基于CD4011的简易收音机制作

　　收音机的基本工作原理可以简单归纳为：第一步要接收到相应频率的无线电波，第二步是从无线电波上取出调制在其上的声音信息，第三步为把声音信息还原成人耳能听到的声音。如图1所示，简易的收音机的系统由五大模块组成。调电台信号有调谐回路选择接收后，接收到的无线电信号是非常微弱的，再通过调谐电路后，还需要经过高频放大电路进行高频放大到一定幅度后，才能送往二极管和滤波电容构成的倍压检波电路进行检波，将调幅信号包络解调下来，得到调制前面的音频信号，将音频信号进行低频放大，声音信息此时还是一种幅度很低的电信号，我们人耳是听不到的，在经过晶体管电流放大后，送到扬声器，还原成可闻得声波信号。

　　该简易收音机制作非常简单，通过改变电感和电容的大小来接收中段550kHz到1600kHz内的简易收音机。而且收音机音频输出基本达到人耳能够听出的程度。

　　根据上述收音机基本工作原理用芯片CD4011设计出了如图2所示的简易收音机的工作原理电路图。

 

　　2、电路工作原理分析

　　电路图如图2所示，通常情况下，这类与非门电路都作在开、关两种状态，即输出高电平和低电平上。事实上，在高低电平的转换过程中，存在一个过渡区，过渡区的中间部分基本上呈线性状态。因此，可以利用反馈电路选择适当的工作状态，使得各与非门都处于放大状态。电路及工作原理如图2所示，分别将每个与非门的输入端并接在一起作反相器用，转换高低电平。L1，C1为接收谐振回路，R1为直流反馈电阻，C2为交流旁路作用，接收到信号经U1A高频放大后，通过C3耦合，送到由D1、D2、R2、C4构成的倍压检波电路进行检波，再经门U1B、U1C、U1D进一步放大后送到耳机输出。途中的C1可选单串可变电容，线圈L可在50MM的磁棒上绕80~100T，耳机应该选用高阻耳机，也可增加一级集成音频放大电路如LM386，或用三极管作阻抗变换，通过增加和减少磁棒上线圈的匝数，以保证收音机处于合适的频率接收范围之内。

　　注意：（1）CD4011:4-2输入端与非门数字集成电路。

　　（2）可变电容选用型号为CBM-233P，电容量在5~141p之间变化。电感线圈L用直径0.18mm的漆包线5*3*55mm的磁棒上绕100匝。三极管用9012.电源用4节5号电池。耳机用32欧姆的立体声耳机。

　　3、各模块工作原理的分析与介绍

　　（1）调谐回路模块

　　图4 高频放大和倍压检波电路图

　　如图4所示，有与非门CD4011进行高频放大，然后又二极管D1、D2及电容C3、电阻R2等组成的倍压检波电路进行检波。当信号电压正半周时，信号电压进过D1对C3进行充电，C3上的电压为左正右负。当信号电压为负半周时，信号电压与C3串联后流经二极管D2和电阻R2，检波负载电阻R2上即可得到约2倍于信号电压的输出电压，电容C4的作用是滤除检波输出信号中的高频成分，得到音频信号。

　　图5 低频放大电路图

　　如图5所示中，CMOS模拟放大电路给CMOS门电路加上适当的偏置电压，可以使其工作于线性放大状态。在与非门CD4011的输出端与输入端之间并接一个反馈电阻R4，将非门的工作点偏置于转移特性曲线的中间，，即构成了一个线性模拟放大器，放大倍数等于反馈电阻R4与输入电阻R3之比。

　　（4）电源放大模块

　　如图6所示，由于CMOS电路输出电流很小，为使收音机有足够的音量，电路中由晶体管VT构一级电流放大器，R5是晶体管VT的偏置电阻。电流放大模块实质上是一个射极跟随器，可将CMOS电路的输出电流放大。

　　四、【仿真与仿真结果分析】

　　如图7所示为整体电路仿真图，仿真后听见扬声器发出嗡嗡的声音，按照原理改变电感的大小能收到中波段535kHz到1065kHz内的电台，但经过调整始终没有接受到有效频段内的声音。因此对设计模块进行仿真测试。 （1） 低频放大仿真

　　如图8所示，左侧接入一个交流信号源，并在放大电路的另一端接上示波器，从图9 上可以看出输入信号（第一个波形）经过放大

 

　　（2） 电源放大仿真

　　如图10所示，在左侧接入一个交流信号源，并在放大电路的另一端接上示波器，从图11上可以看出输入信号（第一个波形）与输出信号（第四个波形）之间的差距。

　　图11 电源放大前仿真波形图

　　（3） 高频放大仿真

　　仿真电路图如图12所示，在左侧接入一个交流信号源，再给电路两端接入两个示波器，图13所示信号经过放大电路放大后波形如图14所示。可以看出信号经过放大后幅度明显增大。

　　五、【元器件清单】

　　总结

　　通过CD4011芯片制作简易收音机的设计，了解了收音机的工作原理，真正的理解了调制与解调的过程，也了解了 CD4011 芯片的引脚的功能和使用方法。

　改进思路

　　在仿真时电路图中的电路元件CD4011在Proteus中是找不到的，所以用了与非门4011代替，由于CD4011是一个包含4个与非门的CMOS电路，每个与非门有两个输入端一个输出端。当两个输入端有一个输入为0，输出就为0。只有当输入均为1时，输出才为1。当两个输入端都为0时，输出是1。所以CD4011就用图中的4011代替了。简易收音机从接收天线得到的高频天线信号一般非常弱，即使已经增加高频放大器，检波输出的功率通常也只有几毫瓦，用耳机还可以听，但要用扬声器就显得太小，因此在检波输出后增加电流放大器来推动扬声器来工作。如果采取超外差式电路，在收音机本振频率和别接收信号的频率相差一个中频，在混频器之前的选择电路和本振采用统一调谐线，由于中频固定，且频率比高频已调信号低，中方的增益可以可以做得较大，工作也比较稳定，通频带特性也可以做得较理想，这样可以使检波器获得足够大的信号，从而使整个简易收音机出出音质较好的音频信号。