收音机课程设计报告
通信电子线路课程设计报告
FM收音机的制作
FM无线麦克风设计
姓 名： 尹仲勋，曾方圆，林培达 班 级： 07通信1 学 号： [1**********]8 指导老师： 陆健强，蔡坤，俞龙，黄双萍 日期： 2010.6.7～2010.6.15
华南农业大学工程学院
摘 要
随着科学技术的发展，调频收音机的应用十分广泛，尤其消费类占有相当的市场 。从分离元件组成的收音机到由集成电路组成的收音机，调频收音机技术已达到十分成熟的地步。在众多种收音机中，调频收音机以较高的技术含量和较高的音质得到了广泛的欢迎。 调频发射机也以其良好的发射效果而被广泛应用。FM收音机和FM无线麦克风组成了性能较好的发射接收系统。
本论文主要介绍了利用分立元件组成的FM收音机和FM无线麦克风的设计全过程，包括电路各个模块参数的计算，电路各个模块的分析，电路板的焊接过程、调试过程，讨论了在设计过程中遇到的问题以及如何解决问题。
本次课程设计成果，基本上满足要求，性能指标符合。FM无线麦克风能够很好发射频率，而FM收音机电路的缺点是伴有音质噪声，需进一步改进。
关键词： FM收音机、FM无线麦克风、焊接、调试
目录
1.前言 ........................................................ 1
2 电路设计 .................................................... 2
2.1 FM收音机设计 ······························································································· 2
2.2 FM无线麦克风设计 ······················································································· 8
3．电路焊接、调试 ............................................ 10
3.1 电路板焊接 ··································································································· 10
3.2 电路板调试 ··································································································· 10
4. 讨论及进一步研究建议 ....................................... 14
5.课程设计心得 ............................................... 15
Abstract ..................................................... 16
参考文献 ..................................................... 17
附录 ......................................................... 18
1.前言
调频收音机（FM Radio）一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式 目前调频式或调幅式收音机，一般都采用超外差式，它具有灵敏度高、工作稳定、选择性好及失真度小等优点。FM无线发射机FM麦克风一样，是人们生活中常用的，具有重要应用。因此，高音质的FM收音机和高质量的FM无线麦克风的制作具有重要意义。
2 电路设计
2.1 FM收音机设计
设计指标：天线输入信号频率：87~108MHz
本振部分：（1）输出本振频率为77.3~97.3MHZ可调 混频部分：（1）设计谐振频率为10.7MHZ的中频谐振回路
（2）混频输出频率为10.7MHZ
中频部分：（1）３０dB功率增益
（2）陶瓷滤波器输出端为10.7MHZ调制信号 检波部分：（1）设计一个FM斜率鉴频的并联谐振回路
（2）检波输出为音频信号
低频功放部分：音频信号的幅度可调
整体框图：
图1 收音机整体框图
2 电路设计
2.1 FM收音机设计
设计指标：天线输入信号频率：87~108MHz
本振部分：（1）输出本振频率为77.3~97.3MHZ可调 混频部分：（1）设计谐振频率为10.7MHZ的中频谐振回路
（2）混频输出频率为10.7MHZ
中频部分：（1）３０dB功率增益
（2）陶瓷滤波器输出端为10.7MHZ调制信号
检波部分：（1）设计一个FM斜率鉴频的并联谐振回路
（2）检波输出为音频信号
低频功放部分：音频信号的幅度可调
整体框图：
图1 收音机整体框图
2.1.1 FM收音机电路各个模块参数的计算
