调频接收机设计
调频接收机设计报告
摘要 本课程设计是运用ULN2204单片FM/AM集成电路来实现接收调频信号的功能。ULN2204是调频与调幅兼并的集成电路，我们设计的调频接收机主要用到的是集成电路的调频功能。电路主要由电源、高频头、中放、 鉴频、音频放大几部分组成。接收频率范围为88MHz-108MHz。
设计小组 第六组 成员张洋、向佐文、杨宇、李超、李军
指导老师 王长江、成有才
设计任务 设计一个调频接收机实验电路。
设计要求
1.给定条件，+VCC=6V，主要器件：17.7MHz晶振，10.7MHz中频变压器。6.5MHz中频变压器，3DD100晶体管及FS2204（ULN2204）集成电路。
2.技术指标：工作频率fo=6.5MHz；输出功率Po=0.3W（RL=8Ω）；中频10.7MHz；灵敏度10μV。
设计内容
广播节目的声波，经过电声器件转换成声频电信号，并由声频放大器放大，振荡器产生高频等幅振荡信号；调制器使高频等幅振荡信号被声频信号所调制；已调制的高频振荡信号经放大后送入发射天线，转换成无线电波辐射出去。收音机的接收天线收到空中的电波；调谐电路选中所需频率的信号；检波器将高频信号还原成声频信号(即解调)；解调后得到的声频信号再经过放大获得足够的推动功率；最后经过电声转换还原出广播内容。无线电通信(广播也属于无线电通信范畴)的发送和接收可概括为互为相反的三个方面的转换过程，即：传送信息——低频信号，低频信号——高频信号，高频信号——电磁波。
我们制作的是调频接收机，所以要对调频波有所了解。使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。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。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88MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。
根据设计的要求我们选择运用ULN2204单片FM/AM集成电路来实现调频接收机的电路设计及功能。调频接收机的电路设计框图如图A—1所示。
图A—1
下面对调频接收机主要的器件ULN2204单片FM/AM集成电路进行介绍。
ULN2204为16脚双列直插塑料封装结构。它包含了调幅的变频、中放、检波，调频的中放、鉴频，以及前置低放、功放与稳压电源系统。本集成电路既可以接收中波调幅信号, 也可以接收调频信号。ULN2204单片FM/AM集成电路内部电路框图及引脚功能如图A—2所示。
图A—2
1.外封装：双列直插16脚塑封2.电路特点：（1）内有五级中放增益较高，所以接收灵敏度很高。（2）工作电压范围较宽（3—12伏）（3）功耗低（4）外围元件较少（5）功放级工作稳定，具有短路保护3.内部电路：变频、中放、检波、低功放。4.信号流程分析：（1）调频接收信号流程：调频天线、带通、高放、变频、进集成块2脚中放、出15脚、回14脚鉴频、低功放后出8脚送扬声器放音。（2）调幅接收信号流程：磁性天线、调谐回路、进集成块6脚、便频、中放、检波、低功放、出12脚给扬声器放音。
ULN2204单片FM/AM集成电路内部电路如图A—3所示。
图A—3
经过分析思考我们设计出调频接收机具体的原理图，如图A—4所示。
图A—4
信号流程
调频接收时，天线接收到的调频信号经L1、C2输入回路选通滤波，由C3耦合至高放管V1放大，L2、C5高放调谐回路选出所要接收的电台信号，通过C7耦合到变频级V2，与本振信号混频，产生10.7MHz中频，经F1、F2选通后送入集成电路②脚。中频信号经ULN2204放大、限幅、鉴频后，解调输出的音频信号从⑧脚输出，经音量控制后又由⑨脚送人低放，在经功放后从12脚输出，通过C19加给扬声器。
在集成电路内，鉴频或检波输出的一部分信号送到可变稳压器，它为中放及调频头的偏置（16脚）提供一可变电压，作为调频的AFC的控制电压。接收调频信号时，如果鉴频器输入10.7MHz的是正确的中频值，则16脚输出的直流成分为基点，若本振偏移，使鉴频器输入的中频偏离10.7MHz，反馈到稳压器电压也相应变化，使高频电路（高放与变频）的基极偏置随之相应变化，利用基极与发射极的极间电容的变化，改变本振频率，使其回复到正确的本振值。
各部分电路分析
电路由供电电路、高频头、中放、 鉴频、音频放大几部分组成, 下面具体介绍各部分电路。
1.供电电路
ULN2204内设有稳压与过压保护电路。其中，13脚为电源正极输入端，11脚为电源负端。
2.高频头电路
