收音机仿真总结报告(1)

成都信息工程大学电子工程学院

学专班指

导

项 目

收音机

仿真总结报告

院 电子工程学院 业 电子信息工程 级 信号处理132 老

师

王海江

成 员 李泽东（2013021094）、唐维（2013021082）、 余苗（2013021111）、刘张霞（2013021081）、 李天杰（2013021085）、曾雪松（2013021083）

[ 2015 年 7 月 10 ]

日收音机项目仿真总结报告

目 录

1 引言 ..................................................................................................................................................................... 1 2 参考资料 ............................................................................................................................................................. 1 3 仿真内容 ............................................................................................................................................................. 1 4 硬件 ..................................................................................................................................................................... 2 4.1超外差收音机的结构.................................................................................................................................... 2 4.2超外差收音机工作框图和波形图 ................................................................................................................ 2 4.3超外差收音机的工作原理过程 .................................................................................................................... 3 5 软件 ..................................................................................................................................................................... 3 5.1MULTISIM的主窗口界面................................................................................................................................ 4 5.2菜单栏 ........................................................................................................................................................... 4 5.3工具栏 ........................................................................................................................................................... 4 6 仿真步骤 ............................................................................................................................................................. 5 7 仿真结果 ........................................................................................................................................................... 10 7.1 高频小信号放大器模块的设计 ................................................................................................................. 10 7.2 AM调幅波与混频电路的模块设计 ........................................................................................................... 11 7.3中频放大与滤波电路模块设计 .................................................................................................................. 13 7.4包络检波模块的设计.................................................................................................................................. 15 8 总结 ................................................................................................................................................................... 17

收音机项目仿真总结报告

1 引言

本项目主要研究了基于multisim的超外差收音高频小信号放大器，混频电路，中频放大与滤波和包络检波等各个组成部分的仿真，通过仿真及其效果图，充分了解超外差收音机各个部分的工作原理。

2 参考资料

[1] 陈启兴.通信电子线路.2版.清华大学出版社,2013。 [2] 张肃文.高频电子线路.北京:高等教育出版社,1986。 [3] 沈伟慈.高频电路.西安：西安电子科技大学出版社,2000。 [4] 于洪珍，通信电子线路.北京:电子工业出版社,2002。 [5] , Multisim仿真介绍。

[6] 丘聪,叶青,叶甜春,范军.4·2GHz CMO射频前端电路设计[J].微电子学,2009,(04)。

[7] 丘聪,叶青.C波段CMO射频前端电路设计与实现[J].半导体技术,2009,(02) 。 [8] 叶明,郭从良.射电接收机增益自动补偿的LabVIEW仿真[J].计算机真,2009,(02) 。

[9] 熊超,胡云,朱勤保.一种宽带测向接收机高频前端设计[J].航天电子对抗,2009,(01) 。

[10] 师志荣,汪洋,刘笃仁.基于TA31136的电台接收模块的设计[J].电子元器件应用,2009,(10) 。

3 仿真内容

本文主要介绍了超外差收音机，该收音机主要由高频小信号放大器，混频电路，石英晶体振荡器，中频放大与滤波和包络检波等部分组成。

其工作原理是简单收音机为了提高灵敏度指标增加了高放级，但高放级级数的增加是有限度的，如果为了提高灵敏度而加多高放级，则不但统调困难，更易发生寄生振荡。另一个原因在于：晶体管电路对于高中低频带的表现是不同的，这就造成了整个收音频带内的指标不和谐。

如果能把收音机固定在一个频带上工作,它的收音质量当然很好,不过事实上许多广播电台并不都挤在一个不大的频带上广播，而是分布在—个很宽的频带中进行广播。因而只能在改进收音机的电路上想办法,把这些分散在各波段的电台，在收音机里变成一个预定的频率,这样,就能很好地加以放大了。

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超外差电路就是这样的装置。它将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。如果我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称为本机振荡)，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。

4 硬件

4.1超外差收音机的结构

（图 4—1 朝外超式收音机原理方框图）

超外差式收音机主要由天线、输入电路、变频电路、本机振荡电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。

4.2超外差收音机工作框图和波形图

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（图 4—2 超外差收音机整体电路图）

4.3超外差收音机的工作原理过程

超外差收音机，首先把接收到不同频率的电台信号，都变成固定的中频信号(我国规定中频信号是465kHZ)，由中频放大器进行放大,然后进行检波，这样就克服了直放式收音机在接收不同频率的时候灵敏度不均匀的缺点。而且固定频率的中频信号既便于放大又便于调谐因此超外差式收音机具有灵敏度高、选择性好的特点。这也是超外差收音机名称的由来。

接收天线将广播电台播发出的高频调幅波，经过输入电路接收下来，通过变频级把外来的高频调幅波信号频率变换成一个介于低频与高频之间的固定频率即：465kHZ，然后由中频放大级将变频后的中频信号进行大，再经检波级检出音频讯号，为了获得足够大的输出音量，需要经前置放大级和低频功率放大级加以放大来推动扬声器。我们通常将从天线到检波级为止的电路部分称为高频部分，而将从检波级到扬声器为止的电路部分称为低频部分。

5 软件

Multisim软件以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设

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计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

