无线话筒的电路设计与制作.doc

工工 学学 院院 毕毕 业业 设设 计 计 论论 文文 题 目 无线话筒的电路设计与制作 专 业 电子信息工程 班 级 07 2 姓 名 祝天名 学 号 1665070233 指导教师 徐朝胜 日 期 2011 5 4 1 目目 录录 引言 2 1 概况及现状分析 2 1 1 概况 3 1 1 1 简易无线话筒系统 3 1 1 2 无线话筒的分类 3 1 1 3 简易无线话筒的发展过程 4 1 2 现状分析 4 2 总体设计 5 2 1 总体设计要求 5 2 2 设计方案选择 6 2 2 1 发射部分机构框图 6 2 2 2 接收部分结构框图 6 2 3 总体设计原理 7 2 3 1 发射部分设计改进方案 7 2 4 电路工作原理 9 2 5 元器件说明 10 2 5 1 话筒 MIC 10 2 5 2 高频振荡调制电路 10 2 5 3 电感制作 10 2 6 结构设计 10 2 6 1 发射机的主要技术指标 14 4 PCB 印刷电路板的实现 17 5 设计实现 18 5 1 注意事项 19 5 2 电路调整与改进 19 6 设计心得 19 7 总结 20 8 致谢 20 参考文献 21 2 无线话筒的电路设计与制作 电子信息工程专业 07 级 2 班学生 祝天名 指导老师 徐朝胜 摘摘 要 要 话筒又叫传声器 是一种电声器材 属于传声器 是声电转换的换能器 原理是通 过声波作用到电声元件上产生电压 然后转化为电能 随着数字技术的广泛使用 无线话筒成 为越来越多用户的首选对象 无线话筒按调制方式可分为调频式和调幅式 前者由于具有通频带宽 动态范围大 传输 距离远和抗扰性强等特点 所以应用较多 调频无线话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化 为音频电信号 通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率 产生调频波 通过高频放大与 选频 最终由天线辐射 简易的无线话筒设计结合了高频电子技术 电子线路设计 模拟电子技术等知识 设计及 实现这个实用性很强的课题 既可以在实践中巩固许多知识点 又可以根据自己的兴趣开发新 功能 从而学习到新的知识点 整个电路使用 Protel99se 软件设计 该设计具有电压低 受话灵 敏 制作简易等特点 可运用于教学 无线广播 助听器 及各种声控设备当中 关关键词键词 调频 振荡电路 无线话筒原理 电路设计 引言 市面上话筒种类繁多 分析话筒的电路主要需掌握以下两点 1 信号传输回路分析 分析各种话筒输入插口电路 2 话筒信号放大器分析 话筒放大器是一种小信号低噪 声音频放大器 分析话筒电平控制电路 相信每一个电子爱好者都希望通过自己动手实现与外界的实时通讯或是远程遥控 下 面我介绍的这个无线话筒 发射机 就十分适合我们对所学电子知识进行熟悉和巩固 Protel99SE 通用电子设计自动化 EDA Electronic Design Automation 已成为时代潮 流 EDA 的设计思想因此普及 Protel 设计系统是一套建立于 IBM 兼容 PC 环境下的 EDA 电路集成设计系统 Protel 设计系统是世界上第一套将 EDA 环境引入 Windows 环境的 ED A 开发工具 是具有强大功能的电子设计 CAD 软件 以高度的集成性著称于世 Protel 公 司 2001 年推出的具有 PDM 功能的 EDA 综合设计环境 Protel 99 SE 是基于 Windows 98 20 0 NT XP 环境的电路原理图辅助设计与绘制软件 是具有原理图设计 PCB 电路板设计 层次原理图设计 电路仿真及逻辑器件设计等功能 是电子设计的有用软件之一 1 概况及现状分析 1 1 概况 1 1 1 简易无线话筒系统简易无线话筒系统 3 随着数字技术的广泛使用 无线话筒成为越来越多用户首选的对象无线话筒系统在广 播 电影 戏剧和舞台制作以及公司 