高频课程设计报告---高频无线话筒.doc

高频电子线路课程设计高频无线话筒姓名：班级：学号：专业：电子信息工程目录1.绪论31.1摘要31.2开发环境介绍32设计目的和意义42.1设计目的42.2设计意义43需求及分析44设计方案55设计原理及电路55.1设计原理55.2电路工作原理65.3具体电路分析65.4原理电路96.电路实现97.实验心得10 附录111.绪论1.1摘要高频电子线路系统地介绍了通信系统，特别是无线通信系统中的最基本电路及他们的功能，给出了定性及定量分析这些电路性能的方法。这些电路包括了发射机及接收机中的选频放大电路、混频电路、功放电路、振荡电路、调制及解调电路、锁相环电路、自动增益控制电路及频率合成电路。本课程的基本知识教学目标与能力目标是：通过理论和实践教学，使学生了解晶体管工作于高频时的工作原理，特性参数及微变等效电路，掌握高频单元电路的线路组成、基本工作原理、分析方法、技术要求及一些典型集成电路的实际应用，并且具备一定的理论水平和足够的实践技能，以及使用先进仿真软件的能力，为进一步学习、掌握电子、通讯技术的专业知识和职业技能打下基础。高频电子线路是一门理论性、工程性和实践性都很强的课程。学生通过本课程的学习，不但应该掌握必要的基础理论知识，而且还应在分析问题、解决问题和实际动手能力等方面得到锻炼和提高。对于这些能力的培养，理论教学与实践教学环节必须密切联系、互相配合，才会取得比较好的效果。在本课程教学中应从以下几个方面来加强这些能力的培养：1 在分析问题的方法上，由常用基本电路入手，讲清基本原理，然后适当综合，再应用到实用电路的分析中去。2 注意与实践课的配合，在理论课中讲清基本原理、典型电路和基本应用电路，在实践课中学习有关电路的测试、调整的原理和方法以及器件的参数选择等。3 增加必要的例题和实用电路的分析。例题着重于问题的分析过程和解题方法的介绍，对电路实例的分析则力求由浅入深。1.2开发环境介绍 Proteus 7 Professional：是一种常用的通用电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）软件。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：1原理布图2PCB自动或人工布线3SPICE电路仿真。同时也有一些革命性的特点：1互动的电路仿真，用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2仿真处理器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。2.设计目的和意义2.1设计目的（1）了解无线调频话筒的构成，并设计一小功率调频无线话筒。（2）理解和掌握无线调频话筒的主要技术指标和测试方法。（3）根据给出的技术条件和指标，设计无线调频话筒。（4）能够独立搭接电路、掌握调试技术。（5）增强对课本理论知识的理解，并提升到实践制作当中，做到了学以致用。（6）在设计中掌握Proteus 7 Professional的操作过程，并用到实际的电路仿真当中。2.2.设计意义本次课程设计不仅可以使我们更好地理解调频无线话筒的原理，也会增加我们探索无线电的兴趣。如果设计不成功或达不到要求，本次课程设计也会使我们明白实践与理论的结合需要多加练习，从而认识到自己的不足，在以后的学习中加强实践。总之，这次课程设计会帮我们提高很多。3需求及应用分析：无线话筒用途：1、 无线话筒： 用户在唱歌、讲话或者表演时可以360度的任意转动和移动，不会有电线绊脚、扯后腿。2、 无线广播： 老师在讲课时进行现场转播，可以无数学生用收音机收叫讲课，大大的增加了听课人数。3、 无线叫卖器： 在街上推销商品时，用无线话筒叫卖具有一定新颖性，会收到比普通话筒好的广告效果。4、 无线助听器： 具有比较好的隐蔽性和安全性，可在远处用收音机耳机收听。5、 无线抱警器： 实现一定距离的无人值守。例如可以在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。