電工電子創(chuàng)新實驗報告簡易調(diào)頻無線發(fā)射器

1、電工實驗第1組-簡易調(diào)頻無線發(fā)射器電工電子創(chuàng)新實驗報告課題名稱： 簡易調(diào)頻無線發(fā)射器指導(dǎo)教師： 專業(yè)與班級： 小組內(nèi)成員： 評定成績：_審閱教師：_審閱日期： 年 月 日目錄一、設(shè)計題目2二、設(shè)計任務(wù)與要求2三、方案設(shè)計與論證2四、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、元器件的選擇4五、總原理圖及工作原理7六、元器件清單8七、安裝與調(diào)試9八、性能測試與分析9九、遇到的問題及解決13十、設(shè)計電路可能的改進措施13十一、結(jié)論與心得13十二、參考文獻14一、設(shè)計題目簡易調(diào)頻無線發(fā)射器二、設(shè)計任務(wù)與要求1、任務(wù)（1） 設(shè)計一款簡易調(diào)頻無線話筒。（2） 根據(jù)需要列出元件清單。（3） 使用萬用板搭建并且獨立焊接電路。（

2、4） 調(diào)試電路使發(fā)射頻率在88mhz-108mhz之間。2、要求（1） 電路焊接符合要求，避免虛焊和錯焊。（2） 無線話筒抗干擾能力強，頻率誤差0.5mhz。（3） 可以使用普通調(diào)頻收音機接收清晰的音頻信號，有效發(fā)射距離在5-10m。三、方案設(shè)計與論證1、設(shè)計方案 (1) 電壓3.0v，整機工作電流30-50ma；(2) 輸出頻率88-108mhz左右，可以使用普通調(diào)頻收音機接收；(3) 使用少量元件，三極管放大；(4) 接通電源的時候用小功率led燈給出指示。2、論證(1)方案一此方案是最初設(shè)計方案，但是模擬過程中發(fā)現(xiàn)三極管輸入波形比較微弱，可能是電阻r2不合適的緣故，但是修改r2的阻值發(fā)現(xiàn)

3、變化不明顯，另外由于反饋電容器c3直接接在電源的正極，反饋效果不理想。(2)方案二此電路由晶體管vt1和vt2、電阻r2、電感l(wèi)、電容c2和c3等組成，其功能是產(chǎn)生高頻載波并進行調(diào)制發(fā)射。l與c2構(gòu)成lc諧振回路，該回路具有選頻作用，兩個晶體管vt1、vt2的集電極與基極互相交叉連接，并與l、c2選頻回路組成高頻振蕩器。經(jīng)c1耦合過來的音頻信號加在vt1集電極(也就是vt2基極)，對高頻振蕩信號進行頻率調(diào)制，調(diào)制后的調(diào)頻信號經(jīng)c3耦合至天線輻射出去。發(fā)射頻率取決于lc諧振回路諧振頻率，調(diào)節(jié)l或c2的大小即可改變發(fā)射頻率。此方案電路比較簡單，在電路搭接的過程中發(fā)現(xiàn)他的抗干擾能力差，特別是有人靠近

4、的時候，漂頻現(xiàn)象比較嚴重。(3)方案三c8是電源旁路電容。r1是mic的偏置提供話筒的靜態(tài)工作點。r1現(xiàn)mic構(gòu)成了拾音回路。c1、c2起聲音信號的耦合作用。r2、d1、d2組成限幅電路，防止話筒在近距離時輸入信號過大而失真嚴重。r3、r4用于提供q1的靜態(tài)工作點。c3、c4、c5、c6、l1、q1構(gòu)成振蕩、放大。c7將信號耦合到天線。天線則將已經(jīng)過調(diào)制的聲音信號發(fā)射出，本電路由3v供電，用兩只1.5v的電池即可。在對方案一論證修改的過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)駐極體話筒易懂后就變成了方案三，實際上方案三在模擬的過程中已經(jīng)能得到非常好的調(diào)頻波了。(4)方案四高頻三極管c9018和電容c4、c2、c5組成一個

