高频课程设计报告 希勒振荡器+收音机制作

高频电子线路

课程设计报告

2011-2012学年第一学期

院（系）电子信息学院

专业通信工程班级

学生姓名

课设时间 2011.12.5-2011.12.16 指导老师

提交时间 2011.12.16

目录

一、课程设计的目的和意义 (4)

二、课程设计的内容 (4)

2.1仿真设计 (3)

2.1.1设计内容 (3)

2.1.2题目 (3)

2.1.3小组分工 (3)

2.2 AM广播接收机的制作 (3)

2.2.1设计内容 (3)

3.1仿真设计 (4)

3.1.1设计题目 (4)

3.1.2原理 (4)

3.1.3参数确定 (7)

3.1.4电路图如下 (8)

3.2 AM广播接收机的制作 (8)

3.2.1设计流程图 (8)

3.2.2电路原理图 (10)

3.2.3 HX108-2装配图 (9)

3.2.4工作原理 (10)

四、课程设计的要点 (12)

4.1仿真设计 (12)

4.1.1设计注意事项 (12)

4.1.2调试过程及结果 (12)

4.2 AM收音机的调试 (14)

4.2.1调节中频频率 (14)

4.2.2调整频率刻度 (14)

4.2.3统调 (14)

五、课程设计总结 (14)

5.1仿真设计实验 (15)

5.2 AM广播接收机的制作 (15)

参考文献 (15)

《高频电子线路》课程是电子信息专业继《电路理论》、《电子线路(线性部分)》之后必修的主要技术基础课，同时也是一门工程性和实践性都很强的课程。课程设计是在课程内容学习结束，学生基本掌握了该课程的基本理论和方法后，通过完成特定电子电路的设计、安装和调试，培养学生灵活运用所学理论知识分析、解决实际问题的能力，具有一定的独立进行资料查阅、电路方案设计及组织实验的能力。通过设计，进一步培养学生的动手能力。

二、课程设计的内容

2.1仿真设计

2.1.1设计内容：

希勒振荡器的设计

2.1.2题目：

1、额定电压5.0V，电流1-3mA，输出中心频率7MHZ。

2、频率具有一定变化范围

2.1.3小组分工

1、查找资料：包晓燕

2、绘制实验电路图：徐智英

3、调试及完成报告：徐智英、包晓燕

2.2 AM广播接收机的制作

2.2.1设计内容：

HM108-2AM收音机的制作、调试、使用和故障的排出。

3.1仿真设计

3.1.1设计题目： 希勒振荡器的设计 3.1.2原理：

1、三点式振荡器的构成法则：

三点式振荡器即LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，除晶体管外的三个电抗元件X1,X2,X3，它们构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络，为此三者必须满足一定的关系。根据谐振回路的性质，谐振时应为纯电阻性，因而：X1+X2+X3=0

所以回路中的三个电抗元件不能同时为感抗或容抗，必须由两种不同性质的电抗元件构成。其构成法则为：与晶体管发射级相连的两个电抗元件必须是同性质的，而不与发射极相连的另一阻抗和它们性质相反。

图3.1 三点式振荡电路图

2、电路组成及器件选择

该西勒振荡器电路由放大器电路、选频网络、反馈网络三部分组成，其等效电路图如下： 该电路振幅起振条件：

1)()(00>?ωωF A 相位起振条件为：

πω?ω?n F A 2)()(00=+

振幅平衡条件： 1=?F A

图3.2 西勒振荡器交流等效电路图

放大器电路由晶体三极管V、高频扼流圈ZL、高频旁置电容Ce、集电极偏置电阻R1、基极偏置电阻R2、射极偏置电阻R3组成。放大器可选用有源器件如电子管、晶体管等，本设计采用晶体三极管V作为能量控制的放大器。

选频网络用来决定振荡频率，本设计采用LC并联谐振回路，由C1、C2、C3、L、C4组成要求C1>>C3，C2>>C4。

反馈网络是将输出信号送回到输入端的电容分压式正反馈网络，C2和Cb构成正反馈。

3、系统框图及逻辑功能

设计出能产生频率稳定、幅度不变的正弦波振荡器。振荡器也是一种能量转换器，它无需外加输入信号，本身就能自动地将直流电能转换为特定频率、波形、幅度的交变电能输出。本设计属于反馈型振荡器，是在放大器中引入正反馈，当正反馈足够强时，放大器就变成了振荡器，通过反馈振荡电路中的选频网络，就可以得到一定频率的正弦波信号输出。

