最新简易调频无线话筒的设计与制作

1、天津大学网络教育学院1=1收集于网络，如冇侵权请联系符理员刪除专科毕业论文目：简易调频无线话筒的设计与制作完成期限：2016年1月8日至2016年4月20日学习中心：嘉兴专业名称：电气自动化技术学生姓名：兰启发学生学号：132092433053指导教师：刘斌调频无线话筒设计第1章绪论信息传输是人类社会生活的重要内容。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻 求快速远距离通信的手段。直到19世纪电磁学的理论与实践已有坚实的基础后，人们 开始寻求用电磁能量传送信息的方法。通信(Communication)作为电信(Telecommunication)是从19世纪30年度开始的。 面向21世纪的无线通信

2、，无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、 网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用的发展更是一日千里， 简易无线发射网络。正是这些电路的基础，设讣与调试发射电路能使我们快速步入电 子设计的大门。儿乎每个电子爱好者都有利用无线电的雄心壮志，不论遥控一架飞机或者与外界 通讯，都表达他们发射的期望讯号。这介绍的一部发射机，十分适用初学者，造价低 廉，输出功率不超过5-8mW,发射范围在房屋区可至300米左右，显示其灵墩度和清晰 度俱佳，电路设汁中最富挑战性的部份就是只需用3V电源和半波天线便有如此的发射 能力。另外，由于电路需要的零件十分之少，故可将之安放在一个火柴盒(

3、比国内一 般火柴盒大一些)里，作为窃听器，可谓神不知、鬼不觉，不过，并非限于这方面用 途上，可将之安置在婴孩房、闸门或走廊通道，监视实际情况，此外亦可当作为夜间 保安装置。电路之电流损耗少于5mA,用两枚干电池可连续工作80至100小时之间。电 路在正常工作下非常稳定，频率漂移极小，测试：工作8小时之后，仍不需再校接收机。 唯一影响输出频率是电池的状况，当电池老化时，频率有轻微改变。通过此设计，学 习有关FM发送，可了解其优越的地方，特别它产生无噪声的极高质讯号，即使利用低 功率发送，也很容易取得良好的范围。第2章设计方案2.1方案选择现有的无线耳机和无线话筒，其线路虽有差异，原理是一致的，都

4、离不开调制和 解调，但却是单独的各用一套调制和解调线路，造成了不必要的浪费，使用也不方便。本实用新型设计涉及无线通信技术，是一种将无线话筒与无线耳机合二为一的技 术。它包括发射部分与接收部分，其中发射部分山立体声信号预加重电路与调制发射 电路串联而成，接收部分山接收接收解调电路、立体声解码电路、立体声功放电路串 联而成，在调制发射电路上还串联话筒及话筒信号放大电路，在立体声解码电路与立 体声功放电路之间连接信号输出端，在立体声信号预加重电路及话筒信号放大电路预 调制发射电路之间串联互颖开关。本设计的忖的在于设计一种无线话筒与耳机合一器，以降低制作成本，方便使用。图2.1发射部分结构框图图2.2

5、接收部分框图2.2无线话筒准用的频段无线电波可以在空间自山传播，不受用途和地域限制，因此造成各种无线电设备 的频率交义重叠。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。无线话筒使用的频段有：2.2. 1 VHF甚高频波段VHF频段的频率范围为30HHz300MHz,波长为10mlm,通常称为“米波”,广 泛用于调频广播、电视频道、民用对讲机和传呼机。频道占用极为拥挤，工业干扰源 多。分配给无线话筒V H F频段的频率范圉为1 6 9MHz230MHz,共占有61MHz的 可用频

6、带。与电视612频道占用的频率范圉相同。在61MHz可用频带内，无线话筒 又把它分成三个波段，V H F （A ）为1 6 9 M H z1 8 5 M H z ； V H F （B ） 为 18 5MHz 2 0 0 M H z ； V H F （C ）为200MHz230HHz。2. 2. 2UHF超高频波段UHF频段的频率范围为300MHz3000MHz,波长为lm0. Im,通常称为“分米波”, 主要用于电视频道、移动电话、微波通信和军用雷达等。分配给无线话筒的频率范圉 为6 9 0 MHz960MHz,占有270MHz的可用频率范围，是VHF频段的4. 5倍，因此 可设置更多的无线话