5、電容三點式的振蕩器，三極管集電極的負載c5、l1組成一個諧振器，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，根據(jù)圖中元件的參數(shù)發(fā)射頻率可以在88108mhz之間，正好覆蓋調(diào)頻收音機的接收頻率，通過調(diào)整l的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈l）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c4耦合到天線上再發(fā)射出去。r2是三極管的基極偏置電阻，給三極管提供一定的基極電流，使它工作在放大區(qū)，r1是直流反饋電阻，起到穩(wěn)定三極管工作點的作用。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來實現(xiàn)調(diào)頻的，當(dāng)聲音電壓信號加到三極管的基極上時，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會隨著聲音電壓信號大小發(fā)生同步的變化，同時使

6、三極管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制。駐極體話筒可以采集外界的聲音信號，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r3可以提供一定的直流偏壓，r2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c6耦合后送到三極管的基極。電路中k是一個開關(guān)，開關(guān)可以控制電路的接入與斷開，降低耗電、延長電池的壽命。在方案一和方案三的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，得到了方案四。(5) 方案論證綜述 在電路原理上：上述幾個方案無一例外地采用了超高頻三極管進行放大，使用lc震蕩，直接調(diào)制。 在電路復(fù)雜程度上以上幾個電路中電路元件都不超過20，

7、但是真正易于焊接實現(xiàn)的、最方便的電路是方案四。 在電路功能上方案四增加了電路工作led指示燈，讓使用哪個更加方便。綜上所述，方案四是最終方案。四、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、元器件的選擇1、單元電路設(shè)計(1)音頻收集模塊一個無線話筒，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mic，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。話筒采集到的交流聲音信號通過c2耦合和r2匹配后送到三極管的基極。另外，駐極體話筒內(nèi)實際藏有一枚fet，可視之為一級，fet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。圖4.1.1 音頻收集

8、模塊 (2) 音頻放大模塊這個模塊是對所收集到的音頻信號進行無失真地放大，為下面的調(diào)制做準備。因為在自然環(huán)境中，由于諸多因素，所收集到的聲音（即音頻信號）都經(jīng)過了很多的干擾，因此其所攜帶的能量都是很微弱的，為了使其能夠正常的進入調(diào)制模塊來與本振進行調(diào)制，需要將其音頻信號來進行適當(dāng)?shù)姆糯髞磉_到相關(guān)匹配。另一方面，這個無線話筒也是一個調(diào)頻發(fā)射機，發(fā)出的信號又要經(jīng)過大自然的無數(shù)干擾才會得到接收，若原始信號的能量就不夠強烈，那么接收端的信號就無從談起了。所以只有對其原始的音頻信號進行充分放大，達到相應(yīng)要求之后，再發(fā)射出去。接收端才能夠正常進行解調(diào)恢復(fù)原始的音頻信號。這里的音頻放大模塊采取的是基本的三極

9、管甲類的放大。r2=10k是三極管的基極偏置電阻，給三極管提供電流，使其三極管始終工作在甲類無失真的放大狀態(tài)，達到最好的放大效果。r1=30o是直流反饋電阻，是穩(wěn)定三極管的工作狀態(tài)。圖4.1.2 音頻放大模塊(3)載波振蕩模塊一個調(diào)頻信號發(fā)射機，載波振蕩（即俗稱本振）模塊更是必不可少的。根據(jù)電磁場理論可以知道，通過天線發(fā)射的信號需要與天線匹配，即天線的長度要大于信號波長的四分之一。而音頻信號的頻帶是20hz至20khz，對應(yīng)的波長范圍是15至15000km。制造出巨大的天線是不合適的，所以我們需要一個高頻載波來將我們的音頻信息“裝載”上去，再進行發(fā)送。基于這樣的理論基礎(chǔ)，我設(shè)計的是高頻三極管與

