超外差接收机中频放大器电路设计毕业设计(编辑修改稿)

超外差接收机中频放大器电路设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

介绍，并对他们的系统结构 、工作原理以及优缺点进行全面分析。 同时介绍了本课题设计中所运用到的Multisim 仿真软件 .综合分析后，确定本课题所采用的超外差式接收机系统，符合课题要求，同时对超外差接收机部分电路进行设计并仿真。 第三章为混频器的研究与测试， 对混频器的工作原理和现有的混频器结构都做了详细描述，同时对其中的一些参数进行仿真。 第四章为中频放大电路的 仿真设计 ， 根据课题 的参数要求 ，设计出符合课题的中频放大器电路。 同时利用 Multisim 软件对其进行仿真 操作。 第五章为本课题的结论。 第二章 接收机 4 第 二 章 接收机 接收机的主要任务就是 从已调制 AM波中解调出之前有用的信号，主要由输入电路、高频电路、混频 器 电路、中 频 放 大器 电路、检波 器 电路、低频放大器 电路 、低频功率放大 器 电路和扬声器或者耳机 构 成。 原理框图如图 21 所示。 图 21 一般接收机系统结构框图 输入电路 将 很 多无线电台发出的信号 进行 选 取 ， 然后 送 到 混频 器 电路。 混频 器 电路 把 输入信号的频率 转 换成 中频 频率 ， 此时频率 幅值 的 变化 是恒定的。 高频信号的输入频率， 不管 它 如何 变化 ， 只要 经过 混频 之 后 得到 的频率 都 是固定 不变 的。 中频放大器 则 放大频率 信号的幅度 ，直到满足 检波器 中 所要求的 频率 大小 为止。 接着 检波器 将中频调幅信号 中 的音频信号 提 取 出 来， 再传 送 到 低频放大器 里面。 低频放大器 通过 电压放大 并 检测 之前提取出来的 音频信号。 最后就是 由功率放大器 把 音频信号放大， 通过 扬声器或 者 耳机将音频电信号转变为声音 的过程。 因为 天线接收的高频信号 全部 都是通过 混频电路转变 成恒定不变的 中频频率，然后再 进行 放大， 所以接收机系统的灵敏度以及选择性都比 较好，性能 也更 加 稳定。 超外差接收机 超外差接收机是 使 用本地产生的 振 荡波与输入 的频率 信号 进行 混频，再将输入信号的频率转换 成某一个 特 定的频率的方 式。 该 方 式可以很大程度上提高 远程通信 的接收 高频率信号 和 弱信号的 能力。 1919 年，科学家们利用超外差原理制作成超外差接收计算机信息工程学院毕业设计说明书 5 机。 超外差接收机 的性能优于一般放大式的接收 机 ，所以直到现在 仍 然广泛应用 在 远程信号的接收 中 ，并且广泛应用到技术测量、工业控制、仪器仪表、计算机通信等领域，同样也可以应用到复杂环境下要求较高的系统中去。 图 22为超外差原理图， 图 22 超外差原理图 图中 fL为 本地振荡器的 频率信号 ，输入信号是一中心频率为 fc 的射频信号。 这两个信号 是由一个 混频器混 合 ，输出 不同的频率 的成分被称为中频信号 ， 即 fI=fLfc 为中频频率。 图 23 给出了混频过程中的前后波形图。 中频信号除中心频率由 FC网络变换，频谱结构和输入信号基本上是相同的， 中频信号 实现了线性 搬移 过程。 从而在很大程度上保留了输入信号的有用的信息， 有利于检波器的检测。 而超外差原理主要 是 运用在超外差接收机中（如图 24） 第二章 接收机 6 图 23(a) 混频前后波形 图 23(b) 中频放大前后波形 图 24 超外差接收机原理 结构 框图在整个接收机工作过程中，经过远距离传输后的信号，进入到接收机中的信号就变得非 常虚弱，为了满足检波器的正常工作，必须要有足够大的信号。 因此就 要将信计算机信息工程学院毕业设计说明书 7 号放大，从而确保整个接收机的正常工作。 在 以 前的接收机中，大多都采用 高频放大级，而 性能优良的超外差接收机系统得到了越来越广泛的应用。 零中频接收机 目前，随着半导体技术的飞速发展，各种接收机的集成度也相应提高。 在这种技术下，我们研究了零中频接收机，它通过使用直接变频技术，较大程度上抑制了镜像频率的产生，因此被称为近零中频接收机。 其原理图如图 25 所示。 图 25 零中频接收机结构框图 如图所示，接收机在接收到信号后，首先经过 放大器进行放大处理，之后分别进入两条支路和本振信号进行混 合 ，以便产生所需要的基带信号，相互交叉的本振信号便于信号的有效传输。 在混频处理过程中，本振信号的频率与输入射频信号的频率相等，由此可见，混频器输出端输出的则是基带信号。 通过对零中频接收机的结构分析，可见其有很多优点，但同时也存在一 定的 缺点，比如直流偏差、本振泄露和噪声等问题。 在零中频接收机的生产与应用中，我们应该努力 找到 解决这些问题 的方法。 低中频（近零中频）接收机 中频滤波器在低中频接收机系统结构中要求较低。 其结构原理如图 26 所示，同超外差接收机相比较，其显著优点就是低功耗以及高集成度，而与之前分析的零中频接收机相比，低中频接收机可以解决信号失调等问题。 由此低中频接收机得到越来越多的生产和应用。 同样的，低中频接收机也存在着一些缺点。 