1、摘要超 外 差 接 收 机 中 频 放 大 器 电 路 设 计摘 要本 课 题 研 究 超 外 差 接 收 机 中 频 放 大 器 电 路 。 超 外 差 接 收 机 是 使 用 本 地 产 生 一 个 振荡 波 与 输 入 的 频 率 信 号 进 行 混 频 ， 再 将 这 个 输 入 信 号 的 频 率 转 换 成 某 一 个 确 定 的 频 率的 方 式 。 这 样 的 方 式 可 以 很 大 程 度 上 提 高 远 程 通 信 接 收 高 频 频 率 信 号 和 弱 小 信 号 的 能力 。 在 1919 年 ， 科 学 家 们 利 用 超 外 差 原 理 制 作 出 了 超 外 差
2、接 收 机 。 本 文 就 对 接 收 机 的结 构 以 及 超 外 差 接 收 机 中 频 放 大 器 电 路 做 了 详 细 的 讨 论 ， 对 其 中 一 些 主 要 模 块 的 原 理 、性 能 参 数 以 及 设 计 仿 真 等 操 作 都 做 了 相 关 的 解 释 。 本 文 共 分 为 五 章 ：第 一 章 为 绪 论 ， 着 重 介 绍 的 是 课 题 的 背 景 意 义 以 及 课 题 目 前 的 研 究 现 状 。 第 二 章对 现 阶 段 使 用 较 多 的 几 种 接 收 机 进 行 详 细 的 介 绍 ， 同 时 分 析 了 它 们 的 主 要 结 构 、 工 作
3、原理 以 及 对 应 的 优 缺 点 。 之 后 介 绍 了 本 课 题 设 计 中 所 运 用 到 的 Multisim 软 件 。 最 后 综 合分 析 其 性 能 指 标 并 结 合 本 课 题 的 需 求 ， 确 定 使 用 超 外 差 式 接 收 结 构 。 之 后 对 超 外 差 式接 收 机 的 部 分 模 块 电 路 进 行 设 计 与 仿 真 。 第 三 章 则 是 混 频 器 的 测 试 和 研 究 。 首 先 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 ， 通 过 分 析 ， 采 用 平 衡 混 频 器 （ 模拟 乘
4、法 混 频 器 ） ， 同 时 对 其 中 的 一 些 参 数 进 行 仿 真 。 第 四 章 为 中 频 放 大 器 电 路 的 设 计 和仿 真 。 根 据 课 题 中 要 求 的 参 数 ， 设 计 出 符 合 课 题 的 中 频 放 大 器 电 路 。 同 时 使 用Multisim 软 件 对 其 进 行 仿 真 操 作 。 第 五 章 为 本 课 题 的 结 论 。本 文 主 要 通 过 对 中 频 放 大 器 电 路 的 设 计 和 实 现 ， 来 确 保 接 收 机 系 统 良 好 的 灵 敏 度 、选 择 性 以 及 频 率 响 应 特 性 。 在 实 际 的 研 究 设 计
5、 过 程 中 ， 首 先 必 须 了 解 所 设 计 的 器 件 ，并 掌 握 其 原 理 、 性 能 指 标 等 ， 然 后 才 进 行 电 路 的 设 计 ， 最 后 用 Multisim 软 件 进 行 仿 真测 试 。关 键 词 ： 接 收 机 ； 超 外 差 接 收 机 ； 混 频 器 ； 中 频 放 大 器AbstractHE SUPERHETERODYNE RECEIVER INTERMEDIATE FREQUENCY AMPLIFIER CIRCUIT DESIGNAbstractThis topic research the superheterodyne receiver
6、intermediate frequency amplifier circuit. Superheterodyne receiver is the use of local produce shock wave mixing with the input signal, then the frequency of the input signal is converted into a certain frequency method. This method can adapt to the remote communication for the needs of the high fre
7、quency signal and weak signal reception. In 1919, scientists using the superheterodyne principle into a superheterodyne receiver. In this paper, the structure of receiver and superheterodyne receiver made a detailed discussion of intermediate frequency amplifier circuit, principle, performance param
8、eters of some of the main modules, and design the simulation operations such as do the relevant explanation. This paper is divided into five chapters:The first chapter is an introduction part, it mainly introduces is the subject of meaning and the background of the current research status. Chapter i
9、i of the present stage using more kinds of receiver is introduced in detail. Finally comprehensive analysis of the performance index and with the demand of this topic, determine the use of superheterodyne receiver structure. After used in the design of this subject are introduced to the Multisim sof