10、c2、c3、c5所構(gòu)成的一個電容三點式振蕩器。通過調(diào)整l的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈l）可以方便地改變發(fā)射頻率圖4.1.3 音頻放大模塊(4) 直接調(diào)制模塊將已經(jīng)放大的音頻相關(guān)信號和載波振蕩產(chǎn)生的高頻載波信號進行疊加，發(fā)射信號通過c4耦合到天線上再發(fā)射出去。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來實現(xiàn)調(diào)頻的，當(dāng)聲音電壓信號加到三極管的基極上時，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會隨著聲音電壓信號大小發(fā)生同步的變化，同時使三極管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制。圖4.1.4 音頻放大模塊(6) 電源及控制模塊電源選用兩節(jié)干電池，為了在不使用的時候節(jié)省電能，使用了一個開關(guān)，為了在打開開

11、關(guān)的時候讓使用者知道電路已經(jīng)接通使用紅色led指示燈指示。2、元件參數(shù)的確定(1)計算制作電感元件參數(shù)的選擇最主要是lc選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇。選擇發(fā)射頻率為100mhz，選擇一個標(biāo)稱值30p的瓷片電容，由公式計算得出l=0.08452uh.最后繞制了一個骨架直徑3mm，漆包線直徑0.8mm，6圈的線圈。(2)三極管的選擇由于發(fā)射頻率是100mhz左右，因此選用超高頻小功率三極管c9018,c9018 結(jié)構(gòu)：npn集電極-發(fā)射極電壓 15v集電極-基電壓 30v射極-基極電壓 5v集電極電流 0.05a耗散功率 0.4w結(jié)溫 150特怔頻率 平均 620mhz(3)其他元件的選擇普通駐極體話筒輸出阻抗

12、為2k,音頻信號范圍在20-20000hz范圍內(nèi)，人聲音頻率范圍在300-1000hz。容抗公式：zc=1/(2fc)，那么電容范圍在0.265uf-0.079uf,因此c1選擇0.1uf，即瓷片電容104。電源電壓為兩節(jié)普通干電池，e=3v。五、總原理圖及工作原理1、電路原理框圖圖5.1 無線話筒原理框圖無線話筒相當(dāng)于一個無線調(diào)頻發(fā)射機。它主要包括音頻收集，音頻放大，載波振蕩，調(diào)制電路，還有天線發(fā)射幾部分。2、原理圖圖5.2 無線話筒原理框圖3、工作原理上面的就是調(diào)頻無線話筒的電路圖。高頻三極管c9018和電容c4、c2、c5組成一個電容三點式的振蕩器，三極管集電極的負載c5、l1組成一個諧

13、振器，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，根據(jù)圖中元件的參數(shù)發(fā)射頻率可以在88108mhz之間，正好覆蓋調(diào)頻收音機的接收頻率，通過調(diào)整l的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈l）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c4耦合到天線上再發(fā)射出去。r2是三極管的基極偏置電阻，給三極管提供一定的基極電流，使它工作在放大區(qū)，r1是直流反饋電阻，起到穩(wěn)定三極管工作點的作用。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來實現(xiàn)調(diào)頻的，當(dāng)聲音電壓信號加到三極管的基極上時，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會隨著聲音電壓信號大小發(fā)生同步的變化，同時使三極管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制。駐極體話筒可以采集

14、外界的聲音信號，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r3可以提供一定的直流偏壓，r2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c6耦合后送到三極管的基極。電路中k是一個開關(guān)，開關(guān)可以控制電路的接入與斷開，降低耗電、延長電池的壽命。電路還提供了一個電路工作led指示燈。六、元器件清單名 稱型 號/規(guī) 格 數(shù) 量備 注話筒普通駐極體話筒1只電阻r12001只電阻r210k1只電阻r31201只電阻r4100k1只瓷片電容c218pf1只瓷片電容c3,c4,c530pf3只瓷片電容c510pf1只瓷片電容

15、c6100000pf1只瓷片電容c710000pf1只三極管90181只細直導(dǎo)線20cm若干條漆包線0.8mm 長20cm1條七、安裝與調(diào)試1、安裝此次設(shè)計的實物用到的元件比較少，使用的是萬用印刷電路板，焊接之前設(shè)計了一套元件插接方案，所以焊接的時候直接按照圖示搭接方案直接焊接所以很順利完成。2、調(diào)試把fm收音機的電源和音量打開，將頻率調(diào)在100mhz左右無電臺的地方。給無線話筒電路板通上電源，對準收音機，用無感螺絲刀調(diào)節(jié)振蕩線圈l1的稀疏（線圈匝間距離），直到收音機傳出尖叫聲。再慢慢移開話筒和收音機距離，同時適當(dāng)調(diào)節(jié)收音機（或者話筒板）的音量、調(diào)諧旋鈕，直到聲音最清晰、距離又最遠為止。3、實

