調(diào)頻無線話筒高頻課程設(shè)計

1、高頻課程設(shè)計-無線調(diào)頻話筒摘 要高頻電子線路系統(tǒng)地介紹了通信系統(tǒng)，特別是無線通信系統(tǒng)中的最基本電路及他們的功能，給出了定性及定量分析這些電路性能的方法。這些電路包括了發(fā)射機及接收機中的選頻放大電路、混頻電路、功放電路、振蕩電路、調(diào)制及解調(diào)電路、鎖相環(huán)電路、自動增益控制電路及頻率合成電路。本課程設(shè)計的基本目標(biāo)是：通過理論和實踐教學(xué)，使我們了解晶體管工作于高頻時的工作原理，特性參數(shù)及微變等效電路，掌握高頻單元電路的線路組成、基本工作原理、分析方法、技術(shù)要求及一些典型集成電路的實際應(yīng)用，并且具備一定的理論水平和足夠的實踐技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)通訊技術(shù)的專業(yè)知識和職業(yè)技能打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞 無線調(diào)頻話筒；P

2、CB繪圖；電路分析ABSTRACTHigh 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 a

3、nd receiver 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.The basic design of this course are: the theory and practice through te

4、aching, so we know when the transistors operate at high working principle, characteristics and micro-dependent equivalent circuit parameters, frequency control circuit of the line unit composition, the basic working principle methods, technical requirements, and some typical IC, and have a certain t

5、heoretical level and enough of the practical skills, communication technologies for the further study of expertise and professional skills basis.Key words Wireless FM microphone； PCB drawings；circuit analysis iv / 5目錄Contents摘要ii關(guān)鍵詞ii一、 緒論4二、 電路介紹122.1 電路技術(shù)指標(biāo)52.2 制作與焊接5三、 電路設(shè)計33.1 單元電路選擇63.2 具體電路選擇7

6、3.3 元器件說明83.4 電路仿真（Multisim 11）93.5 調(diào)試及故障排除9四、 小結(jié)10參考文獻(xiàn).致謝附錄 12 / 15一、 緒論高頻電子線路是一門理論性、工程性和實踐性都很強的課程。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，不但應(yīng)該掌握必要的基礎(chǔ)理論知識，而且還應(yīng)在分析問題、解決問題和實際動手能力等方面得到鍛煉和提高。對于這些能力的培養(yǎng)，理論教學(xué)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)必須密切聯(lián)系、互相配合，才會取得比較好的效果。高頻課程設(shè)計是作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握高頻電子線路設(shè)計和調(diào)試的方法，增加模擬電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力以及分析、解決問題的能力。按照本

7、學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)計劃要求，在學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課電路與電子技術(shù)后，應(yīng)安排課程設(shè)計教學(xué)實踐項目，其目的是使學(xué)生更好地鞏固和加深對專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計中、小型電子線路的方法，獨立完成調(diào)試過程，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計能力。通過實踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實踐奠定基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計選擇設(shè)計制作調(diào)頻發(fā)射機（調(diào)頻無線話筒），要求是分析高頻發(fā)射系統(tǒng)各功能模塊的工作原理，提出系統(tǒng)的設(shè)計方案，對電路進(jìn)行調(diào)試。在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，如改善電路性能；故障分析；對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析等。這是一款微型調(diào)頻無線話筒，發(fā)射頻率在90MHz左右，利用FM調(diào)頻收音機可

8、以實現(xiàn)短距離接收。在電路設(shè)計的過程中，本小組采用了NI公司的Multisim 10.0進(jìn)行電路仿真，并用Altium Designer 9.4進(jìn)行原理圖及PCB圖的繪制。二、 電路介紹2.1 電路技術(shù)指標(biāo)1) 基本要求：（1）載波頻率90MHz附近，用收音機FM段接收。（2）在聲音被清晰接收的前提下，發(fā)射距離5m（3）電源電壓6V。（4）音質(zhì)清晰，發(fā)射較遠(yuǎn)2) 發(fā)揮部分：（1）自制印刷電路板。（2）設(shè)計過程中使用仿真軟件進(jìn)行電路仿真2.2 制作與焊接由于高頻線路中，導(dǎo)線間的干擾較大，為了見效干擾，焊接時要注意導(dǎo)線盡量避免平行，且盡量減少接觸等，接地線連接時要注意獨立接地，以減少干擾。還有很多細(xì)

