小功率信号发射器设计.doc

Qin built sent (2009) 12th, Qinyuan County, Qin new environmental building materials limited on clear company the sector functions of notification the Department, and workshop: according to company a accountability three of six big system management system construction requirements, for further upgrade company management level, clear the work of responsibility sector, lay management based, combined company internal run actual, by Manager Office research, special developed the sector functions, now be issued, looked the Department received paper Hou strictly pursuant to implementation. Hereby notification attached: the sector functions on August 21, 2009 CC units: company led Qin new environmental building materials Office on August 21, 2009 issued total printing 9 copies Qinyuan County, Qin new environmental building materials limited the sector functions sector name: integrated Office a superior sector: Manager do by involved post and subordinates sector: Director, and secretarial, and logistics administrator, and buyer, and paper printing Member, and Archives Administrator, and personnel management Member, and material custody, and driver, and correspondent sector job: Responsible for the Administration and management of enterprise culture construction, including guest reception, logistic services, Office services, public security and so on. Main functions: 1, common functions, in charge of the annual, quarterly and monthly work plan and report, with regular work, looking for a job gap, improve the quality of work; 2, responsible for the companys rules and regulations, provisions, arrangements, notices and海 南 师 范 大 学本 科 生 毕 业 论 文题目:小功率信号发射器设计姓 名： 刘家瑞 学 号： 200606302024 专 业：电子信息科学与技术年 级： 2006级 院 系： 物理电子工程学院 完成日期： 2010年1月 指导教师： 邝雄（教授） 本科生毕业论文（设计）独创性声明本人声明所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为 。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 本科生毕业论文（设计）使用授权声明海南师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权海南师范大学可以将本毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文（设计）。论文（设计）作者签名： 日期： 指 导 教 师 签 名： 日期： 目 录1. 引言12.设计要求13.设计用途24.方案论证25.电路原理分析55.1模块划分及原理55.2元器件列表65.3电路元件分析66.设计过程 76.1振荡电路设计 76.2 主要器件介绍 86.3 制作过程 97.调试及性能分析118.结束语129.