毕业设计（论文）-单工无线发射接收系统.doc

目 录 1 绪论.1 2 无线通讯.1 2.1 无线电的发送.2 2.2 无线电的接收.2 2.3 无线通信距离的计算.3 2.4 无线电传输优点.4 2.5 调频波.4 3 系统设计.6 3.1 总体设计方案.6 3.2 方案论证与比较.7 4 单元电路设计.9 4.1 音频无线发射电路的设计.9 4.2 音频无线接收电路的设计.13 4.3 电源模块设计.19 5 系统测试.20 5.1 分级调试.20 5.2 统调.21 5.3 发射机频率测试和峰值功率测试.21 5.4 测试使用的仪器.22 6 结论.23 参考文献.24 致 谢.25 英文资料及中文翻译.26 1 1 绪论 随着无线电技术的发展，通讯方式也从传统的有线通讯逐渐转向无线通讯。由 于传统的有线传输系统有配线的问题，较不便利，而无线通讯具有成本廉价、建设 工程周期短、适应性好、扩展性好、设备维护容易实现等特点，故未来通讯方式将 向无线传输系统方向发展。同时，实现系统运行的最小功耗是现代电子系统的普遍 取向，也是绿色电子的基本要求。因而，如何通信才能使系统稳定、高效、节能的 运行，成为系统开发过程中必须加以考虑的主要内容。 传统的无线发射接收系统，存在着电路复杂、灵敏度低、噪声大、不易调谐等 缺点。本设计采用载波的瞬时频率随传播信号的变化规律而变化的调制方法，即调 频方法。调频要求工作波长极短，但由于它不怕余波干扰，不串台，所以具有极好 的接收性能，而且还能播送和接收立体声信号。此外，语音信号采用调频方式与调 幅相比，有利于改善输出音频信号的信噪比，以保证语音业务的可靠传输。 本设计中采用调频立体声接收机集成芯片优化电路，使得接收灵敏度大为改善， 外围元件极少。同时采用锁相环技术，增强锁定频率信号准确度。接收机采用电容 分压式滤波器，具有动态范围大，调整方便的特点。 2 无线通讯 通常，人的说话声、音乐声等各种声音的传播距离是很短的，当人大声喊叫时， 能在三十米外听清楚已是不容易了。低频率的电信号实际上不可能以电磁波的形式 从天线有效地辐射到空间去，只有当馈送到天线的电流频率足够高，及波长足够短， 短到能与天线的尺寸相比拟，才会有足够的电磁能辐射出去。因此，要想不用导线 传送信号，只能借助于高频电磁波，由它将低频信号“携带”到空间去。将声频电 信号寄载在高频正弦波上（称为调制）利用天线发射成无线电波，用无线电波来载 低频电信号，就可以不用导线在空间传播很远。 将声频电信号寄载在高频正弦波上，是用声频电信号去控制等幅高频正弦波的 某一参数（振幅、频率或初相位）来达到的，即使该参数按声频电信号的规律去变 化。当控制的是高频正弦波的幅度时，这种调制称为幅度调制或简称调幅。同样， 当被控制的是高频正弦波的频率或初相位时，则分别成为频率调制或相位调制，简 称调频或调相。经过调制的高频正弦波称为已调波，或称为无线电信号。由此可见， 等幅的高频正弦波实际上起着运载声频信号的运输工具的作用，所以在无线电技术 中常称它为载波。载波的频率一般从几百赫兹到几千兆赫兹。 一个导体如果载有高频电流，就有电磁能向空间辐射。电磁能是以波的形式向 外传播的，称为电磁波。高频率的电流称为载波电流或简称为载波。这种频率称为 载波频率或射频。载有载波电流，使电磁能以电磁波形式向空间发射的导体，称为 2 发射天线。如果我们设法用电报或电话信号控制载波电流，则电磁能中就含有所要 发送的电报或电话信息，这就是无线电信号发送的过程。在接收端，首先由接收天 线将收到的电磁波还原为与发送端相似的高频电流。然后经过检波，取出原来的电 报或电话信号，就完成了无线电通信。对于无线电通信来说传输媒质为自由空间。 如果传输媒质为电缆或光纤，就组成了有线载波通信系统，其中传输媒质为光纤的 通信系统又称为光纤通信。 2.1 无线电的发送 从上面的简略叙述可知，要完成无线电通信，首先必须产生高频率的载波电流， 然后设法将电报或电话信号“加到”这载波上去。在无线电技术中采用振荡器来产 生高频电流。振荡器是无线电发送设备的基本单元。为了发送电报信号，可以加一 个电键来控制供给振荡器的直流电源，即得到如图 2-1 所示的无线电报发射机方框 图。电源接通时，振荡器发生高频电流 i；电源断开时，振荡器没有高频电流送出。 高频电流送至发射天线，转变为电磁波（包含了所要传送的电报信号）发射出去1。 发射 i天线 电键 时间 （a）方框图 （b）发射电流波形 图 2-1 无线电报发射机的基本原理图 2.2 无线电的接收 无线电信号的接收过程正好和发送过程相反。在接收处，先用接收天线将收到 的电磁波转变为已调波电流，然后从已调波中检出原始信号。这一过程正好和发送 相反，称为解调（接收调幅信号时，也叫检波。接收角度调制信号时，也叫鉴频或 鉴相） 。最后再用听筒或者扬声器（喇叭）将检波取出的音频电流变为声能，人就听 到了发射机处发送的语言、音乐等信号。因此，最简单的接收机就是一个检波器。 但是，接收天线所收到的电磁波很微弱。