第9章 无线通信与收音机(4稿)

　　第9章 无线通信与收音机

　　无线通信技术在当今的信息时代起着极其重要的作用。无线通信是以电磁波的形式远距离传送信息的技术，调制、解调与变频是解决无线通信的三个关键的问题。无线通信中，除采用前面所讲述的各种放大电路外，还要涉及到信号的转换，即频率变换电路。本章在介绍了无线通信基本原理和过程之后，以收音机为例，分析无线通信中接收机的电路结构和组成原理。

　　9.1 无线通信概述

　　无线通信包括大面积的广播和点对点的通信，无线电广播是无线通信中最常见的应用之一。下面以无线电广播与接收为例，介绍其工作过程。

　　无线电广播系统通常包括发送系统、传输系统和接收系统三个组成部分，如图9-1所示。其中，发送系统主要由信息源和发送设备组成；传输系统主要指传输媒介或传输信道，这里指无线电波的某一频段；接收系统包括接收设备和受信器。

　　图9-1 无线电广播系统组成框图

　　9.1.1无线广播的发送

　　无线电广播传送的信息是频率处于20～20000Hz之间的声音信号。为了能以电信号的形式发送这些信息，发送端必须首先经过声－电转换（如话筒）将声波转换成电信号，即音频信号。但是，音频信号的频率太低，它不能直接通过发射天线以电磁波的形式有效地辐射出去。电磁波的理论和实践表明，只有波长与发射天线几何尺寸可以比拟的电磁波，才能通过发射天线有效地辐射出去。而音频电磁波信号的波长在1.5104~1.5107m之间，显然，要制造如此长度的天线是不现实的。即使有这样的天线，各个电台都用音频频段来发射信息，在接收端也无法将欲接收的电台信号选择出来。解决这一矛盾的有效办法是，发送端的各个电台采用不同频率的高频振荡信号作为“运载波”，将音频信号“装载”在高频振荡信号之上，然后，将这个载有音频信号的高频振荡信号通过发射天线以电磁波的形式有效地发射出去。把音频“装载”在高频振荡信号之上的过程称为调制，音频信号称为调制波，高频振荡信号称为载波，经音频信号调制之后的高频振荡信号称已调波。

　　为了进行调制，发送设备中应设置一个频率稳定性很高的高频振荡电路来产生高频载波，音频信号与高频载波经调制器调制之后，变换为已调高频信号（也称射频信号），再通过功率放大器放大后以足够的强度送入发射天线发射出去。

　　综上所述，发送过程要完成三项基本任务，这就是声－电转换、调制和发射，发送系统的基本组成框图如图9-2所示。

　　1

　　图9-2 发射系统框图（调幅发送）

　　9.1.2无线广播的接收

　　接收系统的主要任务是从众多的电磁波信号中，有选择地接收所需电台的信号，并经过一系列的加工处理，最终还原出发送端所发送的声音信息。接收系统框图如图9-3所示。

　　载有音频信息的高频无线电波被接收天线截获，并转换成高频电信号，通过选频电路从众多的电台信号中选出所要收听的某一电台信号，经加工处理之后送到解调电路（此处为捡波），由解调电路从高频已调波中“取出”发送端所“装载”的音频信号，再经音频放大器放大后，推动杨声器工作，还原出声音。

　　从已调波信号中取出原调制信号的过程称为解调。由上可见，接收过程也要完成三项基本任务，这就是选频接收、解调和电—声转换。

　　实际的接收系统，为了提高各项性能指标，在选频与解调电路之间的加工处理均采用“超外差”1的方式，通过变频电路，将选择出的某一高频已调波信号变换成固定的中频已调波信号，然后再设置增益高、选择性好的中频放大电路，经选频、放大之后，送至解调电路进行解调。

　　9.1.3无线电波段的划分

　　无线电波是无线通信中信息传输的主要载体，也称传输介质，它是一种电磁波，在电磁波谱中占有较宽的波长范围，波长从几百微米到几万米之间。为了合理、充分地利用无线电频谱资源，减少各频率间的相互干扰，国际无线电组织制定了“国际无线电规则”，将无线电频率段按照用途进行了分配。表9-1为无线电波波段（频段）划分及用途范围简表。

　　表9-1 无线电波波段划分及用途

　　1

　　图9-3 接收系统框图（调幅接收）

　　接收机的本振频率始终超过外来信号一个固定的差频。

　　2

　　无线电波与光波一样，具有直射、绕射、反射和折射等现象。无线电波在空间的传播方式主要有地面波、空间波和天波三种。地面波是指以绕射方式沿地球表面传播的电磁波；空间波是指根据直射或反射现象，直接从发射端传播到接收端或从地球表面反射到达接收端的电磁波；天波是指向空间辐射，利用电离层的折射或反射而返回地面的电磁波。三种传播方式的示意图如图9-4所示。

　　图9-4 无线电波的几种传播方式

　　不同波段的无线电波其传播特点和用途如下： （1）长波和中波的传播

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　　长波和中波因频率较低，可利用地面波传播。地面的电性能不易随时间而变化，通过地面波形式传播的长波、中波比较稳定，但传播距离相对较近。

　　长波和中波还可通过天波的形式传播，由电离层反射而到达地面。但白天电离层的自由电子密度大，对长波、中波吸收作用强，因此衰减严重，所以白天长波和中波是靠地面波传播的。夜间电离层的自由电子密度减小，对长波、中波的吸收作用大大下降，可以传播到远方。许多白天收不到的远地电台夜晚可清楚收到，就是这个道理。

　　中波主要用于近距离（几千公里左右）无线广播，也可用于海上通信、无线电导航及航空通信等。长波主要用于发射标准时间信号，水中的电磁波的波长越长损耗越小，因此长波也适于水下通信。

　　（2）短波的传播

　　短波沿地面传播时，衰减很快，传播距离很短，但电离层对短波的衰减很小，借助于电离层的反射或折射可以传播到地球表面的任何地方，因此短波是靠天波传播的。由于电离层的高度和厚度随昼夜及季节的不同而变化，无线电波通过电离层反射次数也不同，使得接收场强出现不稳定现象，因此短波传播不如中波稳定，一般要在接收设备中采取弥补措施。短波传播距离远，主要用于国际无线电广播、远距离无线电报、传真及卫星通信等。

　　（3）超短波的传播

　　超短波穿透性强，受电离层的反射作用弱，在地面传播时不易绕射，衰减较大，因此，主要以空间波的形式在直视距离内传播。缺点是传播距离取决于发射、接收天线的高度，一般仅为几十公里；优点是发射天线尺寸小，便于集中能量定向发射，节省发射功率，而且受干扰小，保密性强，多路通信容量大等。它主要用于电视、调频广播、多路通信、雷达及导航等方面。

　　9.2 调幅与幅度检波

　　调制与解调是无线通信中重要的技术手段。信号调制与解调的方式有多种，按照调制信号所控制的高频载波参数（振幅、频率及相角）的不同，可分为调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种基本方式，其中调频和调相又统称为“调角”。按照调制信号的不同又分为模拟信号调制和数字信号调制等。

　　解调是调制的逆过程，即是把调制信号从已调波中取出来的过程。与调制方式相对应，解调方式也有幅度解调（又称检波）、频率解调（又称鉴频）和相位解调（又称鉴相）三种。本节主要讨论调幅与检波的过程。

　　9.2.1调幅原理

　　调幅是指用调制信号去控制高频载波的振幅，使之按照调制信号的变化规律而变化的过程。

　　调制信号通常是比较复杂的，含有多种频率成分，为了分析方便，以单一频率的正弦波作为调制信号来分析调幅原理和调幅波的特点。

　　如图9-5所示，设高频载波信号为uc=Ucmcosωct，调制信号为uΩ=UΩmcosΩt，（ωcΩ）。将这两种信号同时输入图9-5(c)所示的二极管调幅电路中，则输出信号为包络随uΩ而变化的高频调幅波信号ua，其波形如图9-5(d)所示。

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　　该波形含有许多新的频率成分，电路实质上实现的是频率变换的过程。频率变换是指，当信号通过电路后，除了原来的频率成份外，还产生了新的频率成份。所有的调制、解调及倍频、变频、整流等电路其实都是频率变换电路。

　　非线性元件具有频率变换的作用，这里的二极管就是非线性元件。我们知道，二极管的伏安特性是非线性的，可用级数形式表示为 图9-5 调幅原理

　　iD?a0?a1u?a2u2?a3u3????akuk （9-2）

　　式中ak为由伏安特性曲线形状决定的常数，u为加在二极管两端的电压，iD为流过二极管的电流，k=2后面的各项表征了二极管的非线性。为了讨论方便，通常仅取前三项来分析其非线性变换作用。即

　　iD?a0?a1u?a2u2 （9-3）

　　由于调制信号uΩ和载波信号uc串联后加入调幅电路，因此

　　u=uΩ+uc= Ucmcosωct+ UΩmcosΩt代入上式，则有

　　iD?a0?a1(U?mcos?t?Ucmcos?ct)?a2(U?mcos?t?Ucmcos?ct)2 （9-4） 利用三角公式变换并整理后上式变为

　　11?22?iD??a0?a2Ucm?a2U?m??a1(Ucmcos?ct?U?mcos?t)22??

　　122?a2(U? （9-5） mcos2?t?Ucmcos2?ct)2

　　　?a2UcmU?m[cos(?c??)t?cos(?c??)t]

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　　式中第一项为直流分量；第二项为原输入信号频率分量，即基波分量；第三项为输入信号的二次谐波分量；第四项为两输入信号的和频分量与差频分量。可见输出信号中出现了原输入信号中所没有的频率分量，这些新增频率分量就是由于二极管的非线性所引起的。

　　如果调幅电路输出端的LC并联谐振回路调谐在ωc上，由于ωcΩ，只要回路Q值合适，则回路可选出ωc及其附近 ωc－Ω 和 ωc＋Ω 的频率分量，则回路压降近似为

　　ua?Z0[a1Ucmcos?ct?a2UcmU?mcos(?c??)t?a2UcmU?mcos(?c??)t]

　　（9-6）

　　式中Z0为LC回路谐振阻抗。利用三角公式上式可进一步变换为

　　ua?Ua(1?macos?t)cos?ct （9-7） 式中Ua?a1Z0Ucm，ma?2a2U?m。ma被称为调幅系数或调幅度，反映载波的振幅a1

　　随调制信号变化的大小程度，正常情况下ma一般在0～1之间，无线电广播中的ma一般为0.3左右。

　　9.2.2调幅波的特性

　　（1）调幅波频谱

　　由式9-7可知，单一频率正弦信号的调幅波包

　　含有三个频谱分量，即载频ωc、下边频（ωc－Ω）

　　和上边频（ωc＋Ω）。接照它们的相对振幅与频率

　　之间的关系，可绘出频谱图如图9-6（a）所示（图

　　中用ω0代替ωc）。

　　实际的调制信号是多频率的复杂信号，不仅频

　　率处于某一个频率范围，而且各频率分量的振幅也

　　各不相同，随时间也是变化的。因此，复杂信号调

　　幅波的频谱示意图如图9-6（b）所示，它包含了载

　　频和上、下两个边带。由图可以看出，调幅波的频

　　带宽度为调制信号最高频率的两倍，即BW=2Ωmax。

　　由颇谱图可以看出，载波分量幅度恒定，与调

　　幅系数无关，边频分量的幅度与调幅系数有关。因

　　此，边频分量携带着调制信号的信息。此外，还可

　　以看出，调幅过程实际上是一种频谱搬迁的过程。图9-6 调幅波的频谱

　　经过调制，调制信号的频谱被搬到载频两旁附近，

　　成为上、下两个边带。

　　（2）调幅波的功率

　　调幅波是通过发射天线向外发射的，因此，发射天线就是发射机的负载。设其等效电阻为R，则调幅波的三个频率分量在载频ωc一周期内送给负载的平均功率分别为 2Ua?Ua??/R?载波功率Pc?? （9-8） 2R?2?2