这种方案设计出的正弦波振荡器电路简单，在改变C调节频率时不影响反馈系数，频率可调，其系统框图如下图所示：

放大器选频网络

反馈网络

图3.3 系统框图

4、放大器电路

放大器电路由晶体三极管V、高频扼流圈Z、高频旁置电容Ce、集电极偏置电阻R1、

放大器能对振荡器输入端所加信号予以放大，使输出信号保持一定数值，由于放大器的倒相作用它的输出电压V0与Vi 相差180°，又由于集电极与基极是接于回路的相对两端，因此两者对发射极电位的变化相差180°，亦即V0与反馈电压Vf 相差180°。V0与Vi 同相，满足了振荡所需的相位条件：πω?ω?n F A 2)()(00=

+

图3.4 放大器电路图

5、选频网络

选频网络实质上一LC 并联谐振回路，振荡器在接通电源的一瞬间，晶体管会产生一个从零到某一数值的电流阶跃，该电流阶跃的成分十分丰富，选频网络会选出满足正反馈的频率再经过正反馈建立信号。

因为C1>>C3，C2>>C4，所以振荡频率为：

43201341111

C C C C C C C C C i

+≈+++

++=

∑

)

(2143C C L f +=

π

图3.5 选频网络电路图

6、反馈网络

反馈网络由电容C3和电容C4组成。由其等效电路图可知，反馈网络是通过电容C4将一部分输出电压送到信号输入端即晶体三极管的基极，成为输入信号，完成一次循环。由于输入电压与输出电压同相，所以也成为正反馈。

3.1.3参数确定

通过以上分析可知，该电路满足振幅和相位起振条件，另本次设计还要满足频率稳定度的条件。其参数选择如下：

1、振荡回路参数L和C的选择：

L和C的变化会引起振荡频率的变化，因此在选择器件时应该选择不易发生机械形变的元件，同时尽量维持振荡器的环境恒定。

为了满足谐振要求，各参数取值如下：C1=124PF,C2=124PF,C3=47PF

为了方便调节C4取可调电容，根据要求谐振的中心频率为7MHZ，

假设稳定度：3.53%

由稳定度公式，计算得：3.53*7+7=7.247MHZ,3.53*7-7=6.785MHZ

频率范围：6.785MHZ--7.247MHZ

而当C4=30PF（可变）,L=9.1uH,此时频率为7.07MHZ。

2、有源器件的选择：

采用晶体管作为有源器件时，其级间电容将影响频率稳定度，在设计是应尽量减小晶体管与回路之间的耦合，中间放大级和射级跟随电路中的晶体管应选用高功率的高频三极管（3DG6B）晶体管工作在放大区，要满足放大的条件。

其他参数的设计：各晶体管集电极偏置电阻2K,射级偏置电阻1K，基极偏置电阻可以根据电路需要通过电位器调节所得。

图3.6 希勒振荡器实验电路图3.2 AM广播接收机的制作

3.2.1设计流程图：

图3.7 AM广播接收机设计流程图

图3.8 HX108-2七管半导体收音机电原理图3.2.3 HX108-2装配图

图3.9 HX108-2七管半导体收音机装配图

超外差收音机的主要工作特点采用了“变频”措施。输入回路从天线接收到的信号中选出某电台的信号后，送入变频级，将高频已调制信号的载频降低成一个固定的中频(对各电台信号均相同)，然后经中频放大、检波、低放等一系列处理，最后推动扬声器发出声音。HX108－2 AM收音机的原理图由输入回路、变频级、中放级、检波级、前置低频放

