分配指標、如何使單元電路設計滿足系統(tǒng)性能的要求以及各單元電路之間如何匹配等一系列系統(tǒng)設計所需解決的問題，初步掌握電路系統(tǒng)設計的方法。要求學生從工程的角度來設計、制作電路，在設計過程中不但要了解電子電路及常用電子元器件的工程技術規(guī)范，如類型、規(guī)格、型號、性能等，而且要掌握合理選用電子元器件的原則，學會從設計電路的性能指標、生產成本以及實現(xiàn)性等方面來考慮選擇合適的元器件。

3.原理電路仿真與改進

關于實際電路的設計可行與否，選擇的參數(shù)是否合理，首先需要利用計算機軟件比如Multisim、PSpice等進行仿真調試。

利用EDA(電子設計自動化)仿真分析平臺，借助虛擬實驗儀器進行參數(shù)測試和特性模擬，對其中不合理的環(huán)節(jié)進行改進，使設計的系統(tǒng)更加完善。針對關鍵性的技術問題進行系統(tǒng)分析，尋找解決方法，從而提高分析論證的基本能力。對于不盡合理的方案，重新設計，并反復仿真調試直到方案可行為止。

4.實際電路組裝與調試

可行方案經過仿真驗證后，畫出PCB圖，加工制作電路板，并進行實際的組裝測試。組裝測試的工藝要求較高，包含許多細微而復雜的工藝技術，例如各類元器件的測試、焊接、整機的調試和測試等一整套實用技術，利于鍛煉工程綜合素質和動手能力。

5.作品驗收與研討

根據(jù)自身的實際掌握程度，積極參加各種交流活動，暢言設計經驗和困難問題，通過不斷改進使設計作品臻于完善。

6.報告寫作與評閱

根據(jù)課程任務書的要求撰寫課程設計報告，要求學生把各階段的工作按要求敘述清楚，其中重點是對設計方案進行論證以及對調試現(xiàn)象的分析。

課程設計過程中，軟件仿真驗證調試是一個非常重要的環(huán)節(jié)，也容易被人忽視。本書著重講述軟件虛擬仿真方面的內容，下面以實用的調頻接收機的設計過程為例，講述其中的軟件仿真設計方法。

4.2課程設計舉例——調頻接收機的設計

1.設計目的

通過本課程設計與調試，提高動手能力，鞏固已學的理論知識，能建立無線電調頻接收機的整機概念，了解調頻接收機整機各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、計算調頻接收機的各單元電路，包括輸入回路、高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻及低頻功放級。初步掌握調頻接收機的調整及測試方法并學會如何將高頻單元電路組合起來，實現(xiàn)滿足工程實際需要的整機電路。

2.調頻接收機的主要技術指標

1)工作頻率范圍

接收機可以接受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發(fā)射機的工作頻率相對應。如調頻廣播收音機的頻率范圍為88~

108MHz，是因為調頻廣播收音機的工作范圍也為88~108MHz。

2)靈敏度

接收機接收微弱信號的能力稱為靈敏度。通常用輸入信號電壓的大小來表示，接收的輸入信號越小，靈敏度越高。調頻廣播收音機的靈敏度一般為5~30μV。

3)

選擇性

接收機從各種信號和干擾中選出所需信號(抑制不需要的信號)的能力稱為選擇性。單位用dB(分貝)表示，dB數(shù)越高，選擇性越好。調頻收音機的中頻干擾應大于50dB。

4)

頻率特性

接收機的頻率響應范圍稱為頻率特性或通頻帶。接收機(調頻接收機)的通頻帶一般為200kHz。

5)

輸出功率

接收機的負載輸出的最大不失真(或非線性失真系數(shù)為給定值時)功率稱為輸出功率。

3.調頻接收機組成及工作原理

一般調頻接收機的組成框圖如圖

4.1

所示。圖4.1調頻接收機的組成框圖

其工作原理是:天線接收到的高頻信號，經輸入調諧回路選頻為

f1，再經高頻放大級放大進入混頻級。本機振蕩器輸出的另一高頻f2亦進入混頻級，則混頻級的輸出為含有

f1，

f2，(

f1

+

f2)，(

f2

-

f1)

等頻率分量的信號?；祛l級的輸出連接調頻回路，選出中頻信號

(

f2

-

f1)，再經中頻放大器放大，獲得足夠高增益，然后鑒頻器解調出低頻調制信號，由低頻功放級放大。由于天線接收到的高頻信號經過混頻成為固定的中頻，再加以放大，因此接收機的靈敏度較高，選擇性較好，性能也比較穩(wěn)定。

4.各部分性能分析

1)輸入回路

輸入回路是接收系統(tǒng)選擇信號的第一關，如圖

4.2

所示。它的作用是初步選取接收系統(tǒng)要接受的某一載頻信號，盡量減少損耗地送往下一級，并抑制接收頻道以外的一切干擾

信號。對輸入回路的要求：有用信號不產生頻率失真，無用信號盡可能濾除。為了保證信號不產生頻率失真，通頻帶要有適當?shù)膶挾?；為了對臨界頻帶信號有足夠的衰減，要有一定的選擇性。本設計采用了簡單的單調諧回路。

