調(diào)頻無(wú)線話筒

1、九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文JIU JIANG UNIVERSITY 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目 英文題目 院 系 專 業(yè) 姓 名 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 二零一肆年六月V摘 要調(diào)頻無(wú)線發(fā)射機(jī)是將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為音頻電信號(hào)的裝置。由音頻收集，音頻放大，載波振蕩，調(diào)制，倍頻，功率放大，發(fā)射天線等模塊構(gòu)成。用收音機(jī)在90MHZ左右接聽(tīng)，在距離適中時(shí)可以收到相應(yīng)的信號(hào)，該設(shè)計(jì)具有電壓低，靈敏度高，制作簡(jiǎn)易，便于調(diào)試等多個(gè)特點(diǎn)。同時(shí)它的用途也很廣泛。本課題設(shè)計(jì)，首先就一般發(fā)射電路的電路結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析，再進(jìn)一步設(shè)計(jì)出無(wú)線話筒，就無(wú)線話筒的每部分模塊結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行講解。關(guān)鍵詞：振蕩；倍頻；功率放大；FM radio

2、receiverAbstractFM radio transmitter is a device for audio audio signal can be converted to electrical signals.Collected by audio, audio amplifier, carrier oscillation, modulation, the transmitting antenna and other modules.Around 90 MHZ answered with a radio, can receive the corresponding signal wh

3、en moderate distance, the design has a low voltage, high sensitivity, simple, easy to debug, and other characteristics.At the same time its use also is very extensive.Keywords：sending set；90MHz；The characteristics of more；Wide range of USES目 錄摘 要II1 緒論VI1.1 無(wú)線電的發(fā)展VI1.2 研究的意義VI2 無(wú)線話筒電路的基本組成及其工作原理72.1

4、 無(wú)線發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)72.2 功率放大模塊72.2.1 功率放大器技術(shù)指標(biāo)72.2.2 影響放大器輸出功率的主要因素82.2.3 提高功率放大器輸出功率的方法82.3 振蕩器的原理及條件82.3.1 振蕩的建立與穩(wěn)定82.3.2 起振過(guò)程與起振條件92.3.3 平衡過(guò)程與平衡條件92.3.4 平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定條件102.3.5 相位平衡的穩(wěn)定條件102.3.6 LC振蕩器.112.3.7 LC三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的判斷112.3.8 電容式三點(diǎn)式振蕩器122.3.9 石英晶體振蕩器132.4 振蕩器的基本分析方法142.5 調(diào)制的原理163 無(wú)線話筒的電路設(shè)計(jì)193.1 無(wú)線話筒的方

5、案討論193.2 無(wú)線話筒的各部分設(shè)計(jì)203.2.1 預(yù)加重模塊203.2.2低頻放大213.2.3主振級(jí)223.2.4功率放大器233.2.5倍頻器233.3參數(shù)的確定244 調(diào)試26結(jié) 論28參 考 文 獻(xiàn)29致 謝301 緒論通信的概念通信是指人與人或者人與自然之間進(jìn)行的信息交流傳遞，在日常生活中，人與人之間的信息交流顯得尤為突出。人們之間的通信往往通過(guò)某種行為或某種媒介進(jìn)行的，在現(xiàn)代社會(huì)中通信是利用某種信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，而實(shí)現(xiàn)這種信息傳遞的系統(tǒng)，稱之為通信系統(tǒng)。 1.1 無(wú)線電的發(fā)展 通信方式從早期人們利用視覺(jué)如，手語(yǔ)、旗語(yǔ)、火光等傳遞信息到利用電磁波傳遞信息，經(jīng)歷了一段很長(zhǎng)的時(shí)間

6、。在1865年時(shí)，麥克斯韋從電磁波理論研究中預(yù)言電磁波能以波的形式傳播，速度甚至能與光同速。十多年后，德國(guó)物理學(xué)家赫茲以著名的電火花放電試驗(yàn)證明了麥克斯韋的語(yǔ)言，19世紀(jì)末的時(shí)候，電磁場(chǎng)的理論發(fā)展成熟，人們開(kāi)始研究用無(wú)線電波來(lái)傳遞信息，無(wú)線通信的時(shí)代開(kāi)始了。一個(gè)名叫馬可尼的意大利年輕人，用自己設(shè)計(jì)無(wú)線電傳輸裝置，成功進(jìn)行了2.5千米的無(wú)線電傳輸試驗(yàn)，在這之后很多人也來(lái)研究無(wú)線電，無(wú)線電技術(shù)不斷發(fā)展。短短幾年，就實(shí)現(xiàn)了英吉利海峽和大西洋之間的無(wú)線通信試驗(yàn)1.2 研究的意義人們最早在無(wú)線電的應(yīng)用是發(fā)報(bào)機(jī)，然后實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電傳播聲音，現(xiàn)在甚至可以傳播視頻信號(hào)。無(wú)線傳輸在人們的日常生活中越來(lái)越重要，如手

