超外差收音机原理详解

1、-超外差收音机方框图 超外差收音机电路组成方框图如图Z1002所示。它主要由输入回路、变频级、中放级、检波级、低放级前置或推动级和功放级及电源等局部组成。 超外差收音机的主要工作特点是:采用了变频措施。输入回路从天线接收到的信号中选出*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固定的中频对各电台信号均一样，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。 这一变频措施，是超外差收音机性能得以改善的关键，也是分析超外差收音机重点。超外差收音机性能指标 收音机质量的上下是用其性能指标来衡量的。国家标准中规定的指标很多，我们就其重要的几项作一介绍。 1.灵敏度收音机正常工作即输出功率和输出信噪比到达额定值时，天线上感应的最小信号(场强或电势)称为灵敏度。它反映收音机接收微弱信号的能力。使用磁性天线接收信号时，用电场强度来表示，其单位是mVm，一般中波段收音机的灵敏度应不劣于2mVm；使用外接天线或拉杆天线时，灵敏度用电势表示，单位是V。 2.选择性收音机抑制邻近电台信号干扰、选择有用信号的能力称为选择性。它反映收音机选择电台的能力。 调幅播送电台的中心频率是按9

2、kHz间隔来分布的，故收音机的选择性通常用输入信号失谐9kHz时，灵敏度的衰减程度来衡量，一般要求收音机的选择性大于20B。 3.失真度收音机输出波形与输入波形相比失真的程度称为失真度。收音机中对音质有影响的主要是频率失真和非线性失真。 4.波段覆盖范围收音机所能接收的载波频率范围。调幅收音机的中波段频率范围为5351605kHz，而短波范围则为1.626MHz，调频收音机的覆盖范围为88108MHz。LC串联谐振回路LC谐振回路LC谐振回路广泛地用于超外差收音机的选频电路之中，如输入回路、变频电路、中频电路等。故在分析超外差收音机的工作原理之前，我们先复习一下LC谐振回路的性能及特点。 图Z1003为一LC串联谐振电路，其中R表示线圈L的损耗电阻。该电路的交流阻抗为Z=R+j，当回路发生谐振时，=0，故回路的谐振频率为：f0= GS1001 该电路谐振时的特点是，回路的阻抗最小且Z0R；信号电压一定时，回路的电流最大且I0；电感或电容两端的电压最大，且是信号电压的Q倍。Q的定义为：Q。Q叫回路的品质因数。下面我们重点讨论LC串联电路的幅频特性、通频带和选择性。 1. 回路电流的幅频特

3、性 由图Z1003知，该电路的电流为方便起见，通常用电流的相比照值称归一化来表示串联回路电流的幅频特性：a GS1003 利用上式可画出图Z1004的幅频特性曲线即谐振曲线。从曲线看出：Q值愈大，曲线愈锋利，回路的选择性愈好。 2回路的通频带 在谐振频率附近，f+f02f上式代入式GS1003可得满足a(即0.707)的频率认为可以通过回路，通过回路的频率范围称通频带，通频带的宽度用B表示，因则 B2f GS1005 由此可见：Q值越低，通频带越宽，Q值越高，通频带越窄。 3. 回路的选择性 回路的选择性通常用谐振曲线的矩形系数Kr来表示，如图Z1004所示，Kr定义为aaB0.7的比值，即R、L、C串联回路的矩形系数为： 理想矩形系数Kr=1，而LC串联回路谐振曲线矩形系数较大，因此选择性较差。LC并联谐振回路 图Z1005为一LC并联谐振回路，其中R为线圈的损耗电阻。该回路的阻抗 该回路的谐振频率为f0 并联谐振回路的特点是，谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，即Z0R0；谐振阻抗为感抗或容抗的Q倍，即Z0=Q0L=Q0C。式中Q一般Q远大于1。 当电流一定时，电感或电容两端的电压最大，

4、假设偏离谐振频率，回路阻抗及电压将明显减小。 1回路电压的幅频特性 在谐振频率附近，LR，f+f02f，式GS1007可整理成Z 回路电压 电压幅频特性：其表达式和特性曲线与串联回路一样。 2回路通频带和选择性 由GS1008式可求出并联回路的通频带B2fQ愈大，通频带愈窄；Q愈小，通频带愈宽。 与串联回路选择性分析一致，并联回路谐振曲线的矩形系数Kr9.96，即选择性也较差，但这种电路构造简单，调试方便，常用于接收机的中频放大电路之中。输入回路 输人回路是收音机的大门，从播送电台传来的高频信号到达收音机，首先碰到的是输入回路。常用的晶体管收音机输入回路如图Z1006所示。它是一个由可变电容器C1、输入调谐线圈L1组成的LC串联调谐回路，其作用是从天线接收到的许多频率的信号中,选择出欲收听的电台信号。被选出的电台信号，再由L2耦合到第一级晶体管的基极。输入回路选择电台信号的原理是这样的，当不同频率的电磁波(即不同电台的信号)在输入回路中感应出不同回路的电动势时，如*电台的信号频率与输入调谐回路的谐振频率f0可变电容在*位置时一样，则在回路中产生谐振，回路电流最大，在线圈L1上产生的压降