大级和功率放大级组成，其中V

8，V

9

，(IN4148)组成1.3 V±0.1 V稳压，固定变频级，一

中放级、二中放级、低放级的基极电压，稳定各级工作电流，以保持灵敏度。V

4

三极管的

PN结用做检波。R

1，R

4

，R

6

，R

1o

分别为V

1,

V

2,

V

3,

V

5

的工作点调整电阻，R

11

为V

6

，V

7

；功放级

的工作点调整电阻，R

8为中放的AGC电阻，B

3

，B

4

，B

5

为中周(内置谐振电容)，既是放大器

的交流负载又是中频选频器。该机的灵敏度，选择性等指标靠中频放大器保证。B

6，B

7

为

音频变压器，起交流负载及阻抗匹配的作用。

(1)输入回路

输入回路也称为调谐回路，它由磁棒天线、调谐线圈和C

1－A

组成。磁棒具有聚集无线

电波的作用，并在变压器B

1的初级产生感应电动势，同时也是变压器B

1

的铁心。调谐线圈

与调谐电容C

1－A 组成并联谐振电路，通过调节C

1－A

，使并联谐振回路的谐振频率与欲接收

电台的信号频率相同。这时，该电台的信号将在并联谐振回路中发生谐振，使B

1

，初级两

端产生的感生电动势最强，经B

1

耦合，将选择出的电台信号送入变频级电路。由于其他电台的信号及干扰信号的频率不等于并联谐振回路的谐振频率，因而在Bt初级两端产生的感应电动势极弱，可被抑制掉，从而达到选择电台的作用。对调谐回路要求效率高、选择性适当、波段覆盖系数适当，在波段覆盖范围内电压传输系数均匀。

(2)变频级

变频级由V

1

管承担，它的作用是把接收到的已调高频信号与本机振荡信号进行变频放大，得到465 kHz固定中频。它由变频电路、本振电路和选频电路组成。变频电路是利用了三极管的非线性特性来实现混频的，因此变频管静态工作点选得很低，让发射结处于非

线性状态，以便进行频率变换。由输入调谐回路选出的电台信号经B

1

耦合进入变频放大器

Vt的基极，同时本振电路的本振信号f2 (f2≡f1＋465 kHz)经C

3耦合进入混频放大器V

1

的发射极，两周在混频放大器Vt中实现混频，在V

1

集电极输出得到一系列新的混频信号，

其中只有f2一f1＝465 kHz的中频信号可以通过B

3

中周的选频电路(并联谐振)并得到信号放大，而其他混频信号则被抑制掉。

本振电路是一个共基组自激振荡电路，B2的初级线圈与Ct：组成并联谐振回路，经Vt放大的本振输出信号，通过B2次级耦合到初级，形成正反馈，实现自激振荡，得到稳幅定的本振信号。本振信号频率户与预接收信号频率户通过双联可调电容Ct来实现频率差始终保持为465 kHz。

选频电路由中周(黄、白、黑)完成，中周的中频变压器初级线圈和其并联电容组成并联谐振电路，谐振频率固定为465 kHz，同时作为本级放大器的负载。只有当本级放大器输出465 kHz中频信号时，才能在选频电路中产生并联谐振，使本级放大器的负载阻抗达到最大，从而得到中频信号的选频放大。对于其他频率信号，通过选频电路的阻抗很小，几乎被短路抑制掉。选频放大后的465 kHz中频信号经中频变压器耦合到下一级输入。

在调谐时，本机振荡频率必须与输入回路的谐振频率同时改变，才能保证变频后得到的中频信号频率始终为465 kHz，这种始终使本机振荡频率比输入回路的谐振频率高465 kHz的方法称为统调或跟踪。要达到理想的统调必须使用两组容量不同，片子的形状不同的双联可调电容。实际中，常常使用两组容量相同的双联可调电容，在振荡回路和谐振回路中增加垫整电容和补偿电容，做到三点统调。即在整个波段范围内，找高、中、低三个频率点，做到理想统调，其余各点只是近似统调。三点统调对整机灵敏度影响不大，因此得到广泛的应用。

(3)中频放大电路

中频放大电路由V2，V3，两级中频放大电路组成，它的作用是对中频信号进行选频和

放大。第一级中频放大器的偏置电路由R

4，R

8

，V

4

，R

9

，R

14

组成分压式偏置，R

5

为射极电阻，

起稳定第一级静态工作点的作用，中周B

5

，为第一级中频放大器的选频电路和负载。在第二级中频放大器中It，为固定偏置电阻，R，为射极电阻，中周B，为第二级中频放大器的选频电路和负载。第一级放大倍数较低，第二级放大倍数较高。中频放大器是保证整机灵敏度选择性和通频带的主要环节。对于中频放大器，主要要求是合适稳定的频率，适当的中频频带和足够大的增益。

