單工無(wú)線發(fā)射接收系統(tǒng)的制作

精品文檔單工無(wú)線發(fā)射接收系統(tǒng)的制作 1 總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)要求為：設(shè)計(jì)一個(gè)單工無(wú)線發(fā)射接收系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)無(wú)線發(fā)射機(jī)至接收機(jī)間的單工語(yǔ)音傳輸業(yè)務(wù)。具體設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)發(fā)射頻率在32MHz左右，無(wú)線發(fā)射機(jī)傳送信號(hào)的輸入采用線路輸入方式，采用分立元件構(gòu)成音頻無(wú)線發(fā)射電路。 設(shè)計(jì)一個(gè)與發(fā)射機(jī)相對(duì)應(yīng)的頻率的無(wú)線接收機(jī)，接收機(jī)采用第三代立體聲接收機(jī)要求采用立體聲播放，音質(zhì)好。放收音機(jī)電路CXA1238組成的單片收音機(jī)，用揚(yáng)聲器收聽語(yǔ)音信號(hào)。 傳送信號(hào)為正弦波，在300Hz3400Hz時(shí)，系統(tǒng)發(fā)射功率20mW左右。 要求無(wú)線收發(fā)室內(nèi)通信距離不小于5米。 要求無(wú)線天線采用拉桿天線或?qū)Ь€，長(zhǎng)度小于等于1米。 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)明顯失真的語(yǔ)音傳輸。2 方案論證與比較2.1 音頻無(wú)線發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案論證與選擇方案1：采用集成芯片MC2833及相關(guān)電路構(gòu)成。它可構(gòu)成發(fā)射高頻率信號(hào)的功率放大器。電路主要由音頻放大器、可變電抗器、射頻振蕩器、輸出緩沖器以及放大電路構(gòu)成。本方案調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作原理：先將語(yǔ)音通過(guò)話筒變成音頻電壓信號(hào)送給音頻放大器進(jìn)行音頻電壓放大，此音頻電壓信號(hào)經(jīng)耦合電容送給可變電抗改變電抗值，而由可變電抗以及電感、晶體與高頻振蕩器組成調(diào)頻振蕩電路，產(chǎn)生調(diào)頻波經(jīng)緩沖送給兩級(jí)二倍頻放大器。電路基本框圖如圖1所示。但由于該方案涉及到的諧振回路較多，不易統(tǒng)調(diào)，因而頻率不易控制，導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定，容易跑臺(tái)，實(shí)現(xiàn)較為困難。圖1 MC2833電路基本框圖方案2：采用集成芯片BA1404及相關(guān)電路構(gòu)成。它主要由前置音頻放大器，立體聲調(diào)制器，F(xiàn)M調(diào)制器及射頻放大器組成。利用內(nèi)部參考電壓改變變?nèi)荻O管的電容值，可實(shí)現(xiàn)發(fā)射頻率的調(diào)整，電路框圖如圖2所示。本方案可實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻發(fā)射，典型調(diào)頻頻段為75-108MHz，不足是振蕩頻率不易調(diào)整，尤其是低端頻率實(shí)現(xiàn)困難，難以實(shí)現(xiàn)要求頻段的調(diào)整。右聲道輸入左聲道輸入調(diào)頻電路放大電路射頻輸出圖2 BA1404電路基本框圖方案3：采用分立元件構(gòu)成音頻無(wú)線發(fā)射電路。圖3所示為分立元件調(diào)頻電路框圖。利用三極管構(gòu)成高頻振蕩器，調(diào)節(jié)相應(yīng)的電感和電容的大小，可產(chǎn)生穩(wěn)定的中心頻率，在音頻信號(hào)的作用下，可產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)頻波，再經(jīng)過(guò)緩沖放大和末級(jí)功率放大，得到需要的調(diào)頻信號(hào)。相對(duì)前兩種方案，本方案不僅電路簡(jiǎn)單，而且調(diào)試控制非常靈活，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的要求。圖3 分立元件調(diào)頻電路框圖綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇方案3，即利用分立元件構(gòu)成音頻無(wú)線發(fā)射電路。2.2 音頻無(wú)線接收電路設(shè)計(jì)方案論證與比較方案1：采用芯片MC3362 。