高頻無線話筒課程設(shè)計解析

1、論文研究目的及意義由于當(dāng)今無線電通訊技術(shù)的進步，無線話筒的普及和廣泛使用，怎樣才能更好 地發(fā)揮它們的優(yōu)越作用，提升無線話筒產(chǎn)品的品質(zhì)及功能，達到普遍實用的領(lǐng) 域，觸 發(fā)消費者對這項產(chǎn)品的逐漸愛好及普遍應(yīng)用。研究目的：1. 了解無線話筒的構(gòu)成，并設(shè)計一個小功率無線話筒2. 理解和掌握無線話筒的主要技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計方法3. 根據(jù)給出的技術(shù)條件和指標(biāo)設(shè)計無線話筒4. 增強對課本理論知識的理解.并提升到實踐當(dāng)中去做到學(xué)以致用研究意義：無線話筒在現(xiàn)實生活中應(yīng)用十分廣泛，調(diào)頻無線話筒因為沒有傳輸電纜的束縛，可以自由移動，使用靈活方便，廣泛用于各種會場、劇場、廣場演出、娛樂 中 心、體育比賽場館，以及廣場演出

2、和家庭卡拉 0K演唱。對于電子制作愛好 者，自 己動手做一個無線話筒是一件十分愉快的工作。調(diào)頻無線話筒主要就是將 基帶信號調(diào)制成高頻信號，然后利用天線將信號發(fā)射出去，使接收機能夠較好的接受到信 號。但由于制作技術(shù)與制作水平的限制，無線話筒的穩(wěn)定性，發(fā)射距離，發(fā)射功率 都會成為很大的問題。 所以需要設(shè)計一款高靈敏調(diào)頻無線話筒做簡要研 究，利用 駐極體話筒來收集微弱的信號，再通過預(yù)加重電路和音頻放大電路對音 頻信號放 大，然后將音頻信號調(diào)制到高頻上，可以增加信號的抗干擾性，最后經(jīng)過高頻功放 電路，提高信號的功率來增加發(fā)射距離，利用天線發(fā)射出去。二.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 （途徑

3、:本次設(shè)計選擇設(shè)計 制作調(diào)頻無線話筒，簡單地說,他就是一種通過無線電波 或其他方式傳輸聲音的設(shè) 備。電路板上的電子元件話筒先將自然界的聲音信號轉(zhuǎn)變成音頻電信號 ，這個信號 會去調(diào)制電子振蕩器產(chǎn)生咼頻信號。最后，咼頻信號通過天線發(fā)射到空中。 我們將 發(fā)射頻率設(shè)計在FM收音機波段，因此可以配合任何FM收音機接收到 該高頻信號, 并從該高頻信號還原出聲音信號從而完成各種用途調(diào)頻收音機的調(diào)頻接收范圍是88-108MHZ。無線話筒將聲音調(diào)制在這個范圍以便于利用FM收音機接收信號。如圖所示，無線話筒主要由以下幾部分組成：拾音器（話筒頭、音頻放大 電路、 調(diào)頻振蕩電路、射頻放大電路以及天線。拾音器拾取生源活

4、人說話的聲音頻率在 20Hz-20kHz ,轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的電信號。 拾音器輸出的點評很低不足以驅(qū)動調(diào)頻振蕩電路 ，需要將其放大，以提高電平，音頻放 大電路完成此功能調(diào)頻振蕩電路是話筒的核心部分，他將低頻的音頻信號（不適合無線傳輸轉(zhuǎn)換成 適合無線傳輸?shù)纳漕l信號，從而將音頻信號的信息加載到射頻信號上，此過程即為 調(diào)制。話筒對音質(zhì)的要求很高，采用頻率調(diào)制在調(diào)頻過程中，沒有音頻信號輸入時, 調(diào)頻震蕩部分產(chǎn)生的射頻信號是具有固定頻率的波形一一載波:當(dāng)輸入音頻信號時， 射頻信號不再是固定的頻率，而是在載頻上下很快的來回移動，即調(diào)頻波。以載頻為 基準(zhǔn)，射頻信號頻率向咼或向低偏移，產(chǎn)生頻偏。音頻信號 頻率越咼，

