毕业论文FM接收机.docx
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毕业论文FM接收机
摘要
本设计主要利用集成电路LSD1088搭接成接收机电路,LSD1088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,它采用先进的双极型工艺制造,采用SOP16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LSD1088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。
关键字集成电路LSD1088调频变容二极管
ABSTRCT
ThisdesignmainlymakesuseoftheintegratedcircuitLSD1088totaketoconnectthereceiverelectriccircuit,LSD1088isacakeofisapplicabletothesingletrackthensuperandsmallscaledfrequencymodulationradioofholdtypeorthepalmtypesofappropriationelectriccircuit,itadopttheforerunner'sacraftofapolemanufacturing,adoptingtheSOP16tosealtopack,thesizeissmall;Applythehouroutercircleponentlittle,thecostislow.Circumscribetochangetopermitthediodetobethetunerpieceatit,atthequantity,sizeandcostsoftheoutercircleponentupbeeveryimportant,canhavetheinitiativetochoosetousethatelectriccircuit.ConstitutethereceiverofFMtohavetheelectriccircuitfromtheLSD1088simple,adjusttotrytheconvenience,thefunctionstabilityandthepricecheapetc.advantage.
keywordintegratedcircuitLSD1088frequencymodulationchangestopermitthediode
一.无线电接收概论…………………………………………10
1.1无线广播与接收概述………………………………………………10
1.2无线电广播系统接收过程及接收原理……………………………10
1.3无线电波的波段划分………………………………………………11
1.4调频波的理论基础…………………………………………………11
1.4.1分类…………………………………………………………11
1.4.2调频电路满足的要求………………………………………12
1.4.3调频波的产生方法…………………………………………12
1.5接收机的工作方式…………………………………………………13
1.5.1接收机的分类………………………………………………13
1.5.2超外差式接收机的优点……………………………………13
1.6接收机的工作原理…………………………………………………13
1.6.1接收机的组成………………………………………………13
1.6.2限幅电路作用………………………………………………14
1.6.3鉴频器的工作原理…………………………………………14
1.6.4对混频电路的主要要求……………………………………14
1.6.5调频接收机的主要技术指标………………………………16
2.6.6调频接收机的工作原理……………………………………16
二.接收机各部分组成简介
1.调频(FM)工作原理
2、射频前端
三.接收机的设计………………………………………………19
3.1接收机的主要质量指标……………………………………………19
3.2作品设计的功能……………………………………………………20
3.3元器件选择…………………………………………………………21
3.4集成电路的结构特点………………………………………………22
3.5电路集成化的特点…………………………………………………22
3.6芯片LSD1088简介……………………………………………………23
3.6.1特点………………………………………………………………24
3.6.2主要性能…………………………………………………………24
3.6.3应用………………………………………………………………29
四.结论……………………………………………………………32
五.致谢……………………………………………………………33
六.参考文献………………………………………………………34
七.附录……………………………………………………………35
绪论
一、接收机需具有的性质
现代民用及军用设施使用电子设备繁多,电磁环境复杂,相互干扰严重。
一般地,车、船和飞机上的通信设备收发机都集成在一起。
以短波通信设备为例,发射机的残余信号在接收机输入端产生的电平达120dBµV(即13dBm)或更高。
而接收机所需接收的微弱信号电平可能仅-6~0dBµV(即-117~-113dBm)。
因此,要求接收机处理的信号动态X围高达120~126dB。
另外,高电平干扰信号与所接收信号频率仅相距数十千赫,所以,高电平干扰信号和它们在接收机中产生的互调产物会严重影响接收机的输出信噪比。
为了降低这种影响,就要求接收机具有以下性质:
·高选择性,接收机的动态X围尽可能要大;
·高线性,在信道滤波之前,降低带外高电平干扰信号在信道滤波器通带内产生的互调产物;
·极低的本振相位噪声,以免邻近的干扰信号将本振噪声转换到接收机信道带宽内。
作为接收机重要组成部分的接收机射频前端是接收机动态性能的关键部件,它工作于中频放大器之前。
诸如动态X围、互调失真、-1dB压缩点和三阶互调截获点等,都与接收机前端的性能有直接关系。
