调频无线话筒设计

武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第1页1调频无线话筒简介1.1调频无线话筒基本介绍无线话筒称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器，通过声波作用到电声元件上产生电压，再转为电能。用于各种扩音设备中。调频无线话筒是一种可以将声音或者歌声转换成88～108MHz的无线电波发射出去，距离可以达到30～50m，用普通调频收音机或者带收音机功能的手机就可以接收。将声音调制到高频载波上，可以用调幅的方法，也可以用调频的方法。与调幅相比，调频具有保真度好，抗干扰性强的优点，缺点是占用的频带比较宽。调频的方式一般用于超短波波段。1.2调频无线话筒基本原理调频无线话筒的原理框图如图1.2.1所示，图1.2.1原理框图声音信号经过驻极体话筒BM转换为电信号，电信号之后再进行高频振荡，然后将高频振荡信号进行频率调制，调制后经电容耦合至天线发射辐射出去，在几米外用一收音机，即可收到声音信号。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第2页2各级电路分析计算根据调频无线话筒的原理框图设计出电路图如图2.1所示，其两个重要组成部分--音频接收放大电路跟高频振荡调制电路将在下面进行分析。图2.1电路图2.1音频接收放大电路如图2.1所示，图中主要为左半部分，由驻极体话筒BM、负载电阻R1和耦合电容C1等组成，其功能是拾取声音转换为电信号并进行音频放大。驻极体话筒内部结构如图2.1.1所示，内部有一个场效应管作信号放大，能将在接收电容两端的电压放大，变化因此拾音灵敏度较高，输出音频信号较大。图2.1.1驻极体结构图武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第3页声音信号引起的驻极体话筒内部场效应管漏极电流的变化，通过负载电阻R1得到相应的电压信号，经耦合电容C1输出至高频振荡电路。2.2高频振荡调制电路如图2.2所示，图中主要为右半部分，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。将LC并联谐振回路取出，等效如图2.2.1所示，对其进行谐振条件的分析。并联振荡回路两端间的阻抗（见图2.2.1）为：在高Q情况下，通常都满足ωL》R的条件。因此：设外加电流源的电流为I,则并联回路电压为：并联振荡回路的导纳Y=G+JB=1/Z,由上式得：图2.2.1并联谐振回路武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第4页因此并联振荡回路的幅值为：由上式可见，当回路电纳B=0时，V=VO=LI/(CR)，回路电压VO与回路电流IS相同，此时并联谐振回路与外加信号源频率发生并联谐振。由的并联谐振条件可以推导出并联回路谐振角频率ωp和谐振频率fp分别为课设要求振荡频率在90MHz左右，又已知可定电容C=10pf，代入上面公式可求得因此，可变电感的选择应该是最大值为1μH的电感。此外，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的大小即可改变发射频率。10PPBCL12PfLC1pLC2222110.31344(90)10LHfCMHzpf武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第5页3仿真模拟3.1Multisim简介电路仿真软件有很多种，我也试用过不少仿真软件，如EWB,matlab等等，但是觉得最好用的还是Multisim，所以本次课设我们选择用Multisim进行仿真，下面简单介绍一下该软件。Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)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。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。Multisim10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Multisim10，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。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NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。Multisim10的特点●通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为●借助高级电路分析,理解基本设计特征●通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试●通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短上市时间3.2仿真电路图因为本课设内容是一个无线调频话筒，需要接收语音信号才能得出最终结果，所以在仿真阶段，不能对电路全部内容进行仿真，只能对其振荡部分进行软件仿真。根据图2.1所示的电路图，在Multisim10中搭建出仿真电路图，如图3.2.1所示。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第6页图3.2.1仿真电路图仿真时，在输出端除去天线，接上双踪迹示波器，并且在注意记下可变电阻及电感的值。3.3仿真调试在Multisim10中，打开已经建好的如图3.2.1所示的电路开关，点击示波器的“自动测试”按钮，观察示波器输入波形，出现如图3.3.1所示的波形，观察此周期信号，发现其为正弦失真信号。图3.3.1仿真波形1要想得到较为规则的正弦振荡信号，则需要对电路参数进行调试。