7、筒通道，并且干扰源少。在UHF频段中，无线话筒还分配到另一 个更高的民用通信频段，即2300MHz2400MHz,简称2. 4G波段。此频段的干扰源最 少，但设备的生产成本高。2.3各频段无线电波的传播特性自山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（即阻止电磁波传播的能力越强）。UHF频段的发射一 接收之间主要靠直达波传播，难以绕过金属障碍物传播°VHF频段除直达波传播外, 还可利用一部分折射和绕射电磁波。因此在同样的发射功率和传播条件下，VHF传播 距

8、离比CHF更远一些。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）。显 然，UHF频段的反射比VHF频段的反射更多、更强。电磁波对金属网格（或金属孔板）的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

9、吸收作用，电磁波的频率越高，非金属 物体对它的吸收越大，电磁波的传播衰减也越大。第3章电路设计3.1发射部分电路设计如图所示，立体声信号预加重电路由Wl、W2、Rl、R2C1-10构成，话筒信号放大电 路由T1、R3-5、C11、C12构成，FM调制预FM发射电路由IC1 （BA1404 ）、T2、R7-11、C15-25、 L1-2构成，R6起限流作用，C13-14起滤波作用，LED用于显示。三极管选用JE9018硅NPN型小功率晶体管，为B>60的高频管，耗散功率为400mw, 因其在AM/FM的中频放大器和FM/UHF调频器的振荡器中作放大和振荡用。经对其电气特 性进行测试，其主要

10、特点是：特征频率高，能达到fT=UOOMHz （典型值），而且对电 源频率变化和环境温度变化具有稳定的振荡和很小的频率偏移，工作温度范围在一 55+ 150° Co它的这些特点使其能很好的应用于调频无线设备的设计中。高频信号很容易由于幅射而产生干扰，导致振铃、反射、串扰等；而电路对此乂 特别敬感，因此在PCB板设计时，必须加以重视。为此电源设计时，应尽量减少板上的 通孔（包括插件元件的引脚、过孔等）；多增加一些地线；隔离敬感元件；在信号线边 上可放置电源线，以最小化信号环路面积，减少环路数量。传输互布线应尽量满足以 下规则：避免传输线阻抗不连续（阻抗不连续点是传输先突变点，如直拐角、

11、过孔等， 它将产生信号的反射。为此，布线时应避免走线的直拐角，可釆用45°角或弧线走线, 尽可能地少用孔）。其次，要减少串扰。串扰是信号间产生的耦合，分容性串扰和感性串扰两种，通常感性串扰远大于容 性吊扰。宙扰可通过一些简单的办法抑制：山于容性串扰和感性串扰的大小随负载 阻抗的增大而增大，所以应对串扰引起的干扰敬感信号进行适当的端接。增大信号 线间的距离，以减小容性审扰。为减小容性串扰，可在相邻信号线间插入1根地线: 但须注意，此地线每1/4波长要接入线层。对感性串扰，应尽量减小环路面积，如允 许，应消除次环路。避免信号共用回路。最后，随着电路速度的提高，电磁干扰越 发严重，还须减小

12、电磁干扰。d图3.1发射部分电路图减小电磁干扰的途径通常有：屏蔽、滤波、消除电流环路和尽量降低器件速度。 滤波通常有三种选择：去耦电容、电磁干扰滤波器、磁性元件。最常见的是去耦电容, 去耦电容用于电源线路滤波。通常在电源接入电路板处放置一个1 UF10UF的去耦电 容，以滤除低频噪声；在板上每个源器件的电源引脚处放置O.O1UF0. 1 nF的去耦电 容，以滤除高频噪声。对去耦电容，要注意其放置位置。3.2接收部分电路设汁FM接收电路,FM解调电路I1IIC2 (TDA7008T)、R12-13、C26-37、C49-50、D1、 L4、K3-4构成,立体声解码电路由IC3 (TDA7040T

