单工无线发射接收系统的制作.docx
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单工无线发射接收系统的制作
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单工无线发射接收系统的制作
1总体设计方案
设计要求为:
设计一个单工无线发射接收系统,实现无线发射机至接收机间的单工语音传输业务。
具体设计要求:
⑴设计发射频率在32MHz左右,无线发射机传送信号的输入采用线路输入方式,采用分立元件构成音频无线发射电路。
⑵设计一个与发射机相对应的频率的无线接收机,接收机采用第三代立体声接
收机要求采用立体声播放,音质好。
放收音机电路CXA1238组成的单片收音机,
用扬声器收听语音信号。
⑶传送信号为正弦波,在300Hz~3400Hz时,系统发射功率20mW左右。
⑷要求无线收发室内通信距离不小于5米。
⑸要求无线天线采用拉杆天线或导线,长度小于等于1米。
⑹系统可实现无明显失真的语音传输。
2方案论证与比较
2.1音频无线发射电路设计方案论证与选择
方案1:
采用集成芯片MC2833及相关电路构成。
它可构成发射高频率信号的功
率放大器。
电路主要由音频放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及放大
电路构成。
本方案调频发射机的工作原理:
先将语音通过话筒变成音频电压信号送给
音频放大器进行音频电压放大,此音频电压信号经耦合电容送给可变电抗改变电抗
值,而由可变电抗以及电感、晶体与高频振荡器组成调频振荡电路,产生调频波经缓
冲送给两级二倍频放大器。
电路基本框图如图1所示。
但由于该方案涉及到的谐振回
路较多,不易统调,因而频率不易控制,导致信号不稳定,容易跑台,实现较为困难。
音频输入前置可变振荡
放大电抗电路
射频输出
放大
二倍频
缓冲
电路
电路
放大
图1MC2833电路基本框图
。
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方案2:
采用集成芯片BA1404及相关电路构成。
它主要由前置音频放大器,立
体声调制器,FM调制器及射频放大器组成。
利用内部参考电压改变变容二极管的电
容值,可实现发射频率的调整,电路框图如图2所示。
本方案可实现立体声调频发射,
典型调频频段为75-108MHz,不足是振荡频率不易调整,尤其是低端频率实现困难,
难以实现要求频段的调整。
左声道输入
调频
放大
射频
右声道输入
电路
输出
电路
图2BA1404电路基本框图
方案3:
采用分立元件构成音频无线发射电路。
图3所示为分立元件调频电路框图。
利用三极管构成高频振荡器,调节相应的电感和电容的大小,可产生稳定的中心频率,在音频信号的作用下,可产生相应的调频波,再经过缓冲放大和末级功率放大,得到需要的调频信号。
相对前两种方案,本方案不仅电路简单,而且调试控制非常灵活,可靠性好,抗干扰能力强,容易实现调频的要求。
音频输入
振荡调
调谐
功率
射频
制电路
放大
放大
输出
图3分立元件调频电路框图
综上所述,本设计选择方案3,即利用分立元件构成音频无线发射电路。
2.2音频无线接收电路设计方案论证与比较
方案1:
采用芯片MC3362。
该芯片是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接
收电路,主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。
调频接收电路框图如图4
所示。
MC3362片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强指示
驱动及载频检波电路等电路。
具有低供电电压、低功耗、灵敏度高等特点,主要应用
于语音和数字通讯的接收设备。
但是该电路较多用于调频广播接收,在要求的频段内
进行调试相对困难。
高放中放1中放2鉴频低放
本振1本振2
图4MC3362调频接收电路框图
。
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方案2:
采用集成芯片CXA1019S。
该芯片内部电路包括了AM/FM收音机从天线输
入经调频高放、本振、混频在由中放、检波、直至调频功放的整个环节。
调频接收电
路,将调幅输入端IC对变频信号公共端短路,拉杆天线经耦合电容到带通滤波器,
该滤波器的作用是抑制调频波段以外的信号的干扰。
CXA1019S虽然把调频头电路集
成进去,提高了集成度,但是相对CXA1238S增益较低,因而接收灵敏度较低。
调频
接收电路框图如图5所示。
高放中放鉴频低放
FAF
本振
图5CXA1019S调频接收电路框图
方案3:
采用集成芯片CXA1238S。
在片内集成了混频、中放、鉴频及立体声解码
等功能,该芯片内部包含FM前置放大、立体声解调放大、FM中频放大及鉴频等环节,
