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超外差调幅接收机的设计与实现(新)


超外差调幅接收机的设计与实现
摘要:超外差接收系统由于其抗干扰能力强,频带宽,音质好等特点,广泛应用 于通信系统中。 本设计采用集成芯片 CD7613CP 来完成超外差调幅接收机设计,该芯片 CD7613CP 内部由混频电路(包括本地振荡电路和输入电路) 、中频放大电路、检 波电路、功率放大电路等组成。本文着重讨论并掌握调幅接收机的设计与调试方 法;了解接收机主要技术指标;熟悉单片集成芯片 CD7613CP 内部功能及各引脚 作用;掌握电路的布局、布线和焊接工艺等。 关键词:超外差接收系统;CD7613CP 芯片

Design and Implementation of the superheterodyne AM receiver
Abstract:The superheterodyne receiver systems due to its strong anti-jamming capability, frequency bandwidth, good sound quality, features, widely used in communication systems. This design uses the IC CD7613CP to constitute a superheterodyne AM receiver AM chip CD7613CP internal circuit consists of a mixer circuit (including the local oscillation circuit and the input circuit), intermediate frequency amplifier, detector circuit, power amplifier circuit. This paper focuses on the design and debugging and mastery of the AM receiver; understand the receiver of the major technical indicators; familiar with the role of monolithically integrated chip CD7613CP internal functions and pin; master circuit layout, wiring and welding. Keywords: superheterodyne receiving system; the CD7613CP chip

西安欧亚学院本科论文(设计)

目录
1 2 前言 ........................................................................................................................... 1 毕业设计的任务与要求 ........................................................................................... 2 2.1 设计任务 ............................................................................................................... 2 2.2 设计要求 ............................................................................................................... 2 3 调幅接收机的主要性能指标 ................................................................................... 3 3.1 频率范围 ............................................................................................................... 3 3.2 中频频率 ............................................................................................................... 3 3.3 选择性 ................................................................................................................... 3 3.4 灵敏度 ................................................................................................................... 3 3.5 输出功率 ............................................................................................................... 3 3.6 镜像抑制 ............................................................................................................... 3 3.7 放大倍数 ............................................................................................................... 4 3.8 直流电源 ............................................................................................................... 4 4 调幅接收系统的设计方法 ....................................................................................... 5 4.1 调幅接收系统实现框图: ................................................................................... 5 4.2 接收系统方案选择: ........................................................................................... 5 5 集成调幅芯片 CD7613CP ........................................................................................ 7 5.1 CD7613CP 芯片特点 ............................................................................................ 7 5.2 内部功能框图及各引脚功能 ............................................................................... 7 6 超外差调幅接收机外围电路设计 ........................................................................... 9 6.1 调幅接收机的输入电路 ....................................................................................... 9 6.2 调幅接收机的变频级电路 ................................................................................. 10 6.3 调幅接收机的中频放大级电路 ......................................................................... 11 6.4 调幅接收机的检波和自动控制电路 ................................................................. 11 6.5 前置低放电路和功率放大电路 ......................................................................... 12 7 电路的布局、组装和焊接 ..................................................................................... 13 7.1 应用的元器件说明 ............................................................................................. 13 7.1.1 7.1.2 元器件清单 ......................................................................................... 13 元件说明 ............................................................................................. 13

7.2 普通电路板的布局 ............................................................................................. 14 7.3 接收机的焊接和组装 ......................................................................................... 15 7.3.1 7.3.2 准备工作 ............................................................................................. 15 安装焊接 ............................................................................................. 16
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仿真 ......................................................................................................................... 19 8.1 高频放大输出波形 ............................................................................................. 19 8.2 本振输出波形 ..................................................................................................... 20 8.3 解调出的波形图 ................................................................................................. 21

9 10

调试以及故障排除 ................................................................................................. 22 性能指标测试 ......................................................................................................... 25 10.1 载波频率范围 ..................................................................................................... 25 10.2 输出功率的测试 ................................................................................................. 25

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此次毕业设计的感悟与心得 ................................................................................. 26

结束语 ................................................................................................................................. 27 致辞 ..................................................................................................................................... 28 参考文献 ............................................................................................................................. 29

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1 前言
无线电广播传输过程:广播电台播出节目是首先把声音通过话筒转换成音频电 信号,经放大后调制高频信号(载波)上,这时高频载波信号的某一参量随着音频 信号作相应的变化,高频已调信号再经电压功率放大及匹配网络由天线输出。接收 端天线接收到高频已调波后,经过放大、解调,还原为音频电信号。 本次毕业设计主要采用集成芯片 CD7613CP 再辅以外围器件实现外差调幅接收 功能。设计的内容包括外围电路设计及参数确定、器件及电路布局、布线及调试 等。 本次毕业设计的目的主要是掌握接收系统各功能模块的基本工作原理及设计方 法,重点应用集成芯片进行电路设计,掌握接收系统的调试方法等。

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2 毕业设计的任务与要求

2.1 设计任务
设计制做一款调幅超外差式接收系统。

2.2 设计要求
1.载波频率范围 530KH――1600KH; 2.中频频率为 465KH; 3.输出功率 Po:0.2W(RL=8Ω ) ; 4.声音或输出波形无明显失真。

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3 调幅接收机的主要性能指标
收音机的主要性能指标有频率范围、中频频率、选择性、灵敏度、输出功率、 镜像抑制、放大倍数等。