为了提高接收机的灵敏度，可在检波 器之前加一级至几级高频小信号放大器，然后再检波。检波之后，再经过适当的低 振荡器 直 流 电 源 3 频放大，最后送到扬声器或耳机中转变为声音。这样就得到如图 2-2 所示的接收机 方框图。 图 2-2 直接放大式接收机方框图 2.3 无线通信距离的计算 这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法。所谓自由空间传播系指 天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时， 其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。下面用公式说明在自由空 间下电波传播的损耗。 )(lg20)(lg2044.32MHzfKmdLos （2.1） 是传播损耗，单位为LosdB 是距离，单位是dKm 是工作频率，单位是fMHz 由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率和传播距f 离有关，当或增大一倍时，将分别增加 6。dfdLosdB 下面举例说明一个工作频率为 433.92，发射功率为10，接MHzdB)10(mWm 收灵敏度为-105的系统在自由空间的传播距离。 dBm 由发射功率+10，接收灵敏度为-105可得：dBmdBm = 115 。LosdB 由、可计算得出：Losf 4 =30.974 公里 。d 这是理想状况下的传输距离，实际的应用中可能低于该值，这是因为无线通信 要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径传播等造成的损耗，将上述损 耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。 假定大气、遮挡等造成的损耗为 25，可以计算得出通信距离为： dB =1.742 公里 。d 2.4 无线电传输优点 无线通讯方式与有线通讯相比主要有如下优点： 成本廉价 有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物 力；而用无线电台建立无线语音传输方式则无须架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在 每个终端连接无线电台和架设适当高度的天线就可以了。相比之下用无线电建立语 音传输通道，节省了人力物力，投资是相当节省的。当然在一些近距离的语音通讯 系统中，无线的通讯方式并不比有线的方式成本低，但是有时候实际的现场环境难 以布线，客户根据现场环境的需要还是会选用无线的方式来实现通讯。 建设工程周期短 当要把相距数公里到数十公里距离的远程站点相互连接通讯的时候，采用有线 的方式，必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟，这个工程周期可能就需要 数个月的时间，而用无线发射接收系统建立无线语音传输的方式，只需要架设适当 高度的天线，工程周期只需要几天或者几周就可以，相比之下，无线的方式可以迅 速组建起通信链路，工程周期大大缩短。 适应性好 有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、 林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线 网络的布线工程有着极强的制约力，而用无线发射接收系统建立无线语音传输方式 将不受这些限制，所以说用无线发射接收系统建立专用无线语音传输方式将比有线 通讯有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。 扩展性好 在用户组建好一个通讯网络后，常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用 有线的方式，需要重新的布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路， 但是如果采用无线电台建立无线语音传输方式，只需将新增设备与无线电台相连接 就可以实现系统的扩充了，相比之下有更好的扩展性。 设备维护上更容易实现 5 有线通讯链路的维护需沿线路检查，出现故障时，一般很难及时找出故障点， 而采用无线发射接收系统建设，则没有线路维护的困难。 2.5 调频波 频率调制又称调频（FM） ，是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化，而 振幅保持恒定的一种调制方式。调频波用英文字母 FM 表示。调频信号的解调称为鉴 频或频率检波。 