高频课程设计——无线话筒(1)

高频电子电路课程设计说明书1 无线话筒介绍 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。 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。 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、无线抱警器：实现一定距离的无人值守。例如在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。 5、无线电子门铃：由于可以无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还改装成无线对讲机。 8、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 9、读书记忆增强器：和助听器类似，将话筒对准自己，听自己的读书声来排除外界干扰，起集中注意力作用。 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以不影响别人睡觉，但受耳机线长控制。本装置则可以不受此限制。2 电路设计2.1 原理框图设计这里的无线话筒就是一个简单的无线话筒相当于一个无线调频发射机。它主要包括音频收集，音频放大，载波振荡，调制电路，还有天线发射几部分。图2.1 原理框图2.1.1 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。图2.2 音频收集模块2.2.2 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。是的基极偏置电阻，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。是直流反馈电阻，是稳定三极管的工作状态。图2.3 音频放大模块2.2.3 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V1与C2、C3、C4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。发射的频率就是这个本振的频率，则我们选择一个标称的36uf的电容，其频率是还有根据选定的法身频率带入上式可以得到电感是另外在根据电感的算法，圈数 = 电感量* ( 18*圈直径(吋) + ( 40 * 圈长(吋) 圈直径 (吋) D-线圈直径 N-线圈匝数 d-线径 H-线圈高度W-线圈宽度单位分别为毫米和mH。最后由结果绕制了一个D=5mm，d=0.5mm，N=5，H=12mm的电感。图2.4 载波振荡模块2.2.4 直接调制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。另外我在电源旁边加上了一个开关，作为控制电路的接入，延长其电源寿命，减少闲置时不必要的损耗。图2.5 发射模块 下面即是本个无线话筒的设计总图：图2.6 无线话筒设计总图2.3 仿真验证 我在信号的输入端加入一个函数发生器，在信号的输出端观察其输出波形。通过multism仿真，进行虚拟电路仿真，原理图绘制如下图2.7 仿真电路图相对应的仿真结果是：A点处的波形图图2.8 A点输出波形（三极管发射极）此处为三极管发射极信号C点波形图2.9 C点输出波形（模拟语音信号）此处为模拟话筒的发声信号B、D点的波形：图2.10 B D点输出波形2.4 生成PCB板另外，下图是在protel中所生成的PCB板。图2.11 无线话筒PCB板图2.5 调试此次设计的实物用到的元件比较少，并且买到了印刷电路板，所以在焊的时候没有遇到什么大的问题，就是电感的确定遇到了一点问题。原本还应附上实际的电路运行结果，还有调试结果。但是由于条件有限，所以并没有做实际的测试。只是测试了一下效果，但是测试出来的结果很理想，达到了6-9米接受的距离，频率95.6Mhz。不过这次电路选择的时候也比较简单，也没有加滤波电路，和限幅电路，有这样的效果我已经很满意了。但是由于时间的关系我们也没能好好的该进。在将来的设计中我们会慢慢的改进，慢慢的努力。相信在不久的将来我们会设计出更好的电路，会设计出声音更加清晰，接受距离更远的调频无线话筒。3 心得体会本学期我们开设了通信电子线路课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨电路刚学完之际，紧接着来一次高频电子线路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，才真正意识到我们只有通过勤奋的努力，才能够真正体会到科技带给人类的幸福。在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。例如在硬件制作，电路板的焊接上慢慢元件连接起来的时候，手里握着电焊铁，直冒青烟，心理还是很紧张的，但是看着自己的元件一个个连接了起来，自己的心里面像吃了蜜一样的甜。终于就这样，像爱迪生发明电灯泡的时候一样，历经千万次的猜想与实验，终于使得这个问题得到了圆满的解决。成功的我高兴地无以复加，只是感觉到劳动最光荣，劳动人民最高尚。历时这一个星期的课程设计即将在这次的答辩中画上圆满的句号。回头看看，不禁感慨众多，没有想到我们的科学家，哪怕是我们身边的老师，原来也是如此这般的努力才能够换来今天的幸福生活；离不开你们这些辛勤的工作者，我们的身边这一切才能够如此快捷方便；没有了这一切，我不敢想象社会会如何发展，难道是倒退到那种封建社会，还是奴隶时代？并且通过了这次模拟电子电路课程设计，我才了解到我们所学的只是原来是如此地贴近我们，其实他们就在我们身边，就在我们身边或大或小的地方，甚至是我们不能发现的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家做的事情，对于我们来说是天方夜谭。而如今，我才知道了这一切。我才会，并有这样的动力将我所学的知识来赋予实践。4 参考文献1 刘泉 通信电子线路 武汉： 武汉理工大学出版社 20052 杨霓清 高频电子线路实验及综合设计 黑龙江：机械工业出版社20073 高吉祥 高频电子线路 北京：电子工业出版社 2007 4 于海勋, 郑长明. 高频电路实验