圖4.2輸入回路

2)高頻放大電路

高頻放大器(高放)是用來放大高頻信號的器件，高頻功率放大電路如圖

4.3

所示。在接收機中，高頻放大器的放大對象是已調信號，它除載頻信號外還有邊頻分量。根據(jù)高放的對象是已調信號這一情況，一般將晶體管作為放大器件，而且將并聯(lián)諧振回路作為負載，讓信號在信號載頻諧振(若有邊頻分量，便要使設計回路的通頻帶能通過邊頻，使已調信號不失真)。

圖4.3高頻功率放大電路

這樣做的好處是:

①回路諧振能抑制干擾。

②并聯(lián)回路諧振時，其阻抗很大，從而可輸出很大的信號。

對高頻放大器的主要要求是：

①工作穩(wěn)定性:放大器可能會產生正反饋，它影響放大器的穩(wěn)定工作，嚴重時，會引起振蕩，使放大器變成振蕩器，從而完全破壞了放大器的正常工作。因此，在正常工作中要保證放大器遠離振蕩狀態(tài)以保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

②選擇性好，有一定的通頻帶。

③失真小，增益高，并且在工作頻率變化時，增益變動不應過大。工作頻率越高，晶體管的放大能力越小，增益越低。當增益變化太大時，靈敏度相差將很懸殊。由共射級連接的晶體管構成高頻小信號放大器，它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的負載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導線的分布參數(shù)等會影響頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻

R2，R4，R5，R6

及

R7

決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

從天線ANTA1接收到的高頻信號經過

C1，C6和L1組成的選頻回路，選取信號為

fs

=

10.7MHz的有用信號，經晶體管VT1進行放大，再由

C5

和TA1構成的調諧回路進一步濾除無用信號，將有用信號經變壓器耦合進入下一階段。

3)混頻電路

因為中頻信號比接收信號頻率低，且中頻信號的頻率固定不變，所以中頻放大器容易獲得比較大的增益，從而提高收音機的靈敏度。而且在固定的低中頻上，還可以用較復雜

的回路系統(tǒng)或濾波器進行選頻，它們具有接近理想矩形的選擇性曲線，因此有較高的頻率選擇性。

混頻電路如圖

4.4

所示?；祛l器的作用就是將輸入信號的載頻

fs

與本振信號頻率

fL

進行頻率變換，將輸入信號的載頻變成固定中頻的載波信號，并保持其調制規(guī)律不變。

圖4.4混頻電路

混頻器有高中頻和低中頻之分，本課程設計只研究低中頻。常見的混頻器有晶體三極管混頻器、二極管混頻器、場效應管混頻器和模擬乘法器構成的混頻器等。至于選用哪種

混頻器，要根據(jù)需要而定。需要變頻功率大，一般選用由三極管混頻器、場效應管混頻器和模擬乘法器構成的混頻器。混頻器的工作頻率比較高的話，可采用二極管混頻器，其中的二極管可采用肖特基勢壘二極管(SBD)。而此次課程設計選用的即是收音機常用的三極管混頻器。

4)中頻放大電路

中頻放大器主要有兩個作用：

一是提高增益。因中頻信號頻率低于射頻信號頻率，晶體管的

y參數(shù)及回路諧振電阻等較大，因此易于獲得較高的增益。超外差接收機檢波前的總增益主要取決于中頻放大器。

二是抑制鄰近干擾。

對中頻放大器的主要要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠寬的通頻帶。對于高頻放大器，因工作頻率高，通頻帶寬，故高放回路的Q值越高越好，這時不必考慮頻寬太窄的問題;但對于中放，由于工作頻率較低，若回路Q值過高，頻帶可能太窄而不能通過全部信號分量，故希望它在要求的通頻帶條件下選擇性越高越好，也就是要求諧振曲線接近矩形。實際諧振曲線很難做到理想矩形，為了衡量實際諧振曲線接近矩形的程度，引入矩形系數(shù)

式中，2Δf0.707為通頻帶。本次設計的中頻放大電路如圖4.5所示。圖4.5中頻放大電路

5)鑒頻電路

鑒頻器的任務是從調頻信號中檢出調制信號，它由變換部分和振幅檢波器部分組成。普通鑒頻器的線性范圍較寬，調整較易;但由UFM

=

Icm

RLcos(

ωct

+

k

f

∫t0

uΩ(t)dt)可以看到，UFM正比于前級集電極電流的基波幅度

Icm，鑒頻前若無限幅器，則

Icm不為常數(shù)，于是

UFM將隨

Icm(即接收信號)的大小改變，而不能免受寄生調幅的影響。故用普通鑒頻器時，前面必須使用限幅器，但限幅器要求較大的輸入信號，這導致限幅前高頻級數(shù)的增加。比例鑒頻器可改正這一缺點，它能同時完成限幅及鑒頻的任務，其輸入信號不必太大。

比例鑒頻器的

UFM

為普通鑒頻器的一半。但因為