设调制信号为 tUtU m cos)( （2.2） 载波信号为 tUtU CCmC cos)( （2.3） 调频时，载波电压振幅度 Ucm 不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化， 即为 )()()(ttUKt cfc （2.4） 式中 c为载波角频率，又称为调频波中心频率； 为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。 f K 其值由调频电路决定，单位是弧度/秒伏（rad/sv） ； 为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。最大频)()(tUKt f 偏与调制信号的振幅成正比，而与调制信号的频率无关。这是调频波的基本特征。 调频后载波瞬时相位也会产生变化，其瞬时相位为 )()()( 00 ttdttUktdttt c tt fc （2.5） 式中，ct 为未调频时载波相位； dtUKt t f )( 0 为调频后，瞬时相位相对于的相位偏移。t c 调频波的数字表示式为 )(cos 0 dttUKtUtU t fcFM 6 （2.6） 根据(2.6)式可画出调频波的波形图，如图 2-3 所示。 调制信号 载波 调频波 图 2-3 调频波的形成 由调频波的形成过程及调频波的波形可见调频波（调频信号）的特点是：其频 率随调制信号振幅的变化而变化，而它的幅度却始终保持不变。当调制信号的幅度 为零时，调频波的频率称为中心频率0。当用一完整的调制信号（即调制信号的幅 度作正负变化）对高频载波进行调频时，调频波的频率就围绕着0而随调制电压线 性地改变。当调制信号向正的方向增大时，调频波的频率就高于中心频率；反之， 当调制信号向着负的方向变化时，调频波的频率就低于中心频率。可见，调制信号 的幅度越大，频率的偏移也越大，调频波以其频率的变化代表着调制信号的特征2。 3 系统设计 3.1 总体设计方案 设计要求为：设计一个单工无线发射接收系统,实现无线发射机至接收机间的单 工语音传输业务。由于语音业务对误码不敏感，可以采用调频方式发送信息，设计 中采用了分立元件构成音频无线发射电路。接收机采用第三代立体声放收音机电路 CXA1238 组成单片收音机。CXA1238 是性能优良的收音集成电路，内部有 AM、FM 的 高放、混频、中放、检波、鉴频以及 FM 立体声解码、自动频率控制电路等功能，外 围元件较少。接收机采用电容分压式滤波器，即可提高镜像抑制比，又可使天线达 到最佳匹配，具有动态范围大、调整方便的特点。 语音信号采用调频方式与调幅相比，有利于改善输出音频信号的信噪比，以保 证语音业务的可靠传输，下表是调幅和调频的优缺点比较。 表 3-1 调幅和调频优缺点比较 调幅（AM）调频（FM） 优 点 1.传播距离远，覆盖面大 2.电路相对简单 1.传送音频频带较宽（100Hz5KHz）适宜于高保真 音乐广播 2.抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰 3.应用范围广，用于多种信息传递 7 4.可实现立体声广播 缺 点 1.传送音频频带窄 （200Hz2500Hz） ，高音缺乏 2.传播中易受干扰，噪声大 传播衰减大，覆盖范围小 设计要求： 设计发射频率在 32MHz 左右，无线发射机传送信号的输入采用线路输入方式，采 用了分立元件构成音频无线发射电路。 设计采用一个接收频率与无线发射机相对应的接收机，接收机采用第三代立体声 放收音机电路 CXA1238 组成的单片收音机，用扬声器收听语音信号。 送信号正弦波在 300Hz3400Hz 时，系统发射功率 20mW 左右。 线发射接收机室内通信距离（两设备间的最近距离）不小于 5 米。 线发射接收机收发天线采用拉杆天线或导线，长度小于等于 1 米。 系统可实现无明显失真的语音传输。 3.2 方案论证与比较 3.2.1 音频无线发射电路设计方案论证与选择 方案 1：采用单片调频发射集成电路组成芯片 MC2833。它可构成发射高频率信 号的功率放大器。电路由音频放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及 放大电路构成。由集成芯片 MC2833 组成的调频发射机，先将语音通过话筒变成音频 电压信号送给音频放大器进行音频电压放大，此音频电压信号经耦合电容送给可变 电抗的输入端脚 3 去控制可变电抗，而由可变电抗以及电感、晶体与高频振荡器组 成调频振荡电路，产生调频波经缓冲送给两级二倍频放大器。电路实现基本框图如 图 3-1 所示。但由于该芯片涉及到的谐振回路较多，不易统调，因而频率不易控制， 导致信号不稳定，容易跑台，实现较为困难。 前置 放大 可变 电抗 振荡 电路 缓冲 放大 二倍频 电路 放大 电路 音频输入 射频输出 图 3-1 MC2833 电路基本框图 方案 2：采用集成芯片 BA1404 及相关电路构成。它主要由前置音频放大器，立 体声调制器，FM 调制器及射频放大器组成。