該芯片是美國(guó)MOTOROLA公司生產(chǎn)的單片窄帶調(diào)頻接收電路，主要應(yīng)用于語(yǔ)音通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線接收機(jī)。調(diào)頻接收電路框圖如圖4所示。MC3362片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、場(chǎng)強(qiáng)指示驅(qū)動(dòng)及載頻檢波電路等電路。具有低供電電壓、低功耗、靈敏度高等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于語(yǔ)音和數(shù)字通訊的接收設(shè)備。但是該電路較多用于調(diào)頻廣播接收，在要求的頻段內(nèi)進(jìn)行調(diào)試相對(duì)困難。高放FAF本振1中放1中放2本振2鑒頻低放圖4 MC3362調(diào)頻接收電路框圖方案2：采用集成芯片CXA1019S。該芯片內(nèi)部電路包括了AM/FM收音機(jī)從天線輸入經(jīng)調(diào)頻高放、本振、混頻在由中放、檢波、直至調(diào)頻功放的整個(gè)環(huán)節(jié)。調(diào)頻接收電路，將調(diào)幅輸入端IC對(duì)變頻信號(hào)公共端短路，拉桿天線經(jīng)耦合電容到帶通濾波器，該濾波器的作用是抑制調(diào)頻波段以外的信號(hào)的干擾。CXA1019S雖然把調(diào)頻頭電路集成進(jìn)去，提高了集成度，但是相對(duì)CXA1238S增益較低，因而接收靈敏度較低。調(diào)頻接收電路框圖如圖5所示。高放FAF中放本振鑒頻低放圖5 CXA1019S調(diào)頻接收電路框圖方案3：采用集成芯片CXA1238S。在片內(nèi)集成了混頻、中放、鑒頻及立體聲解碼等功能，該芯片內(nèi)部包含F(xiàn)M前置放大、立體聲解調(diào)放大、FM中頻放大及鑒頻等環(huán)節(jié)，尤其是芯片內(nèi)采用了鎖相技術(shù)，由于芯片高度的集成化，因而接收機(jī)電路外圍元件極少、中心穩(wěn)定，調(diào)諧簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)、電路穩(wěn)定，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇方案3，即采用CXA1238S構(gòu)成的FM解調(diào)電路。3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 音頻無(wú)線發(fā)射電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的聲音調(diào)頻發(fā)射部分采用常用分立元件構(gòu)成電路。如圖6所示。射頻電路由高頻振蕩器、緩沖放大器、末級(jí)功率放大器及天線組成。高頻振蕩器用來(lái)產(chǎn)生載頻信號(hào)，頻點(diǎn)落在32MHz內(nèi)，通過(guò)改變電感量即可改變發(fā)射頻率。在音頻信號(hào)的作用下，通過(guò)改變晶體管極間電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)頻波，射頻信號(hào)由三極管Q1的發(fā)射極輸出，送到三極管Q2、電感L2、電容C8、電阻R5等組成的緩沖放大器進(jìn)行功率提升，并可減輕末級(jí)放大電路對(duì)振蕩器的影響。末級(jí)為高頻丙類窄帶放大，通過(guò)后級(jí)功率放大器對(duì)功率再進(jìn)一步放大，經(jīng)電容C13耦合到發(fā)射天線向周圍空間輻射。調(diào)頻電路是通過(guò)改變晶體管極間電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的，由于任何PN結(jié)在加反向電壓時(shí)，反向電壓的變化將會(huì)引起結(jié)電容的變化，即所謂變?nèi)菪?yīng)。在晶體三極管電路中，集電結(jié)就是一個(gè)加有反向電壓的PN結(jié)。利用集電結(jié)的變?nèi)菪?yīng)也可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。圖6中，三極管Q1、電感L1、電容C3、C5、C7和Cbc構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩電路，其工作原理如下：對(duì)高頻而言，Q1基極是接地的，所以是共基極電路。集電極-基極間的PN結(jié)處于反向偏壓狀態(tài)，結(jié)電容Cbc相當(dāng)于并聯(lián)L1 C3諧振回路兩端，能影響振蕩頻率。