超外差收音机

超外差接收机是一种利用超外差原理的无线电接收机，1918年由美国无线电工程师埃德温·霍华德·阿姆斯特朗发明。超外差原理是一种利用机器内一个可变的振荡器产生的电波和外来信号混合以产生固定频率的中频信号（通常调幅无线电是450千赫兹或455千赫兹（也有262.5千赫兹），调频无线电是10.7 兆赫兹）^[1]。

超外差接收机原理图

七十年代香港出产的超外差晶体管收音机
在中心位置的方形零件是一个小型双联可变电容器

设 f 为外来信号的频率

${\displaystyle f_{o}}$ 为可变的内部振荡器产生的信号的频率。

经过混频后得到 ${\displaystyle f_{o}-f=f_{i}}$=455 千赫兹/10.7兆赫兹。

构造

超外差接收机主要由下列几个部分组成^[1]：

前置放大器

前置放大器的作用是放大调变的频率信号(^LNA/AGC)，过滤其他频率的信号（^{带通滤波器，过滤载波带宽外其它信号}）。通常由一个可变电容和固定电感组成的滤波电路和一个电晶体放大线路组成。收音机的前置放大器的调幅波段通常是540 千赫兹(KHz) 至 1600 千赫兹(KHz)。

可变振荡器

双联可变电容器

可变振荡器由一个固定电感和可变电容加电晶体组成的一个可变频率的振荡器。可变振荡器的可变电容和前置放大器的可变电容，必须同步地变化。同步功能是依靠双联可变电容器形成的。当收音机的前置放大器的波段通常是540 千赫兹(KHz) 至 1600 千赫兹(KHz)时，内部振荡器的频率范围是995千赫兹(KHz) 到2075 千赫兹(KHz)。可变电容有机械式可变电容，压电式可变电容等。

混频器

混频器是一个非线性放大器，其输出电压和输入电压之间有如下关系

${\displaystyle v_{o}=k\cdot v_{i}+j\cdot v_{i}^{2}}$

其中 ${\displaystyle v_{i}}$ 为输入电压，${\displaystyle v_{o}}$ 为输出电压。

${\displaystyle v_{i}=a\cos(rt)+b\cos(ot)}$

由于混频器的二次项，输出电压中有

${\displaystyle \cos(rt)\cdot \cos(ot)}$ 一项，

因为 ${\displaystyle 2\cos(rt)\cdot \cos(ot)=\cos(rt-ot)+\cos(rt+ot)}$

其中${\displaystyle \cos(rt-ot)}$ 就是差频。

混频器的输出包括 ${\displaystyle \cos(rt)}$，${\displaystyle \cos(ot)}$，${\displaystyle \cos(rt-ot)}$，${\displaystyle \cos(rt+ot)}$等项。

中频放大器

中频放大器的作用是将前置放大器和可变振荡器混合后产生的其他频率的信号过滤，仅将以中频${\displaystyle f_{i}}$=455千赫兹(KHz)为中心的频带放大。中频放大器的主要元件是两个455千赫兹(KHz)的中频带通滤波器。中频带通滤波器（有时也叫中频变压器）对于以455千赫兹为中心的频带以外的信号有不错的滤波。一般中频放大器的放大倍率为30-60分贝(dB)，如不采取适当的屏蔽，过高的放大倍率可能会引起正回授振荡。

较高阶的接收机的有时利用到二级的中频放大器以加强放大倍率和选择性，第一级中频放大器将信号变为较高的中频，然后经过第二级中频放大器（带有另一个振荡器）变为低的中频。这种架构的中频放大器具有很高的放大倍率。

音频放大器

经过中频放大器过滤和放大的信号，由检波二极体检波后(实际上就是把信号进行半波整流)剩下音频的信号，再经功率放大器放大送入扬声器发出声音。

超外差接收器模块

有些厂商将调幅调频接收器组合成模块，例如TDQ-9A等模块^[2]

参考文献

1. [英]Donald G. Fink, 电子工程师手册 Electronic Engineers' Handbook, p 51, section 21, McGraw Hill
2. 接收器模块

外部链接

• superheterodyne receiver （页面存档备份，存于互联网档案馆）