　　22maUa12?maUa?边频功率P?P?/R??maPc （9-9） ??128R4?22?2

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　　调幅波的总功率为Pa?Pc?P1?P2?(ma?1)Pc （9-10） 式9-10表明，调幅波的功率与调幅系数ma有关，未调制时ma=0 ，调幅波的功率等于载波功率。随着调幅系数ma的增大，调幅波的功率增加。由于载波幅度与ma无关，所以载波功率Pc不变，增加的只是边频功率。上、下边频的总功率为 122

　　P1?P2?12maPc （9-11） 2

　　由前面的讨论可知，调幅波中携带信息的是边频分量。在最大调制ma=1的情况下，调幅波的总功率为31Pc ，边频功率为Pc，仅占总功率的三分之一。而在无线电广播发射机22

　　中调幅系数平均不到30%，此时边频功率只占平均总功率的5%左右。可见，调幅发射机发射功率的利用率是很低的。

　　由于载波本身并不携带信息，但它的发射功率却占了整个发射功率的绝大部分。从传送信息的角度来看，这部分功率是没有用的，而且已调幅波上、下边带信息完全相同，只传送其中一个边带即可达到传送信息的目的，因而可以采用只发送一个边带的方式，这种发送方式称为单边带发射。显然它可以节省载波功率和另一个边带的功率，同时还可节省50% 的频带宽度。单边带发送虽然节省功率和频带，但它的收发设备复杂。通常的无线电广播仍采用双边带发送方式，电视广播采用的是单边带方式发送。

　　9.2.3调幅电路

　　根据调幅原理，利用非线性元器件的频率变换作用和选频电路的选频特性，可以实现调幅。实际的小功率发射机中，常采用晶体管作为非线性器件进行调幅。晶体管调幅电路有基极调幅、集电极调幅和发射极调幅三种基本形式。下面以基极调幅电路为例说明其工作原理。

　　基极调幅电路如图9-7所示，图中Tr1为高频变压器，其次级线圈上的高频载波电压uc通过电容C1直接加到晶体管T的b-e结；Tr2是低频变压器，其次级的低频调制信号电压uΩ也加到晶体管的b-e结，因此，晶体管发射结所加的信号电压为ube=uc+uΩ 。

　　适当调节偏置电路参数，使晶体管工作在特性曲线的非线性区，则晶体管基极偏压随ube 的变化而变化，在集电极LC回路中将出现幅度随ube变化的高频电流脉冲（因ua幅度不变， 7 图9-7 基极调幅电路

　　实际上是随uΩ变化），即

　　2 （9-12） iC?a0?a1ube?a2ube

　　由前面的分析知，iC中将出现Ω和ωc的各种组合频率分量，即ωc、Ω、ωc +Ω、ωc－Ω及2ωc、2Ω?。调整集电极的LC选频回路，使其谐振在载波频率ωc上，则LC回路对ωc、ωc +Ω、ωc－Ω三个频率分量将产生较大的压降，于是在L2上便可获得调幅波电压ua。其工作波形如图9-7（b）所示。

　　小功率调幅发射机电路如图9-8所示。图中T1、L1和C1、C2等组成电感三点式高频振荡电路，用来产生一定频率的高频载波，T2等组成基极调幅电路。高频载波由变压器Tr1耦合加到T2的b-e结，低频调制信号uΩ由C3耦合到T2的发射结，经T2发射结进行频率变换，T2集电极LC选频回路选频后，通过

　　变压器耦合送至发射天线。

　　9.2.4检波

　　对调幅波的解调称为幅度捡

　　波。目的是从高频调幅波中检出

　　与调幅波包络变化规律一致的

　　低频调制信号。检波的过程也是

　　一种频率变换过程，也必须使用

　　非线性元器件来实现。另一方

　　面，为了从非线性器件所产生的

　　许多频率成分中检出低频调制

　　信号，检波电路的负载应具有低

　　通滤波特性。因此，检波电路通

　　常由非线性的检波器件和具有图

　　9-8 调幅电路实例

　　低通滤波特性的负载电路组成。

　　检波电路常见的有小信号平方律检波、大信号线性检波和乘法检波三种。小信号（ua0.2V）平方律检波是利用非线性器件伏安特性的非线性段来检波的，检出的调制信号幅度与调幅波振

　　2幅ua成正比，故称平方律检波。这种检波的非线性失真铰大，效率低，一股多用于仪表电路中。大信号线性检波，输入调幅波幅度大于0.5V以上，使调幅波的包络处于非线性器件的线性区域，使检波输出的振幅与调幅波的振幅成线性关系，因而失真小，被广泛应用于接收机中。下面以大信号线性检波为例分析检波原理。

　　大信号线性二极管检波电路如图9-9（a）所示，图（b）为它的工作波形。图中D为检波二极管，一般选用正向电阻小，反向电阻大，结电容小的点接触型锗二极管（如2AP9、2AP10等）；C和R为具有低通滤波特性的检波负载。

　　当大信号的调幅波ua输入到检波电路时，由图（b）可见，调幅波右半边的包络线全部进入二极管伏安特性的线性区域，流过二极管的电流iD与ua成线性关系。在调幅波正半周，二极管D导通时，iD一方面给C充电，另一方面给负载RL提供电流。由于D的正向导通电阻很小（远小于R），C上电压 uC很快充到接近高频电压的峰值。ua峰值过后，uC对二极管D来说是反偏电压，因此，在ua由峰值下降到uauC时，D截止，电容C通过R放电，继续给负载提供电流。由于放电时间常数远大于高频电压的周期，在ua的下一个正半周到来之前，uC下降不多，只有当uauC后，D才重新导通，又使C充电到接近ua的峰值。如此反复循环，便得到了与ua包络线形状相似的锯齿状输出电压uO。（见图（b））。实际上，由于高频电压的频率很高，远大于调制信号的频率，因此，只要合理地选择RC时间常数，输出电压中的锯齿 8

　　是很细微的，可以忽略不计，也就是说，高频载波及其高次谐波成分均被RC电路滤除掉。再用耦合电容将输出电压中的直流分量隔离，输出即为低频调制信号电压。

　　图9-9 大信号线性二极管检波原理

　　由上述分析可知，RC电路参数的选择，是

　　影响检波性能的重要因素。要提高检波输出电压

　　的光滑度，RC值应取大一些好，但若RC太大，

　　放电过程缓慢，致使C上的电压跟不上调幅波

　　包络的变化，就会产生如图9-10所示的对角线

　　失真。因此，RC取值应全面考虑，合理选择，

　　通常要求 TΩRCTC。在一般接收机中，R

　　通常取2～10KΩ，C通常取5l00PF～0.01μF。

　　大信号线性检波的非线性失真小，电路结构

　　简单，收音机中普遍采用。图9-11是超外差式

　　图9-10 对角线失真 调幅收音机中经常采用的大信号二极管检波电

　　路。图中，465kHz的中频调幅信号ui通过中频变压器Tr加到检波电路输入端；D为检波二极管；C1、R、C2组成π型低通滤波电路，滤除中频及其高次谐波；Rw为检波负载电阻兼音量控制；C3为隔直耦合电容。

　　图9-11 实用大信号检波电路

　　9

　　9.3 调频与鉴频

　　9.3.1调频

　　调频是指用调制信号控制高频载波的瞬时角频率,使之随调制信号的变化规律而变化的调制方式。

　　(1)调频波

　　图9-12为载波、调制波及已调频波的波形。从图中可以看出，调频波的振幅不变，瞬时角频率是随调制信号而变化的。当调制信号增大时，调频波的瞬时角频率增加，即波形变密，当调制信号达到正峰值时，调频波角频率增至最大值；反之，当调制信号减小时，调频波的瞬时角频率减小，即波形变疏，当调制信号减小到负的最大值时，调频波角频率达最小值。只有调制信号通过零点时，调频波的角频率才等于载波角频率，这一角频率也称为调频波的中心角频率ω0。

　　图9-12 调频波

　　设载波信号为uc?Ucmcos?ct，调制波为u??U?mcos?t。调频后调频波的瞬时角频率ω(t)可表示为

　　?(t)??c?kfU?mcos?t??c???ccos?t （9-13）

　　式中kf为比例系数，Δωc表示调频波瞬时角频率的最大偏移量，简称最大频偏。由上式可以看出，调频波的最大频偏与调制信号的振幅成正比(??c?kfU?m)，而与调制信号的角频率无关。 根据角频率与相角之间的关系?(t)?

　　即 ?(t)??(t)dt

　　10 d?(t) dt?

　　由式9-13可得

　　?(t)??(?c???ccos?t)dt??ct???csin?t??0 （9-14） ?

　　设初相角?0?0，由此得调频波的数学表达式为

　　uf?Ufmcos?(t)?Ufmcos(?ct?mfsin?t) （9-15） 式中mf???c?f?称为调频系数（Ｆ为调制信号频率），mf可为任意值。 ?F

　　(2)调频波的频谱及带宽

　　利用三角公式将调频波表达式展开得

　　uf?Ufm[cos?ctcos(mfsin?t)?sin?ctsin(mfsin?mt)] （9-16）

　　由此可知，调频波是两个不同的双边带信号的叠加，其等效调制电压cos(mfsin?t) 和sin(mfsin?t)都相当复杂，它们的频谱可利用傅氏级数展开求得。分析表明，一个单频率正弦信号调制的调频波，其频谱中含有载频分量?c和?c??、?c?2?、?c?3???无穷多对上、下边频分量，边频分量与载频分量间隔都是调制频率的整数倍；载频分量与各次边频分量的幅度大小与mf有关。mf越大，幅度较大的边频分量数越多。但是对于一定的mf值，高到一定次数的边频分量其幅度已小到可以忽略的程度，将这些边频分量滤除之后对调频波形不会产生显著影响，因此，调频信号的频带宽度实际上是有限的。图9-13画出了几种不同mf值时调频波的频谱。

　　11

　　理论分析表明，如果将小于未调制载波振幅10%的边频分量略去不计，则频谱宽度BW可由式BW?2(mf?1)F近似求出。 由于mf?图9-13 不同mf值时的调频波频谱（Ｆ不变） ?f，上式也可表示为： F

　　BW?2(?f?F) （式9-17）

　　根据?f的不同，调频制可分为宽带与窄带两种。当?f??F，即mf??1时为宽带调制，式9-17变为：BW?2?f

　　它表明宽带调频的频谱宽度为最大频偏的2倍。当mf?1,即F???f时为窄带调制，此时式9-17变为: BW?2F

　　它表明窄带调制的频带宽度为最高调制频率的2倍，与调幅波的频带宽度相同。 在调频广播中，国家标准规定?f?75kHz,Fmax?15kHz,由式9-17可知，BW=2(75+15)=180kHz。为留有裕量，国家标准规定调频广播电台载频间隔为200kHz。

　　通过以上讨论可知，调频波是等幅的疏密波，调制信号的信息由其频偏携带。由于其幅度不携带任何信息，在传输过程中，各种干扰引起的幅度变化，可在解调之前通过限幅措施加以消除，所以调频波具有较强的抗干扰能力。但调频波频带较宽，相同频率范围内能设置的电台数目远少于调幅广播，因而调频广播一般使用超短波频段（如87～108MHz）。

　　(3)调频电路

　　调频电路通常有直接调频和间接调频两大类。直接调频是指用调制信号电压，直接去控制高频振荡的频率（实际上是改变振荡电路中决定其振荡频率的元件参数）实现调频；间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当地处理之后，再用它对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频方式各有优点，直接调频稳定性稍差，

　　但线路简单， 12

　　且易获得较大的频偏；间接调频稳定性较好，但却不易获得较大的频偏。二者在调频发射机中都有使用。

　　直接调频电路实际上是在一个频率可调高频振荡电路中，加入某种压控电抗元件（如变容二极管、电抗管等）构成的。目前变容二极管是一种比较理想和应用广泛的压控电抗器件。变容二极管的结电容可随反偏电压的变化而变化，如果将调制信号电压叠加于变容二极管原来固定的的反偏电压上，则它的结电容将随调制信号的变化变化。将变容二极管接入高频振荡的谐振回路，调制电压施加于变容二极管，则可实现振荡频率随调制信号而变化的目的。

　　变容二极管调频电路的实例如图9-14(a）所示，图（b）是它的高频等效电路。由图可以看出，该电路实际是电容三点式高频振荡电路，变容二极管的结电容Cj充当振荡回路中的可变电容。当加于变容二极管上的反偏调制电压变化时，Cj的大小随之变化，振荡频率即随之变化，输出为调频波。该电路的振荡频率为

　　f?

