调频无线话筒 高频课设 武汉理工.doc

1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信080X 指导教师: 工作单位： 信息工程学院 题 目： 调频无线话筒的设计初始条件:Vcc=+6V三极管9018 结构：NPN集电极发射极电压 15V 集电极-基电压 30V射极基极电压 5V 集电极电流 0。05A耗散功率 0。4W 特怔频率 平均 620MHZ放大倍数:D2845 E3960 F54-80 G72108 H97-146 I132198要求完成的主要任务: 设计调频无线话筒，要求：（1）载波频率90MHz附近，用收音机FM段接收。（2)在声音被清晰接收的前提下，发射距离5m（3）电源电压6V。（4）音质清晰,发射较远设计过程中使用仿

2、真软件进行电路仿真时间安排:1、理论讲解,老师布置课程设计题目,学生根据选题开始查找资料；2、 课程设计时间为1周。 （1）确定技术方案、电路，并进行分析计算, 时间1天； （2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天； (3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名： 2010年 12月1 日系主任(或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要2Abstract31 绪论42原理电路的设计62。1方案设计与论证62。2单元电路的设计82。2.1单元电路框图82。2。2具体电路选择112。3实际电路133 方案的分析与改进144 电路仿真165小结与体会186元器件清单197参

3、考文献20摘要高频电子线路系统地介绍了通信系统，特别是无线通信系统中的最基本电路及他们的功能，给出了定性及定量分析这些电路性能的方法。这些电路包括了发射机及接收机中的选频放大电路、混频电路、功放电路、振荡电路、调制及解调电路、锁相环电路、自动增益控制电路及频率合成电路.本课程设计的基本目标是:通过理论和实践教学,使我们了解晶体管工作于高频时的工作原理，特性参数及微变等效电路,掌握高频单元电路的线路组成、基本工作原理、分析方法、技术要求及一些典型集成电路的实际应用，并且具备一定的理论水平和足够的实践技能，为进一步学习通讯技术的专业知识和职业技能打下基础.关键词：无线调频话筒、仿真、电路分析Abs

4、tractHigh Frequency Circuit systematic introduction to communication systems, particularly wireless communication systems and their basic function of the circuit， given the qualitative and quantitative analysis of these methods of circuit performance. The circuit includes a transmitter and receiver

5、in frequency selective amplifier， mixer circuits, power amplifier, oscillation circuit, modulation and demodulation circuits， phase locked loop circuit, automatic gain control circuits and frequency synthesis circuit.个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理,来源于网络The basic design of this course are: the theory and pra

6、ctice through teaching， so we know when the transistors operate at high working principle, characteristics and microdependent equivalent circuit parameters， frequency control circuit of the line unit composition， the basic working principle methods， technical requirements， and some typical IC， and h

7、ave a certain theoretical level and enough of the practical skills， communication technologies for the further study of expertise and professional skills basis.本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络Key words:Wireless FM microphone， Simulation, circuit analysis1 绪论高频电子线路是一门理论性、工程性和实践性都很强的课程。学生通过本课程的学习，不但应该

8、掌握必要的基础理论知识，而且还应在分析问题、解决问题和实际动手能力等方面得到锻炼和提高.对于这些能力的培养，理论教学与实践教学环节必须密切联系、互相配合,才会取得比较好的效果。高频课程设计是作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握高频电子线路设计和调试的方法，增加模拟电路应用知识,培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力.按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术后，应安排课程设计教学实践项目，其目的是使学生更好地巩固和加深对专业基础知识的理解，学会设计中、小型电子线路的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析

9、和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。无线话筒准用的频段无线电波可以在空间自由传播，不受用途和地域限制，因此造成各种无线电设备的频率交叉重叠.如果不加以规定和约束,不可避免地会产生相互干扰,影响正常的通信。为此,世界上无线频率管理部门对无线电频率的使用范围作了统一规定，使它们之间的相互影响降到最低.无线话筒使用频率为88MHZ108MHZ。各频段无线电波的传播特性自由空间电磁波的传播衰减包括距离衰减(衰减量与距离的平方成正比）、传播媒体的吸收(空气、人体和墙体等）和金属结构物的反射.频率越高，传播媒体的吸收越大,金属物体的反射越强(即阻止电

