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调频接收原理及实验. 上海交通大学电子工程系中心实验室. 2007 － 10 － 19. 喇 叭. 天线. 本振信号. 带通滤波. 混频. 中频放大. 选频放大. 低频功放. 鉴频. 限幅放大. 中频滤波. 调频接收原理框图. 单片调频调幅收音机电路 —CXA1619BM/BS CXA1619 是一块集成度高外围元件少的单片 FM/AM 收音机集成电路 该电路的特点如下 ： 1 、静态电流小 Vcc=3V 时 FM ： I CCQ =5.3mA ； AM ： I CCQ =4.7mA 2 、带有 FM/AM 选择开关 ；
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调频接收原理及实验 上海交通大学电子工程系中心实验室 2007－10－19
喇 叭 天线 本振信号 带通滤波 混频 中频放大 选频放大 低频功放 鉴频 限幅放大 中频滤波 调频接收原理框图
单片调频调幅收音机电路—CXA1619BM/BS CXA1619是一块集成度高外围元件少的单片FM/AM收音机集成电路 该电路的特点如下 ： 1、静态电流小Vcc=3V时FM：ICCQ=5.3mA；AM： ICCQ =4.7mA 2、带有FM/AM选择开关 ； 3、音频放大器输出功率大 Vcc=6V，RL=8Ω时，Po=500mW ； 4、内置AFC可变电容 ； 5、内含RF AGC和IF AGC ； 6、电子音量控制 ； 7、输入信号强度指示； 8、高灵敏度； 9、宽工作电压（2V~14V）；
接收天线及匹配网络 天线制作： 天线长度＝λ/4（ λ＝c/f）。绕成螺旋状。 如接收40MHz信号，天线长度＝(3×108)÷(4×107)÷4＝1.875(米) 匹配网络主要作用： 1、阻抗匹配－输入输出阻抗通常为50或75 。 2、带通滤波－根据各组频点要求，改善Q值，提高选择性及灵敏度。 匹配网络一般电路形式： L型网络；型网络；T型网络；声表面（SAW）带通滤波器（针对高频应用）；调频专用的一体化BPF (Band Pass Filter)；电感耦合等。
并联谐振选频网络计算（举例） （当L>>R时） 品质因数： L对品质因数影响较大 注：见相关文档的计算方法及可用相关的滤波器设计软件确定参数（如Pspice 、Matlab等）
并联谐振选频网络调试 1、进行简单计算或电路仿真确定LC网络参数值。 电容值固定，电感值可调，尽量提高回路Q（品质因数）值。 2、针对自己小组的频点由高频信号发生器输入单频信号。 必须用50(或75)同轴电缆对接线。 3、用示波器观察选频网络输出端的信号。此时的信号应无明显失真。（若失真较大，确定LC回路参数选择是否正确及阻抗是否匹配）。 4、测试环境同3，使输入频率在原频点基础上有100KHz的变化，此时的输出信号应无明显失真。（若失真较大，微调LC回路参数）。 5、网络分析仪直接测量。 注：原理图中的LC值只针对某一频点！
高频小信号选频放大器 作用： 1、放大输入调频信号以达到混频的电平要求。 2、进一步抑制噪声信号。 3、提高假象镜频抑制能力。 选频放大电路由放大器和选频网络组成，通常选频网络是放大电路的负载。放大部分的核心元器件是增益元器件，如三极管、场效应管、集成运放或专用集成放大器等。选频部分的必要元器件是电感、电容等动态元件。小信号选频放大器的主要性能指标有增益、通频带、选择性、工作稳定性、噪声系数和电路稳定性等。
谐振放大器技术指标 1、增益（V0/Vi） 放大器输出电压（或功率）与输入电压（或功率）之比（通常用dB表示）注：放大器增益的大小，取决于所用的晶体管或集成电路、要求的通频带宽度、是否良好的匹配和工作的稳定性等。 共基极单回路谐振放大器 CXA1619内部等效电路
谐振放大器技术指标(续) 选频放大器的幅频特性
谐振放大器技术指标(续) 2、通频带 通频带定义为放大器的增益比最大增益下降3dB时的上限截止频率fL与下限截止频率fH之差，用BW0.7 = fL- fH表示。根据用途不同，放大器的通频带差异较大。通常窄带通信在几十KHz以内，宽带通信可达几兆赫兹。 3、选择性 选择性表示放大器对通频带以外的各种干扰信号及其噪声的滤除能力，或者说，从各种干扰中选出有用信号的能力。 衡量选择性的具体指标有：矩形系数K0.1、S参数。