利用内部参考电压改变变容二极管的电 8 容值，可实现发射频率的调整。图 3-2 所示为电路框图。此电路可实现立体声调频 发射，典型调频频段为 75-108MHz，振荡频率不易调整，尤其是低端频率实现困难， 难以实现要求频段的调整。 图 3-2 BA1404 电路基本框图 方案 3：采用分立元件构成音频无线发射电路。图 3-3 所示为分立元件调频电 路框图。利用三极管构成高频振荡器，调节相应的电感和电容的大小，可产生稳定 的中心频率，在音频信号的作用下，可产生相应的调频波，再经过缓冲放大和末级 功率放大，得到需要的调频信号。相对前两种电路，不仅电路简单，而且调试控制 非常灵活，可靠性好，抗干扰能力强，容易实现调频的要求。 振荡调 制电路 音频输入 调谐 放大 功率 放大 射频 输出 图 3-3 分立元件调频电路框图 综上所述，本设计选择方案 3，即利用分立元件构成音频无线发射电路。 3.2.2 音频无线接收电路设计方案论证与比较 方案 1：采用芯片 MC3362 。该芯片是美国 MOTOROLA 公司生产的单片窄带调频 接收电路，主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。调频接收电路框图如图 3-4 所示。MC3362 片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强 指示驱动及载频检波电路等电路。具有低供电电压、低功耗、灵敏度高等特点，主 要应用于语音和数字通讯的接收设备。但是该电路较多用于调频广播接收，在要求 的频段内进行调试相对困难。 图 3-4 MC3362 调频接收电路框图 方案 2：采用集成芯片 CXA1019S。该芯片内部电路包括了 AM/FM 收音机从天线 输入经调频高放、本振、混频在由中放、检波、直至调频功放的整个环节。调频接 收电路，将调幅输入端 IC 对变频信号公共端短路，拉杆天线经耦合电容到带通滤波 器，该滤波器的作用是抑制调频波段以外的信号的干扰。CXA1019S 虽然把调频头电 高放 FAF 本振 1 中放 1中放 2 本振 2 鉴频低放 右声道输入 左声道输入 调频 电路 放大 电路 射频 输出 9 路集成进去，提高了集成度，但是相对 CXA1238S 增益较低，因而接收灵敏度较低。 调频接收电路框图如图 3-5 所示。 图 3-5 CXA1019S 调频接收电路框图 方案 3：采用集成芯片 CXA1238S。它在片内完成了混频、中放、鉴频及立体声 解码等功能，该芯片内部包含 FM 前置放大、立体声解调放大、FM 中频放大及鉴频 等环节，尤其是芯片内采用了锁相技术，由于芯片高度的集成化，因而接收机电路 外围元件极少、中心稳定，调谐简单、抗干扰性强、电路稳定，调整方便等优点。 综上所述，本设计选择方案 3，即采用 CXA1238S 构成的 FM 解调电路。 4 单元电路设计 4.1 音频无线发射电路的设计 本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路。下面分别从 LC 电路 的基本工作原理、正弦波振荡电路的振荡条件和考毕兹振荡器的模型及在设计电路 中的应用方面入手对发射单元电路进行分析。 4.1.1 LC 电路的基本工作原理 构成一个 LC 振荡器必须具备下列三个条件： 一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释 放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件 的数值。 一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生的能量的损失。在晶体管振荡器 中，这能源就是直流电源 Vcc。 一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅 振荡。这是由有源器件（电子管、晶体管或集成块等）和正反馈电路完成的3。 LC 振荡器起振条件 相位平衡条件：和必需为同性质的电抗，必需为异性质的电抗，且它 ce X be X cb X 们之间满足下列关系： 即)( cebe XXXc 高放 FAF 中放 本振 鉴频低放 + 10 LC XX CL 1 |,| 幅度起振条件 图 4-1 三点式振荡器 式中：晶体管的跨导， m q 反馈系数， AU放大器的增益，Fu 晶体管的输入电导， ie q 晶体管的输出电导， oe q 晶体管的等效负载电导，Lq 一般在 0.10.5 之间取值。 Fu 4.1.2 正弦波振荡电路的振荡条件 从结构上来看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈 放大电路。图 4-2(a)表示接成正反馈时，放大电路在输入信号时的方框图，0 i X 改画一下，便得图 4-2(b)。 （a）正反馈放大电路的方框图 （b）正弦波振荡电路的方框图 图 4-2 正弦波振荡电路的方框图 由图可知，如在放大电路的输入端（1 端）外接一定频率、一定幅度的正弦波 信号，经过基本放大电路和反馈网络所构成的环路传输后，在反馈网络的输出端 a X （2 端） ，得到反馈信号，如果与在大小和相位上都一致，那么，就可以 f X f X a X )( Au 1 * ie L oem qqqFuq 基本放大 电路 A 反馈网络 F A F 11 除去外接信号，而将 1、2 两端连接在一起（如图中的虚线所示）而形成闭环系 a X 统，其输出端可能继续维持与开环时一样的输出信号。这样，由于=，便有 f X a X 1 o f a o a f X X X X X X 或 1 FA （4.1） 在上式中，仍设，则可得 a AA f FF 1)( fa AFFA 即 1 AFFA （4.2） 和, n fa 2, 2 , 1 , 0n （4.3） 式（4.2）称为振幅平衡条件，而式（4.3）则称为相位平衡条件，这是正弦波 振荡电路产生持续振荡的两个条件。 值得注意的是，无论是负反馈放大电路的自激条件（- ） 。或振荡电路1 FA 的振荡条件（ ） ，都是要求环路增益等于 1。不过，由于反馈信号送到比较1 FA 环节输入端的+、-符号不同，所以环路增益各异，从而导致相位条件不一致。 振荡电路的振荡频率是由（4.3）的相位平衡条件决定的。一个正弦波振荡 0 f 电路只在一个频率下满足相位平衡条件这个频率就是，这就要求在环路中包 0 f FA 含一个具有选频特性的网络，简称选频网络。它可以设置在放大电路中，也可设 A 置在反馈网络中,它可以用 R、C 元件组成，也可以用 L、C 元件组成。用 R、C 元 F 件组成选频网络的振荡电路称 RC 振荡电路，一般用来产生范围内的低MHzHz11 频信号；而用 L、C 元件组成选频网络的振荡电路，一般用来产生 1MHz 以上的高频 信号。 欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须满足的条件。这样，在接通电源 1 FA 后，振荡电路就有可能自行起振，或者说能够自激，最后趋于稳态平衡5。 12 4.1.3 考毕兹振荡器的模型及在设计电路中的应用 电容三点式振荡器 电容三端振荡器与电感三端振荡电路相比，电容三端振荡器的优点是输出波形 较好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极， 所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减小，波形更加接近于正弦波。其次， 该电路中的不稳定电容（分布电容、器件的结电容等）都是于该电路并联的，因此 适当加大回路电容量，就可以兼容不稳定因素对振荡频率的影响，从而提高了频率 稳定度。最后，当工作频率较高时，甚至可以只利用器件的输入和输出电容作为回 路电容。因而本电路适用于较高的工作频率，考毕兹电路如图 4-3 所示。 （a） 考毕兹振荡器 （b） 交流等效电路 图 4-3 电容三端振荡器电路（考毕兹振荡器） 考毕兹振荡器的设计模型 根据正弦波振荡器形成振荡的两个条件以及采样电路的要求，设计如图 4-4 的 考毕兹振荡器的设计模型。它由两部分组成：一是放大器部分采用 AD8620。二是选 频反馈网络。放大器采用同相输入的方式，目的是为了形成正反馈。选频网络采用 LC 谐振回路，根据设计的需要选择一个频率。采样电路就是要选出一个频率为 1.8MHz2.4MHz 的正弦波。则它的频率由下列公式决定： LC f 2 1 （4.4） 电容 C 为串联的等效电容 21C C 21 21 CC CC C （4.5） 在考毕兹电路中，可以通过改变电容来改变电路的反馈系数。那么为了在调整 e b c 13 电路的频率时频率不受电容的影响，在电容的两端可以通过并联可变电容的方法来 解决。因此将一个可变电容 C3 并联在电感 L 两端它的值为 510P。由于电容的值 很小，所以并联上该电路对谐振频率的改变量是很小的。 所以振荡电路的频率为 LC f 2 1 L=22Mh 21 21 3 CC CC CC 所以 f=1.8 1.9 2.4 MHZ 图 4-4 电容三点振荡 4.1.4 发射单元电路分析 本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路。如图 4-5 所示。射 频电路由高频振荡器、缓冲放大器、末级功率放大器及天线组成。高频振荡器用来 产生载频信号，频点落在 32MHz 内，通过改变电感量即可改变发射频率。在音频信 号的作用下，通过改变晶体管极间电容实现调频，产生相应的调频波，射频信号由 Q1 的发射极输出，送到 Q2、L2、C8、R5 等组成的缓冲放大器进行功率提升，并可 减轻末级放大电路对振荡器的影响。末级为高频丙类窄带放大，通过后级功率放大 器对功率再进一步放大，经 C13 耦合到发射天线向周围空间辐射。 