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文档简介
无线调频话筒 系 部 :电气与信息工程系 专 业 :电子信息工程 班 级 :电信 0403 班 姓 名 :侯德平 学 号 : 41040310 指导老师 : 王勇刚 时 间 : 2006 年 12 月 1 前 言 科技不断发展,技术不断提高。我们作为新一代的技术人才必须掌握先进技术,利用我们所有的机会不断加强自身的素质,不断提升自己的能力,强化自己的实践能力适应社会。此时,我们应把握住学校提供给我们的学习条件,提高综合素质。为能成为社 会的有用人才而努力奋斗,要克服设计过程中的各种困难要会触类旁通,举一反三。此次设计是一次很好的实验及检验我们的能力。这设计的内容很具有代表性,通用性,应查阅各方资料完全掌握。老师和同学们的帮助是必不可少的。总而言之这是我们共同努力下的结果。但是其中也有错误和缺点,望老师批评指正。 通过本次的课程设计,使我们对课本知识有了更深的理解,且有利于融会贯通。本文档包括方案的论证,原理的说明,主电路的元件选择及保护电路的设计,调试方法,波形图等内容。 本次设计分成三个阶段完成:一、根据课题,查找资料;二、参数的计 算;三、电路的调试。 2006 年 12 月 2 目 录 一前言 1 二 .设计任务说明 3 三 .方案选择 4 四 .原理说明 6 4.1 工作原理 6 4.2 电路 原理 7 五 Protel 原理图 8 六 .PCB 图 9 七 . Proteus 仿真图 10 八 . 仿真波形 11 九 .元件 清单 12 十 电路的 安装 和调试 13 十一 误差分析 17 十 二 .设计总结 18 十 三 .参考文献 19 3 设计任务说明 一 、设计目的: 1.掌握 调频发射电路 的设计方法和 调试辩方法 ; 2.了解 高频电路的调试中常见故障的分析与排除 ; 3.学会 如何将高频单元电路组合起来实现满足工程要求的整机电路 。 二、设计要求: 1. 频率范围: 88KHZ 108KHZ; 发射距离 :不限 2.技术要求: A电路能把调制信号按一定频率发射出去; B输出信号的频率要求可调; C拟定测试方案和设计步骤; D根据性能指标,计算元件参数,选好元件,设计电路并画出电路图; E双面板上安装电路; F测量发射频率和发射距离; H写出设计性报告。 4 方案选择 无线调频话筒其实就是一个调频发射机 调频系统由于高频振荡器输出的振幅不变 ,因而具有较强的抗干扰能力与较高的效率 振荡器是用来产生信号的电路 ,用于产生 一定频率和幅度的信号。根据振荡器的不同可构成不同方案的调频系统。 有基于 RC 振荡器的,有基于 LC 振荡器的。在 RC 振荡器中因三极管的连接方法不同,又可组成共基极、共集电极、共射极。 现制定二种种方案如下 方案一 : 把调频系统主要分为两级,一级是音频放大器,另一级是 RF振荡器。 音频放大级是由一共射极晶体管电路担任,其增益约 20 至 50,将放大的信号送往振荡级的基极。 振荡级工作于约 88MHz 的频率,这频率由振荡线圈和电容器调整的,该频率也决定于晶体管 、回输电容及还有少数偏压元件。 方案二 : 用高频三极管和三个电容构成一个电容三点式 高频振荡器 ,信号不经过放大直接加在高频 三极管 的基极上 。 集电极的负载 C4、 L 组成一个谐振器,谐振频率就是调频话筒的发射频率 ,改变 C4、 L 即可改变调频话筒的 发射频率 5 根据设计要求和应用范围等多种原因 来分析: 方案 二 所用元件较 少 ,电路 较为简单,设计、制作成本相对 来说较低。方案一 所需元件比方案 二多 , 电路复杂,设计、制作、调试过程相对而言要难一点,因而成本自然相对高些,但考虑到采集到的信号可能比较弱,如果不经过放大电路的放大,信号可能在噪音中和干扰中消失。 综合上叙所比较 我选择第一种方案 6 原理说明 4.1 调频系统 工作原理 因为本设计所要求的发射距离不限,发射频率在 88KHz 至108KHz,不是很高。因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大,所以我把整机电路设计得较为简单。 电路组成框图如下: 高 频 振 荡 缓 冲 隔 离 倍 频频 率 调 制高 频 功 放调 制 信 号下面是各组成部分的作用: 高频 振荡 产生频率 88KHz 至 108KHz 的高频振荡信号。发射机的频率稳定度由该级决定。 