13、)、R14-17、W3、C42-44构成，立体 声功放电路由IC4 (TDA7050T). W4、W5、C45-48、R18-19构成、C40-41 起滤波作用。当KI、K2打开在PHONE位置时，kl的A与B连，A'与B'连，E与F连，E'与F' 连，K2的A与C连，A'与C'连，整个电路完成无线耳机的功能在发射端，IC1(BA14O4) 是双声道无线发射ICo III音响设备输出立体声音频信号HlPl输入，经双联电位器W1、 W2控制其大小,经过由Rl、R2、Cl、C2组成的预加重网络处理后,I1IC7-8耦合输入IC1 的1、18脚，C3-

14、6、C9-10兼有滤除高频的作用，IC1的5、6脚所接的C21和8KHZ晶振与 IC1内部共同组成振荡频率稳定的倒频信号发生器，该38KHZ振荡信号一路经IC1内部分 频器产生19KHZ导频信号，另一路用于对立体音频信号进行编码，编码信号由14脚输出， 与13脚输出的导频信号一起构成立体声复合信号，R9-10. C15-16起耦合作用，该复合 信号送入12脚，并对高频振荡信号进行调频，调制后的射频信号经内部放大后山7脚输 出，T2、Rll、C25、L2组成射频功放，对调频信号进一步放大，最后曲天线发射出去。 C18、L1决定了调频波的载波频率。收集于网络，如冇侵权请联系符理员刪除Zdqo dP

15、o co9V皂图3.2接收部分电路原理图在接收端，IC2 (TDA7088T)是由电调频FM接收IC, IC3 (TDA7041 )是立体声 解码IC, IC4 (TA7050T)是立体声功放IC,从天线接收导FM信号经过C26、C28-29、C50、 L3、R12组成的调频网络输入IC2的11、12脚，与其内部的本振信号混频后产生73KHZ 的中频信号，DI、C49、L4决定了本振频率的大小，16脚通过R13为变容二极管D1提供 电压，K4为频位复位键，FM中频信号经过IC2内部的滤波器和中频放大器后，山正交解 调器进行解调，6-10脚所接电容是中频滤波器的外接电容，13脚外接的K3为自动搜

16、索 键，2脚输出解调后的音频信号，经过R15、C38、C39耦合导IC3的8脚，IC3将立体声复 合信号中的（L+R）和（L-R）分量转换成左、右通道音频信号，R17、W3控制IC内部的 振荡器与立体声信号中的倒频载波信号同步，IC3的5、6脚输岀左、右声道音频信号, 经双联电位器W4、W5调节音量后，送到IC4（TDA7050T）进行放大，6、7脚输出经P3驱动 立体声耳机。当开关KI、K2打开MIC位置时，K1的B与C连，B'与C'连，F与G连，F'与G' 连，K2的B与C连，B'与C'连，话筒信号放大部分得电，IC4功率放大部分失电，整个

17、电路完成无线话筒功能，话筒信号经过Tl、R3、R4、R5、C11进行一级放大后曲C12耦 合导IC1的1、18脚，IC1的调制、IC2的调解、IC3的解码与无耳机的情况完全相同。IC3 的5、6脚输出完全相同的两路话音信号，取其中一路通过P2输入导音响设备的话筒输 入端，W4可以调节此信号大小。当开关KI、K2打开在OFF位置时，K1的C与D连，C'与D' 连，G与H连，G'与H'连，K2的C与D连，C'与D'连，发射、接收部分失电，整个电 路不工作。第4章电路调整与改进为了使整个设计的抗干扰性能进一步加强，对发射电路的放大部分和发射部分进 行了

18、改进。4. 1信号放大电路的改进方案信号放大电路采用二极管稳压技术，在原基础上增加了两个电阻、一个电容和两 个二极管，能使电路更稳定的工作。tjVcc话筒MIC釆用的是驻极体小话筒，灵敬度非常高，可以采集微弱的声音，同时这种 话筒工作时必须要有直流的偏压才能工作，电阻R3可以提供一定的直流偏压，R3的阻 值越大，话筒釆集声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极，电路中D1和D2 两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V,如果 信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在 正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制