5、射頻信號的頻 率圍繞載頻來回變化的速度也就越快：音頻信號的幅度 變大，射頻信號的頻偏也就 增大。因此,音頻信號的信息只包含在射頻信號的頻率變化中，射頻信號幅度的波 動不會破壞包含在在射頻信號中的音頻信息。接收機檢測到射頻信號的頻率變化，便可獲取相應(yīng)的音頻信息。射頻放大電路把前級電路送來的射頻信號進行放大 ，提升發(fā)射功率，使信號發(fā) 射到足夠遠(yuǎn)的距離，同時將天線和調(diào)頻振蕩電路隔離開，減小天線對咼頻振蕩 頻率 的影響。1.緒論1.1無線話筒概述無線話筒，簡單地說，它就是一種通過無線電波或其它的方 式傳輸聲音的設(shè) 備。這種設(shè)備或電路就其原理而言，在很多產(chǎn)品中以各種形式或名稱存在著，如雙 工的EarMa

6、rk無線耳機HS-4系列型號就是其中之一。電路板上的電子元件話筒（咪頭先將自然界的聲音信號變 成音頻電信號，這個 電信號會去調(diào)制電子振蕩器產(chǎn)生的高頻信號。最后,高頻信號通過天線發(fā)射到空 中。我們將發(fā)射頻率設(shè)計在FM收音機波段，因此可以配合任何FM收音機接收到 該高頻信號,并從該高頻信號還原出聲音信號，從而完成各種用途。早期的無線話筒是采用FM調(diào)頻來實現(xiàn)的，后來采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生發(fā)射 與接收精確穩(wěn)定的固定頻率，這種話筒及接收 機只固定單一個頻率配對使用。 現(xiàn)在 專業(yè)的無線話筒都是采用頻率合成方式，可以在預(yù)設(shè)的帶寬內(nèi)任意切換所希望的工 作頻道,從而達到避免受環(huán)境干擾又能實現(xiàn)同時使用多支無線話筒

7、。1.2設(shè)計目的及意義1培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的 科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。2鍛煉學(xué)生自學(xué)軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。3通過課程設(shè)計，使學(xué)生在理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程繪圖、查閱設(shè)計資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運用和計算機應(yīng)用方面的能力得 到訓(xùn)練和提高。4鞏固、深化和擴展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能。3無線話筒基本原理與方案設(shè)計3.1設(shè)計方案原理構(gòu)思3.1.1設(shè)計主要原理通過駐極體話筒將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，并且與電路的本 振信號混合后，通過 放大器的放大作用后，再傳送至天線，經(jīng)過天線發(fā)射出去。接收方的天線接收無線電信號，把此信號送到接收器。接收

8、器將此無線電信號轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉淼恼Z音，再由擴音器放出來，此時就可聽見原來的語音信號。只要無線電發(fā)射和接收信息的頻率相同，接受設(shè)備就可以接收到無線電發(fā)射設(shè)備所發(fā)出的信 息。3.1.2設(shè)計電路原理框圖無線話筒電路由聲音拾取電路、 聲音轉(zhuǎn)換電路、高頻振蕩器、調(diào)制電路、緩 沖放大電路和電源組成。首先利用MIC駐極體話筒拾取音頻信號，并經(jīng)過駐極體話筒 內(nèi)部的聲音轉(zhuǎn)換 電路將音頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，用改進型的電容 三點式振蕩電路，即西勒振蕩器產(chǎn) 生高頻振蕩，并通過調(diào)制電路 進行調(diào)制,通過三極管緩沖放大電路將調(diào)制信號進行 放大，最后通過天線將已調(diào)信號發(fā)送出去。此時就可以用調(diào)頻收音機清楚地 接收到音頻信號。無線話筒