尤其是芯片内采用了锁相技术,由于芯片高度的集成化,因而接收机电路外围元件极
少、中心稳定,调谐简单、抗干扰性强、电路稳定,调整方便等优点。
综上所述,本设计选择方案3,即采用CXA1238S构成的FM解调电路。
3单元电路设计
3.1音频无线发射电路的设计
本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路。
如图6所示。
射频电
路由高频振荡器、缓冲放大器、末级功率放大器及天线组成。
高频振荡器用来产生载
频信号,频点落在32MHz内,通过改变电感量即可改变发射频率。
在音频信号的作用
下,通过改变晶体管极间电容实现调频,产生相应的调频波,射频信号由三极管Q1
的发射极输出,送到三极管Q2、电感L2、电容C8、电阻R5等组成的缓冲放大器进行功率提升,并可减轻末级放大电路对振荡器的影响。
末级为高频丙类窄带放大,通
过后级功率放大器对功率再进一步放大,经电容C13耦合到发射天线向周围空间辐
射。
调频电路是通过改变晶体管极间电容实现调频的,由于任何PN结在加反向电压
时,反向电压的变化将会引起结电容的变化,即所谓变容效应。
在晶体三极管电路中,集电结就是一个加有反向电压的PN结。
利用集电结的变容效应也可实现调频。
图6中,三极管Q1、电感L1、电容C3、C5、C7和Cb’c构成电容三点式振荡电路,其工作原理如下:
对高频而言,Q1基极是接地的,所以是共基极电路。
集电极-基极间的PN结处于反
。
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向偏压状态,结电容Cbc相当于并联L1C3谐振回路两端,能影响振荡频率。
调制电压加于Q1基极,以改变Q1的基极电位,使集电极与基极间的反向偏压发生了变化,从而使极间电容Cbc跟随调制电压而变,这就实现了调频。
此电路的中心频率可通过回路可变电容C3来进行调整,工作在32MHz。
图6调频无线发射电路图
取中心频率为32MHz,经查三极管9018的静态结电容Cb’c为2pF,取C3、C5、C7的值分别为:
3.3pF、10pF、39pF,根据以下频率的计算公式计算电感值。
电路的中心频率计算公式如下:
f
1
0
C
2L1
(4.8
)
C5C7
C3
Cbc
11pF
(4.9
)
式中,C
C7
C5
得:
L1
1
2.2
H
(4.10
)
2C
2
f0
在实际调试中,电感L1和电容C3需要微调以满足中心频率的要求。
。
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3.2音频无线接收电路的设计
R20
R19
RES2
100K
C31
C32
VD2.8V-9.6V
680p
C33
C34
C5
L3
47p
33p
L4
18p
680p
VD1
BB910
VD2
BB910
C35
Foscout
3p
C24
W
103
C23
10u
L1
L2
C9
Y1
C25
10.7KHz
82p
10u
CM
C27
C26
3.3u
82p
82p
R3
100
10K
SPEAKER1
R14
C25
4.7
0.1u
C24
2
2
C27
1000u
8
2
C26
Vcc
1
A
D
0.1
10u
T
2
C29
R15
C28
3
4.7
1000u
4
0.1u
R5
RP2(R4)
2.2K
302928272625242322212019181716
C10
ICCXA1238S
C11
0.4u
4.7u
1
2
34
5
67
8
9
101112131415
R13
1u
C16
R10
C301000u
220K
8
C32
C12
330
33u
C13
C19
Bz
7
R1710K
R6
10.7MHz
0.1u
0.01u
7.5K
0.01uR9
6
R1610K
1K
C31
5
0.1u
C17
C18
C29
TDA2822
1000u
C14
1u
4.7uLED1
R8
0.01u1K
R7
7.5K
SPEAKER2
LED2
C15
100u
Vcc
图7音频无线接收电路
。
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电路设计如图7所示,工作原理如下:
天线接收到的FM信号。
经过30~40MHz带通滤波器(BPF),加到IC的18脚,
送至内部FM前置放大电路,经高放、混频后解调出10.7MHz的中频信号,并由16
脚输出。
20脚外接FM高放调谐回路,22脚为FM本振调谐回路。
FM中频信号经10.7MHz陶瓷滤波器B2,馈入13脚FM中放和鉴频电路。
26脚外接FM陶瓷鉴频器B3,它的中
心频率为10.7MHz,这样可以省去鉴频S曲线的调整,但其色标(表示频率偏差)必须与B2一致。
15脚外接波段选择开关,通过IC内部FM/AM直流电路的作用,来选择工作状态。