7、機(jī)、電視機(jī)、無(wú)線鼠標(biāo)、無(wú)線鑰匙等都是無(wú)線傳輸技術(shù)的應(yīng)用。掌握了解無(wú)線電路的設(shè)計(jì)很重要。所以設(shè)計(jì)一款無(wú)線設(shè)備無(wú)線話筒。2 無(wú)線話筒電路的基本組成及其工作原理2.1 無(wú)線發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)下面為一般發(fā)射電路。主要由振蕩器，高頻功放，音頻功放，調(diào)制電路，發(fā)射天線幾個(gè)部分組成。振蕩器的作用是提供穩(wěn)定的高頻載波，一般用LC振蕩電路就可實(shí)現(xiàn)。音頻放大，就是將收集進(jìn)來(lái)的信號(hào)放大，高頻功放就是將從振蕩器出來(lái)的載波進(jìn)一步放大。調(diào)制電路，在這里是調(diào)頻電路。2.2 功率放大模塊高頻放大器把信號(hào)放大，使其有足夠的能量，以便發(fā)的更遠(yuǎn)。高頻放大器在無(wú)線發(fā)射設(shè)備中是一個(gè)重要的部分，在發(fā)射的模塊中，由振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩頻率一般

8、比較小，所以高頻功率放大器是必不可少的。一般將信號(hào)先經(jīng)過(guò)緩沖級(jí)然后經(jīng)過(guò)放大級(jí)和功率輸出級(jí)，最后經(jīng)天線輻射出去。功率放大器一般要滿足：功率輸出要足夠大，效率足夠高，非線性失真要小，頻率帶寬要適當(dāng)。高頻放大器與低頻的放大器設(shè)計(jì)是不同的，兩者在工作頻率和相對(duì)的帶寬要求差別很大。低頻發(fā)達(dá)器工作頻率一般在2020000Hz，頻率的帶寬比較寬，要用純電阻做負(fù)載。高頻諧振功率放大器具有選頻作用，一般與帶通濾波器相搭配帶寬相對(duì)較窄，高頻功率放大器不但輸出功率高而且要求效率高，一般工作在D類，E類工作狀態(tài)。所以要用非線性的分析方法分析。2.2.1 功率放大器技術(shù)指標(biāo)功率放大輸出功率，單位dB。功率增益：輸出功率

9、與輸入功率的比值，單位dB。噪聲系數(shù)：輸入信噪比與輸出信噪比的比值。工作效率：消耗的直流功率與輸出功率的比值。類放大器根據(jù)晶體管集電極電流的導(dǎo)通角的不同，將功率放大器分為A類，B類，C類，類，類。類放大器的效率最低，類放大器高于類，類。類放大器的導(dǎo)通周期不到半個(gè)周期，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)達(dá)到一定值后才能導(dǎo)通。還有一類是類類的結(jié)合體，稱為類放大器，它每個(gè)周期能導(dǎo)通一半以上。2.2.2 影響放大器輸出功率的主要因素放大器的輸出功率主要受到放大器的輸出電壓和輸出電流幅度影響。所以提高電壓和電流的幅度，能使功率放大器提高輸出功率。一般有三個(gè)極限參數(shù)，集電極最大允許電流，集電極反向擊穿電壓，集電極最大允許耗散功率

10、。任一個(gè)極限參數(shù)超過(guò)最大限制，功率三極管就會(huì)燒壞。所以要設(shè)計(jì)好集電極最大允許電流、集電極反向擊穿電壓，集電極最大與必須耗散功率，使其工作在安全狀態(tài)。2.2.3 提高功率放大器輸出功率的方法高頻放大器的設(shè)計(jì)核心思想是將直流電源所提供的直流功率盡可能的轉(zhuǎn)換交流輸出功率，當(dāng)然一定會(huì)有一部分轉(zhuǎn)化為熱能量。根據(jù)能量守恒定律可知：為電流直流功率，為放大器輸出功率，集電極耗散功率。交流輸出功率和直流電源提供功率之比：根據(jù)上面兩個(gè)公式，可分析出提高方法：1.設(shè)定適當(dāng)功率管的工作狀態(tài)。2選用耗散功率小的管子。3改善器件的散熱條件。2.3 振蕩器的原理及條件2.3.1 振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，他不