10、磁波传播的能力越强)。金属物体对电磁波传播的阻挡反射与无线电波长（频率）的关系金属物体对电磁波都有反射作用。阻挡电磁波传播的能力与电磁波的波长和金属物体的大小有关。电磁波的波长小于金属物体的尺寸时,会被全部反射，传播受阻。或者说，频率越高，金属物体对电磁波的反射越强。相反，如果电磁波的波长大于金属物体的尺寸时，部分电磁波会绕过金属障碍物继续传播(电磁波的绕射特性).电磁波对金属网格（或金属孔板）有穿透能力。电磁波的波长小于金属网格孔的直径时，则会被通过.也就是说，波长越短,通过金属网格的穿透能力越强。非金属物体（人体、墙壁等）对电磁波的吸收作用，电磁波的频率越高,非金属物体对它的吸收越大，电磁

11、波的传播衰减也越大。本次课程设计本小组选择设计制作调频无线话筒,要求是分析高频发射系统各功能模块的工作原理，提出系统的设计方案，对电路进行调试。在此基础上可进行创新设计，如改善电路性能；故障分析；对系统进行仿真分析等。这是一款微型调频无线话筒，发射频率在90MHz左右，利用FM调频收音机可以实现短距离接收。在电路设计的过程中，本小组采用了NI公司的Multisim 11.0进行电路仿真。2原理电路的设计2.1方案设计与论证方案一该电路由三部分组成:1、音频放大部分；2、高频振荡部分;3、稳压部分。信号有话筒MIC注入三极管VT1的基极，经VT1放大后的音频信号经C2耦合至高频振荡电路VT2基极

12、，然后经天线发射出去。此电路的工作频率在85104MHZ之间。原理图如下图2.11元件的选用，MIC选用高灵敏的驻极体话筒,VT1为9013H,90，L1,L2用0.71mm漆包线在普通圆珠笔上分别绕4匝和10匝，C4、C5、C6采用瓷片电容，误差±5%。三端稳压器用LM7806电源，用9V电池，电路板可自制。若想增大发射功率，可改变发射天线的长度，或将VT2发射管换成34D50三极管，R4电阻换成4。7K，此时发射距离可再增加约100米方案二微型调频无线话筒，该电路由音频放大部分、高频振荡部分、稳压部分三部分组成。信号有话筒MIC注入三极管VT1的基极，经VT1放大后的音频信号经C

13、2耦合至高频振荡电路VT2基极，然后经天线发射出去。此电路的工作频率在85104MHZ之间。声音通过话筒经R1、C1；R2、C2构成的高、低频容阻滤波器耦合到三极管的基极,由于三极管的正反馈放大作用L1，C3构成的高频振荡器的高频信号经过C4等效反馈到三极管基极。两信号一同被三极管混频形成高频FM载波(88-108），经C6传输到天线，由电线向周围空间发射FM信号.其他的元件可按图中参数表示即可。原理图如下图2.12方案三话筒输出的音频信号被低频放大电路（AF AMP：Audio Frequency AMP）放大,通过频率调制（以下记做FM：Frequency Modulation）电路变为F

14、M波。FM波再进一步经过高频放大电路(RF AMP：Radio Frequency AMP）进行功率放大,就可以作为电波由天线发射出去.最重要的部分就是频率调制电路。所谓FM就是用调制信号（拟由电波载运的信号)对载波以频率偏移的方式进行调试，如果想用调制信号（在这里就是声音）改变振荡器的振荡频率，就需要用到FM原理图:图2。13方案比较方案一比较简单，浅显易懂，电路连接也比较简单，容易实现，但是使用元件较多，电路有些冗繁，性价比较低，创新性也不足，使用电路原理有些单一。方案二原理与方案一相同,电路由音频放大部分、高频振荡部分、稳压部分三部分组成. 方案三其原理是输出的音频信号被低频放大电路放大

15、，通过频率调制电路变为FM波。FM波再进一步经过高频放大电路进行功率放大，调试比较简单,操作不烦琐，简单易懂，容易实现，所需元件较少。2。2单元电路的设计2.2.1单元电路框图该电路涉及到的技术有：高频电容三点式振荡电路，功率放大器等.经过比较分析，确定调频发射电路的方框图如下：图2.21 单元电路框图调频振荡器低频小信号部分只是将调制信号不失真的略作放大,直接调频发射系统中,调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频，电抗管调频、变容二极管调频。晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性；电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比，要复杂一些。考虑到本设计任务要求中心频率的稳定