调频电路是通过改变晶体管极间电容实现调频的，由于任何PN结在加反向电压 时，反向电压的变化将会引起结电容的变化，即所谓变容效应。在晶体三极管电路 中，集电结就是一个加有反向电压的PN结。利用集电结的变容效应也可实现调频。 图 4-5 中，Q1、L1、C3、C5、C7、CbC构成电容三点式振荡电路，其工作原理如 下： 104p C1 33p C3 1u C2 103p C12 10p C5 102p C9 33p C11 33p C8 10K R2 1K R4 910 R1 33K R5 2.2K R3 L1 9018 Q1 9018 Q2 9018 Q3 L2 L3 + 220u C13 39p C7 110p C6 102p C4 100u C10 100u C13 1K R6 12V IN E C3 R3 R1 R2 6 5 7 L1 C1 C2 14 图 4-5 调频无线发射电路图 对高频而言，Q1基极是接地的，所以是共基极电路。集电极-基极间的PN结处于反 向偏压状态，结电容Cbc相当于并联L1 C3谐振回路两端，能影响振荡频率。调制 电压加于Q1基极，以改变Q1的基极电位，使集电极与基极间的反向偏压发生了变化， 从而使极间电容Cbc跟随调制电压而变，这就实现了调频。此电路的中心频率可通 过回路可变电容C3来进行调整，工作在 32MHz。 取中心频率为 32MHz，经查三极管 9018 的静态结电容Cbc为 2pF，取 C3、C5、C7的值分别为：3.3pF、10pF、39pF,根据以下频率的计算公式计算电感值。 电路的中心频率计算公式如下： CL f 1 0 2 1 （4.8） 式中， pFCC CC CC C cb 11 3 75 75 （4.9） 得： H Cf L 2.2 2 1 2 0 1 （4.10） 在实际调试中，电感L1和电容C3需要微调以满足中心频率的要求。 4.2 音频无线接收电路的设计 4.2.1 接收机电路方框图 下面介绍接收机电路图的功能块电路的作用： 调谐（即选台）与变频 由于同一时间内广播电台很多，收音机天线接收到的不仅仅是一个电台的信号。 图 4-6 接收机电路方框图 输入回路混频中放解调放大 本振 15 各电台发射的载波频率均不相同，收音机的选频回路通过调谐，改变自身的振荡频 率，当振荡频率与某电台的载波频率相同时，即可选中该电台的无线信号，从而完 成选台。选出的信号并不是立即送到检波级，而是要进行频率的变换。利用本机振 荡产生的频率与外接收到的信号进行差频，输出固定的中频信号（AM 的中频为 465KHz，FM 的中频为 10.7MHz）。 中频放大与检波 选台、变频后的中频调制信号送入中频放大电路进行中频放大，然后再进行 检波，取出调制信号。 低频放大与功率放大 解调后得到的音频信号经低频放大和功率放大电路放大后送到扬声器或加到耳 机，完成电声转换7。 4.2.2 芯片资料 TDA2822 芯片的管脚： TDA2822 各引脚的功能 1、放大器 1 输出； 2、供电正电源输入，支持 1.815V 3、放大器 2 输出 4、地 5、放大器 2 输入负端 6、放大器 2 输入正端 7、放大器 1 输入正端 8、放大器 1 输入负端 图 4-7 TDA2822 芯片的管脚 NC 2 INPUT-(1) 3 GND 4 GND 5 OUTPUT(1) 6 NC 7 +5V 8 INPUT+(1) 1 INPUT+(2) 16 NC 15 INPUT-(2) 14 GND 13 GND 12 OUTPUT(2) 11 NC 10 NC 9 TDA2822 16 RL RL 100uF C1 100uF C2 0.1uF C6 0.1uF C7 1000uF C4 1000uF C5 10uF C3 10k R1 10k R2 ( L ) ( R) +VS 1 3 16 14 6 11 4.5.12.13 8 IN IN 图 4-8 TDA2822 用于立体声放的应用电路 CXA1238 的详细资料 CXA1238 是性能优良的收音集成电路，内部有 AM、FM 的高放、混频、中放、检 波、鉴频以及 FM 立体声解码、自动频率控制电路等功能， CXA1238 和其他公司的 同类收音 IC 相比，听觉效果也更理想。 集成电路 CXA1238S 芯片内部框图如图 4-9 所示。 