11、需外部激勵(lì)就能自動(dòng)的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換為指定頻率和振幅的交流信號(hào)功率輸出。振蕩器的種類很多，從有源器件的特性和形成振蕩原理上可分為反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器。根據(jù)產(chǎn)生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件可分為L(zhǎng)C振蕩器、晶體振蕩器、RC振蕩器及壓控振蕩器。產(chǎn)生振蕩的原理在反饋振蕩器中，LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是最基本的選頻網(wǎng)絡(luò)。如圖所示，一個(gè)并聯(lián)諧振回路與一個(gè)直流電壓連接。是并聯(lián)回路的諧振電阻。當(dāng)>時(shí)，回路將產(chǎn)生以電磁能交替變換為主要特征的自由振蕩現(xiàn)象，并聯(lián)回路兩端電壓的表達(dá)式為 （2-1）振蕩角頻率,衰減系數(shù)。當(dāng)諧振電阻值較大時(shí)，并聯(lián)回路兩端電壓變化是一個(gè)振幅按

12、指數(shù)規(guī)律衰減的正弦振蕩。并聯(lián)諧振回路中自由振蕩衰減的原因在于損耗電阻的存在。若回路無(wú)損，衰減系數(shù)0，回路兩端的電壓變化是一個(gè)等幅正弦波振蕩。如果采用正反饋的方法，不斷地實(shí)施給回路補(bǔ)充能量，使之剛好與上損耗的能量相等，那么就獲得等幅的正弦波了。反饋型振蕩器是放大器在一定條件下通過(guò)正反饋產(chǎn)生自激振蕩的裝置。一般由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成。反饋型振蕩器是一個(gè)非線性閉環(huán)系統(tǒng)，所以需要用非線性系統(tǒng)分析方法來(lái)分析。但在振蕩的初始階段，信號(hào)比較弱，可以引用線性系統(tǒng)的分析方法來(lái)確定這時(shí)期振蕩器工作狀態(tài)。 （2-2）定義T為閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)時(shí)的環(huán)路傳遞函數(shù)。 T （2-3）所以 （2-4）可得環(huán)路產(chǎn)生振蕩的條件為 1-

13、=02.3.2 起振過(guò)程與起振條件在剛接通電源時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生各種電擾動(dòng)，這些擾動(dòng)在接通電源瞬間會(huì)引起電路電流的突變，這些突變的電流具有很寬的頻譜，由于集電極LC并聯(lián)諧振回路的選頻作用，只有角頻率為諧振角頻率的分量才能在諧振回路兩端產(chǎn)生電壓。通過(guò)變壓器反饋后，加到放大器輸入端反饋電壓與原輸入電壓同相，并且具有更大的振幅，則線性放大和正反饋不斷循環(huán)，振蕩電壓振幅不斷增大。要使振蕩振幅不斷增大則 （2-5） 即 （2-6） 所以 （n=1,2,3）（2-5）和（2-6）分別是反饋振蕩器的振幅條件和相位條件。2.3.3 平衡過(guò)程與平衡條件振蕩器的幅值的增長(zhǎng)也是有限度的，這是因?yàn)榉糯笃鞯木€性范圍是有限的

14、。隨著振幅的增大，放大器逐漸由放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)域截止區(qū)，工作于非線性的甲乙類狀態(tài)，增益會(huì)降低，環(huán)路增益也會(huì)降低，當(dāng)環(huán)路增益下降到1時(shí)，振幅停止增長(zhǎng)，振蕩器會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)，就是進(jìn)入等幅狀態(tài)。這時(shí)直流電源補(bǔ)充的能量剛好抵消整個(gè)環(huán)路消耗的能量。則反饋振蕩器的平衡條件為分別為振幅平衡條件和相位平衡條件。2.3.4 平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定條件振蕩器工作時(shí)不可避免收到各種因素的影響，這些影響會(huì)導(dǎo)致放大器和回路的參數(shù)變化，破壞原來(lái)的平衡條件。而且由于放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)，最后會(huì)突變到新的平衡狀態(tài)或者停振。但是，通過(guò)放大和反饋也能使振蕩器趨于回到原平衡點(diǎn)，在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡。