5.1Multisim的主窗口界面

（图 4—3 Multisim主窗口界面）

界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。

5.2菜单栏

菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。

5.3工具栏

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Multisim提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。

顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。

1. Standard工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作，如下图所示：

2. Design工具栏作为设计工具栏是Multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：Component中的Multisim Master工具栏，Instrument工具栏。

（1）作为元器件（Component）工具栏中的一项，可以在Design工具栏中通过按钮来开关Multisim Master工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和Multisim元器件数据库中的分类相对应，通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从Multisim的在线文档中获取。这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。

（2）Instruments工具栏集中了Multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表，用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。

（3） 用户可以通过Zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。 （4） Simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。

6 仿真步骤

1.打开multisim软件后，点击 文件/设计 新建设计图纸（快捷键 Ctrl + N),当然，软件打开时默认新建一张图纸，直接保存为你想要的文件名即可， 如下图所示:

2. 在工具栏处点击器件库选择相应的器件并设置参数：

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3.移动元件排版一下即可，如下所示：

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4. 移动鼠标到元件引脚处，引出线与元件连接，组成完整的闭合回路，如下所示:

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5.点击界面中的运行仿真按钮，切换开关状态就可以看到不同的效果，如下所示即为运行启动按钮：

6. 当开关处于断开时，发光二极管处于暗状态，不发光。

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7.当开关处于闭合时，发光二极管处于亮状态，发光：

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7 仿真结果

7.1 高频小信号放大器模块的设计

Multisim的仿真示意图：

（图 7—1 高频小信号放大器的Multisim的仿真电路图）

仿真结果：

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（图 7—2 高频小信号放大器的输入与输出波形的仿真示意图）

高频小信号放大器是将接收到的小信号进行放大以便作进一步的变换和处理，这里通过调节参数使得输入信号的频率等于LC回路的谐振频率，从而得到上图中输入信号与放大的输出信号的波形示意图。

通道A输出波形是天线经输入回路是的信号，也就是信源信号；通道B是经高频放大的信

号。R6、R8为三极管Q2的偏置电阻，以使其工作在放大区。输入VCC=20V，V(BR)>=VCC，输出功率P0=1/2（I0*R5）2，V0=I0*R7,电容C2起隔直耦合作用，C4起隔直作用，Q1、Q3两个三极管构成乙类功率放大器，R3、R5的值都取1.0欧，负载R7为8.2欧，最终由R7输出功率。由仿真结果得出，放大器将电压幅值放大20倍。

7.2 AM调幅波与混频电路的模块设计

Multisim的仿真示意图：

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（图 7—3 混频电路的Multisim的仿真电路图）

仿真结果图：

（图 7—4 混频电路的仿真波形效果图）

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（图 7—5 混频电路的调幅波（AM）输出波形）

这部分的模块设计包括了AM调制与混频电路的设计，在AM调制电路中，通过将调制信号与高频载波信号相乘得到AM调制信号。在混频电路的设计中，首先混频就是一种频谱的线性搬移过程，这里是将AM调制信号与本地振荡信号相乘从而得到中频信号，其输出波形如上。

7.3中频放大与滤波电路模块设计

Multisim仿真示意图：

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（图 7—6 中频放大器的Multisim仿真电路图）

仿真结果图：

（图 7— 7 中频放大器的效果仿真波形图）

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中放的作用有两个主要目的：（1）提高增益，因中频信号频率低，晶体管的参

数及回路谐振电阻较大，因此易于获得较高的增益。差外差接收机检波前的总增益主要取决于中放电路。（2）抑制邻近频道干扰。

对中放的主要要求是：工作稳定，失真小，增益高，选择性好，有足够宽的通频带。对于高放，因工作频率f0高，通频带BW=f0/QL宽，如果高放回路的Q值越高越好，这时不必考虑BW太窄的问题[14]；但对于中放，由于工作频率较低，假如回路Q值较高，频带可能太窄而不能通过全部信号分量，所以在它要求的通频带的条件下选择性越高越好，也就是说谐振曲线接近矩形。

7.4包络检波模块的设计

Multisim的仿真示意图：

（图 7—8 检波电路的Multisim的仿真电路图）

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仿真结果图：

（图 7—9 检波电路的仿真波形效果图）

鉴频器的任务是从调频信号中检出调制信号，它包括变换部分及振幅检波器部分。利用LC谐振回路实现振幅鉴频，LC谐振回路构成的频幅变换网络将等幅的信号变换为FM-AM信号，然后利用包络检波电路恢复出原调制信号。

通道A是中频放大后的输入信号，通道B是检波器输出信号。

因为调频波振幅恒定，所以无法直接用包络检波器解调。由于二极管峰值包络检波器线路简单、性能好，能够将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM-AM波，也就可以通过包络检波器解调此信号。

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8 总结

从Multisim的仿真中认识到更多电路元器件，熟悉了它们的性能、结构特点及其电路应用。在仿真过程中我们自己动手设计了高频小信号放大器，AM调幅波和混频电路，中频放大与滤波电路和包络检波器这些模块，这是收音机的主要组成部分，通过这几周在网上查询大量的资料和相关文献更好地学习了这些组成部分的构造及其成因，对超外差收音机原理的理解又上升了一个台阶。分析仿真效果图，再加以消化与吸收，然后再做Multisim仿真，可谓收获颇丰。

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