3.1 频率范围
频率范围是指收音机所能接收到的电台广播信号的频率范围。 本次设计的频率范围为:中波 530-1600KHz。

3.2 中频频率
中频频率是超外差式收音机的一项特有指标。 本次设计的调幅收音机中频频率为 465KHz。

3.3 选择性
接收机从各种信号和干扰信号选出所需信号(或衰减不需要的信号)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。

3.4 灵敏度
灵敏度指接收机接收微弱电台信号的能力。 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表示,接 收的输入信号越小,灵敏度越高。磁性天线的接收机灵敏度是用输入的电场强度来 表示,单位是 mV/m(毫伏/米)。

3.5 输出功率
输出功率是指接收机输出的音频信号强度,通常以毫瓦和瓦为单位。 输出功率分为最大输出功率、最大不失真输出功率和额定输出功率三种。 最大输出功率是指在不考虑失真的情况下,能输出的最大功率。 最大不失真输出功率又称最大有用功率,是指在非性谐波失真小于 10%(即规 定的失真度)时的输出功率。 额定输出功率又称标称功率,是指最低限度应该达到的不失真输出功率,即保 证一不定期的失真度范围内时的输出功率。

3.6 镜像抑制
假象抑制又称为镜像抑制,是指接收机抑制假象干扰的能力。
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对超外差式接收机,在正常接收情况下,本机振荡频率总比要接收的电台信号 频率高出一个中频频率(调幅 465KHz) 。这样经差频就能得到一个 465kHz 的中频 信号,但当外来中频信号比本机振荡频率高出一个中频频率时,经差频同样能得一 个 465KHz 的中频信号,当两个中频同时出现时,就会互相干扰,引起啸叫或发生 混台现象,通常把由假象频率引起的干扰称为假象干扰。

3.7 放大倍数
增益(放大系数) : 电压增益:Av ? Vo ,随着输入频率增加而减小。 Vi

3.8 直流电源
提供静态工作点。电源电压选的高,对于提高灵敏度和输出功率有利。

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4 调幅接收系统的设计方法

4.1 调幅接收系统实现框图
调幅接收系统的实现框图如图 4-1 所示。

图 4-1

外差接收机组成框图

4.2 接收系统方案选择
目前调幅接收系统主要分为以下两大类:高中频与低中频、分立与集成电路。 高中频方案其优点利于镜像干扰的抑制,但由于中频较高,电路设计复杂,同 时对工艺要求也高,主要应用于微波段卫星接收。低中频方案电路设计简单,对工 艺要求相对较低但信噪比也较低。 分立器件构成的外差接收系统,调试困难、线路布局布线复杂现已被集成电路 所替代。集成电路超外差接收系统,将中频放大电路、混频、检波等集成于芯片 中,大大的减少了电路的复杂度,而且集成芯片成本较低,稳定性好,灵敏度高, 是目前最为流行的接收机系统。因此,本设计采用集成芯片 CD7613 设计超外差调 幅接收系统。其原理如图 4-2 所示。

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图 4-2 CD7613CP 芯片超外差接收机原理图

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5 集成调幅芯片 CD7613CP

5.1 CD7613CP 芯片特点
集成电路具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能 好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、 电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广 泛的应用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千 倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。 CD7613 为带有音频功放的单片调幅收音机电路,适用于普通的收音机和钟控 收音机。 主要特点:只需要 FM 输入级外加二个晶体管即可完成完整的 AM/FM 收音机。 外部电路极少,全部集成于芯片中。这样做使电路简单化,高频部分电路紧凑,不 容易振荡,接收到的信号就相对好些。 采用直流转换方式,操作简便。工作电源电压范围宽:Vcc=3~13V。 IC 内部,在电源端子 13 端接有一个分流式电压源。当外界电压超过 12.5V 时,其分流作用,以保护集成块。在实验组装和焊接调试过程中,芯片的自身保护 作用使芯片不容易损坏。提高了接收机的成功率。 集成电路外差接收机克服了晶体管和元件较多的缺点,而且成本较低。

5.2 内部功能框图及各引脚功能
芯片内部功能如图 5-1 所示。

图 5-1 CD7613CP 芯片内部功能框图

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芯片各引脚电压如表 5-1 所示。
引脚 电压 引脚 电压 1 1.2 11 0 2 1.2 12 1.1 3 0 13 3.0 4 3.0 14 3.0 5 3.0 15 3.0 6 1.15 16 1.45 7 1.15 8 1.15 9 0 10 0.66

表 5-1 CD7613CP 各引脚电压(V)

各引脚电压只是参考,允许一定的偏差。如果偏差太大时,需要断电检查电路 板,若电路板检查无误,就需要更换芯片。 CD7613CP 各引脚功能表如表 5-2 所示。
引出脚 1 2 3 4 5 6 7 8 作用 中频去耦合 中频输入 低电平接地 输出 振荡 调幅输入 高频去耦合 检波输出、增益调整 引出脚 9 10 11 12 13 14 15 16 作用 低放输入 低频去耦合 地 音频输出 Vcc 检波输入 中频输出 自动增益控制