宗教和教育场所都是一个重要的组成部分 随着数 以万计的设备使广播频率变得拥挤以及用户对无线话筒系统需求的增加 理解无线话筒系 统的设计和操作的概念经成为专业用户所关注的问题 由于可用的频谱越来越少 在北美 DTV 数字电视 广播的出现使得无线系统的运行 更加复杂困难 DTV 也同样出现在欧洲 它已成为未来可能出现的频谱拥挤现象的另一标志 鉴于以上这些事实 随着无线话筒 内部通讯联络系统 耳内监听系统和其他应用在 各类制作的无线电通讯设备的日益普及 对于无线系统扎实的 技术性理解需求是前所未 有的 无线话筒系统的基本组成部分无线话筒系统的三个组成部分为 话筒 发射机 接受 机 1 1 2 无线话筒的分类无线话筒的分类 无线话筒的分类方式很多 比方说根据发射使用频率分类或无线话筒的接收方式来分 类等 按照发射使用频率分类 如果按照这一方式可以分为 FM 无线话筒 VHF 无线话筒 FM 无线话筒 工作原理的利用 FM 收音机来接收 这一无线话筒的特点是系统简 单 成本低廉 但是现在已经被淘汰了 原因是使用效果不佳 不能满足专业品质的要求 VHF 无线话筒 这一无线话筒又可分为低频及高频段两类型 现在人们常常使用的 是高频段的无线话筒 高频段的无线话筒的特点是频率较高 使用天线较短 甚至可以设 计成隐藏式天线 方便 安全又美观 受电器的杂波干扰又大为减少 电路设计极为成熟 零件普及价格低廉 现在这样的无线话筒已经是当今市场上的热门机种 按照接收方式分类 按照这一方式分类通常分为两类 自动选讯接收无线话筒 非自动选讯无线话筒 自动选讯接收无线话筒 这一话筒由于电波舆中会产生 死角 的物理现象使接收 机的声音输出 产生断断续续或不稳定的缺点 为了解决这种缺陷 专业用的机种必须采 用双天线及双调谐器的 自动选讯接收 方式来改善 非自动选讯无线话筒 这一话筒由于机型的电路设计复杂精密 装配较难 成本较 高 一般低价的机型就没有采用自动选讯的设计 所以也无法消除无线话筒在使用中产生 声音中断的缺点 所以这样的一般不适合专业场合使用 按照无线话筒的振荡方式分类 按照这一方式通常也分为两类 石英锁定 相位锁定频率合成 石英锁定的特点是它是以石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率 电路简 单 成本低廉 是当今无线话筒的标准电路设计 这种类型的话筒及接收机只固定单一个 4 频率配对使用 因此无法改变或调整使用频率 相位锁定频率合成的特点 这一话筒是采用的 PLL 的电路设来避免无线话筒在使用 中遇到其他讯号的干扰而无法使用 或为了同时使用多支话筒的场合 需要随时方便又快 速的改变频道这一功能 按接收机频道数分类 这一分类中常常可分为三种即 单频道 双频道 多频道 单频道 它是在一个接收机的机箱内只装配一个频道的非自动选讯或自动选讯接收 机 这一种有价格便宜使用方便等特点 双频道它是在一个接收机的机箱内 装配两个频道的非自动选讯或自动选讯接收机 这一种一般成本低并且设计简单 多频道它是在一个接收机的机箱内 装配四个频道以上的接收机 大都采用模组化 接收模组的机构设计 这样的无线话筒一般适用在装架式专业机种的使用场合 无线话筒种类非常之多需要根据不同的需求来选择一个适合自己的的话筒 1 1 3 简易无线话筒的发展过程简易无线话筒的发展过程 无线话筒由一开始简易的一个无线调频发射器和无线调频接收器到现在的采用专门的 PLL 频率锁相环 技术 这期间大致经历了三个阶段 简易调频发射与接收 最初人们为了摆脱话筒线缆的羁绊 想到了类似于调频广播的发射和接收原理 通过 话筒的换能原理及音频 调制 放大 发射过程 然后通过调频收音机或专用接收机接收 放音 但是这种方式下的无线话筒的音质 稳定性 抗干扰能力等不能满足需求 石英振荡的调频发射与接收 由于采用电子电路产生的 RC 或 LC 振荡 其振荡频率的稳定性受到环境的影响是很大 的 所以频率也不可能很高 一般只能在二 三百兆赫以下 在这样的频段 极易受到其 它信号的干扰 