9、小的環(huán)節(jié)都不容忽視，對于高頻電路更是如此，比如：電感不應(yīng)該平行放置，以免造成互感干擾；天線與金屬外罩不要接觸。為了提高制作效果，在安裝制作前，我們都用萬用表篩選一下各個元件的質(zhì)量，有條件的話將各瓷片電容用電容表測量一下電容量，這樣就萬元一失了。安裝的先后順序是電感線圈、電阻器、電容器、高頻三極管、話筒和撥動開關(guān)、電池卡子。將電阻器、電容器等元件分類集中安裝的目的是減少差錯和防止元件的丟失。以上元器件的插裝孔位請認(rèn)真對照PCB圖來確定。電感線圈的兩個引出端首先刮除表面上的絕緣漆，然后上好錫，插裝時要貼近電路板并牢固焊接，如有虛焊，振蕩會不穩(wěn)定，工作也會不正常。三極管盡可能最后安裝的目的是盡量減少

10、焊接中靜電、熱量對管子的損害，插裝時注意極性同時盡量貼近電路板。 駐極體話筒用兩根導(dǎo)線焊接引出，焊接到電路時注意極性，將焊好線的話筒固定在電池架上。電池正極片和負(fù)極簧都插裝在電池夾的相應(yīng)處，并用紅色、黑色導(dǎo)線分別焊接在正極片和負(fù)極簧上，并引出焊接到電路板上。 焊接完畢，仔細(xì)檢查電路是否有虛焊、假焊和短路的地方。電阻是否有阻值接錯的，柱極體的正負(fù)極是否正確，三極管的e、b、c腳接對了沒有等。逐步分析，發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正，以免通電后燒壞元件。三、 電路設(shè)計33.1 單元電路選擇（框圖）該電路涉及到的技術(shù)有：高頻電容三點式振蕩電路，功率放大器（采用共射極接法，增益高，效率高)等，調(diào)頻發(fā)射電路的方框圖如

11、下：圖3.1調(diào)頻無線話筒設(shè)計框圖a) 調(diào)頻振蕩器低頻小信號部分只是將調(diào)制信號不失真的略作放大，直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中，調(diào)頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調(diào)頻，電抗管調(diào)頻、變?nèi)荻O管調(diào)頻。晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的優(yōu)點是提高了振蕩器中心頻率的穩(wěn)定性；電抗管調(diào)頻電路與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路相比，要復(fù)雜一些?？紤]到本設(shè)計任務(wù)要求中心頻率的穩(wěn)定性不高（10-3/分鐘），用LC振蕩器就可達(dá)到； 另外，我們選擇了電抗管調(diào)頻電路。所謂電抗管，就是由一只晶體管或場效應(yīng)管加上由電抗和電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡(luò)組成。它與普通的電抗元件不同，其參量可以隨調(diào)制信號而變化。電抗管的放大器件可以是電子管、晶體管或場效應(yīng)晶體管；移

12、相電路也有多種型式（如RC或RL移相網(wǎng)絡(luò)）,其作用是使放大管T1的輸出阻抗Ze=U0/IC具有一個電抗分量Xe，當(dāng)Xe隨 而變化時,即可獲得調(diào)頻信號。采用不同的移相電路，等效電抗Xe可以是電容性的,也可是電感性的。電抗管調(diào)頻器的缺點是:振蕩頻率穩(wěn)定度不高；頻移也不能太大,阻抗 Ze通常還具有電阻分量，這個分量也隨 而變化,使振蕩器產(chǎn)生寄生調(diào)幅。電抗管調(diào)頻部分是一個電容三點式振蕩器，其中晶體管Q2、電阻R5、電容C4組成的移相網(wǎng)絡(luò)即為電抗管，它等效為一個電感，這個等效電感會隨著調(diào)制信號的變化而發(fā)生變化，從而總的電感值發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)公式f = 1/ 2*(LC)-1/2可知，頻率也隨之變化，最