矩形系数K0.1 谐振放大器技术指标(续) 以理想矩形幅频特性为标准，引入矩形系数K0.1来表示实际 幅频特性曲线的选择性，定义为： K0.1＝BW0.1／BW0.7 式中，BW0.1是增益下降到最大值的0.1倍时的频带宽度。通 常，认为频带BW0.1内的频率分量需能通过放大器，但不一 定能被正常放大，BW0.1以外的频率分量被放大器所抑制。 BW0.1和BW0.7之间的频率范围称为过渡带。
S参数 谐振放大器技术指标(续) 以上图典型幅频特性为背景条件下，S参数定义为：过渡带内的某特定频率条件下的增益A(ω1)与通频带内的最大增益A0的比值。 S＝A(ω1)／A0 显然，在同类电路中，S值越小的电路选择性越好。
谐振放大器技术指标(续) 4、工作稳定性 指选频放大器中的非线性放大元器件的偏置，交流参数，以及其它电路元件参数发生变化时，电路性能的稳定程度。 不稳定现象是增益变化、中心频率偏移、通频带变窄、谐振曲线变形等。 不稳定的极端情况是放大器自激。 我们能做的一些防止不稳定的必要措施：元件排列、接地、屏蔽等。 5、噪声系数 与低频放大器一样，选频放大器的输出噪声也来源于输入端和放大电路本身。噪声系数是用来反映电路本身噪声大小的技术指标。 设计时采用低噪声管，正确选择工作点电流，选用合适的线路等等。 注：放大器的几个指标既有联系又有矛盾，应在设计中决定主次。
谐振放大器电路结构 CXA1619内部带AGC电路
变容二极管 图(a)为变容管工作在反向偏 压下完整的高频等效电路。 图中，Cj为结电容，RP为结 电阻，即PN结的反向电阻， RS为体电阻，约为几欧姆， LS为引线电感，Cr为管壳电 容。如果工作频率不是非常 高时，RP的数值非常大，LS、Cr也非常小，且都可以忽略。此时的等效电路可简化成图(b)所示。图(c)为变容二极管符号。
变容二极管特性 变容二极管的性能通常用品质因数Q和截至频率fc来表示 品质因数Q常用来说明变容管的损耗情况。式中，f为工作频率，Q值一般在几十到一、二百之间，可见Q值与频率f成反比，随着频率的升高Q值下降，当Q值下降到等于1时的频率称为截止频率，以fc表示。
变容二极管控制调谐回路的特点： 优点：能获得较大的频偏，电路简单、调整方便；所需的调制功率极小；在频偏较小的情况下，非线性失真很小；元件本身体积小，机械强度高，其寿命为半永久性。 缺点：频率稳定度较低（温度变化时），在频偏较大时，非线性失真也大。 变容二极管在应用中要注意以下几点： （1） 加到管子上的反向电压不应超过管子的最高反向电压，否则可能发生反向击穿（雪崩击穿）。 （2） 耗散功率不得超过管子的允许耗散功率，否则管子将被烧毁。在设计时，应按最不利的情况考虑，才能确保安全。
高频小信号选频放大器调试 1、根据本组频点经计算或电路仿真粗选回路总电容及电感参数值。 2、计算回路总电容的可调范围 。 3、确定其它外围电路连接正确无误。 4、用50同轴电缆对接线输入单频信号。系统上电，用示波器观察J5（即FM_RF脚）输出端的信号。此时的信号应无明显失真。（若失真较大，确定LC回路参数选择是否正确及阻抗是否匹配）。 5、测试环境同4，使输入频率在原频点基础上有100KHz的变化，此时的输出信号应无明显失真。（若失真较大，表示回路未调谐在指定频点，微调LC回路参数）。 注：参考电路中的高放调谐回路选频范围较宽，针对固定频点，可删减部分元件，但以保证频率稳定度为前提。
CXA1619本振参数计算及调试 和选频放大器类似，经初步计算，使本振频率 和接收频率相差10.7MHz ，混频后产生固定中 频信号。
混 频 CXA1619收音机的FM采用一级混频，把接收来的外来信号频率变换为10.7MHz的固定中频信号，并通过这种方式来提高收音机的灵敏度及邻道选择性。因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度及邻道选择性。 在较低而又固定的中频上，可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。混频电路实现了信号频谱的搬移，在理论上主要是通过两个信号相乘来实现。如设输入信号Fs（t）＝Cos(at)，本地振荡信号Fo（t）＝Cos(bt)，a、b代表频率，若在混频器中实现相乘，则输出Fi＝Fs*Fo，由三角变换式可知其中含有Cos[(a-b)t]，从而实现了频谱搬移。 (同时也可采用谐波的差频或和频)