15、振蕩器阻止振幅變化，就能達(dá)到振幅穩(wěn)定。具體點(diǎn)說(shuō)，在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)因素使振幅增大時(shí)，閉路增益幅值應(yīng)該減小，使反饋振幅減小，從而阻止振幅的增大。當(dāng)不穩(wěn)定因素是振幅減小，閉路增益增大，反饋電壓增大，阻值振幅減小。即在平衡點(diǎn)時(shí) （2-7）就是振幅條件2.3.5 相位平衡的穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件的意義是指當(dāng)相位平衡條件遭到破壞時(shí)，電路本身能重新建立起相位平衡的條件。由于瞬時(shí)角頻率是瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)，所以相位變化時(shí)，頻率也會(huì)變化。所以相位穩(wěn)定條件就是頻率穩(wěn)定條件。即當(dāng)時(shí) （2-8）反饋振蕩電路的判斷反饋振蕩電路的基本原理應(yīng)當(dāng)滿足起振、平衡和穩(wěn)定三個(gè)條件，判斷一個(gè)反饋電路是否能正常工作，需要考慮以下幾點(diǎn)：（

16、1）可變?cè)鲆娣糯笃骷?yīng)有正確的直流偏執(zhí)，起振開(kāi)始時(shí)應(yīng)工作在甲類狀態(tài)，以便起振。（2）開(kāi)始起振時(shí)，環(huán)路增益幅值應(yīng)大于1。（3）環(huán)路增益的相位在振蕩頻率點(diǎn)應(yīng)為2的整數(shù)倍，即環(huán)路應(yīng)為正反饋。（4）選頻網(wǎng)絡(luò)在振蕩頻率點(diǎn)附近具有負(fù)斜率的相頻特性。2.3.6 LC振蕩器.LC正弦波振蕩器從前面的論述可以知道,振蕩器必須滿足兩個(gè)條件才能起振,一個(gè)是用瞬時(shí)極性法判斷是否滿足公式（n=0,1,2,3.）電路是否滿足正反饋,一個(gè)是用>1判定諧振放大電路是否有電壓增益。下面就三點(diǎn)式LC振蕩器的工作原理進(jìn)行討論"2.3.7 LC三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的判斷當(dāng)電路比較復(fù)雜的時(shí)候, 判斷相位平衡條件,比

17、較難判斷。如果明確電容和電感上所對(duì)應(yīng)的電流和電壓的關(guān)系,電感的瞬時(shí)極性法是一個(gè)很好方法。下面介紹一個(gè)適合在實(shí)際設(shè)計(jì)電路中的方法,根據(jù)三極管基極,發(fā)射機(jī),集電極的極間的瞬時(shí)電抗來(lái)判斷是否滿足相位平衡條件"先把三點(diǎn)式振蕩電路的交流通路等效為一個(gè)通用的形式,如圖5所示"在電路中,三極管的三集分別于諧振電路的三個(gè)端點(diǎn)連接。當(dāng)電路諧振的時(shí)候,對(duì)外呈純電阻性,所以我把當(dāng)成純電抗性質(zhì)的元件。為了便于分析,暫時(shí)不考慮放大器的電抗效應(yīng)。當(dāng)電路諧振的時(shí)候,饑與認(rèn)反相,所以有于并聯(lián)諧振電路的Q值較高,振蕩電路內(nèi)部的電流時(shí)外部電流的Q倍,所以忽略外部電路的電流,電流的方向如圖所示：圖2.1 電流的

18、方向圖 （2-9）反饋系數(shù)為: (2-10)當(dāng)振蕩電路振蕩頻率和幅度平衡的時(shí)候,電路呈現(xiàn)純阻性,路的諧振頻率基本相等"就能夠滿足下面的條件 （2-11） （2-12） （2-13）由上面分析可以知道只要在滿足,就能滿足的振蕩電路相位平衡條件,所以和必須是同樣電抗性質(zhì)的元件"但是諧振的時(shí)候,對(duì)外呈現(xiàn)純電阻,必須滿足式(3.12),的電抗性質(zhì)與和電抗性質(zhì)相反"綜合上面的分析可知,三點(diǎn)式振蕩電路要滿足相位平衡條件,三極管的發(fā)射極接同種性質(zhì)的電抗,而射極為異性質(zhì)的電抗。2.3.8 電容式三點(diǎn)式振蕩器下面的四個(gè)電路圖是電容三點(diǎn)式振蕩電路的原理圖。交流等效圖和開(kāi)環(huán)等效電路&q

