无线话筒的设计.docx

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无线话筒的设计

无线话筒的设计

吉林建筑大学

电气与计算机学院

模拟电子技术课程设计报告

设计题目：

简易无线话筒的设计

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

许亮张玉红

设计时间：

2016.01.22

教师评语：

成绩评阅教师日期

教师评语：

成绩评阅教师日期

简易无线话筒的设计

一、内容摘要

  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。

本次课程设计选择的是简易无线话筒的设计，要求是根据所选用的接口电路芯片设计出完整的接口电路，并进行电路连接和调试。

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，采用了NI公司的Multisim 11.0进行电路仿真，并用Altium Designer9.4进行原理图及PCB图的绘制。

二、设计内容及要求

1、设计内容

（1）电路振荡频率工作在8MHz--108MHz；工作电压：

1.5V--9V；

（2）电路功能：

通过MIC话筒把声音信号变为电信号后，振荡调制后的高频信；

（3）号再经一级调谐功率放大才送天线发射；

（4）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

（用PSPICE或EWB软件完成仿真）

（5）安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

2、设计要求

（1）设计出完整的硬件电路：

根据所选题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路，并进行调试。

（2）做出实际硬件电路板，独立焊接电路板并对电路板调试。

（3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突击。

并附上设计原理图、电路板。

三、电路介绍

 1、电路技术指标

（1）电路振荡频率工作在88MHz--108MHz用收音机FM段接收。

（2）工作电压1.5V--9V。

 （3）音质清晰，发射较远

 （4）设计过程中使用仿真软件进行电路仿真

2、制作与焊接

 由于高频线路中，导线间的干扰较大，为了减少干扰，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。

四、设计过程

1、设计目的

（1）了解无线话筒设计电路的构成。

（2）掌握一些元件的数值使用。

（3）掌握高频西勒振荡电路、调制电路、稳压源电路、缓冲放大电路的组成原理及特点。

（4）在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。

2、设计思路

设计一个通过无线电波或其它的方式传输声音的设备。

（1）通过驻极体话筒将声音信号转化为电信号，并且与电路的本振信号混合后，通过放大器的放大作用后，再传送至天线，经过天线发射出去。

（2）接收方的天线接收无线电信号，把此信号送到接收器。

（3）接收器将此无线电信号转变为原来的语音，再由扩音器放出来，此时就可听见原来的语音信号。

3、方案论证

无线话筒电路由声音拾取电路、声音转换电路、高频振荡器、调制电路、缓冲放大电路和电源组成。

首先利用驻极体话筒拾取音频信号，并经过驻极体话筒内部的声音转换电路将音频信号转换为电信号，用西勒振荡器产生高频振荡，并通过调制电路进行调制，通过三极管缓冲放大电路将调制信号进行放大，最后通过天线将已调信号发送出去。

无线话筒的基本原理框图如图1所示，

图1无线话筒原理框图

4、器件选择

（1）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，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。

（2）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。

因此电路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）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。

并且，外围电路中需要有相应的偏置电阻为其提供偏置。

（4）电路仿真;Multisim 11；

  Multisim是美国国家仪器，NI有限公司推出的以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。

  NI Multisim软件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NI Multisim中完整的器件库，可以快速创建原理图，并利用工业标准SPICE仿真器仿真电路。

借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，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NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较仿真数据及实际建模测量。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真。

5、电路设计

（1）无线话筒总设计电路如图2所示:

图2总电路图

（2）声音拾取电路

一个无线话筒，本电路中考虑到需要做一个小巧的无线话筒，因而直接采用的是驻极体小话筒，它灵敏度极高、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。

据介绍，甚至手表的嘀嗒的声音也可以被它收集到。

　驻极体总的电荷量不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。

最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。

（3）高频振荡电路

在实际应用中，如果直接使用LC振荡电路进行设计的话，将以低于LC谐振电路的频率产生振荡，而且产生的频率会随着外电路的参数而改变，稳定性比较差。

在高频段的谐振电路中，电容器的容量为数pF或十几pF，线圈的电感不及1uH，任何微小的值都会对振荡频率产生影响。

所以此高频振荡电路采用稳定度较高的西勒振荡电路。

令C5=5pf,C6=7pf,C7=10pf,C8=22pf,C9=22pf，L=190nH，其中二极管D1为变容二极管，其常温下的电容Cd=30pf。

则根据原理图可以计算出振荡频率。

C=C6+1/（1/C7+1/C8+1/C9）+1/（1/C5+1/Cd）=16.5pF

F=1/（2π

）=90MKz

高频西勒振荡电路如图3所示，

图3高频西勒振荡图

（4）调制电路

我们所制作的无线话筒选择基极注入方式，由于音频信号频率fv与本地振荡频率f0两种信号注入同一个基极，具有易相互干涉的缺点，但与发射级注入方式相比，本机振荡信号的电平较小。