缓冲隔离级 将振荡级与功放级隔离,以减小功放级 对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大,为减小级间相互影响,通常在中间插入缓冲隔离级。 倍频 为高频功放提供激励功率。如果发射功率不大,且振荡级的输出功率能够满足未级功放的输入要求,则功率激励级可以省去。 高频功放 将前级送来的信号放大,使负载(天线)上获得满足要求的发射功率。 7 4 2 电路原理 电源接通时, 1nF 基极电容器通过 22K 电阻逐渐充电,而 18pF则经振荡线圈的 470电阻充电,但更加之快, 47pF 电容也充电(基两端虽仅得小的电压),线圈产生磁场。 基极电压 渐渐上升时,晶体管导通,并有效地将内阻并接在 18pF两侧。当 1nF 电容充电至该极的工作电压时,就会发生好几个杂乱的周波,故此,我假定讨论在靠近工作电压之时。 基极电压继续上升, 18pF 电容试图阻止射极用压的移动,到电容器内的能量耗尽及再不阻止射级移动之时,基一射极电压降低,晶体管截止,流入线圈的电流也停止,磁场衰溃。 磁场衰溃,产生一个相反方向的电压,集极电压反过来从原本的2.9V 上升至超过 3V,并以相反方向 47pF 电容充电,这电压也影响到对 18pF 电容充电,及 470射极电阻上的电压使到晶体管进入更深的截 止。 18pF 电容充电时,射电压下跌,并跌到使晶体管开始导通,电流流入线圈,与磁场衰溃对抗。 线圈上的电压反转,形成集极电压下降,这个变化通过 18pF 电容传送到射极上,结果晶体管进入更深的导通,把 18pF 电容短路,周期再重复。 故此, VT2 在此形成一个振荡,产生 88MHz 的交流信号。放大之音频号经 0.1uF 电容溃入到 VT2 的基极,改变振荡频率,产生所需的 FM 信号。 8 Protel 原理图 9 PCB 图 10 Proteus 仿真图 11 仿真波形 1. 假如输入波 形为幅度 V=1V;频率 F=1KHz 其输出波形如下 : 2. 假如输入波形为幅度 V=500mV;频率 F=500Hz 其输出波形如下 : 12 元件 清单 名称 原理图中序号 库名 封装名 数值 电容 C1 Capacitor RAD-0.1 223 C2 Capacitor RAD-0.1 105 C3 Capacitor RAD-0.1 102 C4 Capacitor RAD-0.1 47 C5 Capacitor RAD-0.1 18 C6 Capacitor RAD-0.1 223 发光二极管 D1 Typical RED GaAs LED LED-1 LED1 电源 Dc1 Multicell Battery BAT-2 Battery 天线 E1 Generic Antenna PIN1 Antenna 开关 K1 Single-Pole, Single-Throw Switch SPST-2 SW-SPST 电感 L1 Adjustable Inductor AXIAL-0.8 6T 信号输入端 MK1 Microphone PIN2 Mic 电阻 R1 Resistor AXIAL-0.3 22K R2 Resistor AXIAL-0.3 1M R3 Resistor AXIAL-0.3 10K R4 Resistor AXIAL-0.3 22K R5 Resistor AXIAL-0.3 470 R6 Resistor AXIAL-0.3 1K 三极管 VT1 NPN Bipolar Transistor BCY-W3 9014 VT2 NPN Bipolar Transistor BCY-W3 9014 13 电路 的 安装 我的设计 其实就是一个调频发射系统 ,根据 设计思路和设计的原理图 以及所绘制的 PCB 图 ,在单面板上放置 元件 。 在正式安装电路板时,前面还有几个环节做。 首先是要把画好的 PCB 图拿到打印机上打印在转印纸上。转印纸的目的就是画好的线路图转印到带有覆铜的单面板。 接着就是把转印好的电路板 腐蚀,腐蚀也就是把没有覆电路线的铜腐蚀掉,剩下来的就是那电路线了。 完成上述的环节后就可以焊接电路了。 把买来的零件和需要用到的的工具放在工作台上,就开始焊接电路板了。 因为是单面板所以不要考虑过孔的问题,不然 就先得解决过孔。也就是先焊过孔再焊元件,不然等元件焊完了再来焊过孔就焊不了了。 零件安放位置是在底板,先从小器件开始。先从电阻,跟着电容,晶体管,线圈和信号输入端即话筒。要保持高度到最少限度。