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调频无线话筒--高频课程设计(绝对可行)..doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.75M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    计算机及信息工程学院 课程设计报告 学年学期 题 目 专业、学号 授课班号 学生姓名 指导教师
    高频课程设计---无线调频话筒 高频课程设计---无线调频话筒 [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、PCB 绘图、电路分析 Wireless FM Microphone [Abstract] High 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 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 teaching, 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 theoretical 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 ii
    高频课程设计---无线调频话筒 目录 Contents 摘要………………………………………………………………ii 关键词……………………………………………………………ii 一、 绪论…………………………………………………………4 二、 电路介绍 2.1 电路技术指标……………………………………………………………………………5 2.2 制作与焊接………………………………………………………………………………5 三、 电路设计 3.1 单元电路选择……………………………………………………………………………6 3.2 具体电路选择……………………………………………………………………………7 3.3 元器件说明………………………………………………………………………………8 3.4 电路仿真（Multisim 11）………………………………………………………………9 3.5 调试及故障排除…………………………………………………………………………9 四、 小结…………………………………………………………10 五、 附录 5.1 元器件清单………………………………………………………………………………11 5.2 使用的主要仪器和仪表…………………………………………………………………12 5.3 参考文献…………………………………………………………………………………12 5.4 附图………………………………………………………………………………………12 iii
    高频课程设计---无线调频话筒 一、 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。 本次课程设计本小组选择设计制作调频发射机（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，并用 Altium Designer 9.4 进行原理图及 PCB 图的绘制。 4 / 17
    高频课程设计---无线调频话筒 二、 电路介绍 2.1 电路技术指标 1) 基本要求： （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 2) 发挥部分： （1）自制印刷电路板。 （2）设计过程中使用仿真软件进行电路仿真 2.2 制作与焊接 由于高频线路中，导线间的干扰较大，为了见效干扰，焊接时要注意导线尽量避免平行， 且尽量减少接触等，接地线连接时要注意独立接地，以减少干扰。还有很多细小的环节都不 容忽视，对于高频电路更是如此，比如：电感不应该平行放置，以免造成互感干扰；天线与 金属外罩不要接触。为了提高制作效果，在安装制作前，我们都用万用表筛选一下各个元件 的质量，有条件的话将各瓷片电容用电容表测量一下电容量，这样就万元一失了。 安装的先后顺序是电感线圈、电阻器、电容器、高频三极管、话筒和拨动开关、电池卡 子。将电阻器、电容器等元件分类集中安装的目的是减少差错和防止元件的丢失。以上元器 件的插装孔位请认真对照 PCB 图来确定。电感线圈的两个引出端首先刮除表面上的绝缘漆， 然后上好锡，插装时要贴近电路板并牢固焊接，如有虚焊，振荡会不稳定，工作也会不正常。 三极管尽可能最后安装的目的是尽量减少焊接中静电、热量对管子的损害，插装时注意极性 同时尽量贴近电路板。 驻极体话筒用两根导线焊接引出，焊接到电路时注意极性，将焊好线的话筒固定在电池 架上。电池正极片和负极簧都插装在电池夹的相应处，并用红色、黑色导线分别焊接在正极 片和负极簧上，并引出焊接到电路板上。 焊接完毕，仔细检查电路是否有虚焊、假焊和短路的地方。电阻是否有阻值接错的，柱 极体的正负极是否正确，三极管的 e、b、c 脚接对了没有等。逐步分析，发现错误及时纠正， 以免通电后烧坏元件。 5 / 17
    高频课程设计---无线调频话筒 三、 电路设计 3.1 单元电路选择（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（采用共射极接法，增 益高，效率高)等，调频发射电路的方框图如下： a) 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性不高（10-3/分钟），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/ [2π*(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。 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。 b) 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。 6 / 17
    高频课程设计---无线调频话筒 c) 高频功率放大器 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 机效率较高，应选择丙类高频功率放大器。 3.2 具体电路选择 如图 1-1、图 2-1（见附录），本组设计了两份无线话筒的电路图及 PCB 图，原因是根据 图一做出的实物图效果不尽人意，仅仅对敲击 MIC 的声音有所反应，在查询了相关资料后进 行了一部分的改进，也就形成了第二份设计，并取得相当令人满意的效果。此处以图 1-1 为 主进行分析电路。 图 1-1 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 2-1 可以发现，其一是图 2-1 中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 2-1，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。 7 / 17
    高频课程设计---无线调频话筒 3.3 元器件说明 1) 话筒 MIC： 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。 2) 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/ [2π*(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。 3) 功率放大电路： （图 1-1 为例）电路由 R7、VT3、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。 4) 线圈的制作： 选频回路的电感 L 需要自制，用直径 0.5mm 的导线，在直径为 5mm 左右的骨架上绕制若 干圈，抽去骨架成为空心线圈，并适当拉长即可。图一中，L1 与 L2 都为 5 圈，图二中 L1 为 5 圈，L2 与 L3 为 6 圈，目的是让话筒频率落在 80MHz~110MHz。 根据电感计算公式可以算出绕线圈数： 圈数 = [电感量* { ( 18*圈直径) + ( 40 * 圈长)}] ÷ 圈直径 单位分别为毫米和 mH。 8 / 17
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