一台收音机的电子实例

前置知识

电磁波

天线

磁棒天线

金属天线

接收到的电磁波在导体中感应出电流，然后将空气中的电磁载波中的信号传输到接收机中，然后通过调谐、检波和放大等处理将原始信号还原。

广播信号的传输频段

1. VHF频段
2. 中波
3. 短波

元件和电路

电声元件

话筒

扬声器

耳机

压电陶瓷片

晶体式扬声器

原理是压电效应

扩音器

信号间的传递叫做耦合，C1和C2是耦合电容，R2是反馈电阻，R1是偏置电阻，MIC是话筒，\(V_0\)是电路的输出端

仿真如图，其中麦克风部分用电位器R5代替

可以看到确实放大了，且有一定的关系

调制和解调

低频信号传输距离有限

高频信号传输距离远，强度高

调制方式

• 幅度调制（AM）
• 频率调制（FM）
• 相位调制（PM）

解调与调制过程相反，天线接收到了高频的载波之后，通过选频和检波，得到低频信号的原来面貌。

AM调制

仿真图

其中用到了乘法器，示波器1A输入的是声音信号，频率较低，B输入的是载波信号，为高频。

用示意图表示为

以上为AM调制，用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号随着调制信号瞬时值线性的发生变化，而载波的频率和相位则保持不变。

整套系统流程图如图

首先，高频载波信号通过高频载波振荡器产生，幅度恒定，频率不变的正弦信号，声音通过话筒变成电信号，经过放大后，声音电信号和高频载波信号一起送入调制器中，调制后的信号为调制波，其特点是频率等于载波信号，但幅度变化等于声音信号

这样，我们把低频信号中携带的信息加载到了载波上，这个高频的载波经过功率放大后，就可以从天线发送到远处。

FM调制

示意图

幅度不变，频率改变。

在调制信号的下降部分，调制波频率降低，其余部分与载波相等。

下图是一个例子，微型无线话筒，发射频率在88MHz-108MHz，可用普通的调频收音机接收。

分析，可用发现，电路中三极管、电感L和电容C2构成了高频振荡器，语音信号由MIC输入，变为电信号，再通过VT放大并对其进行调制，调制后的音频信号由天线W发射出去。

高频振荡器频率由L与C2决定。

也就是说，通过调整L与C2，我们可以用调频收音机接收到话筒天线传出来的信号，而这信号一定是调制波，是基于图2-16（c)的频率调制波，这种调制波通过收音机解调就可以还原出声音。

如果增加话筒的发射功率，可以把声音传输到外太空噢

收音机设计

收音机发展

收音机是通过调谐和检波来听到声音

调谐

调谐的作用是，根据电路的谐振频率来选择性的接收空中的电磁波频率，谐振频率公式如下

\[f=\frac{1}{2 \pi \sqrt{L C}} \]

检波

实际上就是解调

以AM为例，指从高频调幅波里面检出调制信号，主要由检波器完成

流程图如下

调制有幅度调制和频率调制，那么载波就有幅度调制载波和频率调制载波。

根据不同的载波设置检波器，产生调幅信号检波和调频信号检波。

调幅信号检波

原理图

不难看出，只要适当选择D1和C2和R的值，使得RC放电时间常数足够大，就可以使得C2两端的电压和输入电压的幅值相近，即输出电压\(U_0\)跟随高频信号的峰值变化。输入信号是调幅波，输出端就近似于调幅波的包络线，所以AM信号的检波也叫做包络检波。

仿真如下

对照图如下

可以看到不一致，暂时不明白为什么？

调频信号检波

思路是把调频信号变为调幅信号，然后按照调幅信号检波去解调

流程图如下

通过鉴频器来完成解调，内部就是调制变换电路和调幅检波电路。

内部电路如图

仿真如图

设计思路是：保证LC谐振回路工作在失谐的情况下，保证LC并联电路的谐振频率大于或者小于调频信号的中心频率（即载波频率）。这样频率的变化才能转化为振幅的变化。

V1产生FM信号，中心频率1k，调制信号频率100，幅值为5V，二极管左侧负责调频变为调幅信号，使其幅度的变化正比于调频波的变化，至于其载波仍是调频波，因此实际上是一个调幅的调频波要对调频波进行检波，即鉴频，二极管之后的部分就是包络检波，检出波形的幅度变化部分，即包络，这就是我们所需要的，并且与原来的调频波频率变化成正比的信号。

实现了跟踪输入信号的频率，起到了鉴频的作用。

三管直放式收音机分析

L1是这台收音机的天线，L1和可变电容C1组成调谐电路，用于选择需要的电台信号。

L1和L2根据互感，经过选择后的高频信号由L1耦合到L2上，然后由三极管VT1等组成高频放大器，把接收到的微弱信号进行放大（高频放大器之所以没有直接接到线圈L1上，主要是为了阻抗匹配和减小三极管VT1对天线调谐电路的影响）

R1为三极管VT1工作提供电流，C2是旁路电容，使高频电流通过C2与负极相连，高频扼流圈L3是高频放大器的负载。放大后的高频信号通过C3耦合到三极管VT2的基极上，这时，三极管VT2的功能类似于检波电路中的二极管，由VT2进行检波，把高频载波信号中携带的音频信号提取出来。

R2为三极管VT2工作提供电流，电阻R3是三极管VT2的负载电阻，R4是发射级反馈电阻（可以稳定三极管VT2的工作点，电容C4可以滤掉检波后不需要的高频部分，然后由三极管VT3将音频信号进行放大，驱动扬声器SP发声，电容C5为电源滤波电容，保证收音机稳定工作。