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电气与电子信息工程学院小型通信系统设计与制作课程设计报告专业班级： 2011电子信息工程班 学号：201140210106 姓 名： 査飞 指导教师： 艾青 、夏术泉 设计时间：2014年11月10日2014年11月28日 设计地点： K2高频实验室 目录小型通信系统设计与制作课程设计报告1小型通信系统设计与制作3一：课题名称：3二、设计目的：3三、设计内容与要求4四、设计进度表4五、设计过程5 1、方案论证5 （1）、方案（一)6 （2）、方案（二）6 （3）、方案（三）6 （4） 、方案确定72、设计原理7(1) 音频收集模块8(2) 音频放大模块8(3) 载波振荡模块9(4)直接调试模块9六、调试10七、课程设计心得10八、附录11附录一：电路原理图11附录二：PCB图11附录三：元器件清单12附录四：参考文献12课程设计成绩评定表13小型通信系统设计与制作 2014 2015 学年第 1 学期学生姓名： 査飞 专业班级：2011级电子信息工程班 指导教师： 艾青 、夏术泉 工作部门： 电气学院 一：课题名称： 小型通信系统设计与制作二、设计目的： 通过本课程设计，使学生对通信系统的整体结构及配置有全面的了解。训练学生的动手实践能力，培养学生具体问题的能力。让学生通过本课程设计，熟悉基本通信系统单元的设计方法和工作原理，尤其是调频和解调原理。对学生进行基本技能训练，例如组成系统、调试、查阅资料、绘图、编写说明书等；使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。三、设计内容与要求 利用通信原理和高频电子线路的相关知识，来完成对输入的语音信号的调频，然后通过解调利用耳机接收该语音信号。主要技术指标： 1、发射机功率PA100mW,负载电阻RL=752、开阔地传播距离S100m3、发射机工作频率fc=88MHz108MHz4、调频信号幅度ULm=1V时，最大频偏fm=20kHz5、接收机工作频率fc=88MHz108MHz6、输出平均功率Po=0.25W（负载电阻R8）7、接收灵敏度=10V四、设计进度表序号设计内容所用时间1布置任务，查阅资料及调研。2天2硬件设计，绘制电路图，生成PCB。3天3实际电路调试。3天4答辩、撰写设计报告书2天合 计10天具体安排：时间内容11月10日（星期一）学生分组，下达课程设计任务书，学生查找资料11月11日（星期二）阅读资料，学习相关知识，老师讲解、设计举例11月12日（星期三）拾音电路设计，音频放大电路设计，借万用表、烙铁架等工具,高频谐振功放电路设计，列采购清单。11月13日（星期四）在机房画自己设计的原理图，PCB板图11月14日（星期五）元件、器件去市场采购11月17日（星期一）元件质量检测、讲焊接技术， 11月18日（星期二）安装、焊接、故障诊断11月19日（星期三）制作实物验收评分11月20日（星期四）答辩11月21日（星期五）撰写课程设计报告五、设计过程 1、方案论证 （1）方案（一） 此电路由晶体管VT1和VT2、电阻R2、电感L、电容C2和C3等组成，其功能是产生高频载波并进行调制发射。L与C2构成LC谐振回路，该回路具有选频作用，两个晶体管VT1、VT2的集电极与基极互相交叉连接，并与L、C2选频回路组成高频振荡器。经C1耦合过来的音频信号加在VT1集电极(也就是VT2基极)，对高频振荡信号进行频率调制，调制后的调频信号经C3耦合至天线辐射出去。发射频率取决于LC谐振回路谐振频率，调节L或C2的大小即可改变发射频率。此方案电路比较简单，在电路搭接的过程中发现他的抗干扰能力差，特别是有人靠近的时候，漂频现象比较严重。 （2）方案（二） C8是电源旁路电容。R1是MIC的偏置提供话筒的静态工作点。R1现MIC构成了拾音回路。C1、C2起声音信号的耦合作用。R2、D1、D2组成限幅电路，防止话筒在近距离时输入信号过大而失真严重。R3、R4用于提供Q1的静态工作点。C3、C4、C5、C6、L1、Q1构成振荡、放大。C7将信号耦合到天线。天线则将已经过调制的声音信号发射出，本电路由3V供电，用两只1.5V的电池即可。 （3）方案（三）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。（4） 方案确定 考虑到制作的效果性，所以最终选择方案三，因为其制作出来的效果会好很多，并且比较简单3.设计原理(1)音频收集模块一个无线话筒，则音频信号的收集是必不可少的。