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[導讀]   收音機的基本工作原理可以簡單歸納為:第一步要接收到相應(yīng)頻率的無線電波,第二步是從無線電波上取出調(diào)制在其上的聲音信息,第三步為把聲音信息還原成人耳能聽到的聲音。如圖1所示,簡易的收音機的系統(tǒng)由

  收音機的基本工作原理可以簡單歸納為:第一步要接收到相應(yīng)頻率的無線電波,第二步是從無線電波上取出調(diào)制在其上的聲音信息,第三步為把聲音信息還原成人耳能聽到的聲音。如圖1所示,簡易的收音機的系統(tǒng)由五大模塊組成。調(diào)電臺信號有調(diào)諧回路選擇接收后,接收到的無線電信號是非常微弱的,再通過調(diào)諧電路后,還需要經(jīng)過高頻放大電路進行高頻放大到一定幅度后,才能送往二極管和濾波電容構(gòu)成的倍壓檢波電路進行檢波,將調(diào)幅信號包絡(luò)解調(diào)下來,得到調(diào)制前面的音頻信號,將音頻信號進行低頻放大,聲音信息此時還是一種幅度很低的電信號,我們?nèi)硕锹牪坏降?,在?jīng)過晶體管電流放大后,送到揚聲器,還原成可聞得聲波信號。

  該簡易收音機制作非常簡單,通過改變電感和電容的大小來接收中段550kHz到1600kHz內(nèi)的簡易收音機。而且收音機音頻輸出基本達到人耳能夠聽出的程度。

  根據(jù)上述收音機基本工作原理用芯片CD4011設(shè)計出了如圖2所示的簡易收音機的工作原理電路圖。


 

  2、電路工作原理分析

  電路圖如圖2所示,通常情況下,這類與非門電路都作在開、關(guān)兩種狀態(tài),即輸出高電平和低電平上。事實上,在高低電平的轉(zhuǎn)換過程中,存在一個過渡區(qū),過渡區(qū)的中間部分基本上呈線性狀態(tài)。因此,可以利用反饋電路選擇適當?shù)墓ぷ鳡顟B(tài),使得各與非門都處于放大狀態(tài)。電路及工作原理如圖2所示,分別將每個與非門的輸入端并接在一起作反相器用,轉(zhuǎn)換高低電平。L1,C1為接收諧振回路,R1為直流反饋電阻,C2為交流旁路作用,接收到信號經(jīng)U1A高頻放大后,通過C3耦合,送到由D1、D2、R2、C4構(gòu)成的倍壓檢波電路進行檢波,再經(jīng)門U1B、U1C、U1D進一步放大后送到耳機輸出。途中的C1可選單串可變電容,線圈L可在50MM的磁棒上繞80~100T,耳機應(yīng)該選用高阻耳機,也可增加一級集成音頻放大電路如LM386,或用三極管作阻抗變換,通過增加和減少磁棒上線圈的匝數(shù),以保證收音機處于合適的頻率接收范圍之內(nèi)。

  注意:(1)CD4011:4-2輸入端與非門數(shù)字集成電路。

 ?。?)可變電容選用型號為CBM-233P,電容量在5~141p之間變化。電感線圈L用直徑0.18mm的漆包線5*3*55mm的磁棒上繞100匝。三極管用9012.電源用4節(jié)5號電池。耳機用32歐姆的立體聲耳機。

  3、各模塊工作原理的分析與介紹

 ?。?)調(diào)諧回路模塊


  圖4 高頻放大和倍壓檢波電路圖

  如圖4所示,有與非門CD4011進行高頻放大,然后又二極管D1、D2及電容C3、電阻R2等組成的倍壓檢波電路進行檢波。當信號電壓正半周時,信號電壓進過D1對C3進行充電,C3上的電壓為左正右負。當信號電壓為負半周時,信號電壓與C3串聯(lián)后流經(jīng)二極管D2和電阻R2,檢波負載電阻R2上即可得到約2倍于信號電壓的輸出電壓,電容C4的作用是濾除檢波輸出信號中的高頻成分,得到音頻信號。

  圖5 低頻放大電路圖

  如圖5所示中,CMOS模擬放大電路給CMOS門電路加上適當?shù)钠秒妷海梢允蛊涔ぷ饔诰€性放大狀態(tài)。在與非門CD4011的輸出端與輸入端之間并接一個反饋電阻R4,將非門的工作點偏置于轉(zhuǎn)移特性曲線的中間,,即構(gòu)成了一個線性模擬放大器,放大倍數(shù)等于反饋電阻R4與輸入電阻R3之比。

 ?。?)電源放大模塊

  如圖6所示,由于CMOS電路輸出電流很小,為使收音機有足夠的音量,電路中由晶體管VT構(gòu)一級電流放大器,R5是晶體管VT的偏置電阻。電流放大模塊實質(zhì)上是一個射極跟隨器,可將CMOS電路的輸出電流放大。

  四、【仿真與仿真結(jié)果分析】


  如圖7所示為整體電路仿真圖,仿真后聽見揚聲器發(fā)出嗡嗡的聲音,按照原理改變電感的大小能收到中波段535kHz到1065kHz內(nèi)的電臺,但經(jīng)過調(diào)整始終沒有接受到有效頻段內(nèi)的聲音。因此對設(shè)計模塊進行仿真測試。 (1) 低頻放大仿真

  如圖8所示,左側(cè)接入一個交流信號源,并在放大電路的另一端接上示波器,從圖9 上可以看出輸入信號(第一個波形)經(jīng)過放大




 

 ?。?) 電源放大仿真

  如圖10所示,在左側(cè)接入一個交流信號源,并在放大電路的另一端接上示波器,從圖11上可以看出輸入信號(第一個波形)與輸出信號(第四個波形)之間的差距。

  圖11 電源放大前仿真波形圖

 ?。?) 高頻放大仿真

  仿真電路圖如圖12所示,在左側(cè)接入一個交流信號源,再給電路兩端接入兩個示波器,圖13所示信號經(jīng)過放大電路放大后波形如圖14所示。可以看出信號經(jīng)過放大后幅度明顯增大。


  五、【元器件清單】

  總結(jié)

  通過CD4011芯片制作簡易收音機的設(shè)計,了解了收音機的工作原理,真正的理解了調(diào)制與解調(diào)的過程,也了解了 CD4011 芯片的引腳的功能和使用方法。

 改進思路

  在仿真時電路圖中的電路元件CD4011在Proteus中是找不到的,所以用了與非門4011代替,由于CD4011是一個包含4個與非門的CMOS電路,每個與非門有兩個輸入端一個輸出端。當兩個輸入端有一個輸入為0,輸出就為0。只有當輸入均為1時,輸出才為1。當兩個輸入端都為0時,輸出是1。所以CD4011就用圖中的4011代替了。簡易收音機從接收天線得到的高頻天線信號一般非常弱,即使已經(jīng)增加高頻放大器,檢波輸出的功率通常也只有幾毫瓦,用耳機還可以聽,但要用揚聲器就顯得太小,因此在檢波輸出后增加電流放大器來推動揚聲器來工作。如果采取超外差式電路,在收音機本振頻率和別接收信號的頻率相差一個中頻,在混頻器之前的選擇電路和本振采用統(tǒng)一調(diào)諧線,由于中頻固定,且頻率比高頻已調(diào)信號低,中方的增益可以可以做得較大,工作也比較穩(wěn)定,通頻帶特性也可以做得較理想,這樣可以使檢波器獲得足夠大的信號,從而使整個簡易收音機出出音質(zhì)較好的音頻信號。

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