19、uot;其中RFC為高頻扼流圈,對(duì)振蕩高頻信號(hào)可以視為短路Ce為旁路電容,對(duì)于振蕩電路可以看成短路諧振回路由L、和構(gòu)成"由三點(diǎn)式相位平衡條件可以知道,滿足相位平衡條件。圖2.2 三點(diǎn)式電路原理圖2.3.9 石英晶體振蕩器石英晶體由于其固有的機(jī)械諧振頻率,所以具有穩(wěn)定的固有頻率,并且諧振的時(shí)候會(huì)有很高的諧振值,在串聯(lián)的時(shí)候Q值會(huì)提高,而且成本低,可以大規(guī)模的生產(chǎn),所以能大規(guī)模的應(yīng)用。在實(shí)際設(shè)計(jì)電路的應(yīng)用中,需要對(duì)石英晶體振蕩器進(jìn)行建模和簡(jiǎn)化其等效的回路晶振的等效電路其中co是一個(gè)靜態(tài)的參數(shù),主要由晶體片兩端的電極和石英組成的"它的值很小, ,這個(gè)值越小越好,從下面的等式中可以

20、看出來(lái)是和串聯(lián)諧振頻率相關(guān)的動(dòng)態(tài)參數(shù)"其典型值如同下面所示由上面的等效回路可以知道,晶振有2個(gè)諧振頻率,一個(gè)是串聯(lián)諧振,一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率。圖2.3 石英晶體振蕩器原理圖晶振的參數(shù)從上面的參數(shù)可以看出。所以一般情況下可以考慮幾/人"我們現(xiàn)在知道石英晶體由兩個(gè)振蕩頻率關(guān)和幾,那么到底石英晶體在電路中一般在什么情況下用到什么狀態(tài),其作用一般是什么?當(dāng)石英晶體用在串聯(lián)電路中的時(shí)候,一般工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)"這是晶振的頻率為人,電路呈現(xiàn)純阻性,沒(méi)有位移"此時(shí)晶振一般用在反饋回路中,作用是選頻作用"有時(shí)候也用晶振的串聯(lián)諧振狀態(tài)來(lái)進(jìn)行濾波,這在大

21、功率的發(fā)射電路和接受電路中會(huì)經(jīng)常可以看的到石英晶體上的標(biāo)稱的頻率和實(shí)際的振蕩頻率石英晶體的本身的兩個(gè)諧振頻率之差非常小,在這中間晶體工作在電感的工作狀態(tài)。關(guān)于石英晶體上面標(biāo)注的頻率,既不是串聯(lián)諧振頻率人也不是并聯(lián)諧振的頻率幾,而是在晶體振蕩器的外部接上一定的電容,測(cè)定的頻率。我們常說(shuō)的晶體振蕩器是一個(gè)以石英晶體控制的振蕩器,一般都成為晶體振蕩器當(dāng)石英晶體的串聯(lián)諧振的時(shí)候有很高的Q值,所晶體振蕩器有很高的穩(wěn)定性而且隨著現(xiàn)代通信的發(fā)展,各個(gè)頻道之間的頻率帶寬的限制,信號(hào)的頻率漂移對(duì)發(fā)射和接受的影響,對(duì)振蕩器頻率的穩(wěn)定系提高了要求,而晶體振蕩器正好能滿足這些要求，在現(xiàn)代的通 信系統(tǒng)中,晶體振蕩器得到

22、了很好的發(fā)展"如果電路中的信號(hào)的頻率少于200M的時(shí)候,一般都會(huì)考慮采用晶體振蕩2.4 振蕩器的基本分析方法反饋型正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)電路中由于采用了三極管等元器件,這些元器件是含有電抗原件的非線性電路,這些電路采用數(shù)學(xué)的方法嚴(yán)密的分析起來(lái)比較困難"所以設(shè)計(jì)電路的時(shí)候,常常采用等效的模型來(lái)進(jìn)行近似的計(jì)算,例如高頻中常用的Y,二參數(shù)等效電路對(duì)振蕩電路進(jìn)行計(jì)算振蕩頻率,來(lái)確定電路是否滿足起振條件"但是振蕩的頻率比較難以計(jì)算,用下面的步驟來(lái)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算電路的振蕩頻率和起振的條件:首先是根據(jù)正反饋振蕩電路來(lái)等效一個(gè)Y參數(shù)的交流通路,其次把振蕩電路的負(fù)反饋斷開(kāi),輸出端并聯(lián)一個(gè)電