調(diào)制電壓加于Q1基極，以改變Q1的基極電位，使集電極與基極間的反向偏壓發(fā)生了變化，從而使極間電容Cbc跟隨調(diào)制電壓而變，這就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。此電路的中心頻率可通過(guò)回路可變電容C3來(lái)進(jìn)行調(diào)整，工作在32MHz。圖6 調(diào)頻無(wú)線發(fā)射電路圖取中心頻率為32MHz，經(jīng)查三極管9018的靜態(tài)結(jié)電容Cbc為2pF，取C3、C5、C7的值分別為：3.3pF、10pF、39pF,根據(jù)以下頻率的計(jì)算公式計(jì)算電感值。電路的中心頻率計(jì)算公式如下： （4.8）式中， （4.9）得： （4.10）在實(shí)際調(diào)試中，電感L1和電容C3需要微調(diào)以滿足中心頻率的要求。3.2 音頻無(wú)線接收電路的設(shè)計(jì)圖7 音頻無(wú)線接收電路電路設(shè)計(jì)如圖7所示，工作原理如下：天線接收到的FM信號(hào)。經(jīng)過(guò)3040MHz帶通濾波器（BPF），加到IC的18腳，送至內(nèi)部FM前置放大電路，經(jīng)高放、混頻后解調(diào)出10.7MHz的中頻信號(hào)，并由16腳輸出。20腳外接FM高放調(diào)諧回路，22腳為FM本振調(diào)諧回路。FM中頻信號(hào)經(jīng)10.7MHz陶瓷濾波器B2，饋入13腳FM中放和鑒頻電路。26腳外接FM陶瓷鑒頻器B3，它的中心頻率為10.7MHz，這樣可以省去鑒頻S曲線的調(diào)整，但其色標(biāo)（表示頻率偏差）必須與B2一致。15腳外接波段選擇開關(guān)，通過(guò)IC內(nèi)部FM/AM直流電路的作用，來(lái)選擇工作狀態(tài)。當(dāng)S1斷開時(shí)為FM波段，S1接地時(shí)為AM波段。12腳為調(diào)諧指示驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，使得接收信號(hào)最大時(shí)，外接發(fā)光二極管LED1指示最亮。經(jīng)檢波后的立體聲復(fù)合信號(hào)（或單聲道信號(hào)），由IC內(nèi)直流放大器放大、濾波后變換成AGC/AFC控制電壓，由10腳輸出，通過(guò)R1反饋至23腳，用于控制內(nèi)接變?nèi)莨艿牡刃щ娙?，以達(dá)到修正本振頻率的作用。改變外接電容C7的容量，可以調(diào)整AFC的引入范圍。立體聲復(fù)合信號(hào)經(jīng)放大后，分別送至立體聲解調(diào)器、鑒相器1和鑒相器2。鑒相器1、壓控振蕩器（VCO）和分頻器組成鎖相環(huán)。VCO產(chǎn)生76kHz的振蕩信號(hào)，經(jīng)二分頻變成38kHz立體聲解調(diào)開關(guān)信號(hào)，送至解調(diào)放大器。再經(jīng)過(guò)二分頻， 移相90后的19kHz信號(hào)與復(fù)合信號(hào)中的19kHz導(dǎo)頻信號(hào)在鑒相器1中進(jìn)行相位比較，輸出一個(gè)誤差電壓。由外接濾波器（29腳和1腳之間）濾除高頻成分后，用于控制VCO的振蕩頻率和相位，直至環(huán)路鎖定。VCO的自由振蕩頻率可以通過(guò)27腳外接電阻來(lái)微調(diào)，從而調(diào)整跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)的捕捉范圍。鑒相器2的作用是鑒出立體聲/單聲道開關(guān)控制信號(hào)。當(dāng)分頻后的19kHz信號(hào)和輸入導(dǎo)頻信號(hào)的頻率相同，相位差為零時(shí)，輸出正電壓最大，經(jīng)低通濾波器濾波（2、3腳外接電容）和直流放大后，打開“立體聲/單聲道”開關(guān)，并驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮4腳外接立體聲指示發(fā)光二極管LED2。另外，4腳還可用來(lái)檢測(cè)VCO振蕩頻率。解調(diào)放大輸出的左、右聲道信號(hào)，分別從6腳和5腳輸出，送給TDA2822雙功放電路的輸入端6腳和7腳。TDA2822采用8腳雙列直插封裝，體積小，外圍元件少，工作電源電壓范圍29V，在VCC=6V時(shí)，輸出功率為430mW/8和240mW/16；在VCC=4.5V時(shí)，輸出功率為220mW/8和125mW/16。RP2為立體聲雙聯(lián)電位器，控制左、右聲道的音量，XS為立體聲插座，可用于外接立體聲耳機(jī)或一對(duì)小型音箱。（說(shuō)明：本電路盡管提供了雙聲道信號(hào)的解碼、放大輸出，但該系統(tǒng)只使用了一個(gè)聲道）。