16、性不高，用LC振荡器就可达到； 另外，我们选择了电抗管调频电路。所谓电抗管,就是由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成.它与普通的电抗元件不同，其参量可以随调制信号而变化.电抗管的放大器件可以是电子管、晶体管或场效应晶体管；移相电路也有多种型式（如RC或RL移相网络），其作用是使放大管T1的输出阻抗Ze=U0/IC具有一个电抗分量Xe，当Xe随 而变化时，即可获得调频信号。采用不同的移相电路，等效电抗Xe可以是电容性的,也可是电感性的.电抗管调频器的缺点是：振荡频率稳定度不高;频移也不能太大，阻抗 Ze通常还具有电阻分量,这个分量也随 而变化,使振荡器产生寄生调幅。电抗管

17、调频部分是一个电容三点式振荡器,其中晶体管Q2、电阻R5、电容C4组成的移相网络即为电抗管，它等效为一个电感，这个等效电感会随着调制信号的变化而发生变化，从而总的电感值发生相应变化，根据公式f = 1/ 2*（LC）-1/2可知，频率也随之变化，最终实现低频调制信号对高频载波的频率调制.本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络这种调频器的优点是电路比较简单，能获得较大的频偏；便于做成集成电路.缺点是载频不能很高，频率稳定度较低。缓冲隔离级缓冲级通常采用射极跟随器电路。在电路的最初设计阶段，我们小组并没有添加缓冲器，是经过讨论之后，觉得有必要在调频电路和高频放大电路中间加

18、一个缓冲器以减少两级信号之间的相互干扰 ，增强电路的抗干扰能力。高频功率放大器晶体管的工作状态有截止、导通和饱和三种状态.在晶体管不具备工作条件时,它处截止状态，内阻很大,各极电流几乎为0。当晶体管的发射结加下合适的正向偏置电压、集电结加上反向偏置电压时,晶体管导通,其内阻变小,各电极均有工作电流产生(IE=IB+IC）。适当增大其发射结的正向偏置电压、使基极电流IB增大时，集电极电流IC和发射极电流IE也会随之增大.当晶体管发射结的正向偏置电压增大至一定值（硅管等于或略高于0.7V，锗管等于或略高于0.3V0时,晶体管将从导通放大状态进入饱和状态,此时集电极电流IC将处于较大的恒定状态，且已

19、不受基极电流IB控制。晶体管的导通内阻很小，集电极与发射极之间的电压低于发射结电压,集电结也由反偏状态变为正偏状态。高频放大器属于线性放大器。根据电路所需要的电压增益和选择性，来确定电路形式。一般电路形式有单调谐放大器和双调谐放大器.在对放大器选择性要求不高的场合，可以选用单调谐放大器。为提高放大器的电压增益，可以选择多级放大器级联的电路形式.要使负载（天线)上获得令人满意的发射功率,而且整机效率较高，应选择丙类功率放大器.末级功放的功率增益不能太高，否则电路性能不稳定，容易产生自激。因此要根据发射机各部分的作用，适当地合理分配功率增益。要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率,而且整机效率较

20、高，应选择丙类高频功率放大器.2.2.2具体电路选择1话筒MIC：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、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压.驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中.属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一

21、个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。并且，外围电路中需要有相应的偏置电阻为其提供偏置。图2.222高频振荡调制电路：(图1-1为例）该部分由晶体管VT2、电阻R5电感L1电容C4、C5、C6等组成。其功能是产生高频载波信号并进行调制.L1和C5构成LC谐振回路。该回路具有选频作用,其频率由公式计算得出：f = 1/ 2*(LC)-1/2经C3耦合过来的信号加在VT2基极上，通过基极上变化的电压改变be结电容,而实现对载波的调制。由集电极输出经C7耦合到下一级进行功率放大。 图2.23 高频振荡调制电路及缓冲级3功率放大电路：（图11为例）电路由R7、VT3、

22、C8、L2、C9、R8组成，该部分电路为自偏压电路,无需给b极加偏置电压，高频信号由C7耦合经自偏压电阻R7加到b上放大，电路工作在C类状态。L2和C8组成选频电路，使其谐振在前一级的工作频率上，C9为输出电容，输出高频信号. 图2。24 功率放大电路及天线4 天线对于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2（为了在天线上产生驻波）。如果载波频率为80MHz，那么波长为：式中，c是电波的速度（光速）。所以天线的长度为1.9m.但是，这个电路中如果接1。9m的天线的话，会发射很强的电波,有可能超出电波法所规定的范围.所以把天线的长度限制在30cm的程度.2。3