此时便出现了采用石英振荡体的发射与接收电路 石英晶体的振荡频率是 非常稳定的 由它组成的无线话筒发射与接收器 工作起来较为稳定 与此同时 其工作 频率可在 V 段 30MHZ 250MHZ U 段 200MHZ 1000MHZ 内 外界对其干扰不严重 因此给无线话筒的使用带来了较好的效果 但是在使用上 由于石英晶体的振荡频率是不可调的 因此对于一套无线话筒来讲 它的接收和发射频率是固定的 而且要求一一对应 十分的不方便 如果在某地刚好在这 一频点上存在干扰 那么该无线话筒就无法使用了 采用 PLL 接收的无线话筒 PLL 是频率相位锁定环路的英文字头缩写 在无线话筒的发射接收中 采用频率合成 的方式 可以在一个频带内 满意地接收信号 在此频带内 还可以任意切换工作频道 理论上 在一个 24MHZ 的频带内 如果以 1MHZ 作为频道解析度 则可以切换 25 个频道 如果以 125KHZ 则可以切换 193 个频道 至于频道数的多少与接收机的频宽及频道解 析度有关 5 1 2 现状分析 通信作为电信是从 19 世纪 30 年度开始的 面向 21 世纪的无线通信 无线通信的系统 组成 信道特性 调制与编码 接入技术 网络技术 抗衰落与抗干扰技术以及无线通信 的新技术和新应用的发展更是一日千里 简易无线发射网络 正是这些电路的基础 设计 与调试发射电路能使我们快速步入电子设计的大门 无线话筒在日常生活中的用途 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 介于无线话筒在生活中的广泛用途所以对无线话筒的研究具有积极的意义 针对目前 市场上无线话筒鱼龙混杂 一般消费者消费又无法分别的现状 这次课程设计专门要设计 一款无线话筒 这款话筒采用调频的方法发射信号 频率比较稳定 发射距离比较远 可 以满足各种不同的需求 而且在设计过程中非常重视性价比 这主要是为低端消费者考虑 的 我希望通过此次无线话筒的电路设计能对其电路有所改进 2 总体设计 6 2 1 总体设计要求 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 Protel 99 SE 的操作过程 制作电路板的流程 2 2 设计方案选择 现有的无线耳机和无线话筒 其线路虽有差异 有原理是一致的 都离不开调制和解 调 但却单独各用一套调制和解调统一线路 造成了不必要的浪费 使用也不方便 本实用新型设计涉及无线通信技术 是一种将无线话筒与无线耳机合二为一的技术 它包括发射部分与接收部分 其中发射部分由立体声信号预加重电路与调制发射电路串联 而成 接收部分由接收解调电路 立体声解码电路 立体声功放电路串联而成 在调制发 射电路上还串联话筒及话筒信号放大电路 在立体声解码电路与立体声功放电路之间连接 信号输出端 在立体声信号预加重电路及话筒信号放大电路预调制发射电路之间串联互颖 开关 2 2 1 发射部分机构框图发射部分机构框图 图 2 1 发射部分框图 2 2 2 接收部分结构框图接收部分结构框图 音响设备线路输出立体声信号预加重 话筒信号放大 调制 发射 7 接受解调立体声解码 立体声功放 设备话筒输入 立体声耳机 图 2 2 接收部分结构框图 2 3 总体设计原理 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 EarM ark 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 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 2 3 1 发射部分设计改进方案发射部分设计改进方案 方案一 电容三点式 电容三点式振荡器也称为 考毕兹 振荡器 该种振荡器由电感和两个电容构成振荡回路 由其中的一个电容提供反馈 振荡频率为 公式 2 1 8 这种电路的优点是输出波形好 振荡频率可达 100 兆赫以上 缺点是调节频率时需同 时调 CC1 CC2 不方便 