(4)检波级

检波级由⒕二极管检波和C

8，C

9

，R

9

，组成的冗型低通滤波器、音量电位器R

14

组成。

它是利用三极管一个PN结的单向导电性，把中频信号变成中频脉动信号。脉动信号中包

含有直流成分、残余的中频信号及音频包络三部分。利用由C

8，C

9

，R

9

构成π型滤波电路，

滤除残余的中频信号。检波后的音频信号电压降落在音量电位器R

14上，经电容C

10

。耦合

送入低频放大电路。检波后得到的直流电压作为自动增益控制的AGO电压，被送到受控的第一级中频放大管(v

2

)的基极。检波电路中要注意三种失真即频率失真、对角失真和负峰消波失真。

(5)AGC

AGC是自动增益控制。R

8是自动增益控制电路AGC的反馈电阻，C

4

作为自动增益控制

电路AGC的滤波电容。检波后得到的直流电压作为自动增益控制的AGC电压，被送到受控的第一级中频放大管(v

2

)的基极。当接收到的信号较弱时，使收音机具有较高的高频增益；而当接收到的信号较强时，又能使收音机的高频增益自动降低，从而保证中频放大电路高频增益的稳定，这样既可避免接收弱信号电台时音量过小(或接收不到)，也可避免接收强信号电台时音量过大(或使低频放大电路由于输入信号过大而产生阻塞失真)。

当控制过程静态时，当收音机没有接收到电台的广播时，V

2

，(受控管)的集电极电流ICz为0.2～0.4mA。第一级中放管具有最高值，中放电路处于最高增益状态当收音机接收较弱信号电台的广播时，中放电路输出信号的电压幅度较小，检波后产生的UAGC也较小。当负极性的U AGC经R8送至v2的基极时，将会使v，的基极电压略有下降、基极电流略有减小。由于U AGC也较小，所以I cz将在0.4mA的基础上略有减小，使第一级中放管仍具有较高的β值，第一级中放电路处于增益较高的状态，检波电路输出的音频信号电压幅度仍能达到额定值，不会有明显的减小。

当收音机接收较强信号电台的广播时，中放电路输出信号的幅度较大，检波后产生的

U AGC 也较大。当负极性的U

AGC

经R

8

送至V

2

，的基极时，将使V

2

，的基极电压下降、基极电流

减小。由于U

AGC 较大，I

cz

将在0.4mA的基础上大幅度下降，使第一级中放管β值减小，第

一级中放电路的增益随之减小，检波电路输出的音频信号电压幅度基本维持在额定值，不至于有明显的增大。

(6)前置低放级

前置低放级由V

5、固定偏置电阻R

10

。和输入变压器初级组成。检波器输出音频信号经

过音量电位器和C

10。耦合到V

5

的基极，实现音频电压放大。本级电压放大倍数较大，以利

于推动扬声器。

(7)功率放大级

功率放大由V

6，v

7

和输入、输出变压器组成推挽式功率放大电路，它的任务是将放大

后的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发出声音。

(8)电源退耦电路

由V

8，V

9

正向串联组成高频集电极电源电压为1.35V左右。由R

12

，C

14

，C

15

组成电源退

耦电路，目的是防止高低频信号通过电源产生交连，发出自激啸叫声。简单地说，HX108－2 AM收音机是这样工作的：磁性天线感应到高频调幅信号，送到输入调谐回路中，转动双联可变电容C

1

，将谐振回路谐振在要接收的信号频率上，然后将通过B，感应出的高频

信号加到变频级V

1，的基级，混频线圈B

1

组成本机振荡电路所产生的本机振荡信号通过C

3

，

注入V

1

，的发射极。本机振荡信号频率设计比电台发射的载频信号频率高465 kHz，两种不同频率的高频信号在V，中混频后产生若干新频，再经坞中周B，选频电路选出差频部

分，即465 kHz的中频信号并经过B

3的次级耦合到V

4,

进行中频放大，放大后的中频信号由

B

6,

耦合到检波三极管△进行检波，检波出的残余中频信号在通过低通滤波器滤掉残余中频

后，音频电流在电位器R

14上产生压降并通过C

10

。耦合到V

5

组成的前置低频放大器，放大

后的音频信号经过输入变压器B

6耦合到V

6

，v

7

组成功放电路实现功率放大，最后推动扬声

器发出声音。

四、课程设计的要点

4.1仿真设计：

4.1.1设计注意事项：

在器件选择上，要选取参数稳定的元器件，以提高振荡器的频率稳定性4.1.2调试过程及结果：

1、由假设的稳定度，推得频率在一定范围内变化

图4.1 电路频率计

图4.2 电路频率计2、f=7.07MHZ，中心频率接近7MHZ

图4.3电路频率计

图4.4 电路波形图

经计算，得MHZ C C L f 247.7)

647(*1.921

)