23、实际电路综合以上分析，绘出实际电路原理图图2.3 设计原理图3 方案的分析与改进图2.4 改进后的原理图图2.3中，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,电阻R4可以提供一定的直流偏压,R4的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱。电阻越小话筒的灵敏度越高，话筒采集到的交流声音信号通过低频放大后耦合到VT2三极管的基极进行频率调制。三极管VT2采用9018和电容C4、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器，由三极管VT2 9018集电极的负载C5、L1组成一个谐振器,通过C4正反馈电容形成三点式谐振

24、振荡器原理，谐振频率就是调频话筒的发射频率，实际上是一个以谐振频率为基准的高频振荡器。通过调整图中元件L1的参数可以使发射频率可以在90MHZ左右,正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L1的数值(拉伸或者压缩线圈L1）可以方便地改变发射频率,避开调频电台.发射信号通过C7耦合到高频放大器，由高频放大器进行谐振放大后再通过天线上再发射出去(实际电路设计中我们在功放之前加了射极跟随器)。由于高频振荡器和高频放大器互相独立使得发射频率和发射功率都十分稳定。C7将频率调制好的载波信号传递到VT3进行高频放大,仔细调整L2的值（拉伸或者压缩线圈L2）可使输出功率最大!距离最远,整个工作电流最小。对比图

25、2.4可以发现，其一是去掉了用作缓冲级的设计跟随器部分，原因是图一中的缓冲器似乎没有起到相关的作用，在虽然在仿真过程中看到了效果,但实际并没有较好的改善；其二是在天线之前加装了第三个电感L3，与C12构成了串联回路，增进了天线发射效果；其三是在MIC旁用一个电位器替换了原有的偏置电阻，让其值大小可调。如图2。4,其中R1为话筒MIC的偏执电阻，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，用于稳定Q1的直流工作点，Q2,R7,R8,C4，C5，L1,C6,C7组成高频振荡电路，R7给Q2提供基极偏置电流，C5和L1形成振荡回路，通过改变其值可以改变发射频率,C4为反馈

26、电容，R8稳定Q2直流工作点，C7隔直通交,Q3，R9,R10,L2,C10，C11组成高频功率放大电路，R9给Q3提供基极电流，C10，L2放大调谐回路，和振荡回路C5、L1调谐在同一频点是获得最大输出功率，发射距离最远。4 电路仿真Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作.它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力.NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim中完整的器件库，可以快速创建

27、原理图，并利用工业标准SPICE仿真器仿真电路。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计 流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环.与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程,从而能够比较仿真数据及实际建模测量。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真。由于时间关系,仅对第一个方案进行仿真。图4.1 输入信号这里用函数信号发生器代替信

28、号源及麦克风.如图2.51,用函数发生器产生一个正弦信号加入到话筒输入端，看产生的波形。图4.2 信号经过低频放大器后的波形仿真结果如图4.2,由于某些原因，参数设置问题只能看到大概的有些频率变化，而不能看到很完美的波形。5小结与体会经过一周左右的时间，我们组终于完成这次无线话筒的课程设计任务。我们首先查阅了大量的书本资料，接着又上网搜集了许多有用信息，有时候为了找到一个合适的电路而苦恼，有时候又为取得一点成功而由衷的高兴。当最终的电路方案设计出来以后，我们请教了信息学院的几位学长,他们的一个小小指点就给我们很大启示和灵感，对我们的实验图提出了很多有价值的建议,在此对热心帮助我们的学长表示衷心

29、感谢。在此次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件的重要性，不像之前的数电课设，并没有多少工作在计算机里实现的，就仅仅画出了电路图之后用元器件在面包板上搭电路就行了.此次课设绝大多数工作都高度依赖计算机，从仿真到绘制原理图,再到参数调节,可以说每一步都很艰难,每一步都是我们一步一个脚印结结实实踩下去的。通过课程设计，我们增强了对通信电子技术的理解,学会查寻资料比较方案，学会通信电路的设计计算;进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决通信电子电路问题的实际本领,真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强了实践能力。6元器件清单元器件类型规格数量电阻10K4.7