u o u u 带通滤波器 s I u L ( a ) u o u 非线性器件 带通滤波器 I u L ( b ) 混频器组成框图
混频器主要性能指标 1)变频增益 变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UI与高频输入 信号电压振幅Us之比,即 同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信号功率Ps之比,即 通常用分贝数表示变频增益,有
输入信噪比(信号频率) 输出信噪比(中频频率) 2) 噪声系数（重要指标！） 混频器的噪声系数NF定义为 3) 失真与干扰 变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外,还会 产生各种非线性干扰,如组合频率、交叉调制和互相调 制、阻塞和倒易混频等干扰。所以,对混频器不仅要求 频率特性好,而且还要求变频器工作在非线性不太严重的 区域,使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰。
4)变频压缩(抑制) 在混频器中,输出与输入信号幅度应 成线性关系。实际上,由于非线性器 件的限制,当输入信号增加到一定程 度时,中频输出信号的幅度与输入不 再成线性关系。 5) 选择性 混频器的中频输出应该只有所要接 收的有用信号(反映为中频,即fI=fL- fc),而不应该有其它不需要的干扰 信号。但在混频器的输出中,由于各 种原因,总会混杂很多与中频频率接 近的干扰信号。
混频电路分类 1）晶体三极管混频器 2）二极管混频电路 在高质量通信设备中以及工作频率较高时,常使用二极 管平衡混频器或环形混频器。其优点是噪声低、电路简单、 组合分量少。 3．其它混频电路 差分对混频器线路 模拟乘法器构成混频器 场效应管混频器
混频器的主要干扰 1）信号与本振自身组合干扰（或中频干扰） 对混频器而言,作用于非线性器件的两个信号为输入信号us(fc) 和本振电压uL(fL),则非线性器件产生的组合频率分量为 fΣ=±pfL±qfc 当干扰频率等于或接近于接收机中频时,如果接收机前端电路 的选择性不够好,干扰电压一旦漏到混频器的输入端,混频器对 这种干扰相当于一级(中频)放大器,放大器的跨导为gm(t)中的 gm0,从而将干扰放大,并顺利地通过其后各级电路,就会在输出 端形成干扰。
2）镜像干扰 设混频器中fL>fc,当外来干扰频率fJ=fL+fI时,uJ与uL共同 作用在混频器输入端,也会产生差频fJ-fL=fI,从而在接收 机输出端听到干扰电台的声音。fJ、fL及fI的关系如下图 所示。 镜像干扰的频率关系
3）其它干扰 组合副波道干扰 交叉调制干扰(交调干扰) 互调干扰 包络失真和阻塞干扰 倒易混频
混频电路调试 对CXA1619而言，混频器集成在芯片内。主要可调部分是本振回路。要求产生足够强度的本振信号功率。器件尽量靠近芯片，元件管脚尽量要剪短，电感线圈特性要良好！
混频后的窄带调频信号通常采用陶瓷滤波器实现中频的滤波。中放电路采用陶瓷滤器以确保有较高的选择性。陶瓷滤波器会影响本机的性能，下表以村田公司型号为例，其3dB频响带宽最大为280±50kHz，插入损耗≤6dB。SFE 10.7系列尚有S2、S3、MJ等后缀，带宽依次减少，均可以提供大致35dB以上的带外衰减量（阻带）。陶瓷滤波器安装焊接时注意方向性。（1脚有标记） 中频滤波
包络 检波 微分网络 ie ic C1 + us uo RL C2 VD V - Ec C1 - + + + us r ud - - 鉴频方法有许多，CXA1619采用相位鉴频器对调频信号进行解调，芯片内部集成。 鉴频电路 将调频信号Us=Umcos(wc+mx)t对t求导数得到-Um(wc+mx)sin(wc+mx)t这一调频调幅信号。利用包络检波检出其幅值变化，即可得到含有调制信号的信息 Um(wc+mx)。
平衡叠加型鉴相器 耦合网络 VD1 C0 放大 M C U2 U2 I2 U2 RL uo1 U1 L3 2 C2 E us Φ uo U2 C ˊ U1 C1 RL uo2 L2 L1 2 VD2 E0 U1 ˊ 相位鉴频 I1
接收机安装及调试注意事项 • 线路板上32脚； • CXA1619芯片管脚30脚； • 注意通电前检查芯片方向；（对照原理图） • 严禁带电插拔器件及焊接！！！ • 不准长时间焊接一点； （不要超过5秒）