3.3 芯片詳細(xì)資料 TDA2822芯片的管腳說(shuō)明： TDA2822各引腳的功能 1、放大器1輸出；2、供電正電源輸入，支持1.815V 3、放大器2輸出4、地5、放大器2輸入負(fù)端6、放大器2輸入正端7、放大器1輸入正端8、放大器1輸入負(fù)端圖8 TDA2822芯片的管腳圖圖9 TDA2822立體聲放電路 CXA1238的詳細(xì)資料 CXA1238是性能優(yōu)良的收音集成電路，內(nèi)部有AM、FM的高放、混頻、中放、檢波、鑒頻以及FM立體聲解碼、自動(dòng)頻率控制電路等功能， CXA1238和其他公司的同類收音IC相比，聽覺效果也更理想。集成電路CXA1238S芯片內(nèi)部框圖如圖10所示。圖10 集成芯片CXA1238S內(nèi)部框圖CXA1238各引腳功能：1、29腳是內(nèi)部立體聲解碼用的鎖相環(huán)振蕩器的環(huán)路濾波器；2、3腳是內(nèi)部立體聲解碼用的振蕩信號(hào)產(chǎn)生，需要關(guān)閉立體聲時(shí)，可以在2腳接一只電阻對(duì)地；4腳是立體聲解碼信號(hào)的檢測(cè)與指示，收到立體聲后燈會(huì)亮；5、6腳分別是左右聲道音頻信號(hào)輸出；7腳為供電腳，輸入2-8V的直流電壓可以正常工作；8腳為內(nèi)部電源濾波；9、10腳為FM自動(dòng)頻率控制的濾波，AM時(shí)則是自動(dòng)增益控制電路的濾波，電容改變延時(shí)時(shí)間；11腳公共腳接地；12腳調(diào)諧指示，調(diào)準(zhǔn)電臺(tái)時(shí)此燈亮；13腳FM中頻信號(hào)輸入，信號(hào)放大后再經(jīng)過(guò)鑒頻（調(diào)頻解調(diào)）取出音頻信號(hào)；14腳AM中頻信號(hào)輸入，信號(hào)放大后再經(jīng)過(guò)檢波（調(diào)幅解調(diào)）取出音頻信號(hào)；15腳AM、FM的波段轉(zhuǎn)接，用于AM波段時(shí)應(yīng)直接接地；16腳FM/AM中頻信號(hào)輸入，然后由不同的選頻器選出AM、FM的信號(hào)；17腳公共腳接地；18腳FM天線信號(hào)輸入，一般接拉桿天線，高檔機(jī)會(huì)再加上選頻網(wǎng)絡(luò)，加轉(zhuǎn)換電路接室外天線；19腳AM天線信號(hào)選臺(tái)輸入，一般都是磁棒線圈，直接感應(yīng)空中的電磁波（中波、短波）；20腳FM天線信號(hào)選臺(tái)放大，F(xiàn)M收音的靈敏度、選擇性由本腳的電感和電容決定；21腳內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路1.25V，高放振蕩偏置；22腳FM振蕩信號(hào)頻率調(diào)節(jié)，產(chǎn)生比電臺(tái)高10.7MHz的振蕩信號(hào)，接收頻率范圍由此腳決定；23腳FM振蕩信號(hào)自動(dòng)頻率控制電路，內(nèi)部是一支變?nèi)荻O管；24腳AM振蕩信號(hào)頻率調(diào)節(jié)，產(chǎn)生比電臺(tái)高465KHz的振蕩信號(hào)，接收頻率范圍由此腳決定；25腳靜音功能，調(diào)臺(tái)過(guò)程中，沒調(diào)準(zhǔn)時(shí)噪音大時(shí)自動(dòng)減小音量；26腳FM鑒頻器濾波器，目的是為了還原調(diào)頻的音頻信號(hào)；27腳立體聲壓控振蕩器調(diào)節(jié)，此頻率最終會(huì)受到調(diào)頻廣播中立體聲導(dǎo)頻解碼信號(hào)控制；28腳控制電壓濾波。3.4 音頻無(wú)線接收電路PCB音頻無(wú)線接收電路印刷板圖11所示，在制作過(guò)程中，有很多與低頻電路相比需要特別注意的地方?？偟膩?lái)說(shuō)，高頻PCB布線規(guī)則需要注意以下幾點(diǎn)： 盡可能縮短高頻元器件間的距離，提高抗干擾性。 具有較大電位差的器件，應(yīng)當(dāng)加大它們之間的距離。 要考慮信號(hào)流程保持一致即從左至右流向，電源流程與信號(hào)流程方向相反。 高頻電路注意布線方向，注意分布參數(shù)，兩層之間應(yīng)盡量垂直布線。 接地線應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)脑黾訉挾?，減少阻抗值，從而減少由于PCB版本身的阻抗對(duì)信號(hào)的干擾，增加系統(tǒng)的抗干擾性。圖11 音頻無(wú)線接收電路印刷板圖4 系統(tǒng)測(cè)試4.1 分級(jí)調(diào)試 單工無(wú)線發(fā)射機(jī)調(diào)試：由于發(fā)射機(jī)線圈采用的是電視機(jī)中周改裝而成，電視機(jī)中周的中頻為38MHz，為了使電容電感在32MHz頻點(diǎn)達(dá)到最佳匹配，需要調(diào)整L、C值。