适宜于作固定的振荡器 该电路较容易制作 电容三点式电路振荡频率可达到上 100MHZ 所以可以用来制作成 无线电发射电路 用来制作无线话筒 对讲机等 用 9018 管做过无线话筒 用普通收音机可在 20M 左右收听到清晰的信号 也可使用 80 50 管 发射距离可达 1KM 以上 方案二 电感三点式 电感三点式振荡电路 又称哈特莱振荡电路 下图中 L1 L2 C 组成谐振回路 L2 兼作 反馈网络 通过耦合电容 Cb 将 L2 上反馈电压送到三极管的基极 由交流通路看出 谐振回路有三个端点与三极管的三个电极相连 而且与发射极相接的是 L1 L2 与基极相接的是 L2 C 即满足 射同基反 的原则 因此电路必然满足相位平衡条件 图 2 5 谐振回路 图 2 6 负反馈电路 当回路的 Q 值较高时 该电路的振荡频率基本上等于 LC 回路的谐振频率 即 公式 2 2 该电路的特点与变压器反馈式振荡电路极为相似 须指出 它的输出波形较差 这是由 于反馈电压取自电感的两端 而电感对高次谐波的阻抗较大 不能将它短路 从而使 Uf 中含有 较多的谐波分量 因此 输出波形中也就含有 图 2 3 电容三点振荡电路 图 2 4 电感三点式振荡电路 9 较多的高次谐波 用集成运放构成的电感三点式振荡电路如图所示 不难证明其振荡频率为 公式 2 3 方案三 晶振产生 1 有两个谐振频率 A L C R 支路串联谐振 B 当 f fs 时 L C R 支路呈感性 与 C o 产生并联谐振 可构成两种不同类型的频率高度稳定的正弦波振荡电路 2 价格相比起来较贵 影响儿 C 振荡电路振荡频率的因素主要是 LC 并联谐振回路的 Q 值 可以证明 Q 值 愈大 频率稳定度愈高 由电路理论知道 为了提高 Q 值 应尽量减小回路的损耗电阻 R 并加大 L C 值 但一般的 LC 振荡电路 其 Q 值只可达数百 在要求频率稳定度高的场合 往往采用石英晶体振荡电路 最终我选择了电容三点式 2 4 电路工作原理 话筒先将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 具体描述如下 本电路由电容三点式振荡电路产 生载波 该载波频率即为调频收音机的接收频率 声音信号通过麦克风转变为音频信号 由 C1 耦合到三极管 BF374 的放大电路放大并使 c b 结电容变化 振荡频率变化 从而实 现频率调制 调制后由 L1 线圈与电容组成的选频回路选频并通过天线向外辐射 改动 L1 线圈就可实现变频 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 图 2 7 晶振电路 10 信号 并从该高频信号还原出声音信号 从而完成各种用途 说明 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 话筒 MIC 采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的偏压才能工作 电阻 R3 可以提供一定的直流偏压 R3 的阻值越 大 话筒采集声音信号通过 C2 耦合和 R2 匹配后送到三极管的基极 电路中 D1 和 D2 两 个二极管反向并联 主要起一个双向限幅的功能 二极管的导通电压只有 0 7V 如果信号 电压超过 0 7V 就会被二极管导通分流 这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负 0 7 V 之间 过强的声音信号会使三极管过调制 产生声音失真基甚至无法正常工作 电路特点 1 调制采用直接调频法 三极管选用 BF374 频率稳定 2 采用驻极体电容式话筒 该话筒中含有一只场效应管组成射随器 灵敏度高 频响 宽 不加音频放大器即可得到幅度适当的调制电压 2 5 元器件说明 2 5 1 话筒话筒 MIC 我用的是驻极体小话筒 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 