　　式中C为 12?L2C （式9-18）

　　C?11 （式9-19） ?11111???C6C5C4C3Cj

　　（a）调频电路原理图

　　9-14 变容二极管调频电路 （b）等效电路图

　　9.3.2鉴频

　　调频信号的解调称为频率检波，简称鉴频。其作用是从高频调频波中检出低频凋制信号。 把瞬时频率随时间变化的规律变换成电压随时间变化的函数。能够完成该任务的电路称为鉴频器。

　　与调幅波不同，鉴频不能直接应用二极管

　　检波电略。这是因为普通调幅波的振幅包络线是按调制信号作线性变化，可利用二极管的单

　　向导电性并经过电容器滤波把包络线所代表图9-15 鉴频器方框图 的原调制信号取出来；而调频波振幅是固定不

　　变的，其载波频率按调制信号作线性变化。所以如果用二极管检被电路对调频波进行检波，得到的只会是一个与调频波振幅成比例的直流电压，检不出原调制信号。

　　为了获得不失真的调频信号，大多数鉴频电路都是先采用调制波变换，即把等幅的调频

　　13

　　波变换成幅度也按频率变化规律改变的调频调

　　幅波，然后再用振幅检波器把幅度变化取出来，

　　这样便恢复了原调制信号。前者是调制波变换

　　电路，通常由谐振回路组成；后者是幅度捡波

　　电路，通常由二极管检波电路组成。如图9-15

　　所示，其波形变换情况如图9-16所示。

　　鉴频电路的主要特性表现在它的输出电压

　　的大小与输入调频波瞬时频率间的关系上，称

　　为鉴频特性，其曲线常称为S鉴频曲线，如图

　　9-17所示。它是在鉴频器输入高频电压的幅度

　　保持不变，仅仅改变它的频率时，测量鉴频器

　　输出电压幅度而得到的。其中fc为调频信号的

　　中心频率，即载波频率。S曲线只是在某一范围

　　内近似为直线。超过这范围便会产生解调失真。

　　衡量鉴频特性的主要指标有：

　　①灵敏度：指S鉴频曲线在中心频率fc附

　　近，输出电压uΩ与频偏Δf的比值，即

　　S??u?，也就S曲线在fc点的斜率，它表示?f图9-16 鉴频器的波形变换

　　单位频率偏移所产生输出电压的大小。灵敏度又称鉴频跨导。显然，鉴频器的鉴频灵敏度越高越好。

　　②线性范围：指鉴频特性近似于直线的频率

　　范围，即图9-17中S鉴频曲线两弯曲点之间的

　　频率范围，又称频带宽度B。此范围不应小于调

　　频信号的最大频偏，否则将产生严重失真。

　　③非线性失真：为了从调频信号中无失真地

　　解调出原调制信号，要求在频带宽度以内鉴频特

　　性是一条直线，但实际上只是近似为直线，或多

　　或少存在着非线性失真。

　　另外，希望对寄生调幅有一定的抑制能力。

　　鉴频器有多种形式，下面介绍常用的斜率鉴

　　频器、相位鉴频器和比例鉴频器。

　　（1）斜率鉴频器 图9-17 S鉴频曲线

　　斜率鉴频器也称振幅鉴频器，图9-18是最

　　简单的斜率鉴频器原理电路。图中

　　三极管与LC谐振回路组成调制波

　　变换电路，其作用是变调频信号ui

　　为调频调幅信号u2。二极管部分为

　　幅度检波电路，从调频调幅波中取

　　出所需要的原调制低频信号uΩ。

　　为了完成把调频信号变换成调

　　频调幅波，需要使调谐放大器工作

　　在失谐状态，即LC谐振回路的谐振

　　图9-18 斜率鉴频器原理图

　　14

　　频率f0要偏离调频信号的中心频率fc，利用调谐放大器幅频特性曲线通频带以外的倾斜部分，使输入调制信号ui频率改变时，回路的输出电压幅度也随之改变，如图9-19所示。 u

　　由于这种斜率鉴频器回路谐振曲线的倾斜部分不完全是直线，也就是说幅频特性线性范围较窄，当输入调频波的频偏较大时，非线性失真将明显增大，使应用受到限制。为了减小失真，可采用两个失谐回路构成平衡斜率鉴频器，或称双失谐回路（双斜率）鉴频器，如图9-20所示。类似地9-18又可称单失谐回路（单斜率）鉴频器。

　　在分析单失

　　谐回路鉴频器时

　　我们看到，如果要

　　想增大鉴频器的

　　工作频带，将使失

　　真增大，造成输出

　　信号正、负半同不

　　对称。这种情况类

　　似放大器工作点

　　不合适造成的失

　　真（我们知道在放

　　大器中可通过采

　　用推挽电潞来减

　　小此种失真）。从

　　单失谐回路鉴频图9-20 平衡斜率鉴频器

　　器发展到双失谐

　　回路鉴频器，就类似于放大器从单边电路发展到推挽电路。

　　平衡斜率鉴频器也分为调制波变换电路和振幅检波电路两部分。该变换电路由两个单失谐回路斜率鉴频器连接起来组成，初级回路调谐于调频信号的中心频率fc，次级的两个回路分别凋谐于f1和f2，并要求f1－fc=fc－f2。调频信号在两个次级回路两端产生的电压u1和u2

　　15

　　的幅度为U1和U2，并假设两个二极管检波电路的参数一致，幅度检波效率近似为１，那么从图9-20可见，鉴频器输出的低频信号为UΩ=U1－U2。

　　上面的关系用图形表示如图9-21所示。图中，次级两回路的谐振曲线用虚线表示，它们代表检波输入高频电压振幅U1和U2随频率f的变化。如将U1和U2两曲线相减，便得到图中实线所示的S鉴频曲线，即完成

　　了鉴频功能。

　　与放大器推挽电路类似，当一边

　　鉴频输出波形有失真，对称的另一边

　　鉴频输出也必定有失真，并且方向相

　　反，相互抵消。因此，在上、下电路

　　完全对称的条件下，平衡斜率鉴频器

　　输出的低频电压为单个鉴频器输出的

　　二倍，在输出中没有直流分量偶次谐

　　波失真，鉴频特性的直线性和线性工

　　作范围都比单失谐斜率鉴频器有显著

　　改善。但由于调谐比较困难，目前平

　　衡斜率鉴频器主要应用于工作频带要图9-21 平衡斜率鉴频器鉴频特性曲线

　　求较宽，失真要求很小的微波多路通

　　信接收机中。

　　（2）相位鉴频器

　　相位鉴频器与斜率鉴频器的工作原理都是先把调频波变换为调频调幅波，然后再进行幅度检波。但是变换的方法有所不同，斜率鉴频是利用电路的振幅——频率特性变调频波为调频调幅波，而相位鉴频器是利用电路的相位——频率特性变调频波为调频调幅波。相位鉴频器克服了斜率鉴频器调整比较困难的缺点。

　　其原理电路如图9-22（a）所示，图（b）是其高频等效电路。该电路由两部分组成，第一部分是由L1、C1、L2、C2、C5和L3组成的频幅变换电路，它将输入的调频信号通过相位变化（移相），变成相位随频率变化的一对信号；第二部分是由D1、D2、R1、R2、C3、C4组成的平衡式幅度检波电路，检出调制信号。

　　①频、幅变换过

　　程

　　图中L1C1和L2C2

　　组成双调谐回路，C5

　　是两个谐振回路之间

　　的耦合电容（弱耦

　　合）。两个谐振回路均

　　谐振于载波频率f（即c

　　调频波的中心频率）图9-22 相位鉴频器 上。C3～C5对高频短

　　路。高频扼流圈L1上的电压为输入调频电压，即U3?U1。当电路工作时，从谐振回路次??

　　1?

　　级可获得对称的两个电压?U2，因此，加在两个检波器的输入电压分别为

　　2

　　16

　　?1?1?UD1?U3?U2?U1?U222 （式9-20） ?????11UD2?U3?U2?U1?U222??

　　??

　　根据谐振回路的相频特性，随着调频波瞬时频率的变化，U1和U2的相位差亦随之变化，则合成矢量UD1、UD2的幅度也随之变化，这就实现了调频波到调频调幅波的转换。下面分三种情况讨论式9-20各矢量之间的关系。

　　i）当f?fc，即调频波的瞬时频率等于中心频率fc（即载频）时，初级线圈L1上的电流I1滞后于U190相角，次级线圈L2两端的感应电动势E2(?j?MI1)滞后I190相角，又由于次级同路谐振电流I2与E2同相，而I2在C2上的压降U2又滞后I290相角。所以，?????????o???oo

　　U2与U1的相位相差900，它们的相位关系如图9-23（a）所示。由式9-20可画出合成矢量如图9-24（a）所示，此时|UD1|?|UD2|。

　　ii）当f?fc，即调频波的瞬时频率大于中心频率fc时，U1、I2、E2的相位关系与f?fc时的情况相同。但由于此时次级回路失谐，呈电感性，I2滞后E2一定的相角，而C2两端电压U2又滞后I290相角，结果使U2与U1的相位差小于90。它们之间的相位0???????????o??

　　关系如图9-23（b）所示。其合成矢量如图9-24（b）所示，由图可见|UD1|?|UD2|。

　　iii）当f?fc，即调频波的瞬时频率小于中心频率fc时，U1、I2、E2的矢量关系仍不变，只是次级回路因失谐而呈电容性，I2超前E2一个相角，U2滞后I290相角，如图9-23（c）所示。合成矢量关系如图9-24（c）所示，可见|UD1|?|UD2|。

　　综上所述，调频信号的瞬时频率变化通过频——幅变换电路的相位变化，转换成了频、幅变换电路输出电压UD1、UD2幅度的变化，即实现了调频波到调频——调幅波的转换。 ???????????o??

　　17

　　U290o

　　?

　　E2

　　?

　　I2

　　U1

　　I1

　　?

　　(

　　a)f?fc

　　(

　　b)f?fc

　　图9-23 初、次级回路电流、电压相位关系

　　(c)f?fc

　　1?U2

　　UD1

　　?