具體的調(diào)試方法為：在LC振蕩電路中，把振蕩產(chǎn)生的信號(hào)接入示波器，調(diào)節(jié)中周的磁芯改變L的值使示波器的頻率讀數(shù)達(dá)到32MHz左右。中周底部還存大一個(gè)分布電容，但是根據(jù)感抗值與容抗值相等，經(jīng)計(jì)算需要增大電容值才能實(shí)現(xiàn)最佳匹配。所以可并聯(lián)不同容值的電容，觀察示波器波形，使幅度達(dá)到最大，則L、C實(shí)現(xiàn)最佳匹配。調(diào)試兩級(jí)LC選頻網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程：用高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)32MHz的載波信號(hào)接入選頻網(wǎng)絡(luò)，把選頻網(wǎng)絡(luò)的輸出端接入數(shù)字存儲(chǔ)示波器，首先調(diào)節(jié)中周的磁芯使示波器上的波形幅度達(dá)到最大，且波形沒有失真。通過(guò)并聯(lián)電容來(lái)改變回路的容抗值使L、C實(shí)現(xiàn)最佳匹配，使波器上的波形在32MHz時(shí)幅度達(dá)到最大，且波形無(wú)明顯失真。完成LC選頻網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試，用插線連接各級(jí)電路。 單工無(wú)線接收機(jī)調(diào)試：首先把接收機(jī)的本振和選頻部分接入電路，把接收機(jī)的揚(yáng)聲器兩路信號(hào)接入數(shù)字存儲(chǔ)示波器。利用高頻信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行信號(hào)發(fā)射，通過(guò)數(shù)字存儲(chǔ)示波器觀察波形。改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，同時(shí)注意觀察示波器的波形，當(dāng)示波器的信號(hào)幅度最大時(shí)，可以確定線圈的諧振點(diǎn)，然后改變線圈的磁芯，重新改變高頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，同時(shí)觀察示波器進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)高頻信號(hào)發(fā)生器的發(fā)射頻率調(diào)至32MHz時(shí)，示波器的波形幅度調(diào)至最大，且波形無(wú)明顯失真，完成接收機(jī)的調(diào)試。接收機(jī)不需要通過(guò)改變電容來(lái)改變回路的容抗值，是因?yàn)殡娐分杏幸粋€(gè)變?nèi)荻O管，變?nèi)荻O管主要通過(guò)改變兩端的電壓來(lái)改變它的電容值。4.2 統(tǒng)調(diào) 用低頻信號(hào)發(fā)生器給調(diào)頻發(fā)射電路以一定頻率的信號(hào)（一個(gè)300Hz3400Hz的正弦波）接入無(wú)線發(fā)射機(jī)電路的音頻輸入點(diǎn)通過(guò)單工無(wú)線發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射，然后用調(diào)頻接收機(jī)裝置來(lái)接收，用示波器來(lái)檢測(cè)調(diào)頻接收輸出的信號(hào)和信號(hào)源波形基本相同，這說(shuō)明發(fā)射接收部分工作正常。統(tǒng)調(diào)的系統(tǒng)框圖：調(diào)頻發(fā)射裝置調(diào)頻接收裝置信號(hào)源 示波器圖12 統(tǒng)調(diào)的系統(tǒng)框圖 用CD機(jī)輸入單工無(wú)線發(fā)射機(jī)一個(gè)音頻信號(hào)，進(jìn)行發(fā)射。通過(guò)接收機(jī)進(jìn)行接收，把揚(yáng)聲器接入電路。通過(guò)微調(diào)整發(fā)射和接收機(jī)線圈進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整，使音樂的聲音響度和清晰度得到改善?？梢栽诎l(fā)射電路正負(fù)電源之間適當(dāng)?shù)牟⒙?lián)電容，進(jìn)行濾波，減少雜波干擾，使音樂信號(hào)達(dá)到最佳的播放效果。4.3 測(cè)試使用的儀器測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表1所示。表1 測(cè)試使用儀器設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注1DF1640型1000MHz高頻信號(hào)發(fā)生器1帶調(diào)幅