本电路中考虑到需要做一个小巧的无线话筒，因而直接采用的是驻极体小话筒MIC，它灵敏度极高。据介绍，甚至手表的嘀嗒的声音也可以被它收集到。话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极。另外，驻极体话筒内实际藏有一枚FET，可视之为一级，FET将话筒前振膜之电容变化放大，这就是驻极体话筒很灵敏的原因。2、设计原理 输入20Hz-2000Hz的音频信号，通过音频放大电路放大后加入载波进行调制，由天线发送出去，在接收机端接收到后进行滤波，解调，再由音频放大电路驱动扬声器将音频信号无失真的还原。硬件系统方框图如下：(1) 音频收集模块 一个无线话筒，则音频信号的收集是必不可少的。本电路中考虑到需要做一个小巧的无线话筒，因而直接采用的是驻极体小话筒MIC，它灵敏度极高。据介绍，甚至手表的嘀嗒的声音也可以被它收集到。话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极。另外，驻极体话筒内实际藏有一枚FET，可视之为一级，FET将话筒前振膜之电容变化放大，这就是驻极体话筒很灵敏的原因。 音频收集模块(2) 音频放大模块 这个模块是对所收集到的音频信号进行无失真地放大，为下面的调制做准备。因为在自然环境中，由于诸多因素，所收集到的声音（即音频信号）都经过了很多的干扰，因此其所携带的能量都是很微弱的，为了使其能够正常的进入调制模块来与本振进行调制，需要将其音频信号来进行适当的放大来达到相关匹配。另一方面，这个无线话筒也是一个调频发射机，发出的信号又要经过大自然的无数干扰才会得到接收，若原始信号的能量就不够强烈，那么接收端的信号就无从谈起了。所以只有对其原始的音频信号进行充分放大，达到相应要求之后，再发射出去。接收端才能够正常进行解调恢复原始的音频信号。这里的音频放大模块采取的是基本的三极管甲类的放大。R2=10k是三极管的基极偏置电阻，给三极管提供电流，使其三极管始终工作在甲类无失真的放大状态，达到最好的放大效果。R1=30O是直流反馈电阻，是稳定三极管的工作状态。 音频放大模块(3) 载波振荡模块一个调频信号发射机，载波振荡（即俗称本振）模块更是必不可少的。根据电磁场理论可以知道，通过天线发射的信号需要与天线匹配，即天线的长度要大于信号波长的四分之一。而音频信号的频带是20Hz至20kHz，对应的波长范围是15至15000km。制造出巨大的天线是不合适的，所以我们需要一个高频载波来将我们的音频信息“装载”上去，再进行发送。基于这样的理论基础，我设计的是高频三极管与C2、C3、C5所构成的一个电容三点式振荡器。通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率。 载波震荡模块(4)直接调试模块将已经放大的音频相关信号和载波振荡产生的高频载波信号进行叠加，发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。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。六、调试 把FM收音机的电源和音量打开，将频率调在80MHz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，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。 本人的实物发现是在102MHz的时候效果最好，频率一般是在80MHZ-110MHZ之间。 7、 课程设计心得 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。8、 附录附录一：电路原理图附录二：PCB图附录三：元器件清单元器件及位号清单位号名称型号及规格数量R1、R2、R4、电阻22K3R31.5M1R52001C1、C2、瓷片电容1022C3151C451C6101C72211C5电解电容100U1Q1三极管90181Q290131L1电感9T1天线50cm1话筒1电路板1附录四：参考文献1、张肃文.高频电子线路北京：高等教育出版社，2000. 2、南利平.通信原理北京：清华大学出版社，2002. 课程设计成绩评定表姓 名査飞学 号201140210106专业班级2011电子信息工程1班课程设计题目：小型通信系统设计与制作课程设计答辩或质疑记录：为什么要对原始音频信号进行放大？因为在自然环境中，由于诸多因素，所收集到的声音（即音频信号）都经过了很多的干扰，因此其所携带的能量都是很微弱