图 4-9 集成芯片 CXA1238S 内部框图 CXA1238 各引脚功能： 1、29 脚是内部立体声解码用的锁相环振荡器的环路滤波器； 2、3 脚是内部立体声解码用的振荡信号产生，需要关闭立体声时，可以在 2 脚 17 接一只电阻对地； 4 脚是立体声解码信号的检测与指示，收到立体声后灯会亮； 5、6 脚分别是左右声道音频信号输出； 7 脚为供电脚，输入 2-8V 的直流电压可以正常工作； 8 脚为内部电源滤波； 9、10 脚为 FM 自动频率控制的滤波，AM 时则是自动增益控制电路的滤波，电容 改变延时时间； 11 脚公共脚接地； 12 脚调谐指示，调准电台时此灯亮； 13 脚 FM 中频信号输入，信号放大后再经过鉴频（调频解调）取出音频信号； 14 脚 AM 中频信号输入，信号放大后再经过检波（调幅解调）取出音频信号； 15 脚 AM、FM 的波段转接，用于 AM 波段时应直接接地； 16 脚 FM/AM 中频信号输入，然后由不同的选频器选出 AM、FM 的信号； 17 脚公共脚接地； 18 脚 FM 天线信号输入，一般接拉杆天线，高档机会再加上选频网络，加转换 电路接室外天线； 19 脚 AM 天线信号选台输入，一般都是磁棒线圈，直接感应空中的电磁波（中 波、短波） ； 20 脚 FM 天线信号选台放大，FM 收音的灵敏度、选择性由本脚的电感和电容决 定； 21 脚内部基准稳压电路 1.25V，高放振荡偏置； 22 脚 FM 振荡信号频率调节，产生比电台高 10.7MHz 的振荡信号，接收频率范 围由此脚决定； 23 脚 FM 振荡信号自动频率控制电路，内部是一支变容二极管； 24 脚 AM 振荡信号频率调节，产生比电台高 465KHz 的振荡信号，接收频率范围 由此脚决定； 25 脚静音功能，调台过程中，没调准时噪音大时自动减小音量； 26 脚 FM 鉴频器滤波器，目的是为了还原调频的音频信号； 27 脚立体声压控振荡器调节，此频率最终会受到调频广播中立体声导频解码信 号控制； 28 脚控制电压滤波9。 4.2.3 接收机电路分析 由图 4-10 音频无线接收电路图所示，从天线接收到的 FM 信号。经过 3040MHz 带通滤波器（BPF） ，加到 IC 的 18 脚，送至内部 FM 前置放大电路，经高 放、混频后解调出 10.7MHz 的中频信号，并由 16 脚输出。20 脚外接 FM 高放调谐回 18 路，22 脚为 FM 本振调谐回路。 FM 中频信号经 10.7MHz 陶瓷滤波器 B2，馈入 13 脚 FM 中放和鉴频电路。26 脚外 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 IC CXA1238S 4.7u C11 2.2K R5 220K R13 1K R9 10u C9 10K RP2(R4) 100 R3 10.7KHz Y1 3.3u CM 10.7M Hz Bz 330 R10 LED1 0.01u C19 4.7u C18 33u C16 1u C17 Vcc 100u C15 LED2 1K R8 7.5K R6 7.5K R7 1u C12 0.01u C13 0.01u C14 10u C23 82p C27 82p C25 82p C26 103 C24 L2L1 W 0.4u C10 TDA2822 8 7 6 54 3 2 1 TDA2822 1000u C24 0.1u C25 4.7 R14 SPEAKER1 10u C27 0.1 C26 Vcc 1000u C28 0.1u C29 4.7 R15 SPEAKER2 1000u C30 1000u C29 0.1u C32 0.1u C31 10KR17 10KR16 BB910 VD1 680p C31 L3L447p C32 18p C34 680p C5 BB910 VD2 33p C33 RES2 R20 100K R19 VD2.8V-9.6V 3p C35 Fosc out 图 4-10 音频无线接收电路图 19 接 FM 陶瓷鉴频器 B3，它的中心频率为 10.7MHz，这样可以省去鉴频 S 曲线的调整， 但其色标（表示频率偏差）必须与 B2一致。15 脚外接波段选择开关，通过 IC 内部 FM/AM 直流电路的作用，来选择工作状态。当 S1断开时为 FM 波段，S1接地时为 AM 波段。12 脚为调谐指示驱动电路的输出端，使得接收信号最大时，外接发光二极管 LED1指示最亮。 经检波后的立体声复合信号（或单声道信号） ，由 IC 内直流放大器放大、滤波 后变换成 AGC/AFC 控制电压，由 10 脚输出，通过 R1反馈至 23 脚，用于控制内接变 容管的等效电容，以达到修正本振频率的作用。改变外接电容 C7的容量，可以调整 AFC 的引入范围。 立体声复合信号经放大后，分别送至立体声解调器、鉴相器 1 和鉴相器 2。 鉴相器 1、压控振荡器（VCO）和分频器组成锁相环。VCO 产生 76kHz 的振荡信 号，经二分频变成 38kHz 立体声解调开关信号，送至解调放大器。再经过二分频， 移相 90后的 19kHz 信号与复合信号中的 19kHz 导频信号在鉴相器 1 中进行相位比 较， 输出一个误差电压。由外接滤波器（29 脚和 1 脚之间）滤除高频成分后，用于控制 VCO 的振荡频率和相位，直至环路锁定。VCO 的自由振荡频率可以通过 27 脚外接电 阻来微调，从而调整跟踪导频信号的捕捉范围。 鉴相器 2 的作用是鉴出立体声/单声道开关控制信号。