9、的基本原理框圖如圖1所示:/聲音 拾取 與轉(zhuǎn)換圖1無線話筒原理框圖3.2無線話筒總體設(shè)計電路圖無線話筒總設(shè)計電路如圖2所示：圖2總原理圖3.3各模塊電路分析3.3.1聲音拾取電路一個無線話筒，則音頻信號的收集是必不可少的。 本電路中考慮到需要做一個 小巧的無線話筒，因而直接采用的是駐極體小 話筒，它靈敏度極高。據(jù)介紹，甚至手 表的嘀嗒的聲音也可以被它收集到。駐極體話筒內(nèi)實際藏有一枚FET ,可視之為一級，F(xiàn)ET將話筒前振膜之電容變 化放大，這就是駐極體話筒很靈敏的原因* Cl 士伽FR1R3A/W-100QtOuFR2 2+2kO02kd*11S1553011N4731A1nl-R3-VWIG

10、kOKeyAR? 47kO4C7Hh10pFCIO 伽卜I2N2222A C11 4R8AM133kD駐極體總的電荷量不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加 時電容兩極間 的電壓就會成反比的降低。 最后再通過阻抗非常高 的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取 出來,同時進行放大，我們就可以 得到和聲音對應(yīng)的電壓了。3.3.2咼頻振蕩電路在實際應(yīng)用中，如果直接使用LC振蕩電路進行設(shè)計的話，將以低于LC諧振電 路的頻率產(chǎn)生振蕩，而且產(chǎn)生的頻率會隨著外電路的參數(shù)而改變，穩(wěn)定性比較差。在 高頻段的諧振電路中,電容器的容量為數(shù)pF或十幾pF，線圈的電感不及1uH

11、，任何 微小的值都會對振蕩頻率產(chǎn)生影響。 所以此高頻振蕩電路采用穩(wěn)定 度較高的西勒 振蕩電路。二極管D1為變?nèi)荻O管，其常溫下的電容Cd=30pf。令C5=5pf,C6=7pf,C7=10pf,C8=22pf,C9=22pf, L=190nH。則根據(jù)原理圖可以計算出振蕩頻率。C=C6+1心/C7+1/C8+1/C9+1心/C5+1/Cd=16.5 pF F=1/(2 =90MKz咼頻西勒振蕩電路如圖3所示：CTInFC14T10uFDIJ1N4?31AR12SOkOKey aAIOnhCT卜IM陽A/W100QjC8 ?2pF j_C9 =S=Z2pfC11I ao=piQrFR10100W-

12、A圖3高頻西勒振蕩圖3.3.3調(diào)制電路我們所制作的無線話筒選擇基極注入方式，由于音頻信號頻 率fv與本地振蕩 頻率f0兩種信號注入同一個基極，具有易相互 干涉的缺點，但與發(fā)射級注入方式相 比,本機振蕩信號的電平較 小。所以仍選擇基級注入方式。調(diào)制電路如圖4所示:圖4調(diào)制電路圖C14rih-1OuFR12R9-AW1000C4T卜InF廠5pFD1 EIHtniALI90nH=C61J 2N2222ACH48pFCIO3.3.4穩(wěn)壓源電路在電路原理圖中，二極管1S1553與LED串聯(lián)，將它們的正 向電壓作為穩(wěn)壓電源 加以使用，其電壓值為二極管1S1553的正 向電壓0.6V與LED的正向電壓1.