在低中频接收机中， 因为 镜频信号比第二章 接收机 8 较大，因此必须 像超外差接收机 那样 ， 考虑 其 镜像频率的抑制的问题。 图 26 低中频接收机结构框图 宽带中频数字接收机 在现 阶段的 无线通信系统中，人们提出了 多种 全数字的调制解调方 式 ， 其中的宽带中频数字接收机更是成为了研究关键。 以其特有的正交解调技术而得到更 多更广的用 途。 其结构原理框图如图 27 所示。 图 27 中频宽带数字接收机结构框图 这类接收机采用宽带中频数字化的工作方式，很大程度上简化了电路模块的设计，计算机信息工程学院毕业设计说明书 9 降低了成本。 与 一般 的接收机相比，宽带中频数字接收机 的 高精确度、高稳定性 和 抗干扰能力强等更是突出了其优越性。 与此同时，在接收机工作过程中，也存在一些不可避免的问题。 比如接收机的选择性和灵敏度，很大程度上影响了接收机接收弱信号的能力，容易丢失部分弱信号。 接收机的技术指标 增益 一般情况下，射频系统中的增益指的是功率增益 ，很容易和电压增益混淆。 这就需要我们根据实际电路进行分析。 在射频通信系统中，定义了多种功率，主要有以下几种： PL：通过负载获得的功率； Pin：电路输入功率； Pavs：信号源的最大功率； Pavn：电路所能提供的最大功率。 与之对应的，增益也 能够 定义为三种类型：一般功率增益 GP、 变 化功率的增益GT以及资用增益 GA，其公式分别如下： GP= PLPin （ 21） GT= PLPavs （ 22） GA = PavnPavs （ 23） 而 增益平坦度 (Gain Flatness )是 表示 在 恒 定带宽范围内增益 快速变化的 数值，以分贝（ dB） 来 衡量。 接收机的选择性和线性度 通常情况下，在接收机工作中都存在一定的外界干扰，在这种情况下，接收机仍能够选择所需要的信号，我们称之为接收机的选择性。 而选择性 往往都是 用矩形系数来表示，比如 或。 在接收机系统中，中频信道的调谐滤波器影响着接收第二章 接收机 10 机的 选择性。 为了确保接收机尽可能的接收失真信号，这就必须保证足够的线性度。 良好的选择性和 接收机的 线性度 可以提高 接收信号的质量，保证接收机持续稳定的工作。 接收机的动态范围 在一般的接收机 系统结构 中，动态范围是衡量接收机 性能 好坏 的一个非常重要的指标，它 表示的 是接收机处理最大信号以及检测弱信号的能力，也被定义成 最大和最小的输入信号的比值 ，即： 接收机的动态范围 = 输入端的最小信号 输入端的最大信号 （ ） 在接收机正常工作过程 当 中，动态范围 D 指的是 接收机 容 许 射频 输入信号 强度的一个范围 ， 一般定义为 ： D(dB)=PRF max — PRFmin （（ ） 式中， PRF max表示最大输入信号的功率， PRFmin 则表示最小可辨别的信号的功率，单位为 dBm。 在实际的接收机应用中，我们常把接收机的灵敏度 表示 为 PRFmin，即最小可辨别信号功率。 接收机的灵敏度和噪声分析 在接收机系统 结构 中，一般都采用系统的信噪比来衡量接收机对信号接收能力的好坏，信噪比即为信号功率和噪声功率的比。 而在端口网络系统中，则使用噪声系数作为这一特性的参数。 计算 公式为： F = 输出端信噪比输入端信噪比 = NoSoNiSi// （ ） 将上式转变成分贝数，即 NF=10 1gF 在同一时间的最小信号强度，接收机 能够 接收到 并且 维持接收机正常 的 工作被称为接收器的灵敏度。 作为衡量接收机接收弱信号能力的参数，灵敏度高 低决定了接收机接计算机信息工程学院毕业设计说明书 11 收到信号的强弱。 电路仿真软件 Multisim 的应用 Multisim Multisim 软 件 是 由 美国国家仪器公司（ NI）的 Electronics Workbench 在 2020 年 3月 份 发布的。 主要包括了 PCB 设计和自动布线功能 ， 用于 电路板设计和 仿真 测试。 Multisim 是一个 非常方便电子电路的 设计 和调试 的 软件。 通过改变电路结构中的元器件的参数，从而使整个电路性能达到最佳的状态，方便我们更准确的研究与测试。 它用软件的方法模拟 了 电子线路 中各个元器件以及 仪器仪表 等，大大增强了软件的仿真和分析能力。 从 Multisim 7 到现在的 Multisim 10，软件基本上都保留了最初版本的操作界面，相 比 以前的老版本 ， Multisim 10 新增 了 1200 多个元器件、 500 多个 SPICE模块 以及 100 多个开关电源模块，因此增加了仿真电路的规模以及仿真速度。 当然，Multisim 配置了多种 虚拟测试仪器， 比如像计算机实验室中常用的 万用表、信号发生器、示波器和直流、交流电源等。 仿真后的结果也和使用实际仪器时差不多。 此外， Multisim 有 一个 非常完整 的 电路 分析功能， 方便我们能够更加深入的理解电路的特性。 Multisim 还可以允许在仿真电路图中添加文本框，这样就方便了我们对电路各个部 分的详细研究。 哪里有疑问，都可以标注在文本框中， 随着电子技术的飞速发展，和其他很多仿真。