1、调谐电路参数计算
图2 调谐回路
调谐回路是由可变电容VC
并上一15PF电容和天线线圈 L1 组成。调节可变电容
VC 可使 LC回路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。同时，调谐回路还有一个重要的作用，就是采用部分接入，将信号很好地耦合到下一级电路中去。
谐振频率范围的计算：已知天线端的接收频率范围是87.5MHZ~108 MHZ，薄膜介质可变电容VC的值为3~20PF,通过并联一个15PF
电容，可减少容量变化量。
1) 谐振频率范围计算： ∵f
1.39 (其中
f
max
为最高接收频率，f
min
为最低接收频率；cmax为可变电容最大容量， cmin为
可变电容最小容量) ∵ ∴
ff
min
＝87.5MHz
≈1.39×87.5MHz≈122MHz
max
由上分析，可知谐振频率范围在87.5～122MHz范围内，但布线寄生容量及晶体管电极间容量会导致谐振频率降低。
2）线圈L1计算：
取谐振频率为87.5MHz，此时 L1
11
0.095H 22226124fC487.5103510
利用电感计算小软件，可以根据我们需要的电感值绕线圈，以4㎜的笔芯为轴，绕制大概5圈即可。
2 本振电路参数计算
图3 本地振荡电路
本振条件： 正反馈（ 相位条件） 幅 度 (反馈量要足够大）
本图为克拉伯振荡电路，由晶体管、可变电容、瓷片电容和5V稳压管等组成。它能产生稳定高频振荡信号，振荡频率总是比输入的电台信号高 10.7MHz。
1）
线圈L3计算：
如图，∵C2010
120104.334.3PF
设此时谐振频率为87.5－10.7＝76.8MHz，则 L2
110,125H
42f2C4276.8106234.31012
利用电感计算小软件，可以根据我们需要的电感值绕线圈，以4㎜的笔芯为轴，绕制大概6圈即可。
2）
本振电路振荡频率计算：
当薄膜介质可变电容调至最小时（3PF），此时，振荡频率最大，为
f
108MHz
此时谐振频率为108－10.7＝97.3MHz
由上分析，可知本振的振荡频率为76.8～97.3MHz，在高于76.8～97.3MHz的频率时产生振荡，但由于寄生容量等因素，振荡频率会低于设计值。
3 中放检波电路参数计算
L4
图4 中放检波电路 检波电路参数计算：
L4=7uf
图5 FM检波电路 图6 S曲线
如图所示，FM鉴频的工作原理是将频率的改变更换为对电压的改变（原理）
S特性曲线中，fH为11MHZ， fL为10.4MHZ,L4的取值范围是5.5～7.9uH,取7uH进行计 ∵fH
∴C1
11
29.9(pf)
4f2L442(11106)27106
再取C1=27pf计算，则,
fL
∴C2
11
CC15.5(pf) 1
42f2L2L442(10.4106)27106
则C2取值为7pF
2.1.2 FM收音机电路各个模块的分析
1 、本振采用克拉伯电路原因分析
当晶体管为有源器件时，它的工作状态（电源电压或周围温度）有所改变，即引起振荡频率的变化，为了维持晶体管的参数不变，可采用稳压电源和恒温措施。除了上述方法，还可以采用高稳定度LC振荡器电路，克拉伯电路即是其中的一种。下面讲讲为何克拉伯电路可提高振荡稳定度。如图， C1>>C3,C2>>C3,C3为可变电容，它的作用是将
L与C1、C2分隔开，使反馈系数仅取决于C1和C2的比值，振荡频率则基本上由C3和L决定。这样，C3就减弱了晶体管与振荡回路之间的耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高了频率稳定度。另一方面，不稳定电容则与C1、C2并联，基本上不影响振荡频率。C3越小，则频率稳定度越好，但起振也越困难，因此，C3也不可以无限制地小。
图7 克拉伯电路
2 、混频电路采用基极注入方式原因分析
在我们制作的FM收音机当中，混频电路采用了基极注入方式，由于fs与fosc两种信号注入同一个基极，所以具有相互干扰的缺点。但为何还采用基极注入方式而不用其它呢，主要是因为与发射极注入方式相比，本机振荡信号的电平较小，也就是说，此种电路的输入阻抗较大，比较容易起振，需要的本振注入功率也比较小。因此采用了此种方式，
fs
图8 基极注入方式混频电路
3 采用去加重电路原因分析
FM收音机的音质较好，其频率可调至很高，但噪声成分也随着高频率而变大，因此，FM收音机要有衰减高音的特性，也成为去加重，它可衰减存在于高频中的噪声。
4 采用去耦电路原因分析
由于各个电路都共电源，因此通过电源电路会有少许信号由输出端返回输入端，这样，会由于重叠若干级放大电路而引发振荡。为防止通过电源电路的信号返回，我们就必需进行去耦处理，去耦电路在高频电路中是非常重要的。
2.2FM无线麦克风设计
设计指标
本振部分：（1）输出本振频率为90MHZ左右
（2）用变容二极管对FM进行调制。
高频放大电路：缓冲放大器的功能； 稳压电路：改善振荡电路的频率变化。 整体框图