当S1断开时为FM波段,S1接地时为AM波段。
12脚为调谐指示驱动电路的输出端,使得接收信号最大时,外接发光二极管LED1指示最亮。
经检波后的立体声复合信号(或单声道信号),由IC内直流放大器放大、滤波后变换成AGC/AFC控制电压,由10脚输出,通过R1反馈至23脚,用于控制内接变
容管的等效电容,以达到修正本振频率的作用。
改变外接电容C7的容量,可以调整AFC的引入范围。
立体声复合信号经放大后,分别送至立体声解调器、鉴相器1和鉴相器2。
鉴相器1、压控振荡器(VCO)和分频器组成锁相环。
VCO产生76kHz的振荡信号,
经二分频变成38kHz立体声解调开关信号,送至解调放大器。
再经过二分频,移相90°后的19kHz信号与复合信号中的19kHz导频信号在鉴相器1中进行相位比较,输出一个误差电压。
由外接滤波器(29脚和1脚之间)滤除高频成分后,用于控制
VCO的振荡频率和相位,直至环路锁定。
VCO的自由振荡频率可以通过27脚外接电阻
来微调,从而调整跟踪导频信号的捕捉范围。
鉴相器2的作用是鉴出立体声/单声道开关控制信号。
当分频后的19kHz信号和
输入导频信号的频率相同,相位差为零时,输出正电压最大,经低通滤波器滤波(2、
3脚外接电容)和直流放大后,打开“立体声/单声道”开关,并驱动点亮4脚外接立体声指示发光二极管LED2。
另外,4脚还可用来检测VCO振荡频率。
解调放大输出的左、右声道信号,分别从6脚和5脚输出,送给TDA2822双功放电路的输入端6脚和7脚。
TDA2822采用8脚双列直插封装,体积小,外围元件少,工作电源电压范围2~9V,在VCC=6V时,输出功率为430mW/8Ω和240mW/16Ω;在VCC=4.5V时,输出功率为220mW/8Ω和125mW/16Ω。
RP2为立体声双联电位器,控制左、右声道的音量,XS为立体声插座,可用于外接立体声耳机或一对小型音箱。
(说明:
本电路尽管提供了双声道信号的解码、放大输出,但该系统只使用了一个声道)。
。
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3.3芯片详细资料
⑴TDA2822芯片的管脚说明:
1
16
INPUT+
(1)
INPUT+
(2)
2
15
NC
NC
3
14
INPUT-
(1)
INPUT-
(2)
4
13
GND
GND
5
12
GND
GND
6
11
OUTPUT
(1)
OUTPUT
(2)
7
10
NC
NC
8
9
+5V
NC
TDA2822
TDA2822各引脚的功能
1、放大器1输出;
2、供电正电源输入,支持1.8~15V
3、放大器2输出
4、地
5、放大器2输入负端
6、放大器2输入正端
7、放大器1输入正端
8、放大器1输入负端
图8TDA2822芯片的管脚图
+VS
C3
10uF
8
1
C4
IN
6
(L)
R1
3
10k
C1
1000uF
100uF
C6
RL
0.1uF
16
C5
IN
11
(R)
14
R2
C2
1000uF
10k
100uF
C7
RL
0.1uF
4.5.12.13
图9TDA2822立体声放电路
⑵CXA1238的详细资料
CXA1238是性能优良的收音集成电路,内部有AM、FM的高放、混频、中放、检波、鉴频以及FM立体声解码、自动频率控制电路等功能,CXA1238和其他公司的同类收音IC相比,听觉效果也更理想。
集成电路CXA1238S芯片内部框图如图10所示。
。
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图10集成芯片CXA1238S内部框图
CXA1238各引脚功能:
1、29脚是内部立体声解码用的锁相环振荡器的环路滤波器;
2、3脚是内部立体声解码用的振荡信号产生,需要关闭立体声时,可以在
2脚
接一只电阻对地;
4脚是立体声解码信号的检测与指示,收到立体声后灯会亮;
5、6脚分别是左右声道音频信号输出;
7脚为供电脚,输入2-8V的直流电压可以正常工作;
8脚为内部电源滤波;
9、10脚为FM自动频率控制的滤波,AM时则是自动增益控制电路的滤波,电容改变延时时间;
11脚公共脚接地;
12脚调谐指示,调准电台时此灯亮;
13脚FM中频信号输入,信号放大后再经过鉴频(调频解调)取出音频信号;
14脚AM中频信号输入,信号放大后再经过检波(调幅解调)取出音频信号;
15脚AM、FM的波段转接,用于AM波段时应直接接地;
16脚FM/AM中频信号输入,然后由不同的选频器选出AM、FM的信号;
17脚公共脚接地;
18脚FM天线信号输入,一般接拉杆天线,高档机会再加上选频网络,加转换电路接室外天线;
。
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19脚AM天线信号选台输入,一般都是磁棒线圈,直接感应空中的电磁波(中波、
短波);
20脚FM天线信号选台放大,FM收音的灵敏度、选择性由本脚的电感和电容决定;