表 5-2 芯片各引脚功能

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6 超外差调幅接收机外围电路设计
超外差:输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。因为,它是 比高频信号低,比低频信号又高的超音频信号,所以这种接收方式叫超外差式。超 外差式接收机就是利用这种方式,把接收到的频率不同的电台信号都变成固定的中 频信号(465KHz),再由放大器对这个固定的中频信号进行放大,同时在选择回路 (输入回路)或高频放大器与检波器之间插入一个变频器及中频放大器。 将所要收听的电台在调谐电路里调好以后,经过电路本身的作用,就变成另外 一个预先确定好的频率(在我国为 465KHz) ,然后再进行放大和检波。这个固定的 频率,是由差频的作用产生的。如果我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称本 机振荡),使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合,这种工作叫混 频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率,这就是外差 作用。采用了这种电路的接收机叫外差式接收机,混频和振荡的工作,合称变频。 外差作用产生出来的差频,习惯上我们采用易于控制的一种频率,它比高频较低, 但比音频高,这就是常说的中间频率,简称中频。任何电台的频率,由于都变成了 中频,放大起来就能得到相同的放大量。调谐回路的输出,进入混频级的是高频调 制信号,即载波与其携带的音频信号。经过混频,输出载波的波形变得很稀疏其频 率降低了,但音频信号的形状没有变。通常将这个过程(混濒和本振的作用)叫做变 频。变频仅仅是载波频率变低了,并且无论输入信号频率如何变化最终都变为 465KHz,而音频信号(包络线的形状)没变。混频器输出的携音频包络的中频信号由 中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大,从而使得到达二极管检波器的中 频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来,这个包络就是我们需 要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度,然后推动扬 声器发出足够的音量。若超外差式接收机要得到更高的灵敏度,在调谐回路与混频 之间还可以加入高频放大级然后再去混频。 根据超外差收音机的原理,我们分成以下几个模块:调谐回路、变频回路(包 括本振电路、混频电路和选频电路) 、中频放大回路、检波及 AGC 回路、低放级回 路、功放级回路。

6.1 调幅接收机的输入电路
输入回路最主要的作用是选频,把不同的电磁波信号中特定的电台信号选择并 接收下来,送入下一级变频电路,输入回路通过 LC 串联谐振可变电容的调节,实 现选频以及频率同步跟踪,故也称调谐回路。

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输入调谐回路实际上就是一个并联谐振回路,由个电感线圈和一个可变电容 组成。如图 6-1 所示。

图 6-1 输入调谐回路

调谐原理: 当并联谐振回路谐振时,呈现的阻抗最大,且为纯电阻。输入调谐回路就是 利用此特性,当电路谐振时,获得的无线电波信号最大;失谐时,呈现的阻抗很 小,获得的无线电波信号就很小。通过改变电容的容量就可改变输入回路的谐振 频率,也就是改变所选信号的频率,达到选频的目的。如图 6-2 所示。

图 6-2 薄膜介质可变的双联电容器

6.2 调幅接收机的变频级电路
变频电路是超外差接收机的重要组成部分,主要的作用是将输入电路选出的各 个电台信号的载波都变成固定中频 465KHz,同时保持中频信号与原高频信号包络 完全一致。变频电路由本机振荡电路和混频器组成。 (1)本地振荡电路:本地振荡电路由输入谐振回路的可调电容和电感线圈等 组成。调节可变电容可使振荡频率在 1000~2070KHz 内变化,由于该可变电容与输 入回路的可调电容同轴调节,所以本地振荡回路和输入回路同一调谐,满足差频后 535~1605KHz 的外来信号能被接收。

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(2)选频回路:选频回路由中频变压器和谐振回路组成,该回路的谐振频率 为 465KHz。变频后的频率中只有 f 振-f 外=465KHz 的信号能通过选频回路,其他 信号都被滤掉。之后送到中频放大器放大。

6.3 调幅接收机的中频放大级电路
中频放大电路的作用是将变频级送来的中频信号进行放大,一般采用变压器耦 合的多级放大,是超外差接收机的重要组成部分,直接影响收音机的选择性和频率 特性等主要性能指标,要求是: (1)增益大。收音机的中频增益一般在 60dB 左右。 (2)选择性好。中频放大电路的选择性是指从变频输入的信号中选出有用信 号而抑制干扰信号的能力。三个中频变压器的谐振点均调准在 465KHz,调整变压 器的磁芯位置即可改变谐振频率。 (3)有一定宽度的中频带。 (4)放大电路的稳定性要好。

6.4 调幅接收机的检波和自动控制电路
超外差接收机中频放大的输出信号是载频频率为 465KHz 的调幅波,经过检 波,从中频调幅信号中取出原来的音频信号,检波器由非线性器件和低通滤波器组 成,非线性器件通常采用二极管和三极管,它们工作于非线性状态,利用非线性畸 变,产生包括音频信号在内的许多频率。低通滤波器用 RC 电路,取出原音频调制 信号,滤除中频分量。 检波过程是一个调制过程。检波器的作用是从振幅调制的高频信号中还原出原 调制信号。还原所得信号,与高频调幅信号的包络变化规律一致,故也称包络检波 器。检波器由高频信号输入电路、非线性器件、低通滤波器(通常用 RC 电路,取 出原调制频率分量,滤除高频分量)。 包络检波的质量指标: (1)电压传输系数(检波效率) 检波器的音频输出电压 Ω V 电压传输系数的定义 Kd= 。Vim 为调幅波的再拨振 输入调幅波包络振幅 Vim ma

3лRd ,为检波器负载电阻;R4 为检波器 R 内阻。当 R>>Rd 时,θ →0,cosθ →1。即检波效率 Kd 接近于 1。
幅。Kd= cosθ ,θ 为流通角,其值为θ = 3 (2)等效输入电阻 R Rid= 通常 Kd≈1,因此 Rid≈R/2,即大信号二极管的输入电阻约等于负 2 Kd 载电阻的一般。
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(3)失真 理想情况下,包络检波的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同。但实际 上,二者中有些差别,亦检波器输出波形有某些失真。产生失真主要有:①惰性失 真;②负峰切割失真;③非线性失真;④频率失真。 音频信号通过音量控制电位器送往音频放大器,而直流分量与信号强弱成正 比,可将其反馈至中放级实现自动增益控制称 AGC,中频放大电路选作为自动增益 电压的受控级,形成负反馈控制过程,使检波前的放大增益随输入信号的强弱变化 而自动增减,保持输出的相对稳定。