13、終實現(xiàn)低頻調(diào)制信號對高頻載波的頻率調(diào)制。這種調(diào)頻器的優(yōu)點是電路比較簡單，能獲得較大的頻偏；便于做成集成電路。缺點是載頻不能很高，頻率穩(wěn)定度較低。b) 緩沖隔離級緩沖級通常采用射極跟隨器電路。在電路的最初設(shè)計階段，我們小組并沒有添加緩沖器，是經(jīng)過討論之后，覺得有必要在調(diào)頻電路和高頻放大電路中間加一個緩沖器以減少兩級信號之間的相互干擾 ，增強電路的抗干擾能力。c) 高頻功率放大器高頻放大器屬于線性放大器。根據(jù)電路所需要的電壓增益和選擇性，來確定電路形式。一般電路形式有單調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。在對放大器選擇性要求不高的場合，可以選用單調(diào)諧放大器。為提高放大器的電壓增益，可以選擇多級放大器級聯(lián)的電

14、路形式。要使負(fù)載（天線）上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機效率較高，應(yīng)選擇丙類功率放大器。末級功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機各部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠矸峙涔β试鲆?。要使?fù)載（天線）上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機效率較高，應(yīng)選擇丙類高頻功率放大器。3.2 具體電路選擇話筒MIC可以采集外界的聲音信號，這里我們用的是駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音，同時這種話筒工作時必須要有直流偏壓才能工作，電阻R4可以提供一定的直流偏壓，R4的阻值越大，話筒采集聲音的靈敏度越弱。電阻越小話筒的靈敏度越高，話筒采集到的交流聲音信號通過低頻放大后耦合到VT

15、2三極管的基極進(jìn)行頻率調(diào)制。三極管VT2采用9018和電容C4、C5、C8組成一個電容三點式的振蕩器，由三極管VT2 9018集電極的負(fù)載C5、L1組成一個諧振器，通過C4正反饋電容形成三點式諧振振蕩器原理，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，實際上是一個以諧振頻率為基準(zhǔn)的高頻振蕩器。通過調(diào)整圖中元件L1的參數(shù)可以使發(fā)射頻率可以在90MHZ左右，正好覆蓋調(diào)頻收音機的接收頻率，通過調(diào)整L1的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈L1）可以方便地改變發(fā)射頻率，避開調(diào)頻電臺。發(fā)射信號通過C7耦合到高頻放大器，由高頻放大器進(jìn)行諧振放大后再通過天線上再發(fā)射出去(實際電路設(shè)計中我們在功放之前加了射極跟隨器)。由于高頻振蕩器和

16、高頻放大器互相獨立使得發(fā)射頻率和發(fā)射功率都十分穩(wěn)定。C7將頻率調(diào)制好的載波信號傳遞到VT3進(jìn)行高頻放大，仔細(xì)調(diào)整L2的值（拉伸或者壓縮線圈L2）可使輸出功率最大！距離最遠(yuǎn)，整個工作電流最小。其中R1為話筒MIC的偏執(zhí)電阻，R4為集電極電阻，R5為基極電阻，給Q1提供偏置電流。R6為發(fā)射極電阻，用于穩(wěn)定Q1的直流工作點，Q2,R7,R8,C4,C5,L1,C6,C7組成高頻振蕩電路，R7給Q2提供基極偏置電流，C5和L1形成振蕩回路，通過改變其值可以改變發(fā)射頻率，C4為反饋電容，R8穩(wěn)定Q2直流工作點，C7隔直通交，Q3,R9,R10,L2,C10,C11組成高頻功率放大電路，R9給Q3提供基極

17、電流，C10，L2放大調(diào)諧回路，和振蕩回路C5、L1調(diào)諧在同一頻點是獲得最大輸出功率，發(fā)射距離最遠(yuǎn)。 3.3 元器件說明1) 話筒MIC：我們用的是駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音信號。話筒底部有兩個接點，用兩根粗銅絲焊牢在PCB印制電路板上。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等

18、電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。并且，外圍電路中需要有相應(yīng)的偏置電阻為其提供偏置。2) 高頻振蕩調(diào)制電路：該部分由晶體管VT2、電阻R7、R8電感L1電容C4、C5、C6、C7等組成。其功能是產(chǎn)生高頻載波信號并進(jìn)行調(diào)制。L1和C5構(gòu)成LC諧振回路。該回路具有選頻作用，其頻率由公式計算得出：f = 1/ 2*(LC)-1/2經(jīng)C3耦合過來的信號加在VT2基極上，通過基極上變化的電壓改變be結(jié)電容，而實現(xiàn)對載波的調(diào)制。由集電極輸出經(jīng)C7耦合到下一級進(jìn)行功率放大。圖3.2高頻振蕩

