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1、收音机原理与实习,物理与电子学院2007-8-18,一、无线电波的传播方式,1、地波 沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。2、天波 依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。3、沿直线传播的电磁波 是沿直线传播的。,二、无线电广播信号的类型及传播,声波在空气中传播速度慢（约340 m/s），衰减快，传播距离短。把声音信号变成电信号将声音信号调制到高频载波（单一频率的等幅振荡波形）上，以电磁波形式从天线发射出去。,无线电广播信号的类型及传播,调幅（AM）是使载波的振幅随调制信号的幅度变化而变化，该过程如下图所示。,无线电广播信号的类型及传播,调频（FM）是指在调制过程中使载波的频率随调制信
2、号幅度变化而变化，波形变化如下图所示。,一、无线电广播信号的类型及传播,中波广播的频率范围为5351605 kHz，该波段的电磁波主要沿地表进行传播。短波的频率范围为330 MHz，它主要靠距地面50400 km左右的高空电离层的反射进行传播，传播距离较远。调频广播的频率范围为88l08 MHz，属于超短波波段。由于它只能在空间直线传播，因此它的传播距离较近。,一、无线电广播信号的类型及传播,一个调幅广播频道所占带宽为 9千赫，因而传送的声音信号最高频率约4.5千赫。一个调频广播频道所占带宽为200千赫，声音信号最高频率可达15千赫，因而保真度高。,频谱资源的利用,通常使用的无线电波的波长范围
3、从几毫米到几千米，根据波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示：,三、初识收音机,1调幅式收音机,2调频式收音机,收音机的主要性能指标,1频率范围：指收音机所能接收到的广播电台信号的频率宽度。2灵敏度：指收音机接收微弱广播信号的能力。3选择性：指收音机区分相邻电台的能力。4保真度：指收音机重放出来的声音信号保持原来声音真实程度的能力。5、输出功率：输出功率是指收音机输送给扬声器的音频信号的功率,收音机的正确使用,1正确使用电源2选好收听波段3正确使用天线4调节调谐旋钮5正确使用音量调节旋钮,矿石收音机最早的收音机，也是最简单的收音机形式。只使用一个线圈（自己绕制，相当于调谐电路）和一块矿石
4、（具有二极管特性，实现检波功能）来实现。矿石收音机还有一个特点：不用电！（用耳机收听）,调幅收音机的原理,调幅收音机的原理,直放式（来复再生式）收音机,易于安装调试，成本低，但它 的灵敏度低，选择性不太好。,调幅收音机的原理,超外差式收音机,调幅收音机的原理,超外差式收音机电路的主要特点,超外差式收音机能把接收到的频率不同的电台信号都变成固定的中频信号（我国的标准是465kHz),再由放大器对这个固定的中频信号进行放大。优 点：灵敏度高，选择性好，音质好（通频带宽）、工作稳定（不容易自激）缺点：镜像干扰，中频干扰，互调干扰,调幅收音机的电路分析,一、调谐回路（输入回路）就是用线圈与可变电容器并
5、联形成的调谐回路。调谐回路的电感和电容参数决定了频率调谐范围。为了获得满意的效果，常常借用天线。天线一般不是直接接到调谐回路上，而常常是借线圈或电容耦合到调谐回路中。,调谐回路,调谐回路是由可变电容 Ca、Cat 和天线线圈 Lab 组成。调节可变电容 C 可使 LC 的固有频率等于电台频率，产生谐振，以选择不同频率的电台信号。再由 Lcd 耦合到下一级变频级。,调幅收音机的电路分析,二、变频回路,回路组成：由混频、本机振 荡和选 频三部 分电路 组成。,变频级,变频作用：变频级是以晶体管 Q1 为中心，它兼有振荡、混频两种作用。它的主要作用是把输入的不同频率的高频信号变换成固定的465kHz
6、 的中频信号。,本振回路,本振条件：正反馈(相位条件）幅 度(反馈量要足够大）由晶体管 Q1、可变电容 Cb、振荡变压器（简称中振或短振)B2 和电容 C2构成变压器反馈式振荡器。它能产生等幅高频振荡信号，振荡频率总是比输入的电台信号高 465kHz。,选频电路,由B3的初级线圈和谐振电容C 组成并联谐振电路，它的谐振频率在465kHz，对 465kHz 的中频信号产生最大的电压，并且通过次级线圈耦合到下一级去。,统调,在改变调谐回路的谐振频率时（选择所要收听的电台时），必须同时调整振荡回路的振荡频率，这样才能得到固定的中频信号。在收音机中，上述两个回路是采用一只同轴双连可变电容（Ca、Cb）
7、进行调整的。常用的双连可变电容是等容式的。使用等容双连可变电容时必须在本机振荡回路中的可变电容 Cb 上并联一个小电容 Cbt，适当地选取 Cbt，以便使两个回路得到较好的统调。,统调,为什么会始终相差465KHz呢？,统调,在低频端本机振荡回路的振荡频率和输入谐振回路的谐振频率相差465 kHz,则双连从0旋到180过程中,其余各点都不满足fL=fc+465kHz，也就是说只有低频端一点跟踪。,只有在中间一点(双连旋在90角左右)跟踪。,统调,1、两点 统调2、三点 统调,中频放大电路,经过变频级变换成 465 千赫的中频信号通过中频变压器 L3 耦合至 Q2 基极，经过 Q2放大后由第二只