价格低等特点 广泛用于盒式录音机 无线话筒及声控等电路中 属于常用的 电容话筒 2 5 2 高频振荡调制电路高频振荡调制电路 该电路能产生高频载波信号并进行调至 L1 和 C5 构成 LC 谐振回路 该回路具有选 频作用 其频率计算公式为 F 1 2 LC 1 2 公式 2 4 经 C3 耦合过来的信号加在三极管基极上 通过基极上变化的电压改变 be 结电容 而 实现对加载波的调制 2 5 3 电感制作电感制作 电感 L 用直径 0 5mm 的导线 在直径为 5mm 左右的骨架上绕制若干圈 抽去骨架成 空心线圈 再拉长即可 根据电感计算公式可以算出圈数 圈数 电感量 18 圈直径 40 圈长 圈直径 公式 2 5 单位分别为 mM 和 Mh 11 2 6 结构设计 Q Q1 1 R 2 B B1 1 K K1 1 K K2 2 C C9 9 C C3 3C C4 4 R 1 C C8 8 C C1 1 话话筒筒 C C2 2 R 3 C C6 6 C C5 5 C C7 7 L L1 1 图 2 8 结构电路图 MIC 是驻极体话筒 她的作用就是感应空气中声波的微弱振动 并输出跟声音变化规 律一样的电信号 我选用的是灵敏度较高的话筒 一般可以输出几十毫伏以上的音频信号 这个信号足可以调制下一级的高频振荡信号的频率 R1 是 mic 驻极话筒的偏置电阻 有了这个电阻 话筒才能输出音频信号 这是因为 m ic 话筒内部本身有一极场效应管放大电路 用来阻抗匹配和提高输出能力等作用 注意 话筒不要选择灵敏度太高的话筒 否则容易出现声反馈 出现自激叫声 C2 是音频信号耦和电容 将话筒感应输出的声音电信号传递下一级 C3 是 Q1 的基极滤波电容 一方面滤除高频杂音 另一方面让 Q1 的高频电位为 0 对 50mhz 以上的高频电路来说 Q1 是一个共基极放大电路 这是最后能形成振荡的基础 因 为振荡电路的基础条件就是必须具备一定的增益 再就是具备合适相位的反馈 一般是正 反馈 R2 是 Q1 的基极偏置电阻 给 Q1 提供一个较小的基极电流 Q1 将会有一个较大的发 射极电流流过 r3 由于 r2 r3 中的电流作用会在各自电阻上产生压降并互相影响 结果会自 动稳定在某一数值状态 这就是书上讲的射极跟踪跟随器 直流负反馈不稳定直流工作的作用 R3 是 Q1 的发射极电阻 这里起到稳定直流工作点的作用 和 c7 还形成了高频信号负载 电阻作用 也是整个高频振荡回路的一部分 C4 和 L 形成并联谐振回路 起到选择振荡频率的主要作用 改变 c4 的容量或者改变 L 的形状 包括线圈 可以方便的改变发射频率 C6 是高频信号输出耦合电容 目的是为了让高频信号变成无线电波辐射到天空中 因 此 天线最好垂直向上 长度最好等于无线电波频率波长 或着整数倍 四周应该开阔 不要有金属物阻挡 说明 波长等于频率的倒数 频率变化 波长也会变化 再说 天线具 体的长度还与电路输出阻抗 天线粗细等等有关 在业余情况下 随便接一段电线就行了 12 C5 是反馈电容 电路起振的关键元件就是它了 分析本电路的高频状态时 集电极是 输出 发射极是输入 输出信号通过 c5 加到输入端 产生强烈的正反馈 自然就产生振荡 了 这实际上也就是书中所说的电容三点式振荡电路 C1 是电源滤波电容 给交流信号提供回路 减小电源的交流内阻 详细设计步骤以及系统实现 使用 Protel 99 se 完成基本电路设计 新建一个工程文件 ddb 在 Documents 中新建一个 Schematic Document 原理图 加载 库 Sim ddb 与 Miscellaneous Devices ddb 之后就可以开始摆放元件 连接好电路图 绘制好 的电路原理图如图 2 9 所示 图 2 9 电路原理图 接下来我们要将各分立元件进行封装 然后进行 PCB 印刷电路板的设计 进行 PCB 设计当然也可以直接在 PCB 设计中进行各元件的封装 然后可以进行手动布线 也可以利 用自动布线 在 Documents 