调频收音机 - 图文

武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书

目录

摘要 .................................................................................................................... 1 1频率调制（Frequency Modulation） ...................................................... 2 2 调频收音机设计原理 ................................................................................... 4 2.1 调频收音机的基本工作原理 .............................................................. 4 2.2 高频小信号放大电路 .......................................................................... 5 2.3 混频电路 .............................................................................................. 5 2.4中频放大电路 ....................................................................................... 5 2.5 鉴频电路 .............................................................................................. 5 3调频收音机设计原理及部分电路仿真与调试 ............................................ 7 3.1高频小信号放大器电路及仿真与调试 ............................................... 7 3.2混频电路及仿真与调试 ....................................................................... 9 3.3中频放大器电路及仿真与调试 ......................................................... 10 3.4 总体设计 ............................................................................................ 12 4收音机的焊接组装 ...................................................................................... 15 5收音机的调试 .............................................................................................. 16 6实物图 .......................................................................................................... 17 7 总结与体会 ................................................................................................. 20 8 参考文献 ..................................................................................................... 21 本科生课程设计成绩评定表 ......................................................................... 22 附件 ：CXA1691BM/BS ................................................................................... 23

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调频收音机设计

摘要

此调频接收机的设计可以分成调谐回路、高频放大、混频、本机振荡、中频放大、鉴频、低频功放等几个部分。

本次课程设计的调幅调频收音机电路主要由大规模集成电路CXA1691M组成。由于集成电路内部不便制作电感、电容和大电阻以及可调元件，故外围元件多以电感、电容和电阻及可调元件为主，组成各种控制、谐振、供电、滤波、耦合等电路。收音机通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的AM中频为465KHZ，FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。调频部分实现88MHz ~ 108MHz调频广播接收，调谐方式为手动步进调谐。本机外围电路元件较少，灵敏度高，质量稳定，适合自己动手焊接装配，以达到学习的目的。

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1频率调制（Frequency Modulation）

调频（FM）是用音频信号去调制高频载波的频率，使高频载波的瞬时频率随调制信号而有规律的变化，载波的幅度保持不变。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

U?(t)?U?mcos?t

载波信号为

UC(t)?UCcos?Ct

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

?C(t)??C?KfU?(t)??C???（ Ct）式中?C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）；

??C(t)?KfU?(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；

???t??Kftt??t???0?(t)dt??ct?kf?0U?(t)dt??ct???(t)

?U0t?(t)dt为调频后，瞬时相位相对于?ct的相位偏移。

调频波的数字表示式为

tUFM?t??Ucos[?ct?Kf?0U?(t)dt]

根据上式可画出调频波的波形图，如图1-1所示。

图1-1 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。

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

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我国，VHF频段电视使用的频率范围是48.5MHz-300MHz，划分成1-12频道，UHF频段使用的频率范围是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12MHz，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。

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2 调频收音机设计原理

2.1 调频收音机的基本工作原理

收音机的原理是把从天线接受到的高频信号，经检波还原成音频信号，送到扬声器变成音波。是把接收到的电台高频信号，用一个变频级电路将它转化为频率固定的中频信号，然后再对这个中频信号进行多级放大，再检波，低放。由于不同频率的无线电波用途较广、接受的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好，所以当要选择所需的电台并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，所以在我们收听广播时，使用选台按钮。由于中频固定，且频率比高频已调信号低、中放的增益可以做的较大，工作较稳定，通频带特性也可做的理想、这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整机输出音质较好的音频信号,，所以中频调谐放大电路可以做到选择性好、增益高又不易自激。这样灵敏度和选择性都可大幅度改善，而且可使整个波段接受灵敏度均匀!

集成电路收音机的特点是：结构比较简单，性能指标优越，体积小等优点。AM/FM型的收音机电路可用如图2-1所示的方框图来表示。收音机通过调谐回路选出所需的电台，送到变频器与本机振荡电路送出的本振信号进行混频，然后选出差频作为中频输出（我国规定的AM中频为465KHZ，FM中频为10.7MHZ），中频信号经过检波器检波后输出调制信号（低频信号），调制信号（低频信号）经低频放大、功率放大后获得足够的电流和电压，即功率，再推动喇叭发出响的声音。

输入调 谐回路 高频 放大 混频 中频 放大 鉴频 低频 功放 本地振荡 图2-1 收音机电路方框图

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2.2 高频小信号放大电路

晶体管高频小信号放大器不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频、滤波作用，因此晶体管的负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响的频率和相位。

2.3 混频电路

在较低而又固定的中频上，还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。如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。