所以仍选择基级注入方式。

调制电路如图4所示，

图4调制电路图

（5）稳压源电路

R5电阻和R12可变电阻器进行分压后的电压施加给变容二极管，通过调整可变电阻，改变电压，可以让振荡频率微调，使振荡电路的频率有所改进。

稳压源电路图如图5所示，

图5稳压源电路图

（6）缓冲放大电路

缓冲放大是通过三极管实现将调制信号进行放大，使其能通过天线将已调信号发送出去，使调频收音机能较清楚地接收到音频信号。

缓冲放大电路如图6所示，

图6缓冲放大电路

（7）仿真电路图

使用Multisim建立电路模型，用函数信号发生器代替音频信号，用示波器分别连接音频信号输入端、谐振振荡端、天线发射输出端。

仿真电路图如图7所示，

图7仿真电路图

图8仿真结果图

如图的三个波形为输入电路，调频振荡电路和输出电路的波形，观察示波器上数据知，电路正常工作，函数信号发生器中的信号可以经过电路放大输出，其中的频率为90MHz。

调试与结果

五、调试与总结

1、调试

（1）将制作好的电路板接上电源，弄好天线。

（2）将一台收音机放在附近，把频率调到90MHz左右（尽量避开各电台的频率）。

（3）在电路的话筒处一直播放语音，此时调节可调电感上的螺丝，仔细听看是否可以在收音机里听到话筒的语音信号。

（4）通过实际测试，我们将发现电路图的最高频率是否达到90MHz。

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。

2、分析总结

（1）传播距离不远。

主要是信号不是很清晰

    解决方法：

加长天线，使用拉伸式天线，调整L2的线圈匝数。

（2）用收音机接收声音不清晰

    解决方法：

调整L1的线圈距离

（3）无线话筒线圈L1匝间距离变近和换容量大一点的电容关联会使发射频率变低；要使发射频率变高，就需要采取相反的措施。

（4）和L1并联的电容变化范围不可以太大或者太小，否则发射频率会偏到离谱，甚至不会产生高频发射信号。

（5）如果想要更远的距离传输距离，可以给收音机和无线话筒增加更好的天线，并适当升高无线话筒的电源电压。

（6）选用灵敏度更高、选择性更强的高档收音机可以进行更远距离的接收。

六、设计体会

对于无线话筒的设计，开始的时候，我真的感觉无从下手，不知该选用什么样的电路，没有任何设计思路，虽然对于很多从事科研设计的人来说，这也许很容易，但是对我来说，平时所学的理论知识此刻也起不了什么作用，这使我在这次设计中遇到的难题层出不穷，现在才真的知道了理论与实际的差距，在理论的学习中，觉得很顺手，但在实际应用中就显得那么的无能为力，为了做好这个课程设计，我花了很多时间在方案的讨论与选择，电路的分析与设计中，到最后的电路仿真测试，让我真正的感觉到了自己各方面知识的匮乏以及经验的不足，还有自己平时对细节的忽视，通过这次课程设计也使我学到了很多我平常都不知道的东西，更重要的是我明白了一个道理，许多看上去很难理解的，或者很神秘的东西，当你真正愿意发时间去研究它的时候，它会变得很简单，因此，在以后的学习中，生活中，我会尽量养成勤于思考，勤于动手，不怕困难的好习惯。

七、附录

1、主要仪器与设备

电容：

10UF电容两个，100pf电容两个，1nf电容两个，5pf电容一个，7pf电容

一个，8pf电容一个，10pf电容三个，22pf电容两个；

电阻：

100电阻三个，1K电阻一个，2.2K电阻一个，10K电阻两个，33K电阻

一个，47电阻两个，100K的电阻一个；

可调电阻：

50K的一个；

二极管：

1N4731,1S1553分别一个；

三极管：

2N2222A两个；

泰克示波器：

一个；

LED：

一个；

函数信号发生器：

一个；

直流电源：

3V的一个；

开关：

一个；

软件multisim11.0

2、参考文献

（1）朱昌平 高远 《高频电子线路实践教程》 河海大学常州校区 

（2） 于洪珍 《通信电子电路》 清华大学出版社 

（3） 杨翠娥 《高频电子线路实验与课程设计》 哈尔滨工程出版社

（4）铃木宪次 《高频电路设计与制作》科学出版社

（5） 谢自美 《电子线路设计实验测试》 华中科技大学出版社 

（6） 李银花 《电子线路设计指导》 航空航天大学出版社 

（7） 朱力恒 《电子技术仿真实验教程》 电子工业出版社

（8） 康华光 《电子技术基础》高等教育出版社