23、路的輸入阻抗,然后再根據(jù)電路拆環(huán)后的等效回路計(jì)算出電路的增益之戶,最后根據(jù)相位平衡條件,確定電路的振蕩頻率氣, 1,使電路起振"以圖式2.4所描述振蕩電路的參數(shù)為是不變電路的參數(shù),實(shí)際在振蕩電路的起振過(guò)程中,振蕩器的電路時(shí)時(shí)變電路,只能對(duì)建立平衡后的振蕩電路很好的描述。把圖2.4的A點(diǎn)斷開(kāi),畫(huà)出振蕩電路交流通路的Y參數(shù)等效回路圖4,在L回路中,把L的損耗電阻和負(fù)載電阻等效為電阻R。則U和幾的表達(dá)式可以用下面的參數(shù)表示 （2-14） （2-15）把式(3.16)帶入(3.巧)可得到 （2-16） K= （2-17） （2-18） （2-19)振蕩器與放大器的關(guān)系振蕩器其實(shí)就是在放大電路

24、中加選頻網(wǎng)絡(luò)，再?gòu)倪x頻網(wǎng)絡(luò)正反饋到放大器的輸入端，把直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)。其基本原理和放大器的交流放大是相同。所以正弦波振蕩器是一種反饋的放大器，它的反饋回路的頻率更穩(wěn)定。正弦波放大器不需要外加信號(hào)，就能將直流分量轉(zhuǎn)換為交流分量。圖2.4 正弦波調(diào)諧放大器和反饋型振蕩器2.5 調(diào)制的原理調(diào)制有調(diào)幅，調(diào)頻兩種。這里采用調(diào)頻調(diào)制，之所以選用調(diào)頻電路，是因?yàn)檎{(diào)頻電路具有較高的保真度，通帶寬，較強(qiáng)的抗干擾能力，信噪比高動(dòng)態(tài)范圍大。調(diào)頻制有兩種方式：直接調(diào)制和間接調(diào)制。這里采用直接調(diào)制。直接調(diào)頻：直接調(diào)頻電路是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的頻率而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的。LC振蕩器的振蕩頻率基本上是由振蕩回路參數(shù)L、

25、C決定的。如果用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容C或回路電感L，并使振蕩器正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，所以常采用壓控振蕩器作為頻率調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。在實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相的方法上，無(wú)論是調(diào)頻還是調(diào)相，都會(huì)使瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位發(fā)生變化，說(shuō)明調(diào)頻和調(diào)相可以互相轉(zhuǎn)化。所以，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)調(diào)頻或調(diào)相，也可以從他們之間的關(guān)系得到啟發(fā)。圖給出了實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的電路原理方框圖。圖a是用調(diào)制信號(hào)直接對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制，得到調(diào)頻波，成為直接調(diào)頻法。圖是先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到；再由此積分信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，得到的已調(diào)波信號(hào)相對(duì)于而言仍是調(diào)頻波。所以圖b也成為間接調(diào)頻法。頻率調(diào)制器.（a）直接調(diào)頻

26、積分器相位調(diào)制器(b)間接調(diào)頻圖2.5 調(diào)頻的電路原理方框圖同理，也可以給出實(shí)現(xiàn)調(diào)相波的電路原理方框圖，如圖所示圖（a）是直接由調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的相位進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)相波的；圖（b）則是先將調(diào)制信號(hào)微分，得到，再由此微分信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制，所以已調(diào)波相對(duì)而言仍是調(diào)相波。相位調(diào)制器（a）直接調(diào)相微分器頻率調(diào)制器（b）間接調(diào)相圖2.6 調(diào)相的電路原理方框圖 直接調(diào)頻電路是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的。在指出LC振蕩器的振蕩頻率基本上是由振蕩回路參數(shù)L、C決定的，即。如果用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容C或者回路電感L，并使得振蕩頻率正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)

27、現(xiàn)調(diào)頻。所以，在直接調(diào)頻法中經(jīng)常采用壓控振蕩器作為頻率調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。壓控振蕩器（VCO）的特點(diǎn)是瞬時(shí)頻率隨著外加控制電壓的變化而變化。通常有：。壓控振蕩器的輸出信號(hào)即為調(diào)頻信號(hào)：式中，為振蕩信號(hào)的振幅。為當(dāng)時(shí)壓控振蕩器的固有振蕩頻率；為壓控振蕩器的壓控靈敏度。圖 示出了壓控振蕩器的原理方框圖。在壓控振蕩器中，最常用的壓控元件是壓控變?nèi)荻O管，也可以采用由晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管等發(fā)達(dá)器件組成的電抗管電路作為等效壓控電容或壓控電感。壓控振蕩器直接調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是：在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得相對(duì)較大的頻偏。它的主要缺點(diǎn)是：調(diào)頻過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致載頻（FM波的中心頻率）偏移，頻率穩(wěn)定性較差。通常需要