6.5 前置低放电路和功率放大电路
检波滤波后的音频信号由电位器送到前置低放电路,经过低放可将音频信号电 压放大几十到几百倍,但是音频信号经过放大后带负载能力还很差,不能直接推动 扬声器工作,还需进行功率放大。旋转电位器 RP 可以改变前置低放管的基极对地 的信号电压的大小,可达到控制音量的目的。

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7 电路的布局、组装和焊接

7.1 应用的元器件说明
元器件清单 见附录。 元件说明 (1)电阻 在本次毕业设计中可以根据色差法对电阻进行分类。如表 2-1 所示。
棕 1 红 2 橙 3 黄 4 绿 5 兰 6 紫 7 灰 8 白 9 黑 0 金 5% 银 10%

表 2-1 色差法表值

(2)电解电容和瓷片电容 瓷片电容和电解电容一样,要求其管脚的长度要合适。在焊接瓷片电容时不必 考虑它的正负极性。 (3)中频变压器(中周) 中频变压器(简称中周)三只为一套,这三只中周在出厂前均已调在规定的频 率上,装好后只需微调甚至不调,不要乱调。中周外壳起屏蔽作用外,还起导线的 作用,所以中周外壳必须接地。 (4)磁棒线圈 磁棒线圈的四根引线头可以直接用电烙铁配合松香焊锡丝来回摩擦几次即可自 动镀上锡,四个线头的接在对应的印制板的焊盘上,即 1,2,3,4 点,焊接前要 仔细辨别 2、3 引脚,切不可弄反。 (5)电位器 WH-15 为电位器,线圈骨架上有突点标记的为初级,印制版上也有圆点作为 标记。安装时不要装反(可以配合万用表测量进行分辨) 。 (6)变压器 T2 为输入变压器,线圈骨架上有突点标记的为初级,T3 为输出变压器,T1 为 中波振荡变压器,印制版上也有圆点作为标记。 (7)发光二极管和喇叭

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发光二极管主要用来进行收音机开关的指示,当开关打开时发光二极管亮,反 之不亮。它的接法弯曲成型,然后直接插到电路板上焊接即可,安装时要注意二极 管的正负极。 除了上面列出的元器件外,还有扬声器、印刷电路板、导线、螺丝等元器件。

7.2 普通电路板的布局
在元器件的布局方面,应该将相互有关的元器件尽量放的靠近一些,高频部分 输入端易振荡产生噪声,在放置的时候应将其集中。对于那些易产生噪声的器件、 开关电路等,应远离芯片的逻辑控制电路。这样有利于抗干扰,提高电路工作的可 靠性。 尽量在关键元件(CD7613CP 芯片)旁边安装去耦合电容。实际上,电路板走 线、引脚连线和接线等都可能有较大的电感效应。大的电感可能会在 Vcc 走线上引 起严重的开关噪声尖峰。防止 Vcc 走线上开关噪声尖峰的唯一方法,是在 Vcc 与电 源地之间安放一个 0.1uF 的去耦合电容。如果电路板上使用的是表面贴装元件,可 以用片状电容直接紧靠元件,在 Vcc 引脚上固定。最好是使用瓷片电容,这是因为 这种电容具有较低的静电损耗和高频阻抗,另外这种电容温度和时间上的介质稳定 性也很好。 在安放去耦合电容时需要注意以下几点: (1)在印制电路板的电源输入端跨接 100uF 左右的电解电容,如果体积允许 的话,电容量越大越好。 (2)对于抗干扰能力弱、断开时电流变化大的元件,应该在电源线(Vcc)和 地线之间接入去耦合电容。 (3)电容的引线不要太长,特别是高频旁路电容不能带引线。 地线的种类有很多,有系统地线、屏蔽地线、逻辑地线、模拟地线等,其布局 是否合理,将决定电路板抗干扰性能的强弱。在设计地线和接地点的时候,应考虑 下列问题: (1)逻辑地线和模拟地线要分开布线,不能合用,将它们各自的地线分别与 相应的电源地线相连。设计时,模拟地线应尽量加粗,而且尽量加大引出端的接地 面积。 (2)在设计逻辑电路的印制电路版时,其地线应构成闭环形式,提高电路的 抗干扰能力。 (3)地线应尽量的粗。如果地线很细的话,则地线电阻将会较大,就会造成 接地电位随电流的变化而变化,导致信号电平不稳,电路的抗干扰能力下降。在布 线空间允许的情况下,要保证主要地线的宽度至少在 2~3mm 以上,元件引脚上的 接地线应在 1.5mm 左右。
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(4)要注意接地点的选择。当电路板上信号频率低于 1MHz 时,由于布线和元 件之间的电磁感应影响很小,而接地电路形成的环流对干扰的影响较大,故要采用 一点接地的方法,使其不形成回路。当电路板上信号频率高于 10MHz 时,由于布线 的电感效应明显,地线阻抗变得很大,此时接地电路形成的环流就不再是主要的问 题了。故应采用多点接地,尽量降低地线阻抗。 (5)电源线的布置除了要根据电流的大小尽量加粗走线宽度外,还应在布线 时使电源线、地线的走线方式与数据线的走线方式一致,在布线工作的最后,用地 线将电路板的底层没有走线的地方铺满,这些措施都有助于增强电路的抗干扰能 力。 (6)数据线的宽度应尽可能的宽,以减小阻抗。数据线的宽度至少不小于 0.3mm,若采用 0.46~0.5mm 则更为理想。 由于电路板的一个过孔会带来电容效应,这对于高频电路,将会引入较多干 扰,故在布线的时候,应尽可能地减少过孔的数量。此外,过多的过孔也会造成电 路板的机械强度降低。