二极管环形混频器产品已形成完整的系列，它用保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分类。

二极管环形混频器具有工作频带宽（从几十千赫到几千兆赫）、噪声系数低（约6dB）、混频失真小、动态范围大等优点。

2.4中频放大电路

中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振

回路对谐振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。

一般收音机采用两级中放，有3个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，第三个中频变压器要求有足够的通频带和电压传输系数，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样，通常磁帽用不同颜色标志，以示区别，所以不能互换使用。

2.5 鉴频电路

实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类,第一类是调频-调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波,然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波,其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相位

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比较,通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成,所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列,然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值,这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。

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3调频收音机设计原理及部分电路仿真与调试

3.1高频小信号放大器电路及仿真与调试

如图3-1是 高频小信号放大器电路原理图，如图3-2是仿真输入电压设置参数，如图3-3是高频小信号放大器仿真图。

图3-1 高频小信号放大器电路图

图3-2 仿真输入电压设置参数

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图3-3 高频小信号放大器仿真图

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3.2混频电路及仿真与调试

如图3-4是混频电路。混频电路的电路参数如图3-4标注值，实际制作是可以适当调整电路的参数，有的电容可以用可调电容，以方便调试。

图3-4 混频电路

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3.3中频放大器电路及仿真与调试

如图3-5是中频放大器电路原理图，如图3-6是中频放大器仿真输入电压设置参数，如图3-7是中频放大器放大器仿真图。

图3-5 中频放大器电路图

图3-6 中频放大器仿真输入电压设置参数

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图3-7 中频放大器放大器仿真图

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3.4 总体设计

本次设计中采用的收音机电路主要由大规模集成电路CXA1691M组成。由于集成电路内部不便制作电感、电容和大电阻以及可调元件，故外围元件多以电感、电容和电阻及可调元件为主，组成各种控制、谐振、供电、滤波、耦合等电路。收音机整机电路图如图3-8所示。

图3-8 收音机整机电路图

此设计利用芯片CXA1691BM作为核心，其内部包含中频放大器、调幅检波器、调

幅混频器、调频鉴频器、AGC自动增益控制、AFC自动频率控制及音频功放等功能。故只需调整好芯片外部电路和相关参数既可实现要求的调频接收机除混频外全部功能。图3-9是芯片CXA1691BM的管脚图。

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图3-9 芯片CXA1691BM管脚图

调频信号由TX接收，经C1送入IC的12脚进行高放、混频，9脚外接CC调谐回路选频，7脚外接CD本振回路，混频后的中频信号由14脚输出经10.7MHz陶瓷滤波器CF2选频后进入17脚进行中放，并经内部鉴频，IC的2脚外接鉴频网络，鉴频后的音频信号亦由23脚输出，再经C15耦合到24脚进行功放推动扬声器。 表1是本次收音机元件的清单。

表1 收音机元件清单

序号 材料名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 集成块 发光二极管 三端陶瓷滤波器 三端陶瓷滤波器 中波振荡变压器 中波中频变压器 调频中频滤波器 磁棒线圈 调频天线线圈 型号/规格 CXA1691BM φ3红 455B 10.7MHZ 位号 IC LED CF1 CF2 T1 T3 T2 L1 L2 L3 R3 R1、R2 RP（K1） 数量 1块 1支 1支 1支 1支 1支 1只 1套 1支 1支 1支 各1支 1支 红色（中振） 黑色（465） 绿色10.7MHZ 55×13×5mm φ6×4圈 φ3×6圈 330 2K、100K 5K 13

10 调频振荡线圈 11 碳膜电阻 12 碳膜电阻 13 电位器

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14 瓷片电容 15 瓷片电容 16 瓷片电容 17 瓷片电容 18 瓷片电容 19 瓷片电容 20 电解电容 21 电解电容 22 电解电容 23 电解电容 24 四联电容器 25 扬声器 26 波段开关 27 拉杆天线 28 耳机插座 29 印刷电路板 30 刻度盘 31 图纸装配说明书 32 连体簧、负极片、正极片 33 连接带线 34 平机螺丝 35 自攻螺丝 36 平机螺丝 37 焊片、螺母 1P、10P 15P、18P 30P、121 103 C6、C9 C4、C5 C1、C7 C11 C3、C10 C17、C20 C15 C8、C12 各 1支 各1支 各1支 1支 2支 2支 1支 2支 223或203 104 0.47UF 4.7UF 10UF C2、C13、C18 3支 C16、C19 SL BL K2 TX 100UF CBM-443DF φ58mm 2支 1支 1个 1支 一根 1个 1块 1块 1份 1套 6根 4粒 1粒 1粒 各1个 1套 φ2.5mm 3件 电池喇叭天线 φ2.5×5 φ2×5 φ1.6×5φ2×8 φ2.5φ2.0 38 前后盖、大小拨盘、磁棒支架

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Standard Circuit Design Data

(The pin numbers in the parenthesis are for CXA1691BS.