28、采用自動(dòng)頻率微調(diào)電路來(lái)克服載頻的偏移。2.6 倍頻器倍頻器利用三極管的非線性，搭建放大電路之后，濾波取諧波。如果集電極回路不是調(diào)諧于基波，而是調(diào)諧于n次諧波上（n為正整數(shù)），那么輸出諧振回路對(duì)基波和其他諧波的阻抗很小，僅對(duì)n次諧波的阻抗達(dá)到最大值，且呈電阻性。于是輸出諧振回路僅有的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其他頻率分量產(chǎn)生的電壓均可忽略，因而在諧振阻抗上課得到頻率為輸入信號(hào)頻率n倍的輸出信號(hào)功率。這種將輸入信號(hào)頻率倍增n倍的電路成為倍頻器，它剛放應(yīng)用于無(wú)線電發(fā)射機(jī)等電子設(shè)備中。首先，在由流通的時(shí)間內(nèi)，倍頻器的集電極瞬時(shí)電壓上升速度比較快，故倍頻器的集電極消耗功率比正常工作于基波狀態(tài)時(shí)大得多

29、，即集電極效率較低，且倍頻次數(shù)n值越高，損耗就越大，效率就越低。集電極電流脈沖中包含的諧波分量幅度總是隨著諧波次數(shù)n的增大而迅速見(jiàn)效。因而倍頻次數(shù)過(guò)高三極管倍頻器的輸出功率和效率就會(huì)過(guò)低。其次，倍頻器的輸出諧振回路需要濾除高于n和低于n的各次分量。一般低于n的分量的（包括n=1的基波分量）幅度比游泳分量大，要將他們?yōu)V除較為困難，顯然，倍頻次數(shù)過(guò)高，倍頻器對(duì)輸出諧振回路提出的濾波要求救過(guò)過(guò)于苛刻而難以實(shí)現(xiàn)。由于倍頻器主要是利用了余弦尖頂脈沖的諧波分量，即： 在作倍頻器應(yīng)用時(shí)，為了使輸出電流最大，一般應(yīng)選擇使 為最大值的導(dǎo)通角。根據(jù)余弦脈沖分析，此最佳導(dǎo)通角為： 如果設(shè)倍頻器的導(dǎo)通角為 ，則n次倍

30、頻器的輸出功率為：式中 ，n次諧波倍頻器的輸出功率正比于n次諧波的分集系數(shù) 工作在C類狀態(tài)的倍頻器，其輸出電壓振幅與輸入電壓振幅（即振幅特性）之間的關(guān)系是線性關(guān)系，因?yàn)楸额l器不適合于對(duì)條幅信號(hào)進(jìn)行倍頻。但對(duì)于振幅不變的窄頻帶調(diào)頻信號(hào)和調(diào)相信號(hào)，可以進(jìn)行倍頻。但丙類倍頻器一般只限于二倍頻和三倍頻的應(yīng)用。當(dāng)倍頻次數(shù)較高時(shí)，一般都采用變?nèi)荻O管、階躍二極管構(gòu)成的三倍頻器，它們的次數(shù)可以高達(dá)數(shù)十倍以上。3 無(wú)線話筒的電路設(shè)計(jì)3.1 無(wú)線話筒的方案討論無(wú)線話筒也是無(wú)線設(shè)備的一種，也應(yīng)有音頻放大電路和振蕩電路。就這兩塊核心，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易型的無(wú)線話筒。其電路圖如下如下：圖3.1 電路圖如圖所示這個(gè)電路包括

31、了音頻放大電路和振蕩電路。我們簡(jiǎn)單分析一下設(shè)計(jì)的思路。L和C3決定調(diào)頻發(fā)射的頻率，。調(diào)整L的匝距可改變發(fā)射頻率。C6決定頻帶寬度。發(fā)射天線用一條50cm左右的軟線即可。MIC是駐極體話筒，它的作用就是感應(yīng)空氣中聲波的微弱振動(dòng)，并輸出跟聲音變化規(guī)律一樣的電信號(hào)。注意：話筒有正負(fù)極之分，一般和外殼相通的是負(fù)極。R1是MIC駐極話筒的偏置阻，有了這個(gè)電阻，話筒才能輸出音頻信號(hào)，這是因?yàn)镸IC話筒內(nèi)部本身有一極場(chǎng)效應(yīng)管放大電路，用來(lái)阻抗匹配和提高輸出能力等作用。注意：話筒不要選靈敏度太高的話筒，否則容易出現(xiàn)聲反饋，出現(xiàn)自激叫聲。C1是音頻信號(hào)耦合電容，將話筒感應(yīng)輸出的聲音電信號(hào)專遞到下一級(jí)。兩只晶體管