7.3 接收机的焊接和组装
准备工作 (1)元件的分类与检测:安装之前,先对元件进行分类,之后检查有无缺少 和损坏的器件。 (2)色码电阻的检测:先观察电阻的色码读取阻值,再用万用表测量核实。 (3)音量电位器的检测:音量电位器可以通过万用表检测。音量电位器的开 关应通、断明显;音量电位器的电阻应该随着转轴的旋转而平滑变化。 (3)电容的检测:电容分有极性与无极性两种。有极性电容要区分正、负引 脚,一般靠近负极引脚的外壳上标有“-”号,有极性电容的容量较大,需要用万 用表检查有无短路、开路或者变质;无极性电容的容量较小,先识别容量,并用万 用表检查有无短路。0.01μ F 以上的电容,可用万用表的高阻档检查有无开路。 (4)无极性电容的容量识别:无极性电容的表面一般标有耐压值与容量值。 但是容量值的识别有一定的规定,举例说明如下。 102 = 10×102 = 1000pF 104 = 10×104 = 100000pF = 0.1μ F 10n = 10nF = 0.01μ F = 10000 pF。 (5)双联可变电容器主要用万用表检查旋转过程中,两定片与动片之间,有 无碰触(短接) 。 (6)喇叭的检测:主要用万用表的低阻档检查有无开路、短路。 (7)集成电路芯片的检测:主要检查芯片有无缺损、断脚;正确安装后,需 用万用表检查其各引脚的电压值。
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(8)振荡线圈与中周的检测:主要是分清它们,不要混淆。一般振荡线圈的 磁芯为黑色,第一中周的磁芯为白色,第二中周的磁芯为红色。 (9)磁棒天线的检测:磁棒天线一般用漆包线绕在磁棒上,可以用细砂纸轻 巧的擦掉引线端的漆膜,以便测量。主要是分清原边绕组(80 圈左右)与副边绕 组(8 圈左右) 。 (10)元件的去污、上锡与整形:安装之前,先对元件的引脚进行去污、上锡 与整形,这样可以提高焊接速度与安装速度、提高装配质量。 (11)元件引脚的去污:用细砂纸擦掉元件引脚端的氧化膜,便于上锡。 (12)元件引脚的上锡:在去污后的引脚端上锡比较容易,上锡后的元件易焊 接到印刷电路板上(中周与集成电路芯片不需要上锡) 。 (12)元件引脚的整形:元件引脚的整形与元件安装的形式有关。元件安装的 形式有两种。一种是立式,一种是卧式。电容、中周等用立式安装,电阻等用卧式 安装。 (13)短接线与连接线:有的电路板需要另外安装短接线,使电路接通。短接 线可用其他元件的多余引脚。短接线应该最先焊接。一般的接收机都需要使用连接 线,实现电路板与电源、电路板与喇叭等的连接。对于连接线的长短,要适中。长 了,连接线不够用;短了,不便于测试与维修。连接线一般为比较细的塑包多股 线,焊接时间不可太长,防止烫坏塑料外表而造成短路隐患。 安装焊接 (1)首先焊接短接线 (2)其次按原理图和已布局好的电路板对照,将所有元件全部插入 (3)在集成电路安装时先将插座焊上,调试时再将集成电路芯片插在插座上 去。然后检查,检查无误,即可焊接。 焊接工艺 电烙铁:选用 20W 内热式,新烙铁头要经过吃锡处理,否则极易“烧死”导致 不沾锡、难使用。 焊锡:选用光亮、易熔的焊锡或者焊锡丝。 助焊剂:起去污作用,有助于传热与焊接,使焊点牢靠。常用中性助焊剂松香 或者松香酒精溶液(一般焊锡丝内含有中性助焊剂) 。 焊接:焊接是一个物理过程,是焊锡在高温下渗透到被焊接物体的表面,冷却 后即使被焊接物体连成一体的过程。因此焊接有三个条件:温度、时间与环境。温 度不够,则焊锡得不到足够的动能,难以渗透到被焊接物体的表面,容易形成虚 焊;时间不够,则温度上不去,时间长了,则容易烫坏被焊接物体;环境对焊接有 直接的影响,点和面的焊接所需要的时间大不一样。当焊锡要像水一样沿被焊接物

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体的表面渗开时,电烙铁应当离开,并吹气促冷,这样就能够焊接出明亮、光滑、 可靠的焊点。焊接时,烙铁头应该与元件脚、电路板二者保持很好的接触。焊接过 程中,切忌晃动被焊接物体。焊接时要谨防虚焊与搭焊(即相邻焊点被多余焊锡短 接) ,搭焊产生后,可用电烙铁再加热,等焊锡熔化后,用常温下的镊子,从相邻 焊点中间划过去,同时移开电烙铁即可。实物图如图 7-1 所示。