5、也最大,经L1、L2耦合送入晶体管基极的电压也最大；而其他不符合谐振回路谐振频率的电台信号，在L1上产生的压降很小，送入晶体管基极的信号电压也就很微弱，可以认为被输入回路抑制掉了。改变C1可获得不同的谐振频率，也就可选择出不同的电台信号。晶体管收音机输入回路广泛采用磁性天线。将输入调谐回路的线圈L1和L2绕在磁棒上就构成了磁性天线。磁棒一般用导磁率较高的铁氧体材料，以集聚磁力线，增强感应电势，提高选择性；L1和L2的圈数比必须选适宜，以使收音机获得较好的灵敏度和选择性。一般L1取6080圈，L2为L1的110左右。 磁性天线有较强的方向性，如图B1007所示。一般中、短波电台发射的是垂直极化波，其交变磁场是水平方向的，只有磁棒的轴线与电磁波传播的方向垂直，且与交变磁场的水平面平行时穿过线圈的磁力线才最多，产生的感应电势才最大。对输入回路的要求：要有良好的选择性。即选出欲收电台型信号，抑制邻近电台信号的能力要强。要有足够的频率范围。即输入回路要能调谐到所需接收的整个频段内的各个电台信号。频率范围又称频率覆盖,且用频率覆盖系数来表示。它定义为频段中最高频率与最低频率之比，即Kf。在中波段，

6、fma*1605 kH，fin535 kHz，故Kf3可变电容C1的变化范围要满足此要求，即使fin=,fma*=要有足够的电压传输系数。这就要求输入调谐回路的谐振阻抗与晶体管的输入阻抗相匹配，即满足N1N2其中N1、N2分别为L1、L2的匝数，Z0为输入回路的谐振阻抗，ri为晶体管的输入阻抗。适当地选择L1、L2的匝数即可满足要求。统 调 超外差式收音机的主要特点之一，是它有一个变频级。变频级里有3个调谐回路，如图Z1006所示。一个是信号输入回路,调节这个回路可以选择不同电台的信号频率fs；一个是本机振荡回路，调节这个回路可以改变本机振荡的频率fL；另一个是中频选频回路，它调谐于固定的中频fP465kHz。他们之间的关系是:fL-fs=fP,当承受的信号频率改变时，则fL也得相应的改变，才能保证上面的条件。通常改变fL和fs是用改变回路电容量来实现的。为了简化调谐过程，通常是把两个回路的可变电容的动片连再同一轴上，作成单一旋钮统一控制。这种统一调节C1a和C1b使变频级输出信号频率保持或逼近中频fP的过程叫统一调谐。简称统调，也称跟踪调谐。实践证明，要在整个波段内做到严格地跟踪调谐

7、是困难的。由于输入回路和本振回路的频率覆盖系数分别为：例如对中波段5351605KHzKS=3 KL=2.07 比拟两式可知,两个回路在同一波段内的频率覆盖系数不相等，即它们分别从最低频率变到最高频率时所要求的可变电容变化量不一样。 但C1a和C1b实际上是等容同轴的，这就造成了跟踪调谐的困难,即很难做到在整个频率范围内都能相差固定的中频fP.常用的跟踪统调方法是调节本振回路去凑合输入回路，使它们的差频保持或逼近中频fP465kHz就可以了。 目前，广泛采用同轴等容双连可变电容器，并在本振回路中串联和并联电容器的方法，由于这种方法需要附加电容，所以又叫附加电容法。这样就可在整个波段内到达低端、中端和高端三点上满足fL-fs=fP的要求即三点跟踪，在波段内的其他频率上，也就可以近似地实现跟踪了。例如，中波段的3个统调点是低端600kHz，中端1000kHz，高端1500kHz。 下面以直线频率式双连电容器为例，对三点统调原理进展分析。 我们知道输入回路和本振回路的谐振频率分别为：式中LS和LL分别为输入回路和本振回路的电感，C为直线频率式等容双连可变电容器的电容量。 直线频率式等容双连电

8、容器的电容与转动角有如下关系：a+GS1012式中a、b是与电容器的几何尺寸有关的常数。将GS1012式代入GS1011式，则图B1001中的输入回路和本振回路的谐振频率分别为： 可见频率与转角有直线关系，这就是直线频率式可变电容器名称的由来。根据式GS1013可以作出如图Z1007中直线AB和直线CD所示f特性，即fL、fs与双连可变电容器旋转角度的关系曲线。 由于要求fL-fsfP465kHz，所以LLLS，从式GS1013可知a2a1、b2b1。从图Z1007中可见，由于CD直线较之AB直线在频率轴上的截距大a2a1，斜率也较大b2b1，所以直线CD和直线AB不平行因此在0180的任意角度上，fL和fS的差都不会一样。例如，使=90时，两者频差恰好为465kz，则=0时，差频小于465kHz,则=180时，差频大于465kHz 。假设能使本机振荡频率fL随转动角度的变化曲线如图中的EF粉色线，则能到达理想的跟踪。然而，在任意角度时，要求fP=fL-fS=465kHz，实际上是办不到的。不过，假设在本振回路中增加两个附加电容Cb和CDZ，如图Z1006所示，就可以显著的改善统调跟踪特性。 在图Z1006中，并联在振荡回路里的电容Cb，称为补偿电容，它的容量较小，与C1bmin近似。当本振回路调谐在fLmin时，电容C1b的值最大双连电容动片全部旋进，此时，C1bma*Cb,所以,Cb对本振回路的低端频率几乎没有影响但随着双连可变电容器动片旋出，本振回路频率随着升高，Cb的影响就逐渐显著。由于Cb和C1b是并联的，则高端频率将大为减小。所以在波段的高频端，Cb对回路的影响最大。假设Cb的数值选得适当Cb为半可变电容，可以调节大小，则由于Cb的作用使本振回路的频率不再随C1b的减小而沿CD直线上升，而是在上升中逐渐减慢，使得高频端跟踪曲线弯曲下移，接近于理想的跟踪曲线EF，并与其相交于一点f3，如图Z1007所示。 串联在振荡

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