　　?

　　1?UD1

　　?

　　1?U22

　　?

　　U1

　　1??U2

　　?

　　D2

　　1??U2

　　UD

　　2

　　?

　　D2

　　(a)f?fc

　　(b)f?fc

　　图9-24 UD1、　UD2随f变化的矢量图

　　?

　　?

　　(c)f?fc

　　②幅度检波过程

　　两个调频、调幅信号UD1和UD2分别加到图中两个振幅检波器上，其检波原理与调幅波的检波完全相同。设两个检波器的电压传输系数为k，则二检波器输出电压分别为

　　?

　　?

　　uO1?k|UD1|，uO2?|kUD2|。鉴频器的输出电压为

　　u??uO1?uO2?k(|UD1|?|UD2|) （式9-21）

　　由上式可画出鉴频器输出电压与输入信号频率之间的关系曲线（即鉴频特性曲线）如前图9- 所示。由图可以看出，当f?fc时，输出电压u??0(|UD1|?|UD2|)；当f?fc时

　　?

　　?

　　??

　　??

　　u??0(|UD1|?|UD2|)；当f?fc时，u??0(|UD1|?|UD2|)。这与前面频幅变换过程

　　的结论是一致的。但当f过分偏离fc时，由于回路失谐严重，U1、U2都将减小，故曲线呈弯曲状。

　　相位鉴频器具有鉴频灵敏度高、线性好等优点，缺点是工作频带不够宽，抑制寄生调幅能力差，使用时必须增加限幅电路。

　　（3）比例鉴频器

　　18

　　?

　　?

　　????

　　比例鉴频器有对称与不对称两种形式。对称式比例鉴频电路如图9-25（a）所示，图（b）是它的高频等效电路。由图可以看出，它与相位鉴频器的主要区别是平衡检波电路结构不同：①检波二极管连接方向不同，为构成直流通路而反向连接，R1、R2上的电压降相同，即UR1=UR2； ②输出取自C3、C4分压的点D与地之间；③A、B间并联一大电容Co，使检波过程中VAB基本保持不变。

　　该电路的频幅变换过程与相位鉴频器的频幅变

　　图9-25 对称式比例鉴频器

　　?

　　换过程完全相同，两个幅度检波电路的输入调频调幅电压也是UD1

　　1?

　　?U1?U2，

　　2

　　?

　　UD2

　　有

　　?

　　??1?

　　?U1?U2，其输出分别为UC3?k|UD1|，UC4?|kUD2|。由于电路对称，所以

　　2?

　　UC3k|UD1|

　　??

　　UC4k|U|

　　D2

　　由电路知，UAB?UR1?UR2?UC3?UC4，所以可得

　　?

　　UC4?

　　UAB1?

　　UD1UD2

　　??

　　（式9-22）

　　鉴频器输出电压

　　uo?UC3?UR1?UR2?UC4??

　　UAB

　　(1?2

　　1?

　　UD1UD2

　　??

　　1

　　(UAB?2UC4)2

　　（式9-23）

　　2UD1UD2

　　??

　　)

　　上式表明，鉴频器的输出电压uO取决于

　　，而不取决于|UD1|与|UD2|本身的大

　　??

　　小（UAB基本保持不变），因而，随着调频信号瞬时频率的变化，|UD1|和|UD2| 一个增大，而另一个减小，二者的比值即随频率的变化而变化，输出电压uO亦随之改变，这样就检出了调制信号，完成了鉴频作用。当出现寄生调幅干扰时，由于U1、U2

　　同时按寄生调幅规

　　??

　　19

　　律变化，因而|UD1|和|UD2|也同时按寄生调幅规律变化，即同时增大或同时减小，但二者的比值不受影响，此外，由于C0容量较大，使UAB保持稳定，基本不受幅度干扰的影响，因而比例鉴频器具有限幅作用。

　　比例鉴频器的鉴频曲线，其形状与相位鉴频器的鉴频曲线形状相似。

　　??

　　9.4 变频

　　在无线电通信技术中，首先要将接收到的高频信号改变其载波频率。不论接收到的是什么频率的信号，都要转变成一个固定的中频载波。如在调幅收音机中，需要把高频调幅波变换成465kHz的中频调幅波；在电视接收机中，通常需要把高频的图像调幅信号变换成38MHz的中频调幅信号；把高频调频伴音信号变换成31.5MHz的第一伴音中频信号等。凡是这种进行载波频率“搬迁”式的变换过程,都称为变频。在变频过程中,原调制参数不能变,即对于调幅波,其包络线的形状不变,仅载波频率发生变化；对于调频波其调制频率和频偏不改变,仅载波频率变化。

　　变频的作用是：对于一个波段内任何载波频率的信号，由于都转变成了固定的中频信号，后面就可以用同一套放大电路进行处理了，大大简化了后级电路。

　　9.4.1变频原理

　　与调制、解调一样，变频也是一个频谱变换过

　　程，因而必须利用非线性器件来实现。常用的有二

　　极管变频、晶体管变频等。晶体管变频原理电路如

　　图9-26所示，该电路是利用晶体管发射结的非线性

　　作用进行频率变换；再利用晶体管集电极LC选频回

　　路进行选频来实现整个变频过程的。

　　要实现变频，一般需要两个输入信号，一个是

　　需要进行变频的高频已调信号，如调幅波设

　　ua?Ua(1?macos?t)cos?ct，

　　另一个是为产生所需频率而提供的高频等幅正

　　弦波振荡信号uL，设 图9-26 晶体管变频电路原理

　　uL?ULmcos?Lt

　　当这两个信号同时作用于晶体管发射结时，由于发射结伏安特性的非线性，在集电极电流iC中，将产生两输入信号频率的多种组合频率分量，包括ωC、ωL、ωL+ωC、ωL-ωC等。由于集电极负载为LC选频回路，它谐振在ωL-ωC上，因此，只有ωL-ωC 及其附近的频率成分能在回路两端造成较大的压降，其余频率成分都被抑制。可推导出差频信号的电流为

　　i0?a2ULmUa(1?macos?t)cos(?L??c)t （式9-24）

　　设LC回路的谐振阻抗为Z0，则回路中差频信号产生的压降为

　　u0?i0Z0?a2Z0ULmUa(1?macos?t)cos(?L??c)t （式9-25） 式中a2为反映发射结的非线性系数。式9-25表明，通过变频，使高频已调波的载波频率由ωC下降为ωL-ωC，但调制规律（此处为载波幅度变化规律）并没有改变，这样就实现 20

　　了变频的目的。

　　信号ua一般来自于天线和接收回路，uL一般来自于接收机内的本机振荡（简称本振）电路。

　　9.4.2变频电路

　　从以上变频原理分析可以看出，变频电路应由非线性元件、高频振荡信号产生电路（即本机振荡电路）和选频电路三个基本部分组成。其中，非线性元件主要起频率变换作用；高频振荡电路提供变频所需要的高频等幅振荡信号；选频电路则起选出差频（或和频）信号的作用。常用的晶体管变频电路有两种类型：一种是用一只晶体管同时实现高频振荡和变频的自激式变频电路 ；一种是用一只晶体管产生本机振荡信号，另一只晶体管完成变频（常称为混频）作用的他激式变频电路。前者电路结构简单，广泛用于普通调幅收音机中，缺点是本振与混频互相牵制，稳定性稍差；后者结构复杂，但稳定性好，一般用于高档收音机中。

　　根据本机振荡信号注入晶体管电极的不同，变频电路又分基极注入、射极注入等不同形式。在调幅收音机中多用射极注入式变频电路。

　　图9-27为普通调幅收

　　音机中的变频电路。由图可

　　知，它属于射极注入式自激

　　变频电路。其中Tr1为磁性

　　天线，L1、C1a、C2组成输入

　　选频回路，其作用是从众多

　　电台信号中选出欲收听的某

　　电台的高频调幅信号，并由

　　Tr1的次级送到晶体管的基

　　极回路，晶体管（称混频管

　　或变频管）又与Tr2、 C1b、

　　C5、C6等组成变压器反馈式

　　LC正弦波振荡电路，产生本图9-27 超外差式收音机变频电路

　　机振荡信号，本机振荡信号

　　经电容C4耦合，注入变频管的发射极。由于晶体管的静态工作点设置较低，发射结处于非线性工作状态，因而可完成两个输入信号频率的变换作用，产生如差频等频率分量，经集电极的C7、L5构成的选频回路，选出差频信号fL-fC，并由Tr3次级送往下一级电路。

　　调幅收音机中规定fL-fC=465kHz称为中频。因而中频变压器Tr3与C7组成的选频回路应调谐在465kHz。为了使天线接收到任一电台信号，都变换成465kHz的中频信号，天线输入回路和本机振荡回路中的电容C1a、C1b采用同轴可调的双连电容，以使两个调谐回路的谐振频率同时变换，从而使整个波段内fL-fC都能等于或逼近于465kHz。调频收音机变频后的中频信号为10.7MHz。

　　另外，模拟乘法电路具有乘法功能，即输出信号是两个输入信号的乘积，利用它也可以实现频率变换。电视与音响集成电路中频率变换功能，一般都采用模拟乘法器来实现。

　　9.5 超外差式收音机

　　9.5.1电路结构特点

　　超外差式调幅收音机的一般电路结构框图如图9-28所示，它主要由输入回路、变频级、中放级、检波级和音频放大级（包括音频电压放大和功率放大）及扬声器、电源等部分组成。

　　21

　　uC

　　图9-28 超外差式调幅收音机电路结构框图

　　由天线感应得到的各电台高频已调幅无线电信号，通过输入调幅回路选择出欲接收的某电台信号，送入变频级。同时，机内的本机振荡电路，产生频率高于被选电台载波频率465kHz的高频等幅振荡信号，也送入变频级。二信号经变频后，由变频级的选频负载（调谐回路）获得对应的中频（465kHz）调幅信号。这种中频调幅信号，经中频放大级放大到足够幅度后，送入检波级进行幅度检波，检出的音频调制信号，再经音频电压及功率放大，获得一定功率后去推动扬声器，还原为电台所发送的声音。

　　由上可知，超外差式收音机工作的主要特点是采用了“变频”措施，即将外来电台的高载频调幅波变频成中载频调幅波，再经中频放大电路放大后检波而获得音频信号。

　　采用变频措施的原因是：第一，天线接收到的高频无线电信号若直接送入高频放大电路放大，由于放大电路对接收信号频段的高端和低端放大倍数不均匀，从而使接收信号频段的灵敏度不均匀（多波段收音机更为突出）；第二，若接收远地电台信号时，由于信号场强较弱，势必要靠增加高频放大的级数来提高灵敏度，这不仅会带来高放级间统调的困难，而且，由于频率高（特别是短波），高放级的增益不容易做得很高，否则会产生自激使工作不稳定；第三，采用变频措施使外来电台高载频信号一律变成固定的中载频信号，不仅使上述矛盾迎刃而解，而且使收音机的技术指标获得很大提高：①由于变频后得到载频比较低，容易获得稳定而较高的中频放大倍数，使整机的灵敏度可以做得较高；②由于采用了固定的中载频，其选频电路易做得较好，便于统一调谐，可使整机的选择性得到提高；③由于外来信号经变频后，都变成了固定的中频信号，容易解决不同频段的电台信号放大倍数不均匀的问题，即各电台基本可获得一致的放大量，且失真度比较小。