图9 FM无线麦克风整体框图
2.2.1 FM无线麦克风电路各个模块参数的计算
1振荡电路参数计算
我们这发射部分的振荡电路仍旧是采用克拉普电路，如下图所示：
+3v +3v
图10 FM无线麦克风振荡电路
这是考毕兹电路的改进型，变化之后，电路的稳定性提高了。 在这电路中振荡频率的计算如下： f=1/{2*pi*sqr[L*Cv+L/(1/C1+1/C2+1/C3)]}
我们预计需要90MHz的频率，便可由上式计算出 L=0.19uH
3．电路焊接、调试
3.1 电路板焊接
在焊接电路的时候，要特别细心，根据我们焊接的经验，提出以下几点注意事项：
1、要注意安全；
2、注意各中周及振荡线圈的位置不能互换；
3、在焊接线圈是要注意将其表层的绝缘层刮去，使其与电路导通； 4、电解电容、二极管极性以及三极管e、b、c不能出错；
5、各元器件高度应适当，所有元器件高度均不能超过中周的高度； 6、焊接要控制好焊锡的量，并且要防止虚焊
7、要根据电路图恰当布线，对于高频电路，布线非常重要，在布线的时候，要尽量
走短路线，避免跳线，而且要大面积铺地
3.2 电路板调试
在此次课程设计里，除了焊接工艺，调试电路是个很重要的部分，收音机的调试需
要我们有很大的耐心，也间接体现了我们的电路分析能力，解决问题能力，是综合能力素质的体现。 收音机和发射机的调试时要注意以下几点： 1. 对各晶体管e、b、c三极静态工作电压测量。
2. 整机电流及断点电流测量（在测量断点电流前断点电流测试点不应连接上）。 3、各点波形记录和频率的测量
4收音机中周的绕制保证在输入10.7MHZ信号时输出波形达到最大不失真
5 线圈的绕制要根据电感计算小软件来计算电感值，从而得到我们所需要的电感值
3.2.1收音机调试
1、本地振荡器
图12 本振最小频率 图13 本振最大频率
将收音机接上9V直流稳压电源，频谱仪接本振电路输出端，通过调节双联电容，可以得到本振的最大最小振荡频率，具体内容可见3.1.2本振参数的计算。如图可知，本地振荡器的最小振荡频率为73.3MHZ，最大振荡频率为101.8MHZ,与理论值本振振荡频率为76.8～97.3MHz接近。 2、混频电路
图14 输入天线信号
图15 中频信号 图16 本振信号
将收音机接上9V直流稳压电源，频谱仪接本振电路输出端，此时测得本振频率为91.3MHZ，开启函数信号发生器，调节其频率为 91.3+10.7=102MHZ，并将其接收音机的天线，再将频谱仪接混频输出端，可得到10.7MHZ的中频，即混频电路正常工作。
3、检波电路
图17 检波电路
同样断开前端的输入，在输入端（1脚）输入一个频率为10.7MHz，幅度为50mV的外部中频信号，此时喇叭发出的声音应该要比低放时低沉，且是“沙沙沙”的声音。调节可调电阻，使喇叭的发声达到最大。在此部分调试中，我们发现喇叭的发声变得很小，必须用耳朵靠近才能听见，且发现调节电阻也没用很大变化。经过很多努力都没有解决，但是最后接好电路，接收到电台的时候喇叭的声音会自动变大。
4 低放
即低频放大部分。这一部分可以先断开前面的输入的电路（即3脚前面的电路），然后在3脚加入频率为1KHz，幅度为50mV的外部信号，如果喇叭发出清脆“哔哔”的声音则说明低放基本没有问题。
5收音机整机调试
在收音机各模块都调试完毕后，接着就是整机系统的调试了。为了检测收音机整机系统是否正常工作，我们采用了如下的方法：在收音机的天线端加不同的输入信号，检查扬声器是否发出不同频率的声音信号，如果发出声音的频率不同，则证明整机系统是
成功的。在此基础上，我们将收音机拿到信号比较好的地方，接上电源和天线，调节双联电容，通过仔细的调节，我们可以听到电台的声音，如果此时收到的电台声音比较小，可以在低频放大器芯片LM386的1、8脚间接上10uf的电解电容。
3.2.2发射机的调试
图18 FM无线麦克风发射频率
将发射机接3V直流稳压电源，示波器探头接本振输出端，可以观测到振荡频率为84.7MHZ，调节线圈，可以对输出频率进行粗调，调节电位器，可以对输出频率进行微调。
麦克风电路相较收音机比较简单，在检查焊接电路无误之后，给电路上电，LED灯亮了起来，我们要测试发射频率，好确定接受频率，在天线接口处，测量到84.7MHz的频率波形，如不满意还可通过VR微调此频率，紧接着我们在相隔7米处用FM收音机接收，当把FM接收频率调到84.7MHz时，能够清晰听到麦克风发过来的声音。
3.2.3收音机和发射机的系统调试
我们将收音机和发射机分别调试好之后，接着就是收音机和发射机系统的调试了。首先，测得发射机的发射频率为84.7MHZ,为了得到10.7MHZ的中频，我们将制作的收音机接上示波器，调节双联电容，先粗调再细调，使其本振频率为84.7－10.7＝74MHZ，此时可以在收音机处接收到麦克风的声音，证明收音机跟发射机组成的系统能正常工作。
4. 讨论及进一步研究建议
FM收音机设计采用超外差方式：