中新建一个 PCB 文件 将电路器件的封装网络结构调入 PCB 文件 再 生成网络表 然后就可以将原理图导入到 PCB 中 如果在导入过程中出现了错误则须重新 检查原理电路图 重新生成网络表 成功导入之后就要对元件进行手动排列 再自动布线 生成的 PCB 板电路图 如图 2 10 所示 13 图 2 10 PCB 图 PCB 元件的布局与走线对产品的寿命 稳定性 电磁兼容都有很大的影响 是应该特 别注意的地方 如走线高频数字电路走线细一些 短一些好 但是太小又不利于进行焊烧 应尽量加大绝缘间距 大面积敷铜要用网格状的 以防止波焊时板子产生气泡和因为热 应力作用而弯曲 但在特殊场合下要考虑 的流向 大小 不能简单的用铜箔填充了 事 而是需要去走线 元件布局还要特别注意散热问题 对于大功率电路 应该将那些发 热元件如功率管 变压器等尽量靠边分散布局放置 便于热量散发 不要集中在一个地方 也不要高电容太近以免使电解液过早老化 有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子 的网络关系与原理图不同 这时检查与核对是很有必要的 所以画完以后切不可急于进行 制版 应该先做核对 后再进行后续工作 设计完成后 可用 3D 进行整体浏览 这时可以对元件封装进行重新检查 各分立元 件大小暂为列清 14 V4 3DG130 R14C12ZL2 C11 CT T2 RL 51 12v N1N2 V3 3DA1 R13 R12 R11 C10 T1 N3 N4 N5 C9 R V2 3DG100 R10 R9 R8 Rw2 V1 R1 R2 R3 R4 L1 Cj R6 R7 R5 ZL1 C8 C4C5 C1 C2 C3C7 C6 in 图 2 11 无线调频话筒电路 考虑到频率稳定度的因素 调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频电路 电路的工作原理是 利用调制信号控制变容二极管的结电容 改变振荡器振荡回路的总电 容 从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化 即实现调频 调频后的 信号经过缓冲隔离 宽放和功放后通过天线发射出去 2 6 1 发射机的主要技术指标发射机的主要技术指标 1 发射功率 发射功率指发射机发射到天线上的功率 只有当天线的长度与发射信号的波长相比拟 时 天线才能有效地把信号发射出去 波长与频率的关系是 fc 公式 2 6 式中 c 为电磁波传播速度 c 3 108m s 若接收机的灵敏度 VA 2uV 则通信距离 s 与发射功率 Po 间的关系为 4 0 07 1 mWPs 公式 2 7 当发射功率为大于 500mW 时通信距离为 5 08Km 以上 2 工作频率或波段 发射机的工作频率应根据调制方式 在国家有关部门规定的范围内选取 对于调频发 射机 工作频段一般选择在超短波范围内 3 总效率 发射机发射的总功率 PO 其所消耗的总功率 PT 比 称为发射机的总效率 4 调制灵敏度 K 15 是单位调制信号电压所引起的最大频偏 其值越大 说明调制信号控制作用越强 产 生频偏越大 3 设计电路仿真 通过 multism 仿真 进行虚拟电路仿真 原理图绘制如下 R1 1kOhm R2 10kOhm C1 0 1uF V1 1 V 1kHz 0Deg C2 0 001uF BF374 BJT NPN VIRTUAL C3 10pF C4 10pF L1 0 1uH C5 10uF C6 30pF C7 0 1uF C8 10uF RL 50 Ohm R4 50kOhm C9 0 1uF V3 10 V R3 470 Ohm XSC1 ABCD G T 图 3 1 虚拟电路仿真图 16 图 3 2 三极管发射信号 图 3 3 输出信号 17 图 3 4 模拟话筒的发声信号 由于只经过一个滤波电容 所以波形幅度差别不大 均表示输出处的波形信号 即发 射出的声音信号 