8、中频变压器 L4 耦合到 Q3 进行第二次中频放大，Q3 既是第二中放的放大管，又是检波级，经 Q3 放大后的中频信号利用 Q3 的 be 极的 PN 结的单向导电特性进行检波。,返回,中频放大作用,输入电台信号与本振信号差出的中频信号 f 恒为某一固定值465kHz，它可以在中频“通道”中畅通无阻，并被逐级放大，即将这个频率固定的中频信号用固定调谐的中频放大器进行放大。而不需要的邻近电台信号和一些干扰信号与本振信号所产生的差频不是预定的中频，便被“拒之门外”，因此，收音机的选择性也大为提高。,检波,检波电路既有二极管检波，也有三极管检波。该电路利用 Q3 的 be 极单向导电特性作为检波二极
9、管用，C5、C6 是中频滤波电容，W1 是检波负载，兼音量控制电位器，检波后的音频信号由电位器的滑动臂经隔直电容 C7 送至低频放大器。,图,自动增益控制,1.元件组成 主要由 R3、C4 组成 2.作用 当电台信号发生强弱变化时,收音机输出的功率或电压几乎不变,在接收强电台时,不致使后级晶体管发生过荷失真.3.工作原理 检波后，音频信号的一部分，通过 R3 送回到第一中放管 Q2 的基极。由于 C4 的滤波作用，滤去了音频信号中的交流成分，保留了直流成分。实际上送回到 Q2 基极的是音频信号中的直流成分。当检波输出的音频信号增大的时候，Q3 的 IC3增大，Q3 的集电极电位就降低，通过R3
10、，就会使 Q2 的基极电位降低，Q2 的集电极电流减小，Q2的放大倍数就会下降，从而保持检波输出的音频信号大小基本不变，这样就达到了自动增益控制的目的。,低频放大电路,主要任务是把音频信号进行放大，使功放级得到更大的音频信号电压，使收音机有足够的音量。,功率放大级,把放大后的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发出声音。,整机电路,调频收音机原理,由于频率较高，从天线、高频回路到各高、中频放大器的调谐回路形式有所不同（中频率也较高，定为10.7 MHz）。由于调制方式不同，解调采用鉴频器。,鉴频特性,在调频信号中心频率fc上，输出电压UO0，当信号频率偏离中心频率升高、下降时，输出电压将分别向正
11、负极性方向变化；在中心频率fc附近，UO与f之间近似为线性，当频率偏移过大，输出电压将会减小。,鉴频的方法,斜率鉴频器,先将等幅调频信号送入频率-幅度变换网络，变换成幅度与频率成正比变换的调幅-调频信号，然后用包络检波器进行检波，还原出原调制信号。,单失谐回路斜率鉴频器,天线接收到的调频信号与LC电路没有“谐振”，而是处于“失谐”状态。,单失谐回路斜率鉴频器,并联回路谐振频率f0调离调频波的中心频率fc，使调频信号的中心频率fc工作在谐振曲线一边上。,自动频率微调控制电路（AFC）,变容二极管的结电容随其两端的直流反相偏压的变化而变化，反相偏压越大，电容越小。,收音机准确调谐时，输出电压为0，
12、即AFC为0。当混频器输出的中频信号偏离10.7MHz，此时鉴频器输出一个与本振频率漂移量成正比的误差电压，此电压经C2滤波后就得到AFC直流电压，通过R1加在变容二极管D1上，使D1反偏压改变，导致D1等效电容改变。D1通过C1跨接在本振电路两端，使本振回路电容改变，故本振频率随着改变，并使本振频率回复到正确的本振频率值，即AFC电路使本机振荡器锁定在所需的频率上，保证了收音机的准确调谐。,限幅器,为什么要限幅？调频收音机抗干扰能力要比调幅收音机强的主要原因，就是因为调幅收音机采用了限幅电路。无论是调频信号还是调幅信号，在传播的过程中不可避免地要混入干扰信号，使其产生寄生调幅和寄生调频，其中
13、寄生调幅的影响是主要的，它对有用信号产生严重干扰。调幅收音机检波时，除检出有用的音频信号外，同时也把干扰信号解调出来了。调频收音机则不同，音频信号反映在载波频率的变化上，可以用限幅器将超过限幅电压值的外来干扰及固有寄生调幅抑止掉。限幅后得到等副调频波，其频率随时间变化的规律在限幅前后无任何变化，即无失真。,限幅器电路,在最后一级中频放大器的集电极负载上，即调谐回路上并联一个阻尼二极管D3，就组成了二极管限幅器。二极管的电阻随信号电压变化而变化，当信号电压变化较大时，二极管的动态电阻随之减小，使得中放的负载阻抗减小，增益下降。同时，由于并联谐振回路的电阻减小，使得品质因数Q值下降，增益下降，即信
14、号的幅值减小，从而起到限幅的作用。,本次实习的套件说明,本次实习收音机是AM/FM双波段收音机。采用集成电路，除了低放电路以外，其他部分都用集成IC2003代替。如图是2003内部电路原理图及引脚示意图。,实习用收音机整机电路分析,AM部分,AM部分：由磁性天线接收到的信号通过16号引脚送到IC中，经AM高频放大后，与12号引脚送了的本机振荡信号混频后，经4号引脚送出IC，4号引脚输出的465MHz的中频信号经过表面滤波器（相当于中周）滤波后，送回IC的7号引脚。再经中频放大后送检波器输出（同时经过AGC电路实现自动增益控制）。11脚输出的音频信号经过后级的音频放大器后送到扬声器，从而发出动听的旋律。,FM部分,FM部分：拉杆天线接收到FM信号后，通过C2耦合到IC的1号引脚，经过FM放大器后，与15号引脚送进的本机振荡信号混频后，产生10.7MHz的中频信号，经3号引脚输出。同样，3号引脚输出的信号经10.7MHz的表面滤波器滤波后，送回IC的8号引脚。之后经中频放大后进行鉴频，鉴频后的音频信号同样经过11号引脚输出（有波断开关控制AM/FM不同的输出）。和AM的音频输出共用一个低频放大器。,