　　超外差式收音机的主要缺点是统调较为复杂，抗“镜像干扰”和“中频干扰”的能力较差。

　　9.5.2性能指标

　　超外差式收音机质量的优劣是用其性能指标来衡量的，下面介绍主要的几种。

　　(1)灵敏度

　　灵敏度是指收音机接收微弱电台信号的能力，通常用收音机正常工作时（指输出功率和信噪比满足一定要求），天线上感应的最小信号（场强或电势）值来表示。在使用磁性天线时，用电场强度来表示，单位是mv/m,如中波段收音机的灵敏度不劣于2mv/m；使用外接天线或拉杆天线时，用电势来表示，单位是μv。这些数值越小，表示收音机的灵敏度愈高。

　　(2)选择性

　　选择性是指收音机抑制邻近电台干扰、选择有用电台信号的能力。超外差式收音机的选择性，除与天线输入回路选择能力有关外，主要是由中频放大级的选频特性来决定。由于调幅广播电台的中心频率是按9kHz的间隔分布，故选择性通常用输入信号失谐9kHz时，

　　22

　　灵敏度的衰减程度来衡量。如收音机调谐时的灵敏度为E1 ，失谐9kHz时的灵敏度为E2 ，则其选择性为20lgE2(dB)，一般收音机的选择性要求在于20dB。 E1

　　(3)频率覆盖范围

　　频率覆盖范围简称波段，即收音机所能接收的频率范围（指载波频率范围）。普通调幅收音机仅有中波段，其频率范围为535～1605kHz。有些收音机除中波段外，还有一或二个短波段。只有一个短波段的收音机，短波范围在4～12MHz；有两个短波段的则分别为2.3～

　　5.5MHz和5.5～12MHz或4～8MHz和8～12MHz。高挡收音机短波段有多个。调频收音机的波段为87～108MHz。

　　(4)中频频率

　　中频频率是指高载频无线电信号经变频后的中载频频率。我国规定调幅收音机的中频频率为465kHz（调频收音机中频为10.7MHz）。一般允许有一定的偏差，普通收音机为4654kHz；高挡机为4652kHz。其他国家中频频率有用455kHz。

　　(5)输出功率

　　输出功率是指收音机输出的音频信号强度的特性，一般指额定输出功率，即在允许的失真度范围内输出功率的标称值。通常用瓦（W）或毫瓦（mW）表示。

　　(6)失真度

　　收音机的失真度主要指非线性失真度，它主要是衡量输入信号（波形或频率）经放大后失去真实程度的大小。失真度小的收音机，音质优美动听；失真度大的收音机听起来嘶哑、闷塞，很不自然。一般收音机要求失真度10%。

　　(7)电源消耗

　　收音机一般使用干电池或机内稳压电源，电源消耗也是一个重要指标，一般分无信号时的静态消耗和有信号时的标称消耗（或最大消耗）两种，当然，消耗越小越好。 23

　　图9-29 超外差式中波段晶体管收音机电路图

　　24

　　9.5.3实际电路分析

　　图9-29是常见的中波波段超外差式调幅收音机的典型电路，下面分析各部分电路的工作原理。

　　输入回路是收音机的“大门”，其作用是“选台”，即从天线感应得到的众多广播电台信号中，选择出欲收听的电台信号，并抑制其它干扰信号，同时，采用适当耦合方式构成天线与变频级之间的有效传输通道。

　　收音机通常采用磁性天线输入回路，如图9-

　　中在铁氧体磁棒上绕有天线线圈L1和L2，L1与可变

　　电容C1a、C2组成输入串联谐振回路，其选台原理如

　　图9-30所示。铁氧体磁棒的导磁率很高，当空间电

　　磁波到达磁棒附近时，将被其收集而成为非常密集

　　的磁力线，从而在天线线圈L1中将感应出校强的电

　　动势，对不同频率电台的无线电波，将感应出不同

　　的电动势。如某电台的信号频率（载波频率）与输1入调谐回路的谐振频率f0?(暂不考虑2?L1C1a图9-30 输入回路选台原理

　　C2)相同时，则在回路中产生串联谐振，在L1上产生最大的信号电压，经L1、L2互感耦合后，送入变频级晶体管T1基级的信号电压也最大；而其它不符合谐振频率的电台信号，由于回路失谐，在L1上产生的电压降很小，送入变频级晶体管T1基极的信号电压也很小，可以认为被输入回路抑制掉了，这样，输入回路即选择出某电台的广播信号。改变谐振回路中的C1a，可获得不同的谐振频率，也就可选择出不同电台的信号。另外，磁性天线有一定的方向性，一般中、短波广播电台发射的是垂直极化的电磁波，磁场分量为水平方向，当水平放置的磁棒轴线与电磁波传播方向垂直时，接收到的信号最强，调整L1与L2的圈数比和它们在磁棒上的位置，可使变频级获得最大的输入功率。

　　通常对输入回路性能的要求如下：①具有良好的选择性。即抑制邻近电台信号和其它干扰信号的能力要强。这就要合理地设计输入调谐回路，使其Q值、带宽及矩形系数等符合要求；②具有足够的频率覆盖范围。通常用频率覆盖系数来表示，定义为接收波段中最高频率与最低频率之比，即kf?fmax。中波段的fmax?1605kHz,fmin?535kHz，因此fmin

　　kf?16051?3。所以要求可变电容C1a的变化范围满足fmax? ，5352?L1C1amin

　　fmin?1

　　2?L1C1amax的要求；③具有足够的电压传输系数。即要求输入谐振回路的谐振阻

　　抗Z0与变频级的输入阻抗ri相匹配，即Z0N1（N1、N2为L1、L2的匝数），适当选择?N2ri

　　L1、L2的匝数可满足要求。一般中波收音机L1取60—80圈，L2取L1圈数的1/10左右。

　　(2)变频电路

　　变频电路是超外差式收音机的关键电路，变频原理及图9- 中所采用的变频电路在9.4中已作了较为详细的分析，这里不再重述。

　　25

　　对变频电路，要求其工作稳定度高，并具有一定的变频增益，选择性要好，噪声要小。，特别是对变频管的选择，要求采用噪声低、截止频率高、极间电容小的高频小功率管，例如3AG1B～3AG1E、3AG11～3AG14、3AG22～3AG24、3DG6A～3AG6D等。

　　变频级的静态工作点对其性能有很大的影响，因为该电路采用的是变频与本机振荡共用一只晶体管来完成的自激式变频电路，所以二者互相牵制和影响。如对变频（也叫混频）来说，要求晶体管必须工作于非线性区，工作电流不能大，一般为0.3～0.5mA，太大非线性作用消失，使变频增益大为下降；对本机振荡来说，工作电流大点容易起振，调整方便，且当电源压下降时不至于停振，但过大却易产生失真，噪声增大，一般为0.5～0.8mA。如同时兼顾变频与本振两方面要求，则变频级通常取静态工作电流为0.4～0.6mA。

　　(3)统调

　　超外差式收音机选择电台时，实际上主要是调节本振频率fL,使之比欲接收外来电台信号的载频fc高出465kHz，同时调节输入调谐回路，使它谐振于fc上。在电路中，是通过调节振荡回路电容Ｃ1b和输入回

　　路电容Ｃ1a组成的双连可调电

　　容来实现的，如图9-31所示。

　　调节双连电容使输入回路的

　　谐振点等于或逼近于fc，也就

　　是使其谐振点与本振频率相

　　差465kHz，这一过程称为“同

　　步”。使变频电路中的振荡电

　　路、输入调谐回路在整个波段

　　内始终保持或逼近图9-31 变频电路的跟踪调谐

　　fL-fc=465kHz的一系列调节步

　　骤，称为统调。

　　常用的统调方法是调节振荡电路，使它的振荡频率与输入回路的相应点上的谐振频率，在整个波段上始终相差为465kHz，亦称为“跟踪调谐”。但在整个波段内完全达到跟踪调谐是困难的。其原因下：

　　以中波段为例，中波段输入调谐回路的最高谐振频率为1605kHz，最低谐振频率为535kHz，其频率覆盖系数kf?1605?3,这就要求振荡回路的最高频率为535

　　kHz，其频率fLmax?1605?465?2070kHz,最低频率为fLmin?535?465kHz?1000

　　覆盖系数kL?2070?2，显然，用容量相同的双连电容不可能满足在整个频段内的跟踪调1000

　　谐，如果采用特殊设计的差容式双连电容，仅可以满足单位波段的要求，对其它波段不一定满足。因此，目前广泛采用等容双连再附加电容的方法，即在输入回路附加电容C2，在振荡回路附加电容C5、C6。这样，可以实现在整个波段的低、中、高三个点上严格的同步，而在其它点上只是近似跟踪，通常称这种统调方法为“三点统调”或“三点跟踪”。

　　下面以直线频率式等容双连电容器为例，说明三点统调原理。

　　直线频率式等容双连电容器的容量C与转角θ之间的关系为

　　1

　　C?a?b （式9-26）

　　式中a、b是与双连电容几何结构有关的常数。据此，输入调谐回路的谐振频率和振荡 26

　　电路的振荡频率与双连电容转角的关系分别为

　　fc?1

　　2?LcC

　　1?a2?Lca?b2?Lcb ?a1?b1 （式9-27） fL?2?LLC?2?LL?2?LL ?a2?b2 （式9-28）

　　上两式表明，双连电容的转角与频率成线性关系。因为fL?fc，所以LL?Lc，a1?a2，b1?b2。设在θ?0o时，fL?fc?465kHz，即在低频跟踪，则根据式9-27和9-28可画出 f~ 的关系曲线如图9-32（a）所示。图中，由于b2＞b1，即CD直线的斜率大于AB直线的斜率，所以在θ的0～180转角内，除0以外的其它任何位置，均不满足跟踪调谐的要求。理想的跟踪应如图中CE虚线所示。如果在θ=90时，使fL—fe=465kHz，则θ=0时fL—fe＜465kHz，θ=180时fL—fe＞465kHz，如图9-32（b）所示，在θ的0～180转角内，除90外，其它任何位置均不满足跟踪调谐要求。可见，要想在整个波段内，即双连电容的任何转角位置上实现跟踪调谐是困难的。但是，如果在振荡电路中附加并联电容C5和串联电容C6，跟踪情况可大为改善。与双连电容C1b并联的电容C5称为补偿电容，与C1b串联的电容C6称垫整电容。通常补偿电容C5容量较小，与C1bmin相接近，若振荡回路在θ=90满足跟踪调谐（见图（b）中的f2），当振荡电路调谐于较低频率时（即fL＜f2），C1bC5，C5的作用可以忽略，即C5在低频端时对振荡频率影响不大。

　　图9-32 f～θ关系及三点统调

　　随着双连电容的旋出（θ增大），C2b逐渐减小，C

　　5对C1b的并联作用逐渐增大，对振荡频率的影响也随之增大，使谐振线CD的f2以后部分不再直线上升，而是沿曲线变化，如图（b）中的f2～f3段曲线，可见，由于C5的作用使最高振荡频率大为下降。如果C5选择适当，使曲线与理想跟踪线EF在θ=180处相交（图中f2处），则该点满足fLmax–fcmax=465kHz。