超外差收音机的基本工作原理是：天线接收到的电台信号，经过输入回路调谐后送变频器的输入端，与本机振荡器产生的信号进行混频，产生一个新的频率，即中频信号，此信号经过中频信号放大器和鉴频器解调输出。
优点：
1：由于电台信号经混频后变成频率较低的中频信号，该信号容易得到比较大的放大量，而且任何电台的信号都能得到相等得放大量，因此灵敏度可以做得很高。 2：由于采用差频作用，外来信号必须和本机振荡信号相差为预定得差频才能进入电路，再加上选频回路和中频放大谐振回路，因此混入收音机得干扰信号会被抑制，从而提高了选择性。
5.课程设计心得
这次通信电子线路课程设计主要目的就是培养我们的动手能力，通过这次课程设计，我们自己动手做出了收音机和麦克风。收音机的调试是一个艰难的过程，我们曾经遇到收音机整体波形是正确的，但始终调不出电台的困难，但成功调试出来后，我们都很有成就感。通过此次课程设计，我们获益良多。第一，我们对电子元器件识别，相应工具的操作，相关仪器的使用，电子设备制作、装调的全过程有了进一步的了解。第二，我们对查找及排除电子电路故障的常用方法有个更加详实的体验，提高了分析电路的能力。第三，将高频电子线路理论课的内容融入实践当中，加深了我们对理论知识的理解，也提高了我们的动手能力。FM收音机和FM无线麦克风使我们对电子元件及收音机的装机与调试有一定的感性和理性认识，同时也对通信系统有了大致的了解。此次课程设计培养了我们理论联系实际的能力，提高分析问题和解决问题的能力，同时也培养同学之间的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。最后，衷心感谢老师跟同学们的悉心指导，在困难的时候给了我们一些提示和帮助。
Abstract
With the development of Science and Technology, the application of FM radio is wide, especially , it has a comparative market in the consumption. From the radios made by discrete component to the ones made by integrated circuit, the technology of FM radios have reached the mature standare. Among the numerous kinds of radios, FM radios has been used widely because of their higher technology content and higher tonal quality. At the same time, FM Wireless Microphone is used widely because of it upstanding transmit effect. FM radio and FM Wireless Microphone consist of a system of good property.
This paper mainly introduce the making process of FM radio and FM Wireless Microphone which is made by discrete component, including the parameter’s calculation of each module, the analysis of each module, the welding and debugging process of the circuit wafer, the discussion about the question which we meet in the making process and solving to the problem.
The result of this curriculum design can meet the requirements and performance index. FM radios can make a emissive frequency, however, the shortcoming of this FM radio is that it has noise, so that it has to be improved further.
Keyword: FM Radio FM Wireless Microphone weld debug
参考文献
[1]. 张肃文.高频电子线路（第四版）. 高等教育出版社.2004
[2]. 铃木宪次. 无线电收音机及无线电路的设计与制作．科学出版社．2006 [3]. 黄继昌 .张海贵等. 实用单元电路及其应用. 人民邮电出版社.2004 [4]. 铃木宪次. 高频电路设计与制作.科学出版社.2006.8
17
附录
FM收音机元器件清单
FM无线麦克风元器件清单
19