6、 无线电子门铃：由于可无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还可以改装成无线对讲机。7、 无线电子乐器： 将口琴、二胡、吉它等乐器声音用收音机接收，或用功放扩大播出，可更好欣赏音乐。8、 电子助听器： 通过调节收音机或者话筒的音量，将声音放大后再送入耳机，可以有效的改善老人听力。9、 声控小彩灯： 将大功率功放输出端的音箱改接成瓦数相当的6V,12V汽车电灯泡，调节音量合造位置。10、小型广播电台:适合学校工厂等单位自行举办各种节目，可以播放音乐、新闻、通知等，用收音机听。11、电视伴音转发器：看电视时用耳机听可不影响别人睡觉，但受耳机线长控制.本装置则可以不受此限制。4.设计方案设计一无线话筒采用晶体管或集成电路设计一无线话筒要求：(1)，额定电压3.09.0V，电流35mA；(2)，输出频率80108MHz左右；(3)，用FM收音机可以可靠收听；(4)，接收距离不得小于3米；(5)，采用电抗管或变容二极管调频；5.设计原理及电路5.1设计原理什么是无线话筒？简单地说，它就是一种通过无线电波或其它的方式传输声音的设备。这种设备或电路就其原理而言，在很多产品中以各种形式或名称存在着，如双工的EarMark无线耳机HS-4系列型号就是其中之一。电路板上的电子元件话筒（咪头）先将自然界的声音信号变成音频电信号，这个电信号会去调制电子振荡器产生的高频信号。最后，高频信号通过天线发射到空中。因为我们将发射频率设计在FM收音机波段，因此可以配合任何FM收音机接收到该高频信号，并从该高频信号还原出声音信号，从而完成各种用途。5.2电路工作原理（1）电路原理图：（2）FM无线话筒原理：MIC先将自然界的声音信号变成音频电信号,经C2耦合给Q的基极进行调制,当有声音信号的时候,三极管的结电容会发生变化振荡频率发生变化,完成频率调制,即调频.再经C8耦合给高频调谐放大电路对已调制的高频信号放大,再通过C12、L3和天线TX向外发射频率随声音信号变化而变化的高频电磁波。其中R1为话筒MIC的偏置电阻,一般在2k5.6k选取,R4为集电极电阻.R5为基极电阻,给Q1提供偏置电流.R6为发射极电阻,起稳定Q1直流工作点的作用;Q2,R7,R8,C4,C5,L1,C6,C7组成高频振荡电路,R7给Q2基极提供偏流,C5和L1振荡回路,改变其值可以改变发射频率,C4为反馈电容,R8起稳定Q2直流工作点作用,C7隔直流通交流电容;Q3,R9,R10,L2,C10,C11组成高频功率放大电路.R9给功率管Q3提供基极电流, C10和L2放大调谐回路,和振荡回路C5和L1调谐在同一频点时获得最大输出功率,发射距离最远。5.3具体电路分析（1）话筒MIC：驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音信号。话筒底部有两个接点，用两根粗铜丝焊牢在PCB印制电路板上。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。并且，外围电路中需要有相应的偏置电阻为其提供偏置。（2）高频振荡调制电路：该部分由晶体管Q2、电阻R7，R8，电感L1，电容C4，C7，C5，C6等组成。其功能是产生高频载波信号并进行调制。L1和C7构成LC谐振回路。该回路具有选频作用，其频率由公式计算得出：f = 1/ 2*(LC)-1/2。经C3耦合过来的信号加在Q2基极上，通过基极上变化的电压改变be结电容，而实现对载波的调制。由集电极输出经C8耦合到下一级进行功率放大。高频振荡调制电路（3）功率放大电路：电路由Q3、C10、L2、C11组成，该部分电路为自偏压电路，无需给b极加偏置电压，高频信号由C8耦合经自偏压电阻R7加到b上放大，电路工作在C类状态。L2和C10组成选频电路，使其谐振在前一级的工作频率上，C12为输出电容，输出高频信号。（4）天线:对于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2（为了在天线上产生驻波）。