No. Voltage (V) Symbol VCC=3 V VCC=6 V FM AM FM AM 0 Equivalent circuit Description 1 MUTE (1, 2) 2 (3) FM DISCRI 0 0 0 2.18 2.70 4.88 5.43 2 1k 1.2k Phase-shift circuit Connect ceramic discriminator VCC ?100 27 3 (4) NF 1.5 1.5 3.0 3.0 Negative feedback pin 27 (28) AF OUT 1.5 1.5 3.0 3.0 ?100 3 GND Power amplifier output pin 4 (5) VOL CONT 1.25 1.25 1.25 1.25 4 20k Connect variable resistor for electronic volume control. GND 80k 5 (6) AM OSC 1.25 1.25 1.25 1.25 5 3.6k (REG) AM local oscillation circuit 6 (7) 8 (9) AFC REG OUT 1.25 ?? 1.25 ?? 6 8 AFC variable capacitor pin Regulator pin 1.25 V (Typ.) 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25V 7 (8) FM OSC 7 FM local oscillation circuit 25

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No. Voltage (V) Symbol VCC=3 V VCC=6 V FM AM FM AM 1.25 1.25 1.25 1.25 Equivalent circuit 3p Description 9 (10) FM RF 9 Connect FM RF tuning coil 12 (13) FM RF IN 0.3 0 0.3 8k 0 12 1k FM RF input pin 10 (11) AM RF IN 1.25 1.25 1.25 1.25 10 VCC AM RF input pin 11 (12) NC 13 (14) 14 (15) GND (FE GND) 0 0 0 0 0 0 0 0 AM 220 FM FM/AM FE OUT 0.36 0.2 0.36 0.2 IF output pin of FM and AM. Connect IF filter. 14 BAND 15 (16) SELECT 0.84 0 0.88 0 VCC FM and AM bands selection switch pin. During GND it 15 0 becomes AM and during open it becomes FM. GND 16 2k 16 (17) AM IF IN 0 0 0 Input pin of AM IF. 17 (18) FM IF IN 1.30 0 1.30 0 17 360 GND Input pin of FM IF. 18 (19) NC 0 0 0 0 26

No. Symbol Voltage (V) VCC=3 V VCC=6 V FM AM FM AM Equivalent circuit Description Meter drive circuit (For tuning indicator) N 19 (20) METER 19 1.6 1.6 4.5 4.5 1.25V ?3 20 (21) GND 0 0 0 0 AFC pin of W band. 22 21 (22) AFC/AGC 1.25 1.49 1.25 1.49 During AM, it determines AFC pin of J band. 22 (23) AFC/AGC 1.25 1.25 1.25 1.25 33k 39k 21 During AM, it determines 23 23 (24) DET OUT 1.25 1.0 1.25 1.0 24 (25) AF IN 0 0 0 Detection output pin 0 24 11k ?4 ?4 Power amplifier input pin 82k GND 25 (26) RIPPLE FILTER 2.71 2.71 5.4 5.4 VCC 17k 25 73k Ripple filter 26 (27) VCC 28 (29, 30) 3.0 3.0 6.0 6.0 90k Power supply pin GND 0 0 0 0 Power GND ? The pin voltage of pin 6 during AM, it is the same pin voltage of pin 22 (23) during J BAND and is the same pin voltage of pin 21 (22) during W BAND.

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7 总结与体会

通过上一次的模电课程设计制作一个简易电子琴，我学到了很多的模电知识，而这次，通过

尝试制作了一个调频收音机的高频课程设计的作业，我又学到了许多关于高频电路的知识。虽然这个课程设计很难，但是当我做出来之后我还是感觉很高兴的。

总的来说这次课程设计不是很好做的，最开始的时候经过我个人的思考发现，如果用分离原件电路的知识是很难完成的，因为分离原件做的话用的元器件会很多。这样的话电路的设计会很复杂，以至于不利于进行实物的制作，所以应该用集成芯片制作。我想这个方向应该是对的，但是如果要用集成芯片做，必须把芯片的电路结构搞懂，因此在前期的工作中我的重点是在网上搜集相关的资料。经过很长的时间，我觉得即使用集成芯片做还是会很复杂，不利于焊接电路和调试，因此我用市场上制好后的PCB版进行实物焊接。