21脚内部基准稳压电路1.25V,高放振荡偏置;
22脚FM振荡信号频率调节,产生比电台高10.7MHz的振荡信号,接收频率范围
由此脚决定;
23脚FM振荡信号自动频率控制电路,内部是一支变容二极管;
24脚AM振荡信号频率调节,产生比电台高465KHz的振荡信号,接收频率范围
由此脚决定;
25脚静音功能,调台过程中,没调准时噪音大时自动减小音量;
26脚FM鉴频器滤波器,目的是为了还原调频的音频信号;
27脚立体声压控振荡器调节,此频率最终会受到调频广播中立体声导频解码信号控制;
28脚控制电压滤波。
3.4音频无线接收电路PCB
音频无线接收电路印刷板图11所示,在制作过程中,有很多与低频电路相比需要特别注意的地方。
总的来说,高频PCB布线规则需要注意以下几点:
⑴尽可能缩短高频元器件间的距离,提高抗干扰性。
⑵具有较大电位差的器件,应当加大它们之间的距离。
⑶要考虑信号流程保持一致即从左至右流向,电源流程与信号流程方向相反。
⑷高频电路注意布线方向,注意分布参数,两层之间应尽量垂直布线。
⑸接地线应当适当的增加宽度,减少阻抗值,从而减少由于PCB版本身的阻抗对信号的干扰,增加系统的抗干扰性。
。
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图11音频无线接收电路印刷板图
4系统测试
4.1分级调试
⑴单工无线发射机调试:
由于发射机线圈采用的是电视机中周改装而成,电视
机中周的中频为38MHz,为了使电容电感在32MHz频点达到最佳匹配,需要调整L、C值。
具体的调试方法为:
在LC振荡电路中,把振荡产生的信号接入示波器,调节中周的磁芯改变L的值使示波器的频率读数达到32MHz左右。
中周底部还存大一个分布电容,但是根据感抗值与容抗值相等,经计算需要增大电容值才能实现最佳匹配。
所以
可并联不同容值的电容,观察示波器波形,使幅度达到最大,则L、C实现最佳匹配。
调试两级LC选频网络的过程:
用高频信号发生器产生一个32MHz的载波信号接入选频网络,把选频网络的输出端接入数字存储示波器,首先调节中周的磁芯使示波器上的波形幅度达到最大,且波形没有失真。
通过并联电容来改变回路的容抗值使L、C实现最佳匹配,使波器上的波形在32MHz时幅度达到最大,且波形无明显失真。
完成LC选频网络的调试,用插线连接各级电路。
⑵单工无线接收机调试:
首先把接收机的本振和选频部分接入电路,把接收机
的扬声器两路信号接入数字存储示波器。
利用高频信号发生器进行信号发射,通过数字存储示波器观察波形。
改变高频信号发生器的频率,同时注意观察示波器的波形,
当示波器的信号幅度最大时,可以确定线圈的谐振点,然后改变线圈的磁芯,重新改变高频信号发生器的频率,同时观察示波器进行调整。
当高频信号发生器的发射频率
。
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调至32MHz时,示波器的波形幅度调至最大,且波形无明显失真,完成接收机的调试。
接收机不需要通过改变电容来改变回路的容抗值,是因为电路中有一个变容二极管,变容二极管主要通过改变两端的电压来改变它的电容值。
4.2统调
⑴用低频信号发生器给调频发射电路以一定频率的信号(一个300Hz~3400Hz
的正弦波)接入无线发射机电路的音频输入点通过单工无线发射机进行发射,然后用
调频接收机装置来接收,用示波器来检测调频接收输出的信号和信号源波形基本相
同,这说明发射接收部分工作正常。
统调的系统框图:
信号源示波器
调频发调频接
射装置收装置
图12统调的系统框图
⑵用CD机输入单工无线发射机一个音频信号,进行发射。
通过接收机进行接收,把
扬声器接入电路。
通过微调整发射和接收机线圈进一步进行调整,使音乐的声音响度和清晰度得到改善。
可以在发射电路正负电源之间适当的并联电容,进行滤波,减少杂波干扰,使音乐信号达到最佳的播放效果。
4.3测试使用的仪器
测试使用的仪器设备如表1所示。
表1测试使用仪器设备
序号
名称、型号、规格
数量
备注
1
DF1640型1000MHz高频信号发生器
1
带调幅、调频及外调制功能
2
MY-65数字万用表
1
3
DF1731SD3A直流稳压电源
1
30V
4
600DPI惠普激光打印机
1
5
DS5062数字存储示波器
1
60MHz
6
DF1647低频信号发生器
1
10MHz
。
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5结论
测试结果表明,本设计达到设计要求的各项指标,尽管发射功率符合要求,但仍有点偏高,原因可能是功放级工作点设置不当,或前级增益过高,需精心调整功放级工作点及前级增益来解决此问题。
要得到稳定度高的发射频率应采用锁相环技术,来降低中心频率的漂移。
此外,语音信号采用调频方式与调幅相比,有利于改善输出音频信号的信噪比,以保证语音业务的可靠传输。
单工无线发射接收系统应用了