窄带中频放大器
窄
带
中
频
放
大
器
的
设
计
在无线电接收机中，常用的是超外差接收机，中频放大电路是超外差接收设备的重要部件，其性能在很大程度上决定了整机的重要性能。同时中频放大器的前级接混频电路或高频放大电路，后级接解调电路，是中间的重要桥梁，可由此建立两个频段间的信号变换与阻抗匹配，中频放大器用来对变频级输出的中频信号进行放大,因为变频级输出的中频信号幅度较小,不能满足建波电路工作所需要的幅度要求。中频放大器只放大中频信号,所以要求中频放大器在放大信号的同时进行中频信号选频.我国调幅收音机中的中波和短波中频频率为465kHz,所以本课题要求中心频率为465kHz.由于放大器对低频段和高频段信号放大能力低于中频段,当频率低到或高到一定程度时,放大器的增益很小,放大器对这些低频和高频信号已经不能有效放大.通过对放大器的工作频率范围作出规定,用通频带来表明放大器可以放大的信号频率范围.
关键词：无线接收机 信号 中频放大器 中心频率 中频段
绪论
简单收音机为了提高灵敏度指标增加了高放级，但高放级级数的增加是有限度的，如果为了提高灵敏度而加多高放级，则不但统调困难，更易发生寄生振荡。另一个原因在于：晶体管电路对高中低频带的表现是不同的，这就造成了整个收音频带内的指标不和谐。如果能把收音机固定在一个频带上工作，它的收音质量当然很好，不过事实上许多广播电台并不都挤在一个不大的频带上广播，而是分布在一个很宽的频带中进行广播。因而，只能在改进收音机的电路上想办法，把这些分散在各波段的电台，在收音机里变成一个预定的频率，这样，就能很好地加以放大了。而如果采用超外差接收方式就可以较好的解决这些问题
1超外差接收机
1.1超外差接收机原理
我们对天线接收下来的某一范围的广播电台信号与本机振荡信号进行混频，即进行频率变换，都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。这种接收机中，在高频放大器和中频放大器之间须增一级变换器，通常称为变频器，它的根本任务是把高频信号变换成固定中频。而由于中频频率（我国采用465千赫）较变换前的高频信号（广播电台的频率）低，而且频率是固定的，所以任何电台的信号都能得到相等的放大量。另外，中频的放大量容易做得比较高，而不易产生自激，所以超外差式收音机可以做得灵敏度很高。由于外来电台必须经过“变频”变成中频频率才能通过中频放大回路，所以可以提高收音机的选择性。一般的超外差式收音机组成方框图如图 1 所示。
图1
1.2中频放大的作用
中频放大电路的任务是把变频得到的中频信号加以放大，然后送到检波器检波。中频放大电路对超外差收音机的灵敏度、选择性和通频带等性能指标起着极其重要的作用。
2窄带中频放大器的简介
2.1中频放大电路
中频放大器是超外差式收音机的及其重要的组成部分，中放级的好坏对收音机的灵敏度、选择性和保真度等主要指标有决定性的影响。
2.2组成框图
一个中频放大器主要包括中频放大电子管（简称中放管）、谐振回路（简称中频变压器）和一个射极跟随器。图2是一个一级中频放大器的方框图，它是由一个中放管、中频变压器和一个射极跟随器组成。其中中频变压器用作输入级，射极跟随器做输出级，一个二级中频放大器由两个中放管、两个中频变压器和一个射极跟随器组成。这些中频变压器都是对变频器输出的中频信号调谐的。如果变压器输出的中频信号的频率是465Hz，那么中频变压器也就调谐于465Hz。中放管的任务只是把中频电压放大，然后这个放大的中频电压通过也调谐于这个中频频率的接在中放管后面的那个中频变压器，输出至检波器去检波。
图2 中频放大器组成框图
3主要元器件简介
3.1晶体管
三极管作为中频放大器的主要元器件，其参数的设置和性能的好坏将直接影响中频放大器的性能。由于调谐放大器的晶体管的工作频率段较短，因此采用晶体管Y参数等效电路进行分析比较合适。
现以共射极接法的晶体管为例，将其看作一个双口网络，如图3所示
（a）电路 （b）晶体管共发射极Y参数等效图
图3 三极管符号及等效电路图
其中由Y参数的定义得
⎧Ib⎪yie= Vbe⎪⎨ I⎪yre=b⎪ Vce⎩yfe =0Vce I=c V =0beVceyoe
=0Vbe I=c V =0ceVbe
3.2谐振回路
这里所采用的谐振回路又称中频变压器（习称“中周”），是超外差式接收机的特有元件。在天线信号和本机振荡信号混频后的中频信号经中频变压器进一步选取信号，然后由下一级进行放大。整个结构装在金属屏蔽罩中，下有引出脚，上有调节孔。初级线圈和次级线圈都绕在磁芯上，磁帽罩在磁芯外面。磁帽上有螺纹，能在尼龙支架上旋转。调节磁帽和磁芯的间隙可以改变线圈电感量。
中频变压器一般与电容搭配，组成调谐回路。中频变压器分成单调谐和双调谐两种。只有初级线圈和电容组成一个调谐回路的叫单调谐中频变压器，如果调谐回路之间用电容或电感耦合的叫双调谐中频变压器。一般晶体管收音机有三个单调谐中频变压器，三个的位置不可互换。
4设计过程
4.1谐振回路
我们知道在一个常用的中频放大器中，总须有两个或两个以上的中频变压器图4（a）是LC单调谐中频放大电路，图4（b）为它的交流等效电路。图中B1、B2为中频变压器，它们分别与C1、C2组成输入和输出选频网络，同时还起阻抗变换的作用，因此，中频变压器是中放电路的关键元件。