图 7-1 焊接实物图

焊接时按下列步骤进行。一般先装低矮耐热的元件,再装高大不耐热的元件具 体步骤: (1)元件引脚成形,引脚成形时可弯曲至根部,操作要小心。瓷片电容不要 装的太高太矮,电解电容应靠电路板立式插装。尽量把字符置于易于观察的位置, 电阻色环要从左到右或从上到下放置,以利于以后检查。 (2)焊接前将双联拨盘圆圈内的元件脚剪短以免调台时受影响,各焊点加热 时间以及用锡量要适当,对耐热差的元件使用辅助工具散热,防止虚焊、错焊,拖 锡而造成短路。 (3)焊后处理:焊接完毕后,应剪去多余引脚,检查所有焊点。磁性天线线 圈初级接 1 和 2,次级接 3 和 4 将扬声器正负极对应焊在电路板上。 焊接前电阻要看清阻值大小,并用万用表核实。电容、发光二极管要看清极 性。一旦焊错要小心地用烙铁加热后取下重焊。拨下的动作要轻,如果安装孔堵

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塞,要边加热,边用针通开。电阻的读数方向要一致,色环不清楚时要用万用表测 定阻值后再装。上螺丝、螺母时用力要适当,不可用力太大。 总之,动手焊接前用万用表将各元件测量一下,做到心中有数,安装时先安装 集成芯片 CD7613,低矮和耐热元件(如电阻) ,然后再装大一点的元件(如中 周、变压器) ,最后装怕热的元件。电阻的安装:将电阻的阻值选择好后根据两孔 的距离弯曲电阻脚可采用卧式紧贴电路板安装,也可以采用立式安装,高度要统 一。瓷片电容和二极管的脚剪的长短要适中,它们不要超过中周的高度。磁棒线圈 的四根引线头可直接用电烙铁配合松香焊锡丝来回摩擦几次即可自动上锡,四个线 头对应的焊在线路板的铜泊面。由于调谐用的双联拨盘安装时离电路板很近,所以 在它的圆周内的高出部分的元件脚在焊锡前先用斜口钳剪去,以免安装或调协时有 障碍,影响拨盘调谐的元件有 T2 和 T1 的引脚及接地焊片、双联的三个引出脚、 电位器的开关脚和一个引脚。发光二极管的安装要弯曲后,直接插在电路板上焊 接。喇叭安放挪位后再用电烙铁将周围的三个塑料桩子靠近喇叭边缘烫下去把喇叭 压紧以免喇叭松动。 焊接完毕,仔细检查电路是否有虚焊、错焊和短路的地方。电阻是否有阻值接 错的,电容、发光二极管是否有正负极反了的,中周的型号是否有误等。逐步分 析,发现错误及时纠正,以免通电后烧坏元件。

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8 仿真

8.1 高频放大输出波形
高频放大部分的仿真如图 8-1 所示。

图 5.1 高频信号放大器输入输出波形

图 8-1 高频放大输出波形

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8.2 本振输出波形
本地振荡电路仿真如图 8-2 所示。

图 8-2 本振输出波形

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8.3 解调出的波形图
总体仿真后的结果如图 8-3 所示。

图 8-3 接收 机电路输解调后的波形图

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9 调试以及故障排除
焊接工作全部完成后,应该仔细检查有无虚焊与搭焊,检查无误,方可通电调 试。准备通电调试之前,必须用万用表 mA 档串接在电位器开关的两端(注意极 性) ,检查整机电流。整机电流<10mA 为正常,否则就有问题,超过 100mA,肯 定有搭焊等严重短接存在。如果整机电流正常,即可打开电位器开关,通电调试。 收音机的调试主要包括:基本调试(外观检查和静态电路测试) 、中周调整、 中频频率调整和统调。 调试是为了收音机能正常更好的工作,将调试好的部件组装成整机后,不可能 都处在最佳配合状态,而满足整机的技术指标。所以,单元部件经组装后一定要进 行整机调试。 首先,按直观检查的方法对整机进行外观检查。外观检查有如下内容:焊接质 量检查、芯片位置以及各引脚的检查、频率刻度指示检查、旋钮检查、机内异物检 查等。 结构调整主要是检查印制电路板各部件的固定是否牢靠,有无松动,各接插件 间接触是否良好,机械转动部分是否灵活等。 其次,对电路电流进行测量。将电位器开关关掉,装上电池用万用表的 50mV 档来测量,表笔跨接在电位器开关的两端(黑色表笔接电池负极,红色表笔接正 极)若电流指示小于 10mV,则说明可以通电,将电位器开关打开(音量旋至最小 即测量静态电流)用万用表分别依次测量 D,C,B,A 四个电流缺口,若被测量 电流的数字在规定的参考值的左右即可用电烙铁将四个缺口依次连通,再把音量开 到最大,调双连拨盘即可收到电台。在安装电路板的时候注意把喇叭及电池引线埋 在比较隐蔽的地方,并且不要影响调谐拨盘的旋转和避开螺丝桩子,电路板挪位后 再上螺丝固定。当测量不在规定的电流值的范围则要仔细检查中周是不是装错位置 以及虚焊等,若测量哪一级电流不正常则说明那一级电流有问题。 中周调整 由于和中周变压器并联的电容器的容量总存在误差,机内的布线也存在着不同 的分布电容,这些都会引起中周变压器的失谐,所以要进行调整。一般中周在出厂 时厂家就已经调好,在这里不需要我们调整中周了。 (1)如果出厂时没有调整好中周,则可以按以下方法进行中周调整 将收音机调在某一电台上调中周磁帽(用 465KHz 的中频信号更好) ,调整 T2 和 T3 多调几遍,直至声音最大,并无啸叫和自激声为止。 (2)中频频率调整