　　垫整电容C6容量比较大，与C1bmax接近。当振荡电路振荡于较高频率（fL＞f2）时，C1bC6，C6的串联作用可以忽略，即C6对高频端的振荡频率影响不大。随着双连电容的旋进（θ减小），C1b增大，C6的串联作用对振荡频率的影响增大，使谐振线不再沿直线下降（指f2以左部分），而是沿曲线f2～f１变化，使低端振荡频率有所提升。只要Ｃ6选择适当，使曲线与理想跟踪线在θ=０处相交（f１点），该点也符合跟踪调谐，即fLmin-fcmin=465kHz。可以看出，采用附加电容C5、C6之后，可实现在波段的f1、f2、f3三个频率点上跟踪调谐，其调谐线呈S形，如图（b）中的曲线所示。即在双连电容的转角0、90和180三处，振荡电路与输入回路的谐振频率刚好相差465kHz，对其它转角处，虽不能完全实现跟踪调谐，但较原来更接近465kHz，可基本上达到变频要求。

　　27

　　（4）中频放大电路

　　中频放大电路简称中放，其作用是将变频级送来的中载频调制信号放大到检波器所需要的程度。中放级对整机的灵敏度、选择性、通频带及失真度等性能指标起着决定性作用。

　　中频放大电路，通常采用具有选频作用的小信号LC调谐放大电路。

　　小信号LC调谐放大电路以LC谐振回路为负载，电路工作于线性状态，工作频率一般较高，它的主要特点是，幅频特性主要取决于LC谐振回路的幅频特性。利用这一幅频特性，可以有效地放大信号频率为其谐振频率的有用信号，而将偏离谐振频率的无用信号或干扰信号相对的有效抑制掉，这就是它的选频放大作用。

　　小信号调谐放大电路按LC谐振回路的个数分为单调谐和双调谐两种形式，收音机中频放大电路通常采用单调谐LC中放电路，即每级调谐放大电路的集电极负戴只有一个LC并联谐振回路，且均谐振于中载频465kHz上，只对465kHz附近的信号具有最大的放大量。

　　图9-29所示的收音机电路中，中放电路是由T2、T3组成的两级单调谐放大电路，现将其中第一级中放电路重绘于图

　　9-33中，图中Tr3和Tr4为中频

　　变压器，也称中周，它们的初级

　　分别与并联的电容C7、C9组成T2

　　的输入、输出中频选频回路，为

　　实现级间阻抗匹配，各调谐线圈

　　采用部分接入方式（没有全部接

　　入谐振回路）。该电路的工作过

　　程是：输入、输出调谐回路均谐

　　振于fL-fe=465kHz的中频之上，

　　输入调谐回路（即变频级的集电

　　极选频电路），从变频输出的多

　　图9-33 中频放大电路

　　种频率成分中，选择出465kHz

　　的中载频调制信号，由Tr3耦合

　　送入中放管T2的基极，由于T2的集电级LC并联谐振回路已谐振于465kHz，故只有465kHz及其附近的中频信号获得最大增益，而其它偏离465kHz的信号，由于失谐而被抑制掉。两级中频放大电路工作情况相同。

　　对中频放大电路的要求如下：①增益要高。目的是提高灵敏度，一般设置多级放大电路，普通收音机也要设置两级中放电路；②选择性要好，通频带要足够宽。两级中放的三个中周，均严格地调谐在465kHz的中频上，且三个中周的设计任务各不相同，第一只要求选择性好；第二只要求有适当的通频带和选择性；第三只则要求有足够的通频带和增益。三个中周不可互换使用；③有较好的电压传输系数。为了获得较好的电压传输系数，调谐回路线圈采用部分接入方式，以实现谐振电路与晶体管之间的阻抗匹配；④稳定性要高。由于晶体管极间电容及分布电容的影响，中放电路易产生自激，为此，常在中放电路中增设中和电容以消除自激，如图9- 中的CN（一般情况下，CN是利用线路板上的铜箔的特殊走向，通过其分布电容来实现的，并不是一个真实的电容。）

　　中放电路的静态工作点，通常两级设置不相同：第一级因加有自动增益控制，工作电流要小一些，一般为0.4～0.6mA；第二级为了提高增益，工作电流大一些，一般为0.6～0.8mA。

　　（5）检波与自动增益控制电路

　　现将图9-29中的检波与自动增益控制电路重绘于图9-34中。

　　①检波电路

　　检波电路的作用是从中频已调幅信号中，检出音频调制信号。该电路采用二极管大信号直线性检波，也叫包络检波，其检波原理前已介绍。图中D4为检波二极管；R8、C12和C14 组成π型RC滤波电路作为检波器的负载。用以滤除载频成分及其它谐波分量；检波后的音频信号经电位器RW，耦合电容C15送到音频放大电路进行放大；同时，由R4、C8组成的直流负反馈电路反馈到第一级中放T2管的基极，进行自动增益控制。电位器RW即是检波负载之一，又兼作音量控制电位器，还常与电源开关做在一起，同轴操作。

　　28

　　图9-34 检波与自动增益控制电路

　　②自动增益控制电路

　　自动增益控制电路，简称AGC（Automatjc Gain Control）电路。它的作用是自动调整中放电路的增益，使收音机对强、弱不同的电台信号，基本上维持相同的检波输出，即维持大、小相同的音量。

　　为什么要设置AGC电路呢？收音机的音量大小与外来电台信号的强弱有关，而天线感应的外来信号强、弱是经常变化的，变化范围可达几十微伏到几百微伏。收音机各级电路的增益，都是按接收最微弱信号的标准设计的，如果增益不能自动调节，当外来信号强、弱随机起伏变化时，中放电路输出信号强度也将随之变化，送给检波器的信号电平大小也会做相应变化，经检波、低放后使扬声器发出的音量大小也变得不稳定。信号过强时还会产生较严重的失真，特别是短波段的变化更为显著。为了使收音机在接收强、弱不同电台信号时，能基本维持恒定的音量，便设置了自动增益控制电路，使中放电路的增益随外来信号的强弱而自动调整，以维持输出相对稳定。

　　收音机中的AGC电路一般采用直流电压并联式负反馈形式。如图9-34中的R4、C8组成反馈电路，反馈信号取自检波输出的直流分量（代表外来信号的强弱），利用该直流分量来控制第一级中放管T2的基极偏流，可自动调整T2的工作点，从而实现中放级增益的自动控制。

　　AGC控制过程如下：无外来信号时，检波无输出，一中放管T2的基极偏流IB2由R2、R4、RW、R3和rD4共同决定，式中rD4为检波二级管D4的正间电阻。当有外来信号时，经变频、中放、检波后输出的音频分量，一部分经RW、G15送入音频放大电路；另一部分经R4、C8滤波后，将检波输出的直流分量反馈到T2管的基极。由于该直流分量ID4与T2的偏流IB2方向相反，即 ID4对 IB2起分流作用，使T2的偏流 IB2减小，工作点下降，T2的增益也随之相应降低。外来信号越强，ID4对IB2的分流越厉害，T2的增益下降愈显著。反之外来信号减弱时，ID4对IB2的分流减小，T2的增益下降相应减小，这样便起到了自动增益控制作用。ID4即为AGC控制电流，它是随外来信号的强、弱而变化的。

　　这种AGC电路的优点是电路简单，控制效果较好；缺点是当外来信号过强时，易使T2管截止而产生严重失真。因此该电路中又增设了电阻、二极管组成的二次自动增益控制电路，将该电路重绘于图9-35。

　　29

　　图中D3为二次自动增益控制电路中的阻尼二极管，其控制原理如下：当无外来信号或外来信号不强时，检波输出的直流控制电流ID4

　　不大，尚不能使T2管的偏流IB2有较大程度的下降，T2集电极电压不足以使D3导通，因而D3反偏截止，电路对变频级的工作无影响；当外来信号增强时，由于检波电路提供的AGC控制电流（也叫一次AGC控制）ID4增大，使T2集电极电流IC2减小，导致D3的反偏电压减小，外来信号越强，D3的反偏电压越小。可见，D3好象是随外来信号强、弱而自动变化的可变电阻。由于D3是与变频管T2集电极调谐回路并联的（交流），所以，变频级输出回路的等效电阻和Q值将随信号的强、弱而变化，当外来信号增大时，变频级输出回路等效阻抗减小，Q值降低，使高频增益随之降低，从而起到了强信号二次自动增益控制作用。这种二次自动增益控制电路，不仅控制效果好，而且随着信号的增强，变频级输出调谐回路的Q值下降，频带变宽，可以减小谐波失真，而且在外来信号较小时，Q值高，选择性好。

　　（6）音频放大电路

　　音频放大电路的作用是放大检波输出的音频信号，使之以足够的功率去推动扬声器发出声音。

　　音频放大电路一般由推动级（也叫激励级或前置级）和功率输出极两部分组成。推动级通常设一级或两级，功率输出级一般采用OTL或OCL功放电路。

　　在图9-29所示的收音机电路中，音频放大电路由一级RC耦合的低频电压放大电路T4和由T5、T6、T7，直接耦合的OTL功率输出级电路组成，T5作为功放输出的激励级。电路的工作原理这里不再重复。其它元件的作用：R14、R15为T5的偏置电阻，R18使T6、T7两管基极保持固定的电位差，改变R18可改变输出级的静态工作点。输出级的静态电流一般取1.5～5mA。C18为交流负反馈电容；C19为输出电容；R12、C13、C20为电源去耦电路；T6、T7输出级的中点电位由R15来调节。

　　9.5.4 超外差式收音机的干扰

　　超外差式收音机由于采用变频电路，把接收到的高频信号变成频率固定的中频信号，使它具有灵敏度高、选择性好等优点，但也产生了它所特有的一些干扰，如中频干扰、镜像干扰等。

　　(1)中频干扰

　　所谓中频干扰是指频率等于或接近于中频信号（465kHz）的外来信号对收音机所造成的干扰。

　　产生中频干扰的主要原因是收音机输入回路选择性不良，对中频干扰信号不能有效地抑制，因而混进变频级、中放级，经检波放大后在扬声器中发声，引起的干扰。

　　抑制中频干扰比较有效的办法是在输入电路中加中频滤波电路，也称中频陷波器，使中频干扰信号进入变频器之前就把它滤掉。

　　(2)镜像干扰

　　超外差式收音机的本振频率fL总比所接收信号频率fc高465kHz，如果收音机在接收fc信号的同时，恰好有一个fQ=fL+465kHz的信号存在，由于输入回路选择性不佳 ，该信号进 30 图9-35二次自动增益控制电路

　　入变频级，经过变频，同样产生一个频率为fQ-fL=465kHz的中频信号，再经过检波、低放，同样使扬声器发声。因此fQ对正常接收的fc信号产生了干扰。

　　例如，一台超外差式收音机正在接收频率为640kHz

　　的甲台播音，其本振频率为640＋465＝1105kHz，由于输

　　入回路选择性不良，同时也能收到正在播音的频率为

　　1105＋465＝1570kHz的乙台信号，出现混台现象，即乙台对甲台产生了干扰。因为fQ与fc对称地分布在本振频

　　率fL的两边，如图9-36所示，好像平面镜成像时实像与虚像的情况，所以称这种干扰为镜像干扰，亦称假象波

　　道干扰。要有效地抑制镜像干扰，必须提高输入谐振回图9-36 镜像干扰

　　路Q值，使其有较好的选择性。

　　(3)中频二次谐波干扰

　　中频二次谐波干扰是指465kHz的中频信号经检波器检波后，由于检波管的非线性而产生的二次谐波——930kHz所引起的干扰。930kHz这个二次谐波产生后会向外辐射，当我们收听930kHz附近的电台播音时，这个二次谐波也将被本收音机磁性天线所接收，产生差拍啸叫。

　　例如，超外差式收音机正接收931kHz的电台信号，机内本振频率为931+465=1396kHz。这时，930kHz中频二次谐波由于离931kHz很近，就很容易通过输入调谐回路，变频后成为1396-930=466kHz，它很容易通过中频变压器，与原465kHz中频信号经过检波管的非线性作用，产生1kHz差拍啸叫。