19、，产生声音失真基其至无法正常工 作。4. 2发射部分电路的改进方案4. 2. 1方案一：电容三点式电容三点式振荡器也称为考毕兹振荡器.该种振荡器由电感和两个电容构成振荡回路，由其中的一个电容提供反馈振荡频率为：扎代1 :V 6 + 6电路图:图4.2电容三点振荡电路这种电路的优点是输出波形好、振荡频率可达1 0 0兆赫以上。缺点是调节频率 时需同时调CCl、CC2不方便。适宜于作固定的振荡器。该电路较容易制作，电容三点式电路振荡频率可达到上100MHZ,所以可以用来制 作成无线电发射电路，用来制作无线话筒，对讲机等.用9018管做过无线话筒，用普通收音机可在20M左右收听到清晰的信号，也可使用

20、 8050管，发射距离可达1KM以上.4. 2. 2方案二：电感三点式电感三点式振荡电路，乂称哈特莱振荡电路。下图中Z1、£2、C组成谐振回路显2 兼作反馈网络，通过耦合电容6将£2上反馈电压送到三极管的基极。收集于网络，如冇侵权请联系符理员刪除山交流通路看出，谐振回路有三个端点与三极管的三个电极相连，而且与发射极相 接的是口、Z2,与基极相接的是£2、C即满足射同基反"的原则。因此电路必然满足 相位平衡条件。图4.4谐振回路图4.5负反馈当回路的0值较高时，该电路的振荡频率基本上等于回路的谐振频率，即f _1-°2兀 JQ + Z2 + 2M

21、C1z式中Z二L1+L2+2蛆为回路总电感。该电路的特点与变压器反馈式振荡电路极为相似。须指出：它的输出波 形较差，这是山于反馈电压取自电感的两端，而电感对高次谐波的阻抗较大，不能将它 短路，从而使旌中含有较多的谐波分量，因此，输出波形中也就含有较多的高次谐波。用集成运放构成的电感三点式振荡电路如图Z0807所示，不难证明其振 荡频率为：f =:°2托J（厶1 +丄2）04. 2. 3方案三：晶振产生（1）有两个谐振频率A. L-C-R支路串联谐振;B.当f>fs时,L-C-R支路呈感性,与 C。产生并联谐振，可构成两种不同类型的频率高度稳定的正弦波振荡电路。（2）价格相比起来

22、较贵影响儿C振荡电路振荡频率的因素主要是LC并联谐振回路的Q值，可以证明，Q 值愈大，频率稳定度愈高。曲电路理论知道：为了提高Q值，应尽量减小回路的损耗电 阻R并加大L/C值。但一般的LC振荡电路，其Q值只可达数白，在要求频率稳定度高的场 合，往往采用石英晶体振荡电路。图4.6晶振电路最终我选择了电谷二吕以，以必庐电路图如下:>I?MA第5章PCB印刷电路板的实现新建一个匚程文件（.ddb）,在Documents中点鼠标右键新建一个Schematic Document,单击OK就建立一个原理图文件，这时我们就可以加载必要的Library来进 行我们的电路设汁了。选择右边的Browse里的

23、Libraries,再选择Add/Remove来添 加或删除特定库。收樂T网络.如冇侵权请联系符理员刑除这里我们需要的库是Sim. ddb与Miscellaneous Devices, ddb,加载库完成后我们 就可以开始摆放元件，连接好电路。这时有个小技巧，我们可以使用Protel自带的工 具对元件进行编号处理，选择Tools里的Annotate选项，会出现一个对话框点0K就可以 对元件自动进行编号，我们同时可以将各元件的大小进行设置，使我们对电路的分布 -UT然。这时我们的原理电路基本设计完成。接下来我们需要做的是将其各分立元 件进行封装，然后进行PCB印刷电路板的设计。进行PCB设计当然

24、也可以直接在PCB设计中进行各元件的封装，然后进行手动布线， 但过程已过于繁琐。我们这里使用原理图生成网络节点，然后在PCB中使用这些配置自 动生成我们所需要的封装和布线。加载完必要的PCB库文件后就可以使用Design中的Load Nets将节点文件载入后我 们就可以进行元件的拖放工作，当然如果系统提示部分网络节点出错则须重新检查原 理电路图，重新生成网络表。PCB元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该 特别注意的地方。如走线高频数字电路走线细一些、短一些好，但是太小乂不利于进 行焊烧，应尽量加大绝缘间距。大面积敷铜要用网格状的，以防止波焊时板子产生气 泡和因为