4 PCB 印刷电路板的实现 新建一个工程文件 ddb 在 Documents 中点鼠标右键新建一个 Schematic Document 单击 OK 就建立一个原理图文件 这时我们就可以加载必要的 Library 来进行我们的电路设 计了 选择右边的 Browse 里的 Libraries 再选择 Add Remove 来添加或删除特定库 这里我们需要的库是 Sim ddb 与 Miscellaneous Devices ddb 加载库完成后我们就可以 开始摆放元件 连接好电路 这时有个小技巧 我们可以使用 Protel 自带的工具对元件进 行编号处理 选择 Tools 里的 Annotate 选项 会出现一个对话框点 OK 就可以对元件自动 进行编号 我们同时可以将各元件的大小进行设置 使我们对电路的分布一目了然 这时 我们的原理电路基本设计完成 接下来我们需要做的是将其各分立元件进行封装 然后进 行 PCB 印刷电路板的设计 进行 PCB 设计当然也可以直接在 PCB 设计中进行各元件的封装 然后进行手动布线 但过程已过于繁琐 我们这里使用原理图生成网络节点 然后在 PCB 中使用这些配置自 动生成我们所需要的封装和布线 加载完必要的 PCB 库文件后就可以使用 Design 中的 Load Nets 将节点文件载入后我们 就可以进行元件的拖放工作 当然如果系统提示部分网络节点出错则须重新检查原理电路 18 图 重新生成网络表 设计完成后 可用 3D 进行整体浏览 这时可以对元件封装进行重新检查 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 当然该电路仍存在很多问题 发射功率不高 抗干扰效果不甚理想 为使输出更加稳 定 我们采用一级放大电路进行振荡 一级进行调制 各分立元件大小暂为列清 调试时按如下步骤进行 1 检查焊接好的电路板 确保装接无误后 先测量一下正负电源之间的静态电阻有无 短路或开路现象 2 测总电流 3 测载频 用超高频毫伏表测量 T1 的 b 极与地之间应有几伏特的高频电压 用数字 频率计观测频率 4 调制电压测量 如无仪器也可按上述步骤 使用收音机进行测试 边测边反复调整 C5 等电容与电感 直到接收距离较远 声音失真最小为止 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 5 设计实现 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 19 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 5 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 5 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 6 设计心得 每一个电子设计爱好者都有电子制作的经历 从开始时的不断失败到逐渐得心应手 到最后的电子设计工程师 其中的滋味是那些圈外人所无法领会的 其实有很多朋友很想 进入电子制作的大门 但是苦于找不到入门的方法而只有在电子技术的门外徘徊 实践后 才能明白其个中的滋味 通过这次实践 通过组装 调试制作套件使我们快速步入电子设 计的大门 制作过程是一个考验人耐心的过程 不能有丝毫的急躁 马虎 对电路的调试 要一步一步来 不能急躁 在电脑上调试考验了我们的操作水平 而焊功更考验了我们的 动手能力 焊盘很小 打也必须打正中心 否则焊时会造成虚焊甚至可能造成焊盘铜片脱 落的后果 焊功不好还有可能影响整个电路的稳定性 可能造成中心频率不稳定 部分技 20 术指标难以达标 这次开发这个硬件项目 基于学校给的部分资料进行 应学校的要求而实现具体功能 提高系统某方面能力的需要 但作为一个硬件系统的设计者 未来的电子工程师 要主 动的去了解各个方面的需求 并且综合起来 提出最合适的硬件解决方案 高级方案未完 