　　为了消除中频二次谐波干扰，要求检波电路的引线不可太长，最好将其屏蔽，以防止二次谐波向外辐射。

　　9.5.5 调频收音机

　　和调幅收音机一样，调频收音机大都采用超外差接受方式，其原理方框图如图9-37所示。调频收音机由FM高频头、中放、限幅、鉴频和低放等电路组成，其中FM高频头（又称调频头）由输入回路、高频放大器、本振、变频等电路组成。

　　调频收音机的工作过程是：输入回路从天线感应到的各电台信号中调谐选择出所要接受的高频调频信号，经高频放大器放大后，和比高频信号频率高出一个中频（10.7MHz）的本振信号同时送到变频电路进行频率变换。变频电路输出中心频率为10.7MHz的中频调频信号，经中放限幅电路（增益高，容易进入非线性区的中放电路具有限幅功能）放大后输出中频调频信号，再经频率检波便获得音频信号，最后由低放电路放大，推动扬声器发出声音。

　　国家规定调频广播的频率范围为88～108MHz，属甚高频（VHF）频段，和电视广播一样，以空间波的形式传播，因此传播距离不远。调频收音机的本振频率很高，易受电源电压波动

　　图9-37 调频收音机原理方框图 31

　　及温度变化等因素的影响，使本振频率产生漂移，而导致接收效果变差甚至无法正常接收。因此，调频收音机中设有自动频率控制（AFC）电路，以保持本振频率的稳定。高档机中还设有自动增益控制（AGC）电路、静噪电路，以及各种指示电路。

　　调频广播具有抗干扰能力强、信噪比高、频带宽、音质好、效率高等一系列突出优点，因此获得迅速发展。

　　调频收音机中的低放、鉴频部分已是大家所熟悉的电路，作为调谐放大器的中放和调幅收音机的中放电路相似，不同的是容易进入饱和区、截止区，以利于限幅。

　　9.6 集成电路收音机

　　随着集成电路技术的发展，集成电路在收音机中的应用已经相当广泛。集成电路收音机具有电路简单、调试简便、可靠性高、体积小等优点。现代收音机中信号的处理几乎全部被集成电路所代替。在前面对分立元件收音机信号处理过程了解之后，我们有必要进一步对集成电路收音机结构、原理进行了解。 9.6.1多片集成电路收音机

　　多片集成电路收音机，是指每片集成块只包含收音机电路的某一部分，经多块集成电路组合，并配上必要的外围元件而成。一般多片集成电路收音机是由如图9-37所示的方框图构成的，它由两块、三块或更多集成电路构成，如图中虚线所示。例如；方框①由一片集成电路担任变频、中放；方框②和③可以一片或者两片集成电路构成一个完整的低频放大器。

　　由于多片集成电路收音机结构仍然复杂，已逐渐寓于淘汰，被单片集成电路收音机所取代。

　　图9-37 多片集成电路收音机结构框图

　　9.6.2单片集成电路收音机

　　单片集成电路收音机是指由一块集成电路加上外接元件组成的收音机。即用一块集成电路完成调幅、调频收音机的全部功能。因此，单片集成电路收音机较多片收音机更为先进。 CXAl019是日本京尼公司生产的单片调幅／调频收音机集成电路。采用28脚双列直插式塑料封装，工作电压范围为3～9V。图9-38是CXA1019A的内部方框图。由图可知，它包括了调幅、调频收音机从变频、中放、检彼到低频放大的全部功能，用这样一块集成电胳，加上少量元件即可组成一台完整的调幅、调频收音机。

　　用其装配成的单片收音机，具有所需外围元件少、灵敏度高、失真小、调试简单等特点，只需一只单刀单掷开关便能实现调幅／调频工作方式的变换。

　　32

　　各引脚功能如下：1．接地；2．FM鉴频；3．音频负反馈， 4．音量调节； 5．AM本振； 6．AFC； 7．FM本振； 8．恒压输出； 9．FM高频； 10． AM高频输入； 11．空脚； 12．FM高频输入； 13．前端接地； 14．FM／AM中频输出； 15．FM／AM波段选择； 16．AM中频输入； 17．FM中频输入； 18．空脚； 19．调谐表指示； 20．中放接地；21．AFC、AGC； 22．AFC、AGC； 23．检波输出； 24．功放音频输入； 25．电源滤波器； 26．Vcc； 27．音频输出； 28．接地

　　图9-39是用CXA1019A组成的单片集成电路调幅／调频收音机整机电路图。它分为调幅与调频两部分。

　　图9-38 CXA1019内部方框图

　　33

　　图9-39 CXA1019单片收音机电路图

　　(1)调幅(AM)部分工作原理

　　从图9-39可以看出：中波电台调幅信号由磁性天线中的线圈L1和可变电容器C6、微调电容C7，组成的调谐回路选择后，输送到集成电路CXA1019A的第10脚。集成电路内的本机振荡器通过第5脚与本振线圈L5，可变电容C14 (与C6同轴)和微调电容C15组成本机振荡电路，产生本振信号。本振信号与第10脚送来的调幅电台信号在集成电路内部进行混频，并获得465kHz的中频信号，而后从第14脚输出。输出的中频信号经中周B1和CF3的465kHz陶瓷滤波电容选频后，耦合到16脚，进入集成电路的内部电路进行中频放大。放大后的中频信号经内部电路的检波器检波，被检出的音频信号经集成电路第23脚输出。这个输出的信号经音量电位器W1调控后，耦合到第24脚，又进入内部电路的音频放大器进行功率放大。放大后的音频信号由集成电路的第27脚输出，经C28耦合到扬声器发出声音。

　　(2)调频(FM)部分工作原理

　　外围电路中，由L3、C1、L2和C2组成一个“带通滤波器”

　　，其作用是抑制调频波段以 34

　　外的电台信号。由高放线圈L4、可变电容C8、微调电容C9组成一个“并联谐振回路”，其功能是对高频信号进行选择。当天线接收到调频电台信号，经过外围电路中的“带通滤波器”，滤去调频波段以外的倍号，使单纯的调频信号顺利通过并输送给集成电路的第12脚，IC内部电路进行高频放大。放大后的高频信号与第9脚的并联谐振回路选取的高频信号，在集成电路内的混领器进行混频。混频后获得10.7MHz的中频信号，并由集成电路第14脚输出。这时，中频信号经过CF2的10.7MHz陶瓷滤波器进行选频。选出的信号进入集成电路第17脚FM(调频)中频放大器进行放大。放大后的FM中频信号马上被送往FM鉴频器和与第2脚相连接的CF1的10.7MHz鉴频滤波器；经鉴频和滤波之后的音频信号与AM的音频信号相同，并从集成电路第23脚输出。这个输出信号经音量电位器W1调控后，耦合到第24脚，又进入内部的音频功率放大器进行功率放大。放大后的音频传号由第27脚输出，经过C28耦合到扬声器发出声音。

　　(3)集成电路其它引脚所接元件的作用

　　第15脚与地之间串接一只电容C19，在其两端并接一只11的波段开关。当第15脚直接接地时，集成电路处于AM(调幅)工作状态；当第15脚通过C19接地时，集成电路处于FM(调频)工作状态。

　　第21、22脚分别接电容C20、C22，它们与集成电路内部的AGC自动增益控制电路相连接，控制增益达45dB以上。C20、C22、R3与第21、22、6脚所连成的电路组成AFC(自动频率控制)电路，使FM接收频率更加稳定。

　　第19脚可接发光二极管作为调谐指示，也可以在19脚与4脚之间连接FM降噪电阻，用来抑制调谐到无电台信号位置时由于高增益引起的噪声。

　　超外差式收音机的安装与调试

　　一、实训目的

　　通过对一台调幅收音机的安装、焊接和调试，使学生了解电子产品的装配过程，掌握电子元器件的识别方法和质量检验标准，了解整机的装配工艺，培养学生的实践技能。

　　二、实训要求

　　1. 会分析收音机电路图。

　　2. 对照收音机原理图能看懂印制电路图和接线图。

　　3. 认识电路图上的各种元器件的符号，并与实物相对照。

　　4. 会测试各元器件的主要参数。

　　5. 认真细心地按照工艺要求进行产品的安装和焊接。

　　6. 按照技术指标对产品进行调试。

　　三、实训预习内容

　　1. 标准超外差式调幅收音机简介

　　标注超外差式调幅收音机一般为六管中波段收音机，采用全硅管线路，具有机内磁性天线，收音效果良好，并设有外接耳机插口。

　　2. 咏梅838型超外差式收音机的技术指标

　　频率范围：535~1605kHz

　　输出功率：50mW(不失真)、150mW(最大)

　　35

　　扬 声 器：φ57mm、8Ω

　　电 源：3V（两节五号电池） 体 积：宽122高65厚25mm 重 量：约175克（不带电池） 四、实训步骤

　　1. 咏梅838型超外差式收音机的材料清单，见表9-2。 2. 用万用表检测收音机各个元器件

　　表9-2 咏梅838型超外差式收音机的材料清单

　　序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

　　二26

　　极管

　　T7

　　1N4148

　　1

　　52

　　扬声器（Y）

　　8Ω

　　1

　　三极管 电容 电阻

　　代号与名称

　　R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 T1 T2 T3 T4 T5 T6

　　规格 91kΩ(或82kΩ)

　　2.7kΩ 150kΩ(120kΩ)

　　30kΩ 91kΩ 100kΩ 620kΩ 510kΩ 双联电容 瓷介223（0.022μ） 瓷介103（0.01μ） 电解 47~10μ 瓷介103（0.01μ） 瓷介333（0.033μ） 电解 47~100μ 电解4.7~10μ 瓷介223（0.022μ） 瓷介223（0.022μ） 涤纶 103（0.01μ） 3DG201（β值最小）

　　3DG201 3DG201 3DG201(β值最大）

　　9013 9013

　　数量 序号 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

　　27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 49 48 47 50 51

　　代号与名称

　　Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 Tr5 Tr6 带开关电位器 耳机插座（GK)

　　磁棒 磁棒架 频率盘 拎带 透镜（刻度盘） 电位器盘 导线 正、负极片 负极片弹簧 固定电位器盘 固定双联 固定频率盘 固定电路板 印制电路板 金属网罩 前壳 后盖

　　规格 天线线圈 本振线圈（黑） 中周（白） 中周（绿） 输入变压器 输出变压器 4.7kΩ φ2.5mm 55135

　　φ37 黑色（环）

　　φ20 M1.64 M2.54 M2.55 M25

　　数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6根 各2 2 1 2 1 1 1 1 1 1

　　3. 用万用表检测输出、输入变压器绕组的内阻，见表9-3。

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　　5. 检查印制板的铜箔线条是否完好

　　6. 安装元器件

　　元器件的安装质量及顺序直接影响整机的质量与成功率，合理的安装需要思考和经验。表9-4中所示的安装顺序及要点是经过实践检验，被证明是较好的一种安装方法。

　　注意：安装时，所有元器件的高度不得高于中周的高度。

　　表9-4 元器件的安装顺序及要点（分类安装）

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　　7. 收音机的检测和调试

　　学生通过对自己组装的收音机的通电检测调试，可以了解一般电子产品的生产调试过程，初步学习调试电子产品的方法。咏梅838型超外差式收音机的电原理图如图9-40所示。

　　(1) 通电前的检测工作

　　① 同学之间对安装好的收音机进行自检和互检，检查焊接质量是否达到要求，特别注意检查各电阻的阻值是否与图纸所示位置相同，各三级管和二级管是否有极性焊错的情况。

　　② 收音机在接入电源前，必须检查电源有无输出电压（3V）和引出线的正负极是否正确。

　　图9-40 收音机的电路原理图

　　（2）通电后的初步检测

　　将收音机接入电源，要注意电源的正、负极性，将频率盘拨到530kHz附近的无台区，在收音机开关不打开的情况下，首先测量整机静态工作的总电流“Io”。然后将收音机开关打开，分别测量三极管T1~T6的E、B、C三个电极对地的电压值（即静态工作点），将测量结果填到实习报告中。注意：该项检测工作非常重要，在收音机开始正式调试前，该项工作 38