16、驗效果發(fā)現(xiàn)在105.2mhz的時候效果最好，發(fā)射距離在無障礙物時達到10m。八、性能測試與分析1、實物測試采用電容三點式，簡單可靠，起振容易。但一級放大電路雖然達到我們的設(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r1偏置電阻的阻值減小使其對接收靈敏度提高，經(jīng)測試，達到15.20m的聲音信號仍能正常接收（溫度：20.0），而且這是在有很多電磁干擾的環(huán)境下進行的測試，測試效果良好。天線輸出距離選頻回路較遠，由于板子已經(jīng)焊好，我們使用面包板進行測試，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

17、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、計算機模擬首先multism中畫出所需電路圖(1) 模擬話筒發(fā)出的聲音信號(2) 濾波電容器后面的聲音可以看出，濾波電容對音頻信號的作用，他沒有改變波形。當(dāng)改變?yōu)V波電容器的值的時候信號發(fā)生很大的變形。(3) 已經(jīng)調(diào)制的信號可以看出，音頻信號已經(jīng)被調(diào)制，但是調(diào)頻波形受到音頻信號干擾發(fā)生變形。當(dāng)改變反饋電容的值的時候可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制信號發(fā)生改變九、遇到的問題及解決1、遇到的問題由于電路比較簡單，電感線圈為手動繞制，抗干擾能力有限，在用收碰觸電路的時候跑頻很嚴重，這主要是在有導(dǎo)體接近線圈

18、的時候線圈的感抗容易變化。電路的發(fā)射距離比較近。2、解決的方法對于電路抗容易受干擾的問題，用了一個金屬殼將電感線圈罩住，電路抗干擾的能力明顯增強，后來給電路選用了一個塑料殼，制成了一個真正意義上的無線發(fā)射器，向?qū)χv機一樣拿著可以說話不再出現(xiàn)頻率變動情況，問題得到解決。對于電路發(fā)射距離近的問題采用了適當(dāng)增加瓷片電容器c2的阻值和適當(dāng)選取電路中電阻阻值的方法的燒少許改善。十、設(shè)計電路可能的改進措施1、首先是發(fā)射功率由于受到三極管的限制，此無線發(fā)射器的發(fā)射功率（反映在發(fā)射距離上）有限，可以改用發(fā)射功率大的三極管增加發(fā)射功率使發(fā)射距離大大增加，可以使用的三極管有2n3866、c2053、c1970，8

19、050。2、電路板此次實驗使用的是萬用電路板使用的時候難免會有電路連接不可使的情況，可以使用設(shè)計印制電路板十一、結(jié)論與心得每一個電子設(shè)計愛好者都有電子制作的經(jīng)歷，從開始時的不斷失敗到逐漸得心應(yīng)手，到最后的設(shè)計制作成功，其中的滋味是沒有制作經(jīng)歷的人所無法領(lǐng)會的。通過這次實踐，通過組裝、調(diào)試制作套件使我們快速步入電子設(shè)計的大門。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，在電腦上調(diào)試考驗了我們的操作水平，而焊功更考驗了我們的動手能力。焊盤很小，焊時可能會出現(xiàn)虛焊甚至可能造成焊盤銅片脫落的后果。焊功不好還有可能影響整個電路的穩(wěn)定性，可能造成中心頻率不穩(wěn)定，部分技術(shù)指標(biāo)難以達標(biāo)。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設(shè)計，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，才真正意識到我們只有通過勤奮的努力，才能夠真正體會到科技帶給人類的幸福。在整個電路課程設(shè)計過程中，我們不斷地在遇到問題和解決問題之中盤旋。例如在