这次实物制作中很重要的是实物的焊接，焊接完每一个元器件焊后，还需仔细检查元器件的规格、极性、焊接是否有错误，是否存在有虚焊、漏焊、错焊、短路等现象。还要检查焊锡是否过多，及时清理多余焊锡，以免给后面的焊接造成。经以上检验无误后，可以继续焊接下一个元件，一步一个脚印的走。

实物制作出来后，很重要的是，实物的调试。实物的调试，要有耐心。实物制作出来后很有可能不能达到预期的效果，进行调试是必须的，这样才能保证所做的收音机能否达到效果。

总的来说，这次课设我还是学到很多东西的。通过这次对调频收音机的设计与制作，让我了解了设计收音机电路的程序，也让我了解了关于收音机的原理与设计理念。在此次的收音机设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了芯片的工作原理和其具体的使用方法。通过这次课程设计学习，我们对许多电路都有了了解。

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8 参考文献

[1] 刘泉，通信电子线路， 武汉理工大学出版社，2005 [2] 张肃文，高频电子线路， 高教出版社, 2009

[3] 黄翠翠,叶磊，高频电子线路，北京邮电大学出版社，2009 [4] 侯丽敏，通信电子线路.[M]， 清华大学出版社，2008

[5] 杨霓清, 高频电子线路实验及综合设计, 机械工业出版社,2009

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本科生课程设计成绩评定表 姓 名 性 别 专业、班级 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年 月 日

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附件 ：CXA1691BM/BS

Description

CXA1691BM/BS is a one-chip FM/AM radio IC

CXA1691BM

CXA1691BS

28 pin SOP (Plastic) 30 pin SDIP

(Plastic)

designed for radio-cassette tape recorders. Features

? Small number of peripheral components. ? Low current consumption (VCC=3 V) For FM : ID=5.8 mA (Typ.) For AM : ID=4.7 mA (Typ.) ? Built-in FM/AM select switch. ? Large output of AF amplifier.

VCC=6 V, EIAJ output=500 mW (Typ.) when load impedance 8 ??Function

FM section

? RF amplifier, Mixer and OSC

(incorporating AFC variable capacitor). ? IF amplifier

? Quadrature detection ? Tuning LED driver

AM section

? RF amplifier, Mixer and OSC (with RF AGC) ? IF amplifier (with IF AGC) ? Detector

? Tuning LED driver AF section

? Electronic volume control

Absolute Maximum Ratings (Ta=25 °C) ? Supply voltage ? Storage temperature

VCC Tstg PD PD

14 –10 to +60 –50 to +125

700

V °C °C mW mW

? Operating temperature Topr ? Allowable power dissipation

?

?

(CXA1691BM) 1000

(CXA1691BS)

Recommended Operating Conditions Supply voltage

VCC VCC

2 to 7.5 2 to 8.5

V V

(CXA1691BM) (CXA1691BS)

? FM muting Structure

Bipolar monolithic IC

Sony reserves the right to change products and specifications without prior notice. This information does not convey any license by any implication or otherwise under any patents or other right. Application circuits shown, if any, are typical examples illustrating the operation of the devices. Sony cannot assume responsibility for any problems arising out of the use of these circuits.

E99215-TE

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Block Diagram

CXA1691BM

AF Ripple AF

GND OUT VCC FILTER

IN 14 13 12 11 10

IF

FM

DET AFC AFC

FM/AM AM BAND

OUT AGC AGC GND METER

NC 9 8 7 6 5 4 IF IN IF IN SELECT 3 2 1

AM IF DET AGC TUNING METER AF POWER AMP AM FE FM DISCRIMINATOR FM IF

15 16 17 18 VOL FM FE 19 AM OSC

20 AFC 21 FM 22 Reg 23 FM RF

24 AM RF IN

25 NC

CXA1691BS

MUTE NF FM

DISCRI

26 FM 28 FE FM/AM 27 OSC OUT

IF

DET AFC AFC

RF IN GND FE OUT

FM/AM FM AM BAND

AF Ripple AF

GND GND OUT VCC FILTER

IN

OUT AGC AGC GND METER

NC 24 23 22 21 20 19 IF IN IF IN SELECT 18 17 16

30 29 28 27 26 25

AM IF DET AGC TUNING METER FM IF

AF POWER AMP AM FE FM DISCRIMINATOR FM FE

1 2 3 4 5 6 7 NF MUTE NC FM DISCRI

15 10 11 12 13 14 VOL AM AFC FM Reg FM AM NC FM FE FM/AM OSC OSC OUT RF RF IN RF IN GND FE OUT

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ejtv.html