10、tware.At the same time the superheterodyne receiver part of the circuit design and simulation. The third chapter is the research and test of mixer. First mixer on the working principle of mixer and the existing structure have made detailed description, through the analysis, using balanced mixer (ana
11、log multiplication mixer), at the same time, some of these parameters are simulated. The fourth chapter of intermediate frequency amplifier circuit design and simulation. According to the required parameters in subject, intermediate frequency amplifier circuit design conforms to the subject. use Mul
12、tisim software on its dc, bias circuit and the stability of circuit simulation. The finally chapter is the conclusion of the paper.This article mainly through to the intermediate frequency amplifier circuit design and implementation, to ensure that the receiver sensitivity, selectivity and good freq
13、uency response characteristics. In actual design process, first must understand the design of devices, to understand the principle, performance index, etc., and then to the design of the circuit, then use Multisim software simulation test.Key words : Receiver ; superheterodyne receiver; frequency mi
14、xer; intermediate frequency amplifer目录第 一 章 绪 论 .11.1 课 题 背 景 及 其 意 义 .11.2 国 内 外 研 究 现 状 .31.3 本 课 题 的 主 要 内 容 和 结 构 .3第 2 章 接 收 机 .42.1 接 收 机 结 构 .42.1.1 超 外 差 接 收 机 .72.1.2 零 中 频 接 收 机 .72.1.3 低 中 频 （ 近 零 中 频 ） 接 收 机 .82.1.4 宽 带 中 频 数 字 接 收 机 .92.2 接 收 机 的 技 术 指 标 .92.2.1 增 益 .92.2.2 接 收 机 的 选 择
15、性 和 线 性 度 .92.2.3 接 收 机 的 动 态 范 围 .102.2.4 接 收 机 的 灵 敏 度 和 噪 声 分 析 .102.3 电 路 仿 真 软 件 Multisim 的 应 用 .112.3.1 Multisim 10.0 的 主 要 功 能 和 特 点 .112.3.2 Multisim 10.0 在 模 拟 电 子 技 术 中 的 应 用 .112.4 本 课 题 所 用 的 接 收 机 结 构 .132.4.1 超 外 差 接 收 机 .132.4.2 超 外 差 接 收 机 的 系 统 仿 真 .132.5 本 章 小 结 .17第 三 章 混 频 器 .193
16、.1 混 频 器 的 构 成 和 基 本 工 作 原 理 .193.2 平 衡 混 频 器 .213.2.1 模 拟 乘 法 器 混 频 器 .213.2.2 创 建 混 频 器 仿 真 电 路 .21目录3.2.3 低 通 滤 波 器 .243.3 本 章 小 结 .26第 四 章 中 频 放 大 器 .274.1 中 频 放 大 器 在 无 线 通 信 技 术 中 的 应 用 .274.2 中 频 放 大 器 的 分 类 .274.2.1 单 调 谐 中 频 放 大 器 .374.2.2 双 调 谐 中 频 放 大 器 .284.2.3 多 级 中 频 放 大 器 .294.3 中 频 放
17、 大 器 主 要 技 术 要 求 .294.3.1 增 益 .294.3.2 选 择 性 .294.3.3 通 频 带 .304.3.4 稳 定 性 .304.4 中 频 放 大 器 电 路 的 设 计 .304.4.1 参 数 要 求 .304.4.2 设 计 步 骤 .314.4.3 设 计 .314.5 本 章 小 结 .37第 五 章 总 结 .38致 谢 .39参 考 文 献 .40第一章 绪论1第 一 章 绪 论1.1 课题背景及其意义超 外 差 接 收 机 是 使 用 本 地 产 生 一 个 振 荡 波 与 输 入 的 频 率 信 号 进 行 混 频 ， 然 后 将 这个 输 入
18、 信 号 的 频 率 转 换 成 某 一 个 确 定 的 频 率 的 方 式 。 这 样 的 方 式 可 以 很 大 程 度 上 提 高远 程 通 信 接 收 高 频 频 率 信 号 和 弱 小 信 号 的 能 力 。 在 1919 年 ， 科 学 家 们 利 用 这 种 超 外差 原 理 制 作 出 超 外 差 式 接 收 机 ， 超 外 差 接 收 机 的 性 能 比 一 般 放 大 式 的 接 收 机 要 好 的 多 ，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
19、、 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 。如 今 ， 通 信 技 术 正 在 飞 速 发 展 ， 21世 纪 更 是 电 子 通 信 技 术 的 世 纪 ， 因 此 对 于 通 信技 术 方 面 的 研 究 也 变 得 更 加 重 要 。 随 着 无 线 电 子 产 品 的 增 多 ， 无 线 电 通 信 技 术 的 运 用也 越 来 越 广 泛 。 这 就 更 需 要 我 们 对 无 线 电 通 信 技 术 进 行 研 究 ， 使 它 们 得 到 更 多 的 运 用 。在 研 究 接 收 机 过 程 中 ，