二、本设计要解决的主要问题、采用的手段和方法
●本设计要解决的主要问题是如何用集成电路LSD1088搭接成接收机电路
●本设计采用的手段和方法是采用核心集成电路LSD1088作为控制部分,外围加一些元器件就可以组成接收机电路。
三、本设计课题的意义、目的以及应达到的要求
●本设计课题的意义:
使我们了解了无线电技术的发展趋势和用途,并掌握了如何利用集成器件实现高效率、小型化、薄型化、轻量化、高频化的电路设计。
●本设计的目的:
最直接目的是用LSD1088组成一个接收机,设计一个简单而又低成本的电源;另外,在于帮助读者了解LSD1088新型集成器件,增加电子技术知识,锻炼动手能力,培养和提高创新能力;为电子爱好者增添一技之长提供技术资料;使有一定电子理论基础知识的读者阅读本设计后,理论水平有进一步的提高,激发动手制作的欲望,实现理论与实践的结合。
●本设计的应达到的要求:
通过对FM射频信号混频、中频放大、限幅和鉴频,从而得到音频输出。
第一章无线电接收概论
一.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X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X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。
二.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。
三. 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X围比较广。
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。
广播、通讯用无线电波波段划分如表Z1001。
四.调频波的理论基础
4..1分类
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X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X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X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X围为2.0兆赫兹至26.1兆赫兹之间。
长波的频率X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。
目前,调频广播、电视伴音、无线话筒和无线对讲机等,都是利用调频波传送的。
4.2调频电路应满足的要求:
1.具有线性的调频特性,即已调波的瞬时频率应与调制信号幅度成比例地变化。
2.具有较高的调制灵敏度,即单位调制电压的变化所产生的频率偏移要大。
3.最大频偏f与调制信号频率无关,在调制过程中保持不变。
4.未调制的载波频率(即已调波的中心频率F)应具有一定的频率稳定度。
5.寄生调幅应尽可能小。
4.3调频波的产生方法
1.直接调频法:
振荡器的谐振频率是由组成振荡回路的的电感L和电容C的数值决定的。
使振荡回路的电感量和电容量受调制信号的调制,并随调制信号的电压作线性变化,就能实现直接调频。
可以受调制信号电压控制的元件有:
电抗管、变容二极管以及导磁导磁系数受信号电流控制的电感元件等。
对LC振荡器进行调频的优点是电路简单,可以获得较大的对频偏,但频率稳定度较差。
在某些要求稳定度较高的场合,可以采用直接对石英晶体直接调频的方法。
2.间接调频法:
间接调频的特点是通过调相(相对调制)获得调频波,音频信号在调相器中对振荡器产生的载波进行调相,使载波相位随音频信号电压成正比变化。
在调相器的输出端可以得到调频波。
简介调频的主要优点是可以采用石英晶体振荡器,且调制不是在振荡器内直接进行,而是在振荡器的后级进行,比直接调频法有较高的稳定度,但是频偏不能太大,一般都采用倍频法加大频偏。
五.接收机的工作方式
5.1接收机的分类
根据它对高频信号的处理方式,可分为直接放大式接收机和超外差式接收机两种类型:
1.接放大式就是把接收到的高频信号直接放大,再送到检波器进行检波。
这种接收机电路简单、成本低,但性能较差,目前采用较少,在简单的收音机和某些接受距离较近、要求不严格的接收机中,还有一定的应用。
2.近代接收机大多采用超外差式。
它是把接收到的高频信号经过“变频器”变换成固定频率的中频信号,由中频放大器进行放大,再送到检波器进行检波。
这种接收机电路比较复杂,却具有良好的接收性能。
5.2超外差式接收机的原理
所谓超外差式,就是通过输入回路先将电台高频调制波接收下来,和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器,再经中频回路进行频率选择,得到一固定的中频载波(如:
调幅中频国际上统一为465KHz或455KHz)调制波。
超外差的实质就是将调制波不同频率的载波,变成固定的且频率较低的中频载波。
在广播、电视、通讯领域,超外差接收方式被广泛采用。
如图3-4。
图3—4超外差原理
在超外差的设计中,本振频率高于输入频率。
用同轴双联可变电容器,使输入回路电容C1-2和本振回路电容C1-1同步变化,从而使频率差值始终保持近似一致,其差值即为中频,即:
如接收信号频率是:
600kHz,则本振频率是1055kHz;
1000kHz,则本振频率是1455kHz;
1500kHz,则本振频率是1955kHz;
由于谐振回路谐振频率
,f与C不成线性变化,因此必须有补偿电容对其特性进行修正,以获得在收听X围内f与C近似成线性变化,保证f本振-f信号=f中频为一固定中频信号。
超外差方式使接收的调制信号变为统一的中频调制信号,在作高频放大时,就可以得到稳定且倍数较高的放大,从而大大提高收音机的品质。
比较起来,超外差式收音机具有以下优点:
接收高低端电台(不同载波频率)的灵敏度一致;
灵敏度高;
选择性好(不易串台)。
5.2超外差式接收机的优点
超外差式接收机的一个重要特点就是把高频信号变换成中频信号再进行放大。