当分频后的 19kHz 信号和 输入导频信号的频率相同，相位差为零时，输出正电压最大，经低通滤波器滤波 （2、3 脚外接电容）和直流放大后，打开“立体声/单声道”开关，并驱动点亮 4 脚外接立体声指示发光二极管 LED2。另外，4 脚还可用来检测 VCO 振荡频率。 解调放大输出的左、右声道信号，分别从 6 脚和 5 脚输出，送给 TDA2822 双功 放电路的输入端 6 脚和 7 脚。TDA2822 采用 8 脚双列直插封装，体积小，外围元件 少，工作电源电压范围 29V，在 VCC=6V 时，输出功率为 430mW/8 和 240mW/16；在 VCC=4.5V 时，输出功率为 220mW/8 和 125mW/16。RP2为立体声 双联电位器，控制左、右声道的音量，XS 为立体声插座，可用于外接立体声耳机或 一对小型音箱。 （说明：本电路尽管提供了双声道信号的解码、放大输出，但该系统 只使用了一个声道） 。 4.2.4 音频无线接收电路印刷板方案 在制作无线接收电路的过程中，有很多与低频电路相比需要特别注意的地方。 总的来说，高频 PCB 布线规则为： 尽可能缩短高频元器件间的距离，提高抗干扰性。 具有较大电位差的器件，应当加大它们之间的距离。 要考虑信号流程保持一致即从左至右流向，电源流程与信号流程方向相反。 高频电路注意布线方向，注意分布参数，两层之间应尽量垂直布线。 20 接地线应当适当的增加宽度，减少阻抗值，从而减少由于 PCB 版本身的阻抗对信 号的干扰，增加系统的抗干扰性。 音频无线接收电路印刷板图如下： 图 4-11 音频无线接收电路印刷板图 4.3 电源模块设计电源模块设计 4.3.1 单元电源电路设计 为了能够让发射机更好，更稳定地工作，采用了图 4-12 所示发射机单元电源电 路，由电源变压器、桥堆和滤波电容器所组成。电源变压器的初级电压输入为 220V，次级输出电压为 12V。由于发射主机所需的是 12V 电源，而接收电路所需的 是 5V 电压，经滤波电容和三端稳压集成电路 7812 后得到发射机所需的 12V 电压， 7812 能将 15V25V 的直流电压变换成 12V 的稳定电压，在 12V 的电压中含有少量 的低频成分和接收外界的高频成分，再经后一级滤波后送三端稳压集成电路 7805，7805 能将大于 7V15V 的直流电压变换成 5V 的稳定电压，所以电源电路送 到 7812 的电源电压不能低于 15V，否则发射机将得不到 12V 的工作电压。由于发射 整机工作电流一般都在 300500 毫安左右，一般来说要给三端稳压集成电路 7812、7805 加散热片。采用 79 系列的稳压片可得到-12V 和-5V 的直流电压。 4.3.2 直流稳压电源的检测 本系统对电源要求高，因为稳定性和可靠性在发射电路重要意义。为了提高稳 定性，所以采用如图 4-12 的稳压电源，电源电路的主要部件采用集成的三端稳压器 21 件如 7812 与 7805，稳压电源输入电压范围宽，输出电压稳定，抗干扰能力强，以 满足调频发射机的要求12。 直流稳压电源电路图： VinVout GND MC7805 VinVout GND MC7812 470UF/25V1000UF/25V 2200UF/25V 1 2 3 4 D1 103103103103 +5V 220V -5V 470UF/25V1000UF/25V 2200UF/25V 103103103103 VinVout GND MC7912 VinVout GND MC7905 图 4-12 发射机单元电源电路图 数字万用表对稳压电源的测试结果： 表 4-1 稳压电源的测试结果 输入级（原）滤波稳压输出输出级 +12V 直流稳压电源 220V11.998 V4.997V 5 系统测试 5.1 分级调试 单工无线发射机调试：由于发射机线圈采用的是电视机中周改装而成，电视机中 周的中频为38MHz，为了使电容电感在32MHz频点达到最佳匹配，需要调整L、C值。 具体的调试方法为：在LC振荡电路中，把振荡产生的信号接入示波器，观察示波器， 调节中周的磁芯改变L的值使示波器的频率读数达到32MHz左右。中周底部本身就含 有一个电容，但是根据感抗值与容抗值相等，经计算需要增大电容值才能实现最佳 匹配。所以可并联不同容值的电容，观察示波器波形，使幅度达到最大，则L、C实 现最佳匹配。 在调试后两级LC选频网络的过程中，主要是用高频信号发生器产生一个32MHz的 载波信号接入选频网络的输入端，把选频网络的输出端接入数字存储示波器，首先 调节中周的磁芯使示波器上的输出波形幅度调至最大，且波形没有失真。通过并联 22 电容来改变回路的容抗值使L、C实现最佳匹配，使波器上的波形在32MHz时幅度调试 至最大，且波形无明显失真。完成LC选频网络的调试，用插线连接各级电路。 单工无线接收机调试：首先把接收机的本振和选频部分接入电路，把接收机的扬 声器两路信号接入数字存储示波器。利用高频信号发生器进行信号发射，通过数