20、 我 们 对 接 收 机 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 比 如 接 收 机 的 价 格 ， 电 路 集成 度 以 及 工 作 频 率 等 等 。 现 阶 段 常 见 接 收 机 类 型 包 括 有 超 外 差 、 低 中 频 (近 零 中 频 )、零 中 频 、 宽 带 数 字 中 频 接 收 机 等 ， 其 中 超 外 差 式 接 收 机 是 使 用 最 广 泛 的 。 在 超 外 差 式接 收 机 系 统 结 构 中 ， 从 天 线 端 口 接 收 信 号 后 ， 通 过 高 频 放 大 器 进 行 放 大 ， 同 时 与 本 地振 荡 器 发 出 的 信 号 一 块 儿 在 混 频
21、 器 中 进 行 混 频 ， 混 频 后 则 产 生 了 所 需 的 中 频 信 号 ， 最后 通 过 检 波 器 检 波 以 及 低 频 放 大 ， 提 取 所 需 要 的 信 号 。 本 课 题 研 究 的 超 外 差 式 接 收 机可 用 于 较 多 的 无 线 设 备 中 ， 比 如 有 蓝 牙 技 术 和 GPS导 航 技 术 ， 所 以 也 就 拥 有 了 比 较 好的 发 展 前 景 。在 课 题 设 计 初 期 ， 通 过 查 阅 书 籍 文 献 ， 在 研 究 无 线 通 信 技 术 领 域 中 ， 由 于 频 谱 资源 有 限 ， 各 类 接 收 机 设 备 的 频 谱 接
22、 收 都 有 其 固 定 的 频 段 。 在 实 际 通 信 技 术 的 应 用 中 ，无 形 中 帮 助 了 我 们 更 好 的 研 究 。1.2 国 内 外 研 究 现 状目 前 ， 单 片 射 频 收 发 机 正 在 迅 速 的 发 展 中 ， 为 了 解 决 无 线 通 信 技 术 应 用 的 问 题 提供 了 比 较 有 效 的 帮 助 。 接 收 机 的 发 展 应 用 是 为 了 在 各 种 外 界 因 素 的 影 响 下 仍 然 可 以 调制 解 调 出 有 用 的 信 号 。 然 而 这 样 也 提 高 了 对 接 收 机 性 能 较 高 的 要 求 ， 同 样 也 加 大
23、了 设计 难 度 。 在 无 线 通 信 技 术 飞 速 发 展 的 时 代 ， 在 这 一 阶 段 ， 主 要 研 究 低 成 本 、 低 功 耗 的接 收 机 。接 收 机 的 设 计 要 求 是 以 最 低 的 成 本 以 及 低 功 率 来 接 收 和 处 理 信 号 ， 同 时 确 保 接 收机 正 常 稳 定 的 工 作 。 其 中 射 频 接 收 电 路 能 够 很 大 程 度 的 降 低 接 收 机 系 统 的 成 本 和 接 收机 结 构 的 尺 寸 。 近 年 来 ， 各 种 不 同 类 型 的 拓 扑 结 构 的 射 频 接 收 电 路 相 继 被 研 究 出 来 ，其
24、中 包 括 超 外 差 式 接 收 机 电 路 拓 扑 结 构 、 低 中 频 接 收 机 的 电 路 拓 扑 结 构 、 数 字 中 频 接计算机信息工程学院毕业设计说明书2收 机 电 路 拓 扑 结 构 等 等 。 这 些 不 同 类 型 的 拓 扑 结 构 都 有 着 自 身 的 优 点 和 缺 点 。如 今 ， 超 外 差 接 收 机 原 理 被 运 用 到 很 多 电 子 产 品 中 ， 比 如 蓝 牙 技 术 、 GPS 导 航 技 术 等 ，如 图 1-1 和 图 1-2 就 是 蓝 牙 接 收 机 和 GPS 接 收 机 的 基 本 原 理 框 图 。图 1-1 蓝 牙 接 收
25、 机 直 接 转 换 的 基 本 结 构 图图 1-2 一 般 的 GPS 接 收 机 结 构 框 图第一章 绪论31.3 本 课 题 的 主 要 内 容 和 结 构本 课 题 比 较 详 细 的 介 绍 了 现 阶 段 的 各 类 接 收 机 ， 主 要 研 究 超 外 差 接 收 机 中 频 放 大器 的 电 路 设 计 ， 同 时 比 较 全 面 的 介 绍 了 其 中 的 混 频 器 模 块 ， 并 进 行 了 设 计 和 仿 真 操 作 ，分 析 各 部 分 电 路 功 能 实 现 的 主 要 步 骤 和 仿 真 结 果 。论 文 结 构 为 ：第 一 章 为 绪 论 部 分 ， 着
26、 重 介 绍 的 是 课 题 的 背 景 意 义 以 及 课 题 目 前 的 研 究 现 状 。第 二 章 就 现 阶 段 各 类 具 有 代 表 性 的 接 收 机 都 做 了 比 较 详 细 的 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
27、 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2.1 接 收 机 结 构接 收 机 的
28、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 2-1 所 示 。图 2-1 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
29、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
30、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 。2.1.1 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
31、 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 的接计算机信息工程学院毕业设计说明书5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
32、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 2-2 为 超 外 差 原 理 图 ，图 2-2 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=fL-fc为 中 频 频 率 。 图 2-3 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 2-4）