19、電路3) 功率放大電路：電路由VT3、R9、R10、L2、C10、C11組成，置電壓，高頻信號由C7耦合經(jīng)自偏壓電阻R7加到b上放大，電路工作在C類狀態(tài)。L2和C8組成選頻電路，使其諧振在前一級的工作頻率上，C9為輸出電容，輸出高頻信號。 圖3.3 功率放大電路4) 線圈的制作：選頻回路的電感L需要自制，用直徑0.5mm的導(dǎo)線，在直徑為5mm左右的骨架上繞制若干圈，抽去骨架成為空心線圈，并適當(dāng)拉長即可。圖一中，L1與L2都為5圈，圖二中L1為5圈，L2與L3為6圈，目的是讓話筒頻率落在80MHz110MHz。根據(jù)電感計算公式可以算出繞線圈數(shù)： 圈數(shù) = 電感量* ( 18*圈直徑) + ( 4

20、0 * 圈長) ÷ 圈直徑單位分別為毫米和mH。3.4 電路仿真（Multisim 11）Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗證。憑借NI Multisim中完整的器件庫，您可以快速創(chuàng)建原理圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE仿真器仿真電路。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計 流程中提早對電路設(shè)計進(jìn)行的迅速驗證

21、，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較仿真數(shù)據(jù)及實際建模測量。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。Multisim可以進(jìn)行復(fù)雜模擬/數(shù)字電路的仿真、簡單的PCB板設(shè)計、簡單的單片機仿真。如圖3-1，我用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個正弦信號加入到話筒輸入端，看產(chǎn)生的波形。仿真結(jié)果如圖3-2、3-3，由于部分原因，參數(shù)設(shè)置問題只能看到大概的有些頻率變化，而不能看到很完美的波形。3.5 調(diào)試及故障排除1) 調(diào)試：采

22、用電容三點式，簡單可靠，起振容易。但一級放大電路雖然達(dá)到我們的設(shè)計目標(biāo)，但是抗干擾等功能仍然有印象，畢竟這是用較少的一些分立元件組成的一個高頻電路。我們將偏置電阻的阻值減小使其對接收靈敏度提高，經(jīng)測試，達(dá)到15.20m的聲音信號仍能正常接收（溫度：28），而且這是在有很多電磁干擾的環(huán)境下進(jìn)行的測試，測試效果良好。天線輸出距離選頻回路較遠(yuǎn)，由于板子已經(jīng)焊好，我們使用面包板進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)天線距離選頻回路越近時，收音機的接收效果越好。經(jīng)測試還發(fā)現(xiàn)，將電源等有源元件與其他元件分開距離較大擺放時，接受的效果較好，頻率較穩(wěn)定，抗干擾能力提高近20%，頻率抖動不大。為此我們選擇了將天線與電源分在兩邊擺放。2

23、) 故障分析：a) 傳播距離不遠(yuǎn)：主要是信號不是很清晰解決：加長天線，使用拉伸式天線；調(diào)整L2的線圈匝數(shù)。b) 用收音機接收聲音不清晰解決：調(diào)整L1的線圈距離四、 小結(jié)在此次課程設(shè)計中，我充分體會到了熟練運用相關(guān)軟件的重要性，不像之前的數(shù)電課設(shè)，并沒有多少工作在計算機里實現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。此次課設(shè)絕大多數(shù)工作都高度依賴計算機，從仿真到繪制原理圖，再到編制PCB圖，可以說每一步都很艱難，每一步都是我一步一個腳印結(jié)結(jié)實實踩下去的。我們付出了，當(dāng)然，這一切都在用調(diào)頻耳機聽到自己話筒的頻率的那一瞬間得到了實現(xiàn)。對于高頻課設(shè)來說，其注重于調(diào)試。之前的課設(shè)中，只要原理圖沒問題，幾乎不需要什么調(diào)試，而對于此次的話筒，調(diào)試的過程卻成為了課設(shè)中的重要的