成的原因也是我们平时对高频电子线路与电子技术基础的掌握不够的问题 平时的认真学 习加上最后的亲身实践才能最终带领我们走向电子设计的高峰 7 总结 在写本论文过程中 我学到了许多新的知识 还从导师那里获得了很多宝贵的经验 但是由于自己本身专业知识不扎实 论文在分析成本管理中还存在许多不足之处 请指导 老师多多指教 踉踉跄跄地忙碌了两个多月 我的毕业设计课题也终将告一段落 点击运行 也基本 达到预期的效果 虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头 但由于能力和时间的关系 总是觉得有很多不尽人意的地方 譬如功能不全 外观粗糙 底层代码的不合理数不胜 数 可是 我又会有点自恋式地安慰自己 做一件事情 不必过于在乎最终的结果 可贵 的是过程中的收获 以此语言来安抚我尚没平复的心 毕业设计 也许是我大学生涯交上的最后一上作业了 想籍此机会感谢四年以来给我 帮助的所有老师 同学 你们的友谊是我人生的财富 是我生命中不可或缺的一部分 我 的毕业指导老师徐朝胜老师 他以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动 给我不厌其烦 的指导 在此 特向他道声谢谢 大学生活即将匆匆忙忙地过去 但我却能无悔地说 我曾经来过 大学四年 但它 给我的影响却不能用时间来衡量 这四年以来 经历过的所有事 所有人 都将是我以后 生活回味的一部分 是我为人处事的指南针 这要离开学校 走上工作的岗位了 这是我 人生历程的又一个起点 在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们 一路走好 未来总会 是绚烂缤纷 最后 承我诸位恩师的指点 在今后离开校园的日子里 我保证努力学习 积极探索 向我人生的最高峰奋斗 8 致谢 本篇论文是在徐朝胜导师的悉心指导下完成的 从论文选题到完成论文都浸透恩师的 大量心血和精力 导师渊博的知识 严谨的治学态度和求实精神 忘我的工作作风 学术 上的远见和生活上的平易近人 时刻激励着学生 是学生毕生学习的榜样 值此论文完成 之际 特向导师致以诚挚的感激和无尽的敬意 在本文的完成过程中 始终得到电子信息工程系领导和教员的热情帮助和指导 从论 文选题 课题研究到论文完成 都有他们的一份辛勤汗水 在此谨向他们表示诚挚的谢意 21 和感激之情 在课题研究中 得到了许多电信老师的关心和帮助 与他们进行了多次有益的探讨和 学术交流 得到了许多启发 对于他们的支持和帮助表示真诚的感谢 参参 考考 文文 献献 1 傅丰林 低频电子线路 高等教育出版社 第二版 2 阳昌汉 高频电子线路 高等教育出版社 3 邱关源 电路 高等教育出版社 第五版 4 谢自美 电子线路设计实验测试 武汉 华中科技大学出版社 第二版 5 朱力恒 电子技术仿真实验教程 北京 电子工业出版社 2006 7 第三版 6 康华光 电子技术基础 北京 高等教育出版社 2000 6 第四版 7 王志纲 现代电子线路 下册 北京 清华大学出版社 2003 4 第一版 8 铃木宪次 高频电路设计与制作 北京 科学技术出版社 2005 4 第一版 9 宋宪治 高频电路设计与制作 北京 科学技术出版社 2005 4 第一版 10 李银花 电子线路设计指导 北京 航空航天大学出版社 2005 6 第一版 11 全国大学生电子设计大赛获奖作品精选 北京理工大学出版社 12 Andrea Goldsmith Wireless Communications Cambridge University Press 2005 13 David Tse Pramod Viswanath Fundamentals of Wireless Communication Cambridge University Press 2005 22 Wireless microphone circuit design and fabrication Abstract The