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先将收音机置于低端一个已知频率的电台,将指针对准刻度盘频率数字,然后 调整 T1 使指示的频率与电台接近即可;在高端收一个已知电台的频率,将指针对 准刻度频率数字,然后调整震荡回路的微调电容 CB,这样反复调整两三遍即可。 收音机中波段频率范围一般规定在 530~1600KHz。它是通过双联可变电容从容 量最大到容量最小来实现这种连续调谐的,为了满足要求所以必须调频率范围。 (3)统调 统调就是通过调试收音机的输入回路、本机振荡频率、中放回路的中频频率校 正,从而达到在接收的频率范围内接收机具有良好的频率跟踪特性。所谓跟踪是指 在接收的频率范围内,当接收任一频率的电台时,本机振荡频率与要接收的频率通 过混频电路后都应该输出标准的中频频率信号,在超外差 AM(调幅)波段中,中 频频率为 465KHz。 从理论上讲,中波收音机从 530KHz~1600KHz 的范围内,振荡频率和外部电台 频率之差各点都应该是 465KHz,但实际上是很难做到的,为了使整个波段内都能 做到基本同步,经过大量实验证明,只要把 600KHz,1000KHz,1500KHz 这三点调 准就可以了,所以要进行三点统调。 中波的频率范围是:530KHz---1600KHz,那么本机振荡的频率范围就应该在 955KHz---2065KHz,收音机是通过一个双联可变电容来同时改变输入回路的谐振频 率和本机振荡频率的,理想状态下,我们在选台时在整个波段的频率范围内,本机 振荡频率与输入回路谐振频率之差都应该保持在 465KHz,但实际情况并没有这么 理想,由于本机振荡电路与输入回路分属不同的谐振槽路且谐振频率也不同,虽然 我们输入回路和本机振荡电路的谐振电容是同步调谐的,但由于电路参数的差异, 很难保证在整个接收频率范围内都能准确地差拍出 465KHz 中频,为此在实际电路 中都作了一些补偿措施。一般说来,输入回路的线圈和本机振荡线圈及所配的双联 电容及都是配套元件。 具体做法是在低端收一个电台,然后调整磁棒线圈在磁棒上的位置,直到声音 最大为止,调好后,可以用牙签、火柴等插在线圈和磁棒的中间,将磁性天线线圈 固定起来。在高端收一个电台,然后调整输入回路中的微调电容 CA 使声音最大最 响,使高端达到统调。这样反复调整几次才能调好。

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高、低端调试好后,中端一般都不用调了,除非在输入回路或本机振荡电路所 使用的元件参数有误。实物图如 9-1 所示。

图 9-1

调试实物图

对刻度: 主要是低端与高端的对准。 低端的对准:先在 600KHZ 附近接收一个远方台(避免 AGC 影响) ,并与商 品机(比较标准)对照。 如果发现所接收电台指示的频率比商品机的偏高,表明双联可变电容器的容量 偏小,可以通过旋出振荡线圈的磁芯,使其 L 减小,则双联可变电容器的容量可 以增大,直至对准。如果发现所接收电台指示的频率比商品机的偏低,表明双联可 变电容器的容量偏大,可以通过旋进振荡线圈的磁芯,使其 L 增大,则双联可变 电容器的容量可以减小,直至对准。 高端的对准: 先在 1500KHZ 附近接收一个远方台(避免 AGC 影响) ,并与商品机(比较标 准)对照。如果发现所接收电台指示的频率比商品机的偏高,表明双联可变电容器 的容量偏小,可以通过调节振荡联的补偿电容,使其容量减小,则双联可变电容器 的容量可以增大,直至对准。如果发现所接收电台指示的频率比商品机的偏低,表 明双联可变电容器的容量偏大,可以通过调节振荡联的补偿电容,使其容量增大, 则双联可变电容器的容量可以减小,直至对准。 上述调节对中周的调试有比较大的影响,应该统筹兼顾,反复调节。否则就会 严重失调,从而影响整机性能。

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10 性能指标测试

10.1

载波频率范围

测试步骤:a:测试低端覆盖。 b:测试高端覆盖。 将音调控制器置于最大抬升位置,音量开到最大,输出接毫伏表,喇叭作负 载。 高频发生器频率选在 520KHz,输出电平暂可调高些约 90dB,细调高频发生器 的频率,使输出毫伏表显示最大,再降低 dB,细调发生器频率使输出显示最大, 这时标准信号发生器显示的频率为接收机的中波低端复盖。测量好低端后,接着测 量高端的复盖。把高频发生器频率选在 1650KHz,细调高频发生器的频率,当喇叭 听到信号声时,再细调使输出显示最大,当频率调准后,输出太大时,可降低高频 发生器的输出电平,使输出显示不超过标准输出电压。调准后高频信号发生器显示 的频率,则为被测机高端复盖。 测试结果显示载波频率范围 530-1630KHz,符合设计要求。

10.2

输出功率的测试

被测机的音量电位器及调制器均置抬升位置。输出端经本机喇叭作负载后接到 毫伏表和示波器。用基准平测试带(0dB、1KHz)进行放音,输出功率计算如下: P0=V2/RL,V=输出电压、RL=喇叭阻抗。毫伏指示电压为 1.27V、喇叭阻抗为 8Ω 时, 代入上式可算出功率 P0:P0= V2/RL =1.6/8=0.2(瓦),即被测试机的输出功率为 0.2 瓦。 测试结果符合设计要求。