　　必须要做。表9-5给出了各个三极管的三个极对地电压的参考值。

　　（3）试听

　　如果元器件质量完好，安装也正确，处测结果正常，即可进行试听。将收音机接通电源，慢慢转动调谐盘，应能听到广播声，否则应重复前面做过的各项检查，找出故障并改正，注意在此过程中周及微调电容。

　　（4）收音机的调试

　　收音机经过通电检查并正常发音后，可进行调试工作。 ① 调中频频率（俗称调中周）

　　目的：将各中周的谐振频率都调整到固定的中频频率465kHz这一点上。 方法：

　　将信号发生器（XGD-A）的频率选择置于中波位置，频率指针放在465kHz位置上。打开收音机开关，将频率刻度盘度放在频率指示的最低位置530kHz附近，将收音机靠近信号发生器。用无感螺丝刀按顺序微微调整中周Tr4和Tr3的磁芯，使收音机收到的信号最强。这样反复调Tr4和Tr3的磁芯两到三次，使收音机的信号最强。调中周时的可调元件位置图如图9-41所示。

　　图9-41 调中周时的可调元件位置图

　　确认收音机信号最强的方法有两种，一是使扬声器发出的声音（1kHz）达到最响为止，此时可把音量调到最小；二是测量电位器Rp两端或R8对地的直流电压，使电压表的指示值最大为止，此时可把音量调到最小。

　　② 调整收音机的频率范围（通常叫调频率覆盖或对刻度）

　　目的：使双联电容从全部旋入到全部旋出时，收音机所接收的频率范围恰好是整个中波波段，即525~1605kHz。

　　先进行频率低端的调整：将信号发生器调至525kHz，收音机的刻度盘调至530kHz位置上，此时调整中周Tr2，使收音机的信号声出现并最强。再进行高端频率的调整：将信号发生器调到1600kHz，收音机刻度盘调到1600kHz位置上，调双联上的微调电容器Clb’使信号声出现并最强。将上述步骤反复调整2~3次，使收音机接受的信号最强。

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　　③ 统调（调收音机的灵敏度和跟踪调整）

　　目的：使本机的振荡频率始终比输入回路的谐振频率高出一个固定的中频频率465kHz。

　　方法：

　　低端调整：将信号发生器调至600kHz，收音机刻度盘调至600kHz，调整线圈Tr1在磁棒上的位置，使接收的信号最强，一般线圈的位置应靠近磁棒的右端。

　　高端调整：将信号发生器调至1500kHz，收音机刻度盘调至1500 kHz，调双联电容器Cla’，使收音机在高端接收的信号最强。在高低端要反复调2~3次，调完后即可用蜡将线圈固定在磁棒上。

　　8. 收音机产品的验收

　　要按产品出厂的要求进行验收：

　　（1） 外观：机壳及频率盘清洁完整，不得有划伤、烫伤及缺损。

　　（2） 印制板安装整齐美观，焊接质量好，无损伤。

　　（3） 导线焊接要可靠，不得有虚焊，特别是导线与正负极片间的焊接位置和焊接质量

　　要好。

　　（4） 整机安装合格：转动部分灵活，固定部分可靠，后盖松紧合适。

　　（5） 性能指标要求：

　　① 频率范围：525~1605kHz；

　　② 灵敏度较高；

　　③ 收音机的音质清晰、洪亮、噪音低。

　　9. 六管超外差式收音机的维修指南

　　（1）维修基本方法

　　① 信号注入法：收音机是一个信号捕捉、处理、放大系统，通过注入信号可以判定故障位置。用万用表“Ω10”挡，红表笔接电池负极（地），黑表笔触碰放大器输入端（一般为三极管基极），此时扬声器可听到“咯咯”声。然后用手握螺丝刀金属部分去碰放大器输入端，从扬声器听反应，此法简单易行，但响应新号微弱，不经三极管放大则听不到声音。

　　② 电位测量法：用万能表测各级放大管的工作电压，可具体判定造成故障的元器件。 ③ 测量整机静态总电流法：将万用表拨至250mA直流电流挡，两表笔跨接于电源开关的两端，此时开关应置于断开位置，可测量整机的总电流。本机的正常总电流约为102mA 。

　　(2) 故障位置的判断方法

　　判断故障在低放之前还是低放之中（包括功放）的方法：

　　① 接通电源开关，将音量电位器开至最大，喇叭没有任何声响，可以判定低放部分肯定有故障。

　　② 判断低放之前的电路工作是否正常，方法如下：将音量减小，万用表拨至直流电压档。档位选择0.5V，两表笔并接在音量电位器非中心端的两端上，一边从低端到高端拨动调谐盘，一边观察电表指针，若发现指针摆动，且在电台正常播出时指针摆动次数约在数十次左右，即可断定低放之前电路工作是正常的。若无摆动，则说明低放之前的电路中也有故障，这时仍应先解决低放中的问题，然后再解决低放之前电路中的问题。

　　（3）完全无声故障的检修方法

　　将音量电位器开至最大，用万用表直流电压10V档，黑表笔接地，红表笔分别触电位的中心端和非接触端（相当于输入干扰信号），可能出现三种情况：

　　① 碰非接地端喇叭中无“咯咯”声，碰中心端时喇叭有声。这是由于电位器内部接触不良，可更换或修理以排除故障。

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　　② 碰非接地端和中心端均无声，这时用万用表“Ω10”挡，两表笔并接碰触喇叭引线，触碰时喇叭若有“咯咯”声，说明喇叭完好。然后将万用表拨至电阻档，点触Tr6次级两端，喇叭中如无“咯咯”声，说明耳机插孔接触不良，或者喇叭的导线已断；如有“咯咯”声，则把表笔接到Tr6初级两组线圈两端，这时若无“咯咯”声，就是Tr6初级有断线。

　　③ 将Tr6初级中心抽头处断开，测量集电极电流

　　若电流正常，说明T5和T6工作正常，Tr5次级无断线。

　　若电流为0，则可能是R7断路或阻值变大；T7短路；Tr5次级断线；T5和T6损坏。（同时损坏情况较少）。

　　若电流比正常情况大，则可能是R7阻值变小，T7损坏；T5和T6初、次级有短路；C7或C10有漏电或短路。

　　④ 测量T4的直流工作状态，若无集电极电压；则Tr5初级断线；若无基极电压，则R5开路；C8和C11同时短路较少，C8短路而电位器刚好处于最小音量处时，会造成基极对地短路。若红表笔触碰电位器中心端无声，碰触T4基极有声，说明C8开路或失效。

　　⑤ 用干扰法触碰电位器的中心端和非接地端，喇叭中均有声，则说明低放工作正常。

　　(4)无台故障的检修

　　无台故障是指将音量开大，喇叭中有轻微的“沙沙”声，但调谐时收不到电台。

　　① 测量T3的集电极电压；若无，则R4开路或C6短路；若电压不正常，检查Tr4是否良好。测量T3的基极电压，若无，则可能R3开路（这时T2基极也无电压），或Tr4次级断线，或C4短路。注意，此时工作在近似截止的工作状态，所以它的发射极电压很小，集电极电流也很小。

　　② 测量T2的集电极电压：无电压，是Tr4初级断线；电压正常而干扰信号的注入在喇叭中不能引起声音，是Tr4初级线圈或次级线圈有短路，或槽路电压电容（200pF）短路。

　　③ 测量T2的基极电压：无电压，是Tr3次级断线或脱焊；电压正常，但干扰信号的注入不能在喇叭中引起响声，是T2损坏。电压正常，喇叭有声。

　　④ 测量T1的集电极电压：无电压，是Tr2次级线圈、初级线圈有断线；电压正常，喇叭中无“咯咯”声，为Tr3初级线圈或次级线圈有短路，或槽路电容短路。如果中周内部线圈有短路故障时，由于其匝数较少，所以较难测出，可采用替代法加以证实。

　　⑤ 测量T1的基极电压：无电压，可能是R1或T1次级开路，或C2短路；电压高于正常值，是T1发射结开路；电压正常，但无声，是T1损坏。

　　到此时如果仍收听不到电台，可进行下面的检查。

　　⑥ 将万用表拨至直流电压10V档，两表笔分别接于R2的两端。用镊子将T2的初级短路一下，看表针指示是否减小（一般减小0.2~0.3V左右）。若电压不减小，说明本机振荡没有起振，振荡耦合电容C3失效或开路，C2短路（T1发射极无电压），Tr2初级线圈内部断路或短路，双联质量不好。若电压减小很少，说明本机振荡太弱，或Tr2受潮，印刷板受潮，或双联漏电，或微调电容不好，或T1质量不好，用此法同时可检测BG1偏流是否合适。若电压减少正常，可断定故障在输入回路。检查双联对地有无短路，电容质量如何，磁棒线圈Tr1初级有否断线。到此时收音机应能收听到电台播音，可以进行整机调试。

　　五、实训器材

　　1. 标准超外差式六管中波段调幅收音机套件一套；

　　2. 万用表一块；

　　3. 焊接工具一套；

　　4. 无感起子、十字起子各一把。

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　　六、实训报告

　　1. 按实训内容要求整理实验数据。

　　2. 画出实训内容中的电路图、接线图。

　　3. 总结装配标准超外差式六管中波段调幅收音机的体会。

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　　练习题

　　一、填空题

　　1．无线电广播系统通常包括、三个组成部分。

　　2．无线电广播系统在发送端对低频信号要经过 处理后才能发送，接收端要经过 才能够还原出声音。

　　3．无线电波在空间的传播方式主要有和

　　4．按照调制信号所控制的高频载波参数的不同，可分为种基本方式。与调制方式相对应，解调方式也有 、 和 三种。

　　5．超外差接收机对接收到的某一高频调制信号首先要经过 处理。

　　6．调制、解调、变频都属于 过程，都是利用半导体器件的 来实现的。

　　7．调幅收音机中频频率为Hz，调频收音机的中频频率为。

　　8．超外差式调幅收音机的主要由 、 、 、 和音频放大级等部分组成。

　　二、名词解释

　　调制、解调、载波、调制信号、调幅波、调频波、检波、鉴频、变频、统调

　　三、简述无线电波在空间的传播方式，为什么短波波段的电台在夜间才清晰？

　　四、无线电波波段是怎样划分的？并简述每个波段的用途。

　　五、调幅、变频与检波电路有什么共同点和不同点？

　　六、比较调幅、调频方式的特点。

　　七、画图说明利用变容二极管实现调频的原理。

　　八、说明“超外差”的物理意义，超外差式收音机为什么要进行变频？

　　九、画出超外差式收音机的原理方框图，简述其基本工作过程，并说明超外差的物理意义。

　　十、画图说明镜像干扰产生的原因及抑制措施。

　　十一、超外差式收音机为什么要设置AGC电路？结合图9-34说明其工作原理。

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