如果载波频率为80MHz，那么波长为： 式中，c是电波的速度（光速）。所以天线的长度为1.9m。但是，这个电路中如果接1.9m的天线的话，会发射很强的电波，有可能超出电波法所规定的范围。所以把天线的长度限制在30cm的程度。（5）PCB板图：说明：话筒MIC可以采集外界的声音信号，这里我们用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音，同时这种话筒工作时必须要有直流偏压才能工作，电阻R4可以提供一定的直流偏压，R4的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱。电阻越小话筒的灵敏度越高，话筒采集到的交流声音信号通过低频放大后耦合到Q2三极管的基极进行频率调制。三极管Q2采用9018和电容C2、C3、C11组成一个电容三点式的振荡器，由三极管Q2集电极的负载C2、L1组成一个谐振器，通过C11正反馈电容形成三点式谐振振荡器原理，谐振频率就是调频话筒的发射频率，实际上是一个以谐振频率为基准的高频振荡器。通过调整图中元件L1的参数可以使发射频率可以在90MHZ左右，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L1的数值（拉伸或者压缩线圈L1）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。发射信号通过C13耦合到高频放大器，由高频放大器进行谐振放大后再通过天线上再发射出去(实际电路设计中我们在功放之前加了射极跟随器)。由于高频振荡器和高频放大器互相独立使得发射频率和发射功率都十分稳定。C13将频率调制好的载波信号传递到Q3进行高频放大，仔细调整L2的值（拉伸或者压缩线圈L2）可使输出功率最大！距离最远，整个工作电流最小。这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。5.4原理电路6.电路实现 根据原理图及封装电路板对无线话筒进行焊接. 调试说明：把FM收（录）音机的电源和音量打开，将频率调在100MHz左右无电台的地方。给无线话筒电路板通上电源，对准收音机，用螺丝刀调节振荡线圈L1的稀疏（线圈匝间距离），直到收音机传出尖叫声。再慢慢移开话筒和收音机距离，同时适当调节收音机（或者话筒板）的音量、调谐旋钮，直到声音最清晰、距离又最远为止。上述步骤分别在88MHz、98MHz、108MHz附近调试，这样即使无线话筒发射频率存在较大偏差，收音机也能够收到。如果收音机仍不能收到，则应检查元件有没有装错，元件是否损坏，电源是否正常工作。（1）注意事项：无线话筒线圈L1匝间距离变近和换容量大一点的电容关联会使发射频率变低；要使发射频率变高，就需要采取相反的措施。和L1并联的电容变化范围不可以太大和太小，否则发射频率会偏到离谱，甚至不会产生高频发射信号（电路不会起振）。如果想要更远的传输距商，给收音机和无线话筒增加更好的天线，并适当升高无线话筒的电源电压。简易型无线话筒中的L2用铁线短路；调节增强型无线话筒中的L2、L3可以使距离会达到最远。（2）电路调整与改进：采用电容三点式，简单可靠，起振容易。但一级放大电路虽然达到我们的设计目标，但是抗干扰等功能仍然有印象，毕竟这是用较少的一些分立元件组成的一个高频电路。我们将R1偏置电阻的阻值减小使其对接收灵敏度提高，经测试，达到15.20m的声音信号仍能正常接收（温度：20.0），而且这是在有很多电磁干扰的环境下进行的测试，测试效果良好。天线输出距离选频回路较远，由于板子已经焊好，我们使用面包板进行测试，发现天线距离选频回路越近时，收音机的接收效果越好。经测试还发现，将电源等有源元件与其他元件分开距离较大摆放时，接受的效果较好，频率较稳定，抗干扰能力提高近20%，频率抖动不大。为此我们选择了将天线与电源分在两边摆放。7.实验心得通过这次高频课程设计，我学会了调频无线话筒的设计，更重要的是通过这次课程设计，综合运用了课堂上所学的理论知识和实际应用技术，巩固与扩充了高频电子线路所学的内容。通过一次调频