(a)、LC但调谐中频放大器 (b)、交流等效电路
图4 单管调谐放大器
中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。中频变压器的初级线圈与电容组成LC并联谐振回路，它谐振于中频465kHz。
由于并联谐振回路对诣振频率的信号阻抗很大，对非谐振频率的信号阻抗较小。所以中频信号在中频变压器的初级线圈上产生很大的压降，并且耦合到下一级放大，对非谐振频率信号压降很小，几乎被短路（通常说它只能通过中频信号），从而完成选频作用，提高了收音机的选择性。
图5 中频放大器的频率特性
由LC调谐回路特性知，中频选频回路的通频带BL＝f2- f1＝
，见图
5。式中QL是回路的有载品质因数。QL值愈高，选择性愈好，通频带愈窄；反之,通频带愈宽，选择性愈差。
中频变压器的另一作用是阻抗变换。因为晶体管共射极电路输入阻抗低，输出阻抗高，所以一般用变压器耦合，使前后级之间实现阻抗匹配。
一般收音机采用两级中放，有2个中频变压器（常称中周）。第一个中频变压器要求有较好的选择性，第二个中频变压器要求有适当的通频带和选择性，由于各中频变压器的要求不同，匝数比不一样，通常磁帽用不同颜色标志，以示区别，所以不能互换使用。
（a）电路 （b）等效电路
图6 LC调谐回路
实际电路中常采用具有中间抽头的并联谐振回路,如图（a）所示。（b）是它的等效电路，可以看出，它是由两个阻抗性质不同的支路组成。由于L1、L2都绕在同一磁芯上，实际上是一个自耦变压器。
利用变压器的阻抗变换关系，可求得等效谐振电路的谐振阻抗：
ZOB0＝（ ）2ZAB0＝（ ）2ZAB0。（式中N＝N1＋N2为电感线圈的总匝数）。
即具有抽头并联谐振电路的谐振阻抗ZOB0等于没有抽头的谐振阻抗ZAB0的 倍。由于 ＜1，所以ZOB0＜ZAB0，适当选择变比可取得所需求的ZOB0，从而实现阻抗匹配。
4.2放大电路
4.2.1电路组成及特点
收音机里的中频放大器其工作频率为 465 千赫，用谐振回路作负载，这样可大大提高接收机的灵敏度和选择性。
一般的中频放大器是二级放大，含有三个谐振回路和二个电子放大管，这里
就只讲一级放大电路，一级放大器电路如图7所示。经过变频级变换成465千赫的中频信号通过中频变压器耦合至三极管的基极,经过放大后由第二只中频变压器耦合到下一级放大器进行第二次中频放大，各极中频放大器之间采用中频变压器进行耦合。由于三极管输出阻抗较低，考虑阻抗匹配，所以电源供给从中频变压器初级中心头接入。同时次级大多数是不调谐的且圈数很少，以便与下一级所接的三极管输入阻抗小的特点相适应。
降压耦合
图7 单管但调谐放大器电路
4.2.2电路性能分析
4.2.2.1单管但调谐放大器
如图3所示是电管点调谐放大器交流等效电路
UiE
图8 单管点调谐放大器的Y参数等效电路 o
单管但调谐放大器的电压增益为
'V-βRLo AV== rbeVi
自耦变压器匝比
变压器初次级匝比
中心频率
通频带
BW0.7=ω0
Q
4.2.2.2多级单调谐
从对单管单调谐放大器的分析可知, 其电压增益取决于晶体管参数、 回路与负载特性及接入系数等, 所以受到一定的限制。若单级放大器的增益不能满足要求，就可以采用多级级联放大器。级联后的放大器的增益、通频带和选择性都将发生复杂的变化。
设放大器有ｎ级, 各级电压增益振幅分别为Ａv1, Ａv2, …, Ａvn, 则总电压增益振幅是各级电压增益振幅的乘积, 即
An=AV1AV2⋯⋯AVn
通频带
令Sn =1
2⇒BW
0.7=ω0
Q12n-1
由上述公式可知, ｎ级相同的单调谐放大器的总增益比单级放大器的增益提高了, 而通频带比单级放大器的通频带缩小了, 且级数越多, 频带越窄。换句话说, 如多级放大器的频带确定以后, 级数越多, 则要求其中每一级放大器的频带越宽。所以, 增益和通频带的矛盾是一个严重的问题, 特别是对于要求高增益宽频带的放大器来说, 这个问题更为突出。这一特性与低频多级放大器相同。为了使单调谐放大器的谐振特性更接近理想矩形，可以将多级放大器中的每一级回路按一定规律分别调谐在不同的频率上。
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5整体电路图
高频信号经变频之后，信号变换成 465 千赫的中频信号，由谐振于 465千赫的中频变压器T1 取出送至由 VT1 组成的第一中频放大级。第一中放级加有自动增益控制，由R1、C10组成，C10 是一个容量较大的电解电容器，其主要作用是滤除检波后的音频电流。 经过VT1放大后的中频信号由取出后送到第二中频放大级。C6、C7是旁路电容。经过二级中放后的信号由 VT3的中频信号由T3取出后送出，由D1单向导电特性进行检波，D1是晶体二极管。然后通过R5、R6组成的偏置电阻输出至电路的的前置放大。
图9 整机电路
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