25、热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑GND的流向，大小，不能简单 的用铜箔填充了事，而是需要去走线。元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率 电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散 发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。有时候会因为 误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检查与核对是很有必要 的。所以画完以后切不可急于进行制版，应该先做核对，后再进行后续工作。如下图 是完成后的PCB板，但是曲于我未认真做检查，导致了J3开关的封装错误，只能焊上插 针使用跳线来连接J3两端。设计完成后，可用3D进行整体浏览，这时可以对

26、元件封装进行重新检查。我们将R1偏置电阻的阻值减小使其对接收灵敬度提高，经测试，达到15.20m的声 音信号仍能正常接收（温度：20.0）,而且这是在有很多电磁干扰的环境下进行的测试, 测试效果良好。天线输出距离选频回路较远，由于板子已经焊好，我们使用面包板进行测试，发 现天线距离选频回路越近时，收音机的接收效果越好。经测试还发现，将电源等有源元件与其他元件分开距离较大摆放时，接受的效果 较好，频率较稳定，抗干扰能力提高近20%,频率抖动不大。为此我们选择了将天线与 电源分在两边摆放。当然该电路仍存在很多问题，发射功率不高，抗干扰效果不甚理想。为使输出更 加稳定，我们釆用一级放大电路进行振荡，

27、一级进行调制各分立元件大小暂为列清。调试时按如下步骤进行：1. 检查焊接好的电路板，确保装接无误后.先测量一下正负电源之间的静态电阻 有无短路或开路现象。2. 测总电流。3. 测载频。用超高频毫伏表测量T1的b极与地之间应有儿伏特的高频电压，用数 字频率计观测频率。4. 调制电压测量。如无仪器也可按上述步骤，使用收音机进行测试，边测边反复调整C5等电容与电 感，直到接收距离较远，声音失真最小为止。第6章设计心得每一个电子设计爱好者都有电子制作的经历，从开始时的不断失败到逐渐得心应 手，到最后的电子设计工程师，其中的滋味是那些圈外人所无法领会的。其实有很多 朋友很想进入电子制作的大门，但是苦于找

28、不到入门的方法而只能在 电子技术的门外 徘徊”，实践后才能明白其个中滋味。通过这次实践，通过组装、调试制作套件使我们 快速步入电子设计的大门。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁， 马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，在电脑上调试考验了我们的操作水平， 而焊功更考验了我们的动手能力。焊盘很小，打孔必须打到正中心，否则焊时会造成 虚焊其至可能造成焊盘铜片脱落的后果。焊功不好还有可能影响整个电路的稳定性， 可能造成中心频率不稳定，部分技术指标难以达标。这次开发这个硬件项目，基于学校给的部分资料进行，应学校的要求而实现具体 功能，提高系统某方面能力的需要。但作为一个硬件系统的设计者

29、，未来的电子工程 师，要主动的去了解各个方面的需求，并且综合起来，提出最合适的硬件解决方案。 高级方案未完成的原因也是我们平时对高频电子线路与电子技术基础的掌握不够问 题，平时的认真学习加上最后的亲身实践才能最终带领我们走向电子设计的高峰。结论在写本论文过程中，我学到了许多新的知识。还从导师那里获得了很多宝贵的经 验。但是山于自己本身专业知识不扎实，论文在分析成本管理中还存在许多不足之处。 请指导老师多多指教。踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。点击运行，也基 本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但山于能力和时间 的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，

30、譬如功能不全、外观粗糙、底层代码的不 合理数不胜数。可是，我乂会有点自恋式地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最 终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍此机会感谢四年以来 给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一 部分。我的毕业指导老师刘斌老师，他以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给 我不厌其烦的指导。在此，特向他道声谢谢。大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学四年， 但它给我的影响却不能用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有人，都将 是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗 位了，这是我人生历程的乂一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一 路走好，未来总会是绚烂缤纷。最后，承我诸位恩师的指点，在今后离开校园的日子里，我保证努力学习，积极 探索，向我人生的最高峰奋斗！致谢本学位论文是在刘