中频信号频率固定,而且比输入信号的频率低(我国广播接收机的中频采用465KHZ),这就便于得到倍数较高而且稳定的放大作用,有效地提高了接收机的灵敏度。
另一方面,中频频率不变,使接收机的中频放大器有可能采用高质量的调谐回路,从而获得良好的选择性。
因此,外差式接收机无论其灵敏度还是其选择性都比直接放大式优越得多。
比较起来,超外差式收音机具有以下优点:
(1)接收高低端电台(不同载波频率)的灵敏度一致;
(2)灵敏度高;
(3)选择性好(不易串台)。
六.调频接收机的工作原理
6.1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。
6.2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。
6.3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。
6.4对混频电路的主要要求
(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
混频电路能够进行频率变换的高频输入信号的频率X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X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X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X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。
6.5调频接收机的主要技术指标
1.工作频率X围接收机可以接收到的无线电波的频率X围为接收机的工作频率X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X围为(88~108)MHZ,是因为调频广播发射机的工作频率X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X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。
6.6频率调制的基本知识
6.6.1调幅与调频的比较
调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号,使用频率约为87MHz-108MHz,主要靠空间波传送信号。
目前,地面的广播电视分做VHF(甚高频或称米波)和UHF(特高频或称分米波)两个频段。
在我国,VHF频段电视使用的频率X围是48.5MHz-300MHz,划分成1-12频道,UHF频段使用的频率X围是470MHz-956MHz,划分成:
3-68频道。
它们基本上都是靠空间波传播的。
国际上规定的卫星广播电视有6个频段,主要频段是12kMHz,也是靠空间波传播。
调频(FM)广播频率是在VHF波段中划分出的一段,规定专门用于广播。
电视信号的传播也采用调频方式,由于原理相近,因此可将调频收音机接收头作部分改动,使得收音机不仅能覆盖87—108MHz波段,还能达到更低频率或更高频率,这样就能接收到电视伴音。
调幅和调频两种方式,各有其优缺点,
调幅(AM)
调频(FM)
优
点
1.传播距离远,覆盖面大
2.电路相对简单
1.传送音频频带较宽(100Hz—5KHz)适宜于高保真音乐广播
2.抗干扰性强,内设限幅器除去幅度干扰
3.应用X围广,用于多种信息传递
4.可实现立体声广播
缺点
1.传送音频频带窄(200Hz—2500Hz),高音缺乏
2.传播中易受干扰,噪声大
1.传播衰减大,覆盖X围小
所谓全波段收音机,应包括以上各波段,覆盖全部频率X围。
所谓多波段收音机,是指其接收X围没有完全覆盖所有波段。
为使短波的频率调整更准确、更为容易,多波段收音机又将短波波段分为若干频段SW1、SW2、SW3……通常分为七段。
6.6.2调频的表达公式
使载波频率按照调制信号幅值的改变而改变的调制方式叫调频。
就是使载波的瞬时频率随调制信号的规律而变化。
已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定,变化的周期由调制信号的频率决定。
已调波的振幅保持不变。
调频波的波形,就像是个被压缩得不均匀的弹簧,调频波用英文字母FM表示。
设调制信号为
UΩ(t)=UΩmcosΩt
载波信号为
UC(t)=UCmcosωCt
调频时,载波电压振幅度Ucm不变,而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化,即为
ω(t)=ωc+KfUΩ(t)=ωc+Δω(t)
式中ωc为载波角频率,又称为调频波中心频率;
Kf为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。
其值由调频电路决定,单位是弧度/秒·伏(rad/s·v);
Δω(t)=KfUΩ(t)为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移,简称频偏。
调频后载波瞬时相位也会产生变化,其瞬时相位为
式中,ωct为未调频时载波相位;
为调频后,瞬时相位相对于
的相位偏移。
调频波的数字表示式为
②
根据②式可画出调频波的波形图,如图3-2所示。
图3-2调频
从调频波形可见,调频波振幅保持不变。
调频波的频率跟随信号的变化规律而改变。
即当调制信号幅度最大时,调频波最密,频率最大;而当调制信号负的绝对值最大时,调频波最稀疏,频率最低。
当调制信号达到峰值时,调频波的瞬时频率为最高值fmax.fmax与中心频率f0的差值△f(即载波频率变化的宽度)称为频率偏移,简称频偏或频移,即△f=fmax-f0。
频偏的大小由调制信号的幅度决定,与调制信号的频率无关。
调制信号从正峰值逐渐减小向负半周变化时,调频波上午瞬时频率随之降低,当调频信号为负峰值时,调频波的瞬时频率最低,用fmin表示,即比中心频率f0低△f0。
调频波的瞬时值表示式为VQ
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