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11 此次毕业设计的感悟与心得
这次毕业设计经历了三个月的时间,学到了很多的知识。开始接到任务书的时 候,思路不是很清楚,在开题报告的规划中,我认真的分析了课题,查阅了很多资 料,合理的安排自己的时间,以周为单位安排毕业设计的进度。这次设计过程中我 又进一步学习了有关高频电子线路和通信原理的知识,进一步巩固了对所学知识的 理解,基本掌握了接收机的设计方法。在设计时根据设计任务要求,复习有关知 识,查询有关资料。根据要求找到适合的方案,提高科学的思维能力,在论文撰写 的过程中了解了更多的有关调幅接收机的知识。能够独立的查阅资料,自行设计硬 件部分,克服困难,分析原理和应用知识,相信对以后在社会上工作和学习会有很 大帮助,以致能更好的进入工作状态。最重要的是,这此设计增强了我对问题的研 究和探讨,在以后的学习中会有很大帮助。高频电子线路和通信原理作为我们专业 课,虽然刚开始并不是非常感兴趣,觉得学起来乏味,很吃力,但是经过这次设 计,我发现自己对所学专业的兴趣在逐渐增加。 本次毕业设计中,遇到了很多的难题,虽然在实习时学习过电话机原理和袖珍 型收音机的原理和制作,但是是印刷好的 PCB 板,给定的套件和标好的位置,只需 要焊接和组装,没有电路板的布局,这次设计需要自己在电路板上布局,连线,组 装,焊接,调试。从电路图到 PCB 板的布局,我下了很大功夫,也用很长的时间, 最后还是做了出来,有一点成就感。 总的来说,这次毕业设计还是学到了不少东西的。尤其是在焊接技术上有了长 进。在分析和解决问题方面也明显看到自己的进步。其他方面,对接收机的原理有 了初步认识,知道了怎样写总结和论文,还体会了成功的喜悦,可以说受益匪深。

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结束语
这次毕业设计给我的总体感觉是很充实,任务相对轻松。不过在组装和调试收 音机的过程中,我还是遇到了不少的问题。 在焊接完成之后,当装上电池检验的时候,出现了第一个问题——发光二级管 不亮。用万用表测量二极管两端电压,观察结果接近 3V,说明电路没有问题,据 此推断应该是二极管接反了。在重新安装后,二极管能正常发光了。 在开始调台的时候,遇到了第二个问题——没有声音。在用手机拨号,用手机 信号干扰接收机时,可听到有干扰声,说明喇叭没有问题。后来询问同学才想起原 来是忘了把电路板上的 1、2、3、4 四个点焊接起来。 将四个点焊接起来后,又遇到了问题,接收不到信号。通过基本调试发现电路 没有问题,发光二极管也能正常发光,最后问题集中在磁感线圈上。经过认真检 查,原来是 1、2、3、4 四个接头,2 和 3 接反了。正却的顺序是大线圈上的是 1、 2 接头,小线圈上的是 3、4 接头,由于 2、3 两个线头连在一起,没有认真的区 分,导致了这个错误。 将最后一个错误纠正以后,将收音机组装完毕,接上 3V 电源,收音机终于发 出了声音。起初能接收到两个不太清晰的信号,经过中周调试以后,现在能清晰地 接收到 5 个电台信号。 虽然过程中出现了问题,但我总体感觉还是成功的。我比较满意的是我的焊接 部分,由于一开始就比较重视焊点的质量,最后总体看起来是比较好的,各个点都 有光泽,焊料也恰到好处。对接收机的外形我也是比较满意的。我在喇叭和其它器 件的固定上上也下了功夫,内部导线也认真按要求布局。因此从背面看来比较美 观,也很牢固,没有晃动的。

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致辞
本次毕业设计的完成取决于导师的指导和同学的帮助以及个人的努力,我特别 感谢杨志敏老师对我的指导和帮助,给我提供了很多的材料,从开题报告,硬件设 计,到论文撰写,答辩,老师都特别关心,同时他对学术的严谨态度给我留下了很 深刻的印象,对未来的工作和学习受益匪浅。

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参考文献
[1] 吴金,8051 单片机实践与应用[M],北京,清华大学出版社,2002,124-137 [2] 全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选,北京理工大学出版社,2003,176198 [3] 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编,北京理工大学出版社,2004,122187 [4] 张友德,单片微型机原理、应用与实验[M],复旦大学出版社,2003,58-69 [5] 何小艇,电子系统设计[M], 浙江大学出版社,2004,224-312 [6] 石宗义,电路原理图与电路板设计教程 Protel 99SE[M],北京希望电子出版 社,2002,59-132 [7] 王紫婷,电子技术实验教程[M],成都,西南交大出版社,1997,23-68 [8] 王兴亮,通信系统原理[M],西安电子科技大学出版社,2003,43-89 [9] 沈伟慈, 通信电路[M],西安电子科技大学出版社,2004,125-193 [10] AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors,1999,53-112

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附录: 元器件清单如下表所示。
序号 1 2 3 名称 集成块 发光管 电位器兼电 源开关 碳膜电阻 型号及参数 CD7613CP φ 3红 WH-15 (4.7-5K) 330、1K、 20K 5 碳膜电阻 100K 102、472、 103 7 8 9 10 11 瓷片电容 电解电容 电解电容 双联电容 导线 T1(红) 12 中频变压器 T2(黄) T3(白) 1套 223 10u/10V 100u/10V CBM-223P 2支 1支 3支 1支 若干 正负极接 19 20 21 22 23 线柱 大小拨盘 磁棒支架 螺丝 粘纸 三个品种 2个 各1个 1个 5粒 1张 2支 集成块插 17 座 电路板 16 脚 1个 各 1支 16 耳机插座 φ 2.5 1支 数量 1块 1支 1支 序号 13 14 15 名称 磁棒线圈 扬声器 刻度板 型号及参数 5*13*55mm 8~32Ω 数量 1套 1个 1块

4

6

瓷片电容

各 1支

18

1块

30



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