高频头电路由输入回路、 高放和变频器三部分组成, 总电压增益大于20dB。其输入阻抗应与拉杆天线阻抗匹配（约75Ω）, 输出阻抗应与片内中放的输入阻抗匹配（约几千欧）。输入回路由天线线圈Ｌ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｒ1及高放管V101的输入阻抗等组成, 通频带较宽, 能通过88MHz～108MHz信号。高放由V101组成共基单调谐放大器, V101的基极偏置受16脚输出的UAGC控制, 所以增益可控。与调幅接收时不同之处在于, 这时的AGC时间常数由外接电阻Ｒ18与电容Ｃ28、Ｃ29、Ｃ30确定。变频管V102兼有本振和混频两种功能。作为本振, V102和Ｌ4、Ｃ12、Ｃ11、Ｃ9以及双连可调电容组成电容三点式电路, 中频变压器FT1的初级回路调谐于10.7MHz, 远低于本振频率, 故对于本振信号可视为短路。16脚输出的UAGC同时也加到V102的基极上, 使管子的结电容受控而发生变化, 从而控制本振频率, 起到ＡＦＣ的作用。作为混频器, 输入信号和本振信号均加到V102的be结, V102的输出由FT1和FT2组成双调谐回路, 均调谐于10.7MHz, 矩形系数较好且兼有阻抗变换作用。混频器输出中频信号经②、 ①脚送入集成电路内的中放。
3.中放电路
集成电路的②脚为中放的输入端，①脚外接去耦电容，16脚为AFC控制端。当接收信号时，若本振信号偏移，使输入到鉴频器的中频信号偏离10.7MHz，反馈到16脚的电压也相应变化，该变化电压可控制变容元件，以改变本振频率，使其回复到正确的频率值。15脚外接中放负载，即中放输出端。
4. 鉴频电路
中放输出的被限幅的调频脉冲信号一路由V10的集电极直接送入Ｖ18的基极, 另一路由V10的集电极经15脚外接的90°移相电路后, 又由14脚送回V19的基极。V18和Ｖ19组成与门鉴频电路。相位鉴频器由90°移相电路、模拟乘法器和低通滤波器组成。对于二进制脉冲信号来说, 与门也是实现乘法功能的。所以, 用与门代替模拟乘法器, 可构成脉冲相位鉴频电路, 或称为脉冲均值鉴频电路。对于10.7 MHz调频波中频来说, 与AT3并联的电容可视为短路。由于⑦脚接地, 从而V29截止, Ｖ28不工作, Ｖ33截止, 所以调幅检波通路被切断, 调幅振荡级和混频级均不工作。Ｖ18、 Ｖ19的基极作输入, 二者发射极相连作输出构成与门, 因为仅当二者基极均为高电平“1”时, 两管均导通, 发射极输出才为高电平“1”。V24和Ｖ27组成施密特触发器, 起整形作用。Ｖ20与片内电阻Ｒ24（7.5kΩ）、⑧脚外接电容2（0.005 μF）组成有源低通滤波电路, 取出脉冲信号中的音频分量。 ⑧脚外接Ｒ15、Ｃ22和电位器组成高音提升电路, 用以补偿信号中高音频的损失。电路如图A—4所示。
5.音频放大电路
音频放大电路由两部分组成。前一部分是由V44、V45组成的PNP型差分放大器, Ｖ50为集电极有源负载, 用以提高电压放大倍数；V52和Ｖ53均为射随器, 起缓冲隔离和电平位移作用。 V36～V39是多路微电流恒流源, 为音频放大器提供合适的恒定电流。后一部分是PNP型复合管V48、V42和NPN管V49组成的互补对称的OTL电路, 从V49集电极输出的音频信号经12脚外接C19耦合到扬声器, 同时, C19上的直流电压又作为V49的集电极电源, 这是OTL电路固有的特点。R40、R41和10脚外接大电容组成一个负反馈支路, 将输出端信号反馈到输入端, 保证电路稳定地工作。V47和与其基极相连的R51、 R52、R53和三个二极管的作用在于保证输出端(12脚处)的直流电压维持在上, 这样才能使两个输出管处于对称状态下工作。音频放大电路总电压增益约为43dB。
故障分析，不能接收信号
1.调频头电路有故障 例如输入回路C1、C2开路；高放管V1损坏；变频管V2损坏；调谐回路F1、F2有开路或短路性故障。2.ULN2204内道路损坏。3.ULN2204的14脚F3外接10.7MHz移相电路不良。
检修方法
1.检查电源电压。2.根据背景噪声判断 若背景噪声正常，说明变频级之后电路正常，故障在输入与高放电路；若背景噪声过小，故障在变频级之后。3.采用信号注入法逐级向后检查 对音量电位器输入端注入信号，扬声器有声，说明电源与低放电路正常，可继续下面步骤检测。否则，电源与低放电路有故障。从ULN2204解调输入端⑧注入干扰信号，若扬声器有声，说明音量电位器R14、滤波电容C23正常。否则R14损坏电容C23击穿。从ULN2204中放输入②或⑥脚注入干扰信号，若扬声器正常，说明ULN2204内中放及外围元件基本正常。否则，通过对集成电路ULN2204各脚静态电压，在路电阻的检测，判断其好坏；检测C25是否击穿，使信号短路；14、13脚是否断路。
设计心得
通过这次高频电子线路课程的设计，我们不仅体会到了实践的乐趣，也懂得了实际设计电路的基本方法。这不但使我们的专业知识得到了提高，也锻炼了我们的综合能力。虽然只是一个调频接收机，但涉及的高频电路知识是非常多的。在设计的过程中对 相关资料的查阅，对各部分电路的思考使我们在进一步地学习调频收音机的结构和原理的同时，掌握了高频电路的设计技巧拓宽了知识面。由于我们设计是分组进行的，为此就要求我们要有很好的沟通与团队协作能力。一个好的设计作品不是某一个人做出来的，它是要靠大家的力量来共同制作完成。我们这次设计在合理分工的情况下，力求每个人都能发挥其所长。遇到问题时大家一起讨论。最后非常成功地完成了课程设计。
调频接收机设计