晶体管的管脚应 尽量插入底板。以至三极管的高度没有突出。 14 电路的 调试 电路是安装完了,能不能实现功能,就要慢慢来调试了。 调试也是对所设计的电路的一种检测,看它是不是正确的。 调试也是对 PCB图的检测。如果你电路设计对了,却偏偏在 PCB图上出错, 使你的电路 也 不能 完成功能。 所有的零件都焊接完毕后,最好先用肉眼检视一切焊接点,是否有假焊,或者焊料用得太多而造成与临近短路,彻底查清楚,才可进行校准和测试性能,测试步骤是加一条短的天线于底板的 A 点上调谐一部 FM 收音机于整个波段上,寻找该信号 最好令发射机和收音机保持一定距离,以防止检拾到任何谐波或者侧波。 如收音机未能检到载波,表示频率可能太低,奖振荡线圈稍为拉长,及再次尝试。 如果采用包锡铜线绕制线圈,注意图与圈之间不应彼此碰到。如采用漆皮铜线,则须要知道圈的连通性,可用万用表之低阻挡去量度它,或者量度 电路电流,应约 4 6mA。 一旦检到载波,将窃听器摆放在一部时钟的侧近,检查电路之灵敏度,收音机应发出清楚而强大的 滴嗒 声,电路应比您的耳朵更为灵敏。 话筒之负载电阻( R1)决定灵敏度,可将之减至 10K 或者加至 47K,视所需求的灵敏度而定。 15 要确定发射之频率完全远离开您本地任何 FM 广播屯台,因为电台发出之讯号强大,当您测试距离时,会遮盖窃听器。 将线圈压缩,频率便降低;将之拉长,频率便增加 。 在 FM 接收机上不能接收到窃听器发出来之载波,首先应假定频率低于正常 88 108MHzFM 波段,这是最有 可能的原因。 测量电路之电流,若有 4 6mA,表示电路是正在工作,稍为将线圈拉长,并扫描整个波段,当接触底板上任何元件时,只能用一支非金属的螺丝起子,并且离开电池,因为您手上皮肤引起的电容效应会导致电路明显地失调,并且可能完全停止输出。还有,维持 3V 电源也很重要,并要将电池贴近底板。 用万用表作直流电压测量,看振荡管 Q2 是否有正确的值压。量度基极电压和射极电压,一部普通的万用表由于其对电路作用,会指示此两点都是 2V 左右,只有高阻抗的电表,如 FET 电压表,才指示射极有 2V 及基极有 2.5V。 若此两测试点均有电压存在,对假定晶体管正常工作,但有可能发射错误频率。其他简单的事情如底板上 铜箔短路断裂、焊接点差劣。 若只收到载波但没有纯音汛号,则故障在音频级或者话筒上。所谓有载波没有纯音是在调谐收音机至一处,收到的是寂静一片,没有沙沙声,但也听不到发射机发出的纯音讯号。这两部份可用示波器检 16 查,测试是否有音膝讯号送往振荡级。 音频放大管集极上有 1.4V电压,表示晶体管导通,如低于 0.8V,晶体管饱和,或者在某方面可能损坏,也可能表示晶体管有十分高之增益,并不适合。 如电压超过 2.5V,该级 不足以导电检查晶体管和偏压电阻,需要时将之更换。示波器也显示话筒的灵敏度,加大或者减少负荷电阻,即可改变 FET 的增益,灵敏度极高之零件,负荷电阻不宜低于 10K,有时可能需要高至 47K 或以上。 如果电路上所有的问题有分析过了,还是不行,则只有一个答案,电路本身的设计就错了。 17 误差分析 高频电路由于受分布参数及各种耦合与干扰的影响,其稳定性比起低频电路来要差些,因些调试工作比较复杂,特别是整机调试,需要细致耐心,前后级要多次反复调整,直到满足技术指标要求为止。 要做 到非常理想 ,是很难的 .原因有如下几点: 1 调频振荡级与缓冲级相联的故障 调频 振荡级与缓冲级相联时,可能出现振荡级的输出电压幅度明显减小或波形失真变大的情况。产生的主要原因可能是射极跟随器的输入 阻抗不够大,使振荡级的输出负载加重,可通过改变射极电阻,提高射极跟器的输入阻抗。 2 功入级与前级级联的故障 输出功率明显减小,波形失真增大。产生的原因可能是级间相互影响,使未级丙类功放谐振回路的阻抗发生变化,可以重新调谐,使回路谐振。 主振级的振荡频率改变或停振。产生的原因可能是后级功放的输出信号较强,经公共地线,电源线或 连接线耦合至主振级,从而改变了振荡回路的参数或主振级的工作状态。可以加电源去耦滤波网络,修改振荡回路参数,或重新布线,减小级间相互耦合。 18 设计总结 每一个学电的学生都对电子这一行业有所了解,每一个学电的学生都做学校的电子课程设计, 每一个电子爱好者都有电子制作的经历 。但可以说没有一个人每制作一个东西都是一步成功的。
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