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第7页依次缓慢调节与电阻R1，R2串联的可变电阻Rp，使放大器工作在丙类状态，然后调节可变电阻L1的值，发现示波器显示的波形也在发生变化，当示波器所示波形达到较为稳定的正弦波时，停止调节，调整示波器上相应按钮，使示波器上显示出正弦振荡信号的振荡频率，如图3.3.2所示。图3.3.2仿真波形2观察图3.3.2所示的仿真波形2，可以知道其正弦振荡信号振荡频率为85.3MHz，由此频率可以推得，在实物调试的时候，应将收音机的接受频率调节在86MHz左右，才能最简最快的收到调制信号。记下此时的可变电阻R1值在2KΩ，R2的值在1KΩ，可变电感在0.3μH左右。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第8页4实物焊接4.1元件清单元件清单如表4.1.1所示。表4.1.1元件清单表元件名型号数量电阻1K，1.2K各1个可变电阻5K2个电容10pF，10μF，20pF各1个可控开关1个三极管90182个可变电感1μH1个驻极体话筒1个万用板1块天线1根干电池1.5V2节锡条，漆包线若干4.2电路安装安装之前，先检查各个元件是否有损坏，用万用表测量各个电阻、电容值是否正确。检查完元件然后根据参考排线图焊接各个元件。焊接前先根据电路图2.1进行布线的布局分布，布线、元件排列应该尽量整齐，接线要合理，导线不能跨界，应该使连线尽量短而直，否则可能产生自激。要保证焊接质量，避免出现虚焊等情况。按图2.1所示的电路图将除驻极体话筒外的各元器件焊入电路板铜箔面的相应位置。安装焊接时，应注意控制元器件的高度，晶体管引脚可剪短，阻容元件采用卧式安装，元器件在电路板上的安装高度不应超过10mm。驻极体的安装：驻极体话筒如图4.2.1（a）所示，上面有防尘网的一面是受话面。话武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第9页筒底部有两个接点：与金属外壳相连的是负接点，使用中应接地或接电源；四周悬空的是正接点，接信号端。制作时，用两截直径1.5mm、长10mm左右的粗铜丝，焊牢在话筒底部的两个接点上(见图4.2.2(b))，既是引线，又作支架。然后将其焊入电路板左端相应位置，话筒的受话面应指向左端，井与电路板平面平行，如图4.2.1(c)左侧所示。图4.2.1驻极体安装示意图安装天线：本机采用一截40～50cm长的软导线作为天线，将软导线的一端焊入电路板右端相应位置，并在靠近电路板处打一个结(电路板装入机壳后可防止天线被拉脱)，另一端悬空，如图4.2.1（c）右侧所示。根据上述安装过程，焊接完成，得出焊接实物图如图4.2.2所示。焊接好后仔细检查，看电路是否焊接无误，接线是否正确。可用万用表测试各个连接位置，看是否有因为虚焊或漏焊而出现断路的情况。为后面调试方便，可用导线在各级信号输出输入端接入信号测试端口。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第10页图4.2.2实物焊接图武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第11页5实物调试5.1起振调试调试时，如图5.1所示，将万用表置“直流10V”挡，去测量电阻R2上的压降，这时，如用一短路线将振荡线圈L短路，万用表表针应有明显摆动，说明电路已起振。如电路不起振．应检查：电路板有无虚焊，两晶体管放大倍数是否一致，C2等元件是否完好等等，必要时可适当调节R2的图5.1.1调试图1阻值太小使电路起振。5.2频率调试如图5.2.1所示，用一调频收音机接收无线话筒的信号，通过调节振荡线圈L的大小，使发射频率落为90MHz，如欲提高发射频率，应减小L的值；如欲降低发射频率，应增大L的值。应注意使调频收音机能在无广播电台处接收到无线话筒的信号．这样可避开广播电台的干扰。图5.2.1调试图25.3话筒调试边对着无线话筒讲话．边适当调节R1的阻值．使调频收音机接收到的声音清晰度最好。当收音机能够接收到较为清晰的声音信号时，调试工作完成，实物调试成功，也宣告了本次课程设计的成功。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第12页6设计小结通过本次高频电路课程设计实验，我对调频无线话筒的原理和功能有了一定的了解。增强了自己的动手能力，进一步掌握了如何焊接电路、安排器件和布置电路的走线，增强理论联系实际的能力，完成了电路的安装与调试，加深了对课本内容的理解与掌握。本次课程设计历时一周，查找资料，电路的准备用了几天时间，电路的安装与检查用了一天的时间，电路的调试用了半天时间。我们最后完成了本次课程设计，调试结果符合要求。总的来说，这次课程设计收获颇多。虽然过程有点繁琐，但是，我们最终还是完成了实验要求的内容！最繁琐的是在寝室调试电路，那天焊接完电路已经是晚上了，焊完比较激动，当时就决定调试电路，看能不能收到信号。我们在话筒处放置了手机，让手机喇叭对着我们刚做完的调频无线话筒，不间断的播放音乐找来两个收音机同时收听，将收音机调频到90MHz，开始只听到“兹兹”杂音，一点信号都没，然后开始调试电路，检测R1，R2的电流，确保放大器工作在丙类。然后再调试振荡频率，调节可变电感L的大小，缓慢调节，终于能够在收音机上收到微弱信号，外放时不是很明显，于是我们又带着耳机收听，接着调试终于好转，能够听到较为清晰的音乐了。但是还是有少许信号干扰，分析原因，应该是晚上广播台发射信号比较多，干扰大，果然，我们在将收音机频率微调时，就收到其他广播台的信号，于是决定第二天白天接着调试。第二天果然有明显好转，宣布接收成功，在检测其他要求项目，基本符合课设要求。这次实验虽然有点辛苦，而且夹在考试周里面，所以时间上也有点紧，但是最后面还是完成了课设，很有成就感！武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书第13页参考文献[1]刘泉.通信电子线路（第2版）.武汉：武汉理工大学出版社,2005.01[2]康华光.电子技术基础（第4版）.北京:高等教育出版社.2000.6.[3]李瀚荪.电路分析基础（第3版）.北京:高等教育出版社.1992.5.[4]张肃文.高频电子线路（第3版）.北京:高等教育出版社,1993.4.[5]李银花.电子线路设计指导（第1版）.北京：航空航天大学出版社.2005.6.