(2143≈+=

+=

ππ

由实验仿真结果可知，西勒振荡器最终输出结果为一正弦波，由于存在元器件噪声会影响振荡器瞬间稳定度，所以输出波形发生了一点失真，但整体效果还是不错的。

4.2 AM 收音机的调试

4.2.1调节中频频率

a 、 打开收音机接收一低端电台，按黑、白、黄顺序调节中周，使声音最响

b 、 换一个本地电台，按a 法调试 4.2.2调整频率刻度

a 、550kHz —700kH 选择一电台，如640kHZ 的中央电台，调节红中周使声音最大。

b 、1400kHZ —1600kHz 选择一电台，调节双联电容左上角微调电容，是声音最大 注：a 、b 选反复2到3次调节 4.2.3统调

a 、 收听一最低端电台，调整线圈在磁棒上的位置，使声音最大

b 、 收一最高端电台，调整双联右下电容微调，使声音最大

五、课程设计总结

5.1仿真设计实验

本周高频电子电路实训的任务是：设计电路图进行仿真测试、调试。我们小组分配到的课题是“希勒振荡器”。振荡器设计实验是高频电子电路课程考查学生的方式之一，这次设计实验对于督促我们对知识的巩固和应用起到很大作用。

课程设计之前我们对课本上相关的知识进行了仔细复习，同时也在图书馆与网站上查阅了相关的资料，并反复推究、计算。选取要求所需的元件参数，进而设计电路、运行仿真。

整个设计实验过程对于初学者的我们来说还是很艰难的。首先是理论知识还较模糊，一开始真是没有头绪，以至于不知从何下手。只能对课本知识复习，再结合课外书籍上关于振荡器的原理图进行分析，初步得出电路图。

在绘制完电路图之后，竟发现仿真结果无反应。仿真测试可谓是我们本次实训最大的难点了，经常达不到要求的指标，所以，改过好几次电路图，再通过多次修改元件参数才得到比较符合要求的电路，但最终得到的电路也不是完美无瑕的，还是存在了问题：输出波形仍有一点失真。

在整个设计过程中，我们共同体会到了：

一、要对所学知识扎实掌握，然后才能在此基础上进行提高。

二、重视理论与实践的结合。在实践过程中，尊重实际并调整，寻找解决问题的方法。

三、对于工科学生，动手操作能力比理论知识更重要，要注重实践。在学习的同时进行创新。

这是第一次设计实验，只是个开始，以后的实验会更多，任务更重。在今后的学习中我们会更加努力，把基础知识牢牢掌握，在与实践相结合，在实践中运用巩固理论知识，发现问题并解决问题，不断提高自己。

5.2 AM广播接收机的制作

延续上周的仿真设计，本周将理论付诸于实践。任务即是独立制作完成AM广播接收机（收音机）。初次接触收音机的制作，对其原理略显模糊，所以在老师布置工作任务之后，我去图书馆查阅了些资料，理解七管半导体收音机的工作原理：超外差收音机的主要工作特点采用“变频”措施。输入回路从天线接收到的信号中选出某电台的信号后，送入变频级，将高频已调制信号的载频降低成一个固定的中频(对各电台信号均相同)，然后经中频放大、检波、低放等一系列处理，最后推动扬声器发出声音。之后对它的原理图作大致的了解：它由输入回路、变频级、中放级、检波级、前置低频放大级和功率放大级组成。

初步掌握了收音机工作原理与器件组成之后，开始了制作过程。因为上学期有过制作万用表的经历，所以，焊接工作相对熟悉而简易。但还是要特别注意小心仔细，如若一不小心焊错或者使焊点与焊点之间连在一起短接了，检查起来就既麻烦又浪费时间了。还有要注意的是，电路板焊盘上的铜膜较脆弱，焊接时如果不小心破坏的话就很难将元器件焊接上去了。本次焊接电阻采用竖接式，因为电阻较大，而焊接点之间的间距较小，竖着接入就比较美观了。

将所有元器件焊入电路板之后，开始接通电源测试。非常幸运，调试结果成功，收音机可以发出声音并调出4-5个台。

通过本次实训，我受益匪浅，不仅锻炼自己动手能力和思维能力，也对书本上的理论知识有了进一步的掌握。我也更体会到了把理论付之于实践的重要性。

参考文献

1、《高频电子线路》王卫东电子工业出版社 2009.3

2、《基于Multisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析》黄智伟电子工业出版社2004.7

3、《Multism 9 在电工电子技术中的应用》董玉冰清华大学出版社 2008.11