感言12参考文献other documents of implementation in this sector; 3, responsible for the internal management rules of construction, implementation and improvement of work; 4, in charge of the departments and agencies post functions, running processes, the development of assessment methods and assessment work; 5, responsible for the companys economic objectives, task breakdown, implementation, assessment work; 6, the company responsible for running the program as a whole, running programs across departments of the implementation, follow-up, feedback, revision; 7, in charge of the internal 6S management work; 8, is responsible for organizing this Conference and training within the Department; 9, responsible for the promotion of the cultural construction of enterprises in this sector; 10 and subordinate departments, in charge of the Departments assets management; 11, in charge of the internal statistical reports submitted work and cross examination table; 12, responsible for the sectors covered by the community relations and business relations coordination and liaison work with superior counterparts; 13, is responsible for the special inspections and routine checks of company organization; 14, are responsible for the establishment of business customers file; 15, responsible for safety within the jurisdiction of the Department of investigation and follow-up; 16 rationalization activities, in charge of the Departments work, to collect, compile and report on a regular basis, implementation; 17, are responsible for the three reduction strategy and the shuangzengshuangjie working activity; 18, are responsible for the transfer of the13小功率信号发射器设计作者：刘家瑞 指导教师：邝雄 副教授 （海南师范大学物理电子工程学院，海口，571158)摘 要:本文是小型低频信号收发器的设计。设计目标是完成简易的发射装置，接受装置由现成的普通收音机代替。本设计具有元器件少，电路结构简单，功能完善的特点。关键词:小型低频信号;收发器；设计Small-scale low-frequency signal transceiver Author: Liu Rui instructors: Professor Kwong-hung (Hainan Normal University, Physics, Electronic Engineering College, Haikou, 571158) Abstract: This is a small low-frequency signal transceiver design. Design goal is to complete a simple launcher, but the existing ordinary radio will replace the receiving device.This design has fewer components, simple circuit structure and perfect functional characteristics.Keywords: Small low-frequency signal; transceiver; Design1. 引言目前，市场出售的调频、调幅(FM一AM)两频段半导体收音机，已较普遍被使用了。如果利用较少的费用，制作一个小型调频发射机(无线话筒)，与带调频段的上述机器配合使用，既经济，又可解决电化教学方面以及指挥、调度等其它用途中的实际问题。这里介绍一种利用市售元器件及一些自制件即可制成的小型无线话筒发射机电路，它与上述几种接收机配合使用。该电路经多次实用证明，效果比较满意。带调频波段(FM)的接收机，可接收88MHz-108MHz范围内的任意频率，下边介绍的小型调频发射机电路，也工作在这个频率范围内。12. 设计要求本文研究简易调频发射机，电路要求越简单要好，方便使用为主，电源要求1.5V，可实现短距离信号发射。(1)工作电压为1.53.0V。(2)工作电流: 3 mA-6 mA。(3)频率有88-108 MH z左右范围调节(调线圈)。(4)工作频率稳定度较好。(5)省电设计,不设开关。3. 设计用途 调频发射机除了用作无线话筒外，还可以用作实时监控动物踪迹、电话无线振铃、婴儿啼哭监视、电视伴音转发及无线呼叫门铃、调频无线耳机、电话无线录音转发、遥控、无线报警、监听、数据传输及校园调频广播等。