基于CD4011的簡(jiǎn)易收音機(jī)制作

　　收音機(jī)的基本工作原理可以簡(jiǎn)單歸納為：第一步要接收到相應(yīng)頻率的無(wú)線電波，第二步是從無(wú)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(tīng)到的聲音。如圖1所示，簡(jiǎn)易的收音機(jī)的系統(tǒng)由五大模塊組成。調(diào)電臺(tái)信號(hào)有調(diào)諧回路選擇接收后，接收到的無(wú)線電信號(hào)是非常微弱的，再通過(guò)調(diào)諧電路后，還需要經(jīng)過(guò)高頻放大電路進(jìn)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(jìn)行檢波，將調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)解調(diào)下來(lái)，得到調(diào)制前面的音頻信號(hào)，將音頻信號(hào)進(jìn)行低頻放大，聲音信息此時(shí)還是一種幅度很低的電信號(hào)，我們?nèi)硕锹?tīng)不到的，在經(jīng)過(guò)晶體管電流放大后，送到揚(yáng)聲器，還原成可聞得聲波信號(hào)。

　　該簡(jiǎn)易收音機(jī)制作非常簡(jiǎn)單，通過(guò)改變電感和電容的大小來(lái)接收中段550kHz到1600kHz內(nèi)的簡(jiǎn)易收音機(jī)。而且收音機(jī)音頻輸出基本達(dá)到人耳能夠聽(tīng)出的程度。

　　根據(jù)上述收音機(jī)基本工作原理用芯片CD4011設(shè)計(jì)出了如圖2所示的簡(jiǎn)易收音機(jī)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(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)，即輸出高電平和低電平上。事實(shí)上，在高低電平的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，存在一個(gè)過(guò)渡區(qū)，過(guò)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(dāng)?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(gè)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(hào)經(jīng)U1A高頻放大后，通過(guò)C3耦合，送到由D1、D2、R2、C4構(gòu)成的倍壓檢波電路進(jìn)行檢波，再經(jīng)門U1B、U1C、U1D進(jìn)一步放大后送到耳機(jī)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(jī)應(yīng)該選用高阻耳機(jī)，也可增加一級(jí)集成音頻放大電路如LM386，或用三極管作阻抗變換，通過(guò)增加和減少磁棒上線圈的匝數(shù)，以保證收音機(jī)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。

　　（2）可變電容選用型號(hào)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(hào)電池。耳機(jī)用32歐姆的立體聲耳機(jī)。

　　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(jìn)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(jìn)行檢波。當(dāng)信號(hào)電壓正半周時(shí)，信號(hào)電壓進(jìn)過(guò)D1對(duì)C3進(jìn)行充電，C3上的電壓為左正右負(fù)。當(dāng)信號(hào)電壓為負(fù)半周時(shí)，信號(hào)電壓與C3串聯(lián)后流經(jīng)二極管D2和電阻R2，檢波負(fù)載電阻R2上即可得到約2倍于信號(hào)電壓的輸出電壓，電容C4的作用是濾除檢波輸出信號(hào)中的高頻成分，得到音頻信號(hào)。

　　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(dāng)?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(gè)反饋電阻R4，將非門的工作點(diǎn)偏置于轉(zhuǎn)移特性曲線的中間，，即構(gòu)成了一個(gè)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(jī)有足夠的音量，電路中由晶體管VT構(gòu)一級(jí)電流放大器，R5是晶體管VT的偏置電阻。電流放大模塊實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(tīng)見(jiàn)揚(yáng)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(tái)，但經(jīng)過(guò)調(diào)整始終沒(méi)有接受到有效頻段內(nèi)的聲音。因此對(duì)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行仿真測(cè)試。 （1） 低頻放大仿真

　　如圖8所示，左側(cè)接入一個(gè)交流信號(hào)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(hào)（第一個(gè)波形）經(jīng)過(guò)放大

　?。?） 電源放大仿真

　　如圖10所示，在左側(cè)接入一個(gè)交流信號(hào)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(hào)（第一個(gè)波形）與輸出信號(hào)（第四個(gè)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(gè)交流信號(hào)源，再給電路兩端接入兩個(gè)示波器，圖13所示信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大后波形如圖14所示?？梢钥闯鲂盘?hào)經(jīng)過(guò)放大后幅度明顯增大。

　　五、【元器件清單】

　　總結(jié)

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

　改進(jìn)思路

　　在仿真時(shí)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(gè)包含4個(gè)與非門的CMOS電路，每個(gè)與非門有兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端。當(dāng)兩個(gè)輸入端有一個(gè)輸入為0，輸出就為0。只有當(dāng)輸入均為1時(shí)，輸出才為1。當(dāng)兩個(gè)輸入端都為0時(shí)，輸出是1。所以CD4011就用圖中的4011代替了。簡(jiǎn)易收音機(jī)從接收天線得到的高頻天線信號(hào)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(jī)還可以聽(tīng)，但要用揚(yáng)聲器就顯得太小，因此在檢波輸出后增加電流放大器來(lái)推動(dòng)揚(yáng)聲器來(lái)工作。如果采取超外差式電路，在收音機(jī)本振頻率和別接收信號(hào)的頻率相差一個(gè)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(hào)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(hào)，從而使整個(gè)簡(jiǎn)易收音機(jī)出出音質(zhì)較好的音頻信號(hào)。