13、7V之 和：V=0.6+1.7=2.3VR5電阻和R12可變電阻器進行分壓后的電壓施加給變?nèi)荻O管,通過調(diào)整可變電阻，改變電壓,可以讓振蕩頻率微調(diào)，使振蕩電路的頻率有所改進。穩(wěn)壓源電路圖如圖5所示:1ED1R9WV100QD21S1553V!3 VDI1N4731A圖5穩(wěn)壓源電路圖335緩沖放大電路緩沖放大是通過三極管實現(xiàn)將調(diào)制信號進行放大，使其能通過天線將已調(diào)信號 發(fā)送出去,使調(diào)頻收音機能較清楚地接收到音頻信號。緩沖放大電路如圖6所示：圖6緩沖放大電路4.電路仿真4.1仿真電路圖仿真圖如圖7所示:CtR11OTDDA WkO+000C14R22.2kQ10uFC4HFInF151543C2I

14、nFXFG1R3-WV10kOla s十“A I 81WPFR12X1N4/31A5OkQKey=AR4 4?kQ?N?222AC11圖7仿真電路圖4.2仿真過程使用Multisim建立電路模型，用函數(shù)信號發(fā)生器代替音頻信號,用穩(wěn)壓管代替 變?nèi)荻O管。用示波器分別連接音頻信號輸 入端、諧振振蕩端、天線發(fā)射輸出 端。將電路按照仿真電路圖連接好了之后，點擊運行按鈕，電路開始運行。雙擊示 波器即出現(xiàn)示波器界面。調(diào)節(jié)示波器使各個信號能夠較好觀察。觀察示波器的相關(guān)參數(shù)，驗證電路圖是正確的。仿真波形如圖8所示：圖8仿真波形圖H# fcdilMxe MQJ蜃po 幗 QpbMK 運iwlg 昭a4p：L 5

15、1 E ffiT| E 211十_ w?| 5.制作調(diào)試5.1第一次制作過程這是我第一次用自己的電路圖進行排版焊接，所以一開始就 顯得特別激動。我和同伴按照設(shè)計的電路原理圖去購買了相應(yīng)的電路元件，然后就在實驗室開 始焊電路板。為了方便起見，我們的排版是按原理圖的順序來的，這樣可以幫助我們這些初 學(xué)者降低錯誤，并且可以比較直觀的了解電 路。整個焊接過程還是比較順利的，但還是能從中感受出自己在 這方面能力的不實物部分電路如圖9所示:圖9實物圖5.2第一次調(diào)試過程與結(jié)果將制作好的電路板接上電源，弄好天線。將一臺收音機放在附近，把頻率調(diào)到90MHz左右（盡量避開 各電臺的頻率 在電路的話筒處一直播放語

16、音，此時調(diào)節(jié)可調(diào)電感上的螺絲，仔細(xì)聽看是否可以在收音機里聽到話筒的語音信號但是不管我們怎么調(diào)節(jié)，都不能聽到相應(yīng)的語音信號。通過測試，我們發(fā)現(xiàn)我 們的電路圖的最高頻率只能達到 80MHz左右，并且只有在電路的天線與收音機的 天線靠在一起的時候，才能達到較好的效果。5.3總結(jié)與改進因為制作的實物沒有達到預(yù)定的效果，所以我們進行了分析 與總結(jié)。通過仔細(xì)檢查，我們認(rèn)為,頻率達不到規(guī)定的90MHz是因為我們將元件中的一 個電容弄錯，使可調(diào)電感不能完全彌補錯誤所引起的頻率改變。但是為什么只有在 兩個天線靠在一起的時候才 能接收到信號,我們卻找不到原因。在我們苦苦追尋原因的時候，我們組的其他成員應(yīng)用他們的電路焊成了效果相 當(dāng)不錯的實物，并且他們的電路十分簡單。 于是，在時間并不充裕的情況下，我們決 定試試他們的電路。5.4第二次制作過程電路圖如圖10所示：圖10電路圖通過焊接第一塊電路板之后，焊接這一個更為簡便的電路板 則顯得比較輕松。 將各個元件按照電路圖進行焊接，裝好話筒、天線與電源。圖11就是我們的第二個實物圖11實物圖5.5第二次調(diào)試過程與結(jié)果收音機天線靠的這個調(diào)試過程與前一個類似。我們調(diào)試時先將電路的天線與 比較近，從而使信號較好將收音機頻率調(diào)到90MHz左右,調(diào)節(jié)可調(diào)電感，可以在收音機里面