4. 方案论证 方案一：电路图如图所示：图1图1为振荡电路的设计与应用提供的参考资料。由图，驻极体话筒将声音转变为音频电流，加在由晶体管V、线圈L和电容器1组成的高频振荡器上，形成调频信号由天线发射到空间。在10米范围内，由具有调频广播波段（FM波段）的收音机接收，经扬声器还原成原来的声音，实现声音的无线传播。1方案二： 图2图2为新编电子电路大全-通用模拟电路提供的参考资料。图中电路由晶体管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。优缺点：话筒MIC可以采集外界的声音信号，这里我们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偏压才能工作，并且晶体管VT1、VT2选用9018或其他fT700 MHz的NPN型超高频管，这使得选择器件比较简单，但C2、C3要选用高频瓷介电容器，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。2方案三： 电路如图： 图3图3图3为电子线路设计应用手册提供的参考资料。上图为1.5Km单管调频发射机电路。电路中的关键元件是发射三极管，多采用D40、D50、2N3668等，工作电流为6080mA。但以上三极管难以购到，且价格较高，假货较多。故选用其他相对易购的三极管C2053和C1970是相当不错的，实际视距通信距离大于1.5Km。若改换成S9018，工作电流小，发射距离也短。电路中除了发射三极管以外，线圈L1和电容C3的参数选择较重要，若选择不当会不起振或工作频率超出88108MHz范围。优缺点：该单管发射机具有电路简单，输出功率大，制作容易的特点，但是不便接高频电缆将射频信号送至室外的发射天线，一般是将0.70.9的拉杆天线直接连在C5上作发射的，由于多普勒效应，人在天线附近移动时，频漂现象很严重，使本来收音正常的接收机声音失真或无声。若将本发射机作无线话筒使用，手捏天线时，频漂十分严重。4综合方案四：经比较以上电路，各有优点，但方案实施大同小异，结合本实验要求的综合分析方案一和方案三电路，设计出最终方案，这使电路更为简洁，为本设计的目标更加贴切。由于驻极体话筒效果不好，在方案三的电路图基础上加以改进，用VT66a音乐三极管替换驻极体话筒，s8050替换Q9018。改进电路图如下：图45. 电路原理分析5.1模块划分及原理实验总体分两个部分组成，它们分别是发射部分和接收部分。接收部分主要用日常生活常用的普通FM收音机即可，所以本实验主要研究无线调频发射装置，并且主要以实体实验为主。以下是无线调频发射装置的主体模块及它个个模块的详细介绍，用于理论研究，但实体部分做了适当调整以便更简化符合实验的基本功能要求。(1)语音输入:将声信号转换成电信号。可用驻极体电容话筒、音乐三极管。(2)调制电路主要由三极管构成，从功能作用上它可细分为以下四个部分：声音转换：音频放大级，将受话器产生的微弱电信号进行放大，以便对高频振荡器的频率进行调制。前置处理回路:即高频振荡器。它产生发射所需的高频信号(基波f。)，并受到音频放大级的调制。FM调制网络：即倍频级，该级主要是放大主振级振荡产生的二次谐波成份，并将主振级与输出级进行隔离，以减少末级对主振级的影响，并担负推动末级的作用，即输送给输出级足够的推动功率。高频发射网络：输出级，将倍频级的2人再进行放大，而后再输送给天线发射出去。（3）天线:它担负着发射电磁波的任务。5.2元器件列表 表1标识符元件名称数值与型号个数R电阻220，2.2K，22K各1个C1瓷片电容10p,102p各1个C2电解电容104p,30p各3个L自制电感10T1V2三极管S80501V1音乐三极管VT66a1Vcc电源1.5v1天线导线替代75cm15.3电路元件分析 通过上表对各个元件分析： 原图中MIC是驻极体话筒，它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。现已用VT66a音乐三极管替换，里面已经提前录制了音乐，提供信号的作用。R4、R5是VT66a音乐三极管的偏置电阻，有了这个电阻，VT66a音乐三极管才能输出音频信号，这是因为VT66a音乐三极管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。C5是音频信号耦合电容，将VT66a音乐三极管感应输出的声音电信号专递到下一级。C6是s8050的基极滤波电容，一方面滤除高频杂音，另一方面让s8050的高频电位为0，对50MHz以上的高频电路来说，s8050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）。R1是s8050的基极偏置电阻，给s8050提供一个较小的基极电流，s8050将会有一个较大的发射极电流通过R3。由于R1、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，这就射极跟随器，直流负反馈不稳定直流工作点的作用。R3是s8050的发射极电阻，这里起稳定直流工作点作用，和C3还组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。C1和L组成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用，改变C1的容量或者改变L的形状（包括圈数），可以方便的改变发射频率，在88MHz-108MHz之间达到可调频率的目的。C4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幅射到天空中。因此，天线最好坚直向上，长度最好等于无线电波频率波长（或者整数倍），四周应该开阔，不要有金属物阻挡。频率变化，波长也会变化，天线具体的长度还与电路输出阻抗、天线粗细等等有关。C2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。C7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。 46.设计过程6.1振荡电路设计_ 三极管集电极的负载C1、L组成一个谐振器，谐振频率就是是调频话筒的发射频率，根据图中元件的参数发射频率可以在88-108MHZ之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，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，避开调节器调频电台。L是空心电感线圈。用05毫米的漆包线（实体用铜线）在元珠笔芯上密绕10圈。用小刀将线圈两端刮去漆皮后镀锡，可点上一些石蜡油固定线圈然后抽出元珠笔芯，形成空心线圈。如图：图5电容三点式振荡电路。所谓三点式振荡器，是指LC振荡器中选频网络有两个电容、一个电感或者两个电感、一个电容组成的振荡器。一般LC振荡电路在直流通路正常情况下判别能否振荡时由于振幅条件不便于判别，只看相位条件即可，只要相位条件满足，我们就说它能够振荡。振荡电路中的放大器可以是运放，也可以是由晶体管或者场效应管组成。本实验用的是电容三点式振荡电路，有射同基反的特点。6.2 主要器件介绍 VT66和VT66A都是单音音乐三极管，但两者有所区别，即VT66是普通音乐三极管，VT66A是内部带有功放的音乐三极管。实际上，VT66和VT66A都是储存有单音音乐的三脚集成块，由于它们的外型与普通塑封三极管相似，所以习惯上被统称为音乐三极管。它们只是在平面的顶部上比普通塑封管多一块金属电极。VT66和VT66A的外形如图(a)和图(b)所示：图6 VT66A音乐三极管内部已具有功率放大电路，有足够的输出功率，所以不用外接任何元器件，就能直接推动8英寸扬声器放音，声音清晰洪亮。如改用蜂鸣片，需在扬声器两端并联一只30mH的电感线圈，音量可高达110dB。VT66和VT66A都各有两种触发方式。凡是型号下面有S字样的音乐三极管，其触发方式是每触发一次，就启动演奏单首乐曲，播完了即停。附表列出了VT66和VT66A单音音乐三极管的电气特性。6表2标号工作电压静态电流输出电流VT661.2-3.6v0.01-0.3A最小2.0mAVT66a1.5-3.6v0.03-0.5A最小12 mA6.3 制作过程开始做这个实验时翻阅很多资料，经过综合比较得到了改进后的图，起初用的是驻极体话筒作为信号输入，经过试验效果不好，后改用VT66a音乐三极管，并把Q9018换成S8050，效果得到了很大的改善。本实验是用模拟电子制作的，并且器件少，电路层次分明，但有的器件需要自己手工制作，一些器件不常见需要单独购买。实验的难点是在调试过程。收集完器件，现在实验箱做测试实验，由于电路简单并且模拟电路受器件、制作过程等影响就不用在电脑上做仿真实验。在实验箱上完成基本电路测试后，确定方案用图。再做PCB电路板，用很小一块单面板即可，再经打孔，把器件按照原理图按好，在制作电感时要注意调试。由于本实验属高频，制作印刷电路板对此影响比较大，效果不是特别好，后改用万用板做，注意连线不要过于杂乱即可。做的PCB图中三极管的地方注意焊孔要大一些，并且孔与孔之间的距离也要稍大一点，不然会出现铜相连的情况。做板时一开始布局不够好，信号源距离天线过近，测试时产生干扰。制作相对简单，不到二十个元器件，但一个出现问题调试也不能成功，所以做的时候也是万分的小心。PCB图：图7在焊接时主要是注意三极管的管脚判断，具体方法如下：测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R100或R1k挡位。红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 （1）测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是基极。 （2）找出三极管的基极后，将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度大，则说明被测管为NPN型管；若表头指针偏转角度小，则被测管即为PNP型。 （3）找出了基极b，可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 对于NPN型三极管，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c极b极e极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。 对于PNP型的三极管反之。7.调试及性能分析(1)先检查印刷电路板和焊接情况，应元短路和虚、假焊现象。然后可接通电源。(2)用万用表直流电压档测量晶体管V基极发射极问电压，应为07伏左右。若将线圈两端短路，电压应有一定变化，说明电路已经振荡。(3)打开收音机，拉出收音机天线，波段开关置于FM波段，（频率范围为88兆赫至108兆赫）将无线话筒天线搭在收音机上。(4)慢慢转动收音机调谐旋钮，调到收音机收到信号声为止。若收音机在调谐范围内收不到信号，可拉伸或压缩线圈L，改变其宽度，再仔细调谐收音机直至收音机收到清晰的信号。然后逐渐拉开无线话筒和收音机间的距离，直到距离在810m时，仍能收到清晰信号为止。如果在整个频段（88MHz108MHz）都收不到自己的声音，或者收到声音效果不好（不清晰或者与某一电台重叠），说明调频无线话筒的发射频率不合适，可以小心拨动振荡线圈L，增大或减小每匝之间的距离，然后重新搜台。如果还不行，则应拆下线圈L，改变其匝数后焊上再试，直到效果满意为止。注意在调试中无线话筒发射频率应避开调频波段内的广