32、Q2做音頻放大，Q1為高頻振蕩管兼頻率調(diào)制管。由Q2(9013)構(gòu)成一級(jí)音頻放大，將駐極體話筒輸出的音頻信號(hào)放大后經(jīng)電容C2耦合至高頻振蕩管Q1基極。高頻振蕩電路頻率調(diào)整在88-108 MHz的調(diào)頻廣播頻段，方便配合FM收音機(jī)進(jìn)行調(diào)試。這個(gè)頻率由LC諧振回路L和C3調(diào)整，Q2送來(lái)的音頻信號(hào)將對(duì)這一頻率進(jìn)行頻率調(diào)制。當(dāng)音頻信號(hào)經(jīng)C2耦合至Q1基極時(shí)，振蕩器頻率會(huì)隨音頻信號(hào)不斷變化，產(chǎn)生所需要的FM調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)天線發(fā)射出去。C7是Q1的基極濾波電容，一方面濾除高頻雜音，另一方面讓Q1的高頻電位為0，對(duì)50MHz以上的高頻電路來(lái)說(shuō)，Q1是一個(gè)共基極放大電路，這是最后能形成振蕩的基礎(chǔ)。因?yàn)檎袷庪娐返幕?/p>

33、礎(chǔ)條件就是必須具備一定的增益，再就是具備合適相位的反饋（一般是正反饋）。R4是Q1的基極偏置電阻，給Q1提供一個(gè)較小的基極電流。C6是高頻信號(hào)輸出耦合電容，目的是為了讓高頻信號(hào)變成無(wú)線電波幅射到天空中。通過(guò)簡(jiǎn)單的分析之后，進(jìn)行了焊接并調(diào)試，但發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不如人意。事實(shí)證明，僅有這兩個(gè)電路是不夠的，還設(shè)計(jì)其它電路來(lái)輔助。對(duì)上述電路實(shí)際檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)僅通過(guò)一級(jí)放大是不夠的，而且僅靠上述的振蕩電路產(chǎn)生的頻率也達(dá)不到需求。所以對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行了改良。話筒將聲音轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，要先將這信號(hào)放大，在上述電路中，通過(guò)放大器放大并沒(méi)有達(dá)到效果，如果再加一級(jí)放大，不免增加難度，也給調(diào)試增加難度。所以為了達(dá)到目的，又能簡(jiǎn)化

34、電路，我們?cè)谠捦才c放大器之間加個(gè)預(yù)加重的模塊，使能量提升，在經(jīng)過(guò)放大。放大之后，不要馬上去振蕩，先設(shè)置個(gè)限幅器，過(guò)壓保護(hù)，然后經(jīng)過(guò)振蕩器。在上述的電路，振蕩之后，沒(méi)有經(jīng)過(guò)功率放大，這也是沒(méi)達(dá)到要求的原因之一，但是在進(jìn)行功率放大之前，還要進(jìn)行倍頻，目的是提高振蕩器頻率的穩(wěn)定度。3.2 無(wú)線話筒的各部分設(shè)計(jì)3.2.1 預(yù)加重模塊在調(diào)頻話筒中，采用一種預(yù)加重措施。其核心思想是利用信號(hào)特性和噪聲特性的差別來(lái)有效地處理信號(hào)，即在噪聲引入之前采用預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，人為提升發(fā)射機(jī)輸入調(diào)制信號(hào)的高頻分量，而且預(yù)加重對(duì)噪聲并沒(méi)有影響，有效地提高了輸出信噪比。預(yù)加重就是通過(guò)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)提升調(diào)制信號(hào)頻譜中的高頻成分。預(yù)加重

35、能使鑒頻器輸入端的信噪比提高，在整個(gè)頻帶內(nèi)就可以獲得較高的輸出信號(hào)比。預(yù)加重網(wǎng)絡(luò) 由于鑒頻器輸出端的噪聲功率譜密度會(huì)隨著調(diào)制信號(hào)頻率成平方律上升。那么預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)也得使信號(hào)功率成平方律提升，輸出端調(diào)制頻率中的高頻信噪比才能提升。 根據(jù)以上要求，預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)應(yīng)滿足。這相當(dāng)于一個(gè)微分電路。所以，預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)在調(diào)制信號(hào)頻率的低頻端為一常熟，而在較高頻段相當(dāng)于微分電路。近似這種響應(yīng)的典型預(yù)加重RC網(wǎng)絡(luò)如圖 所示。圖 是預(yù)加重RC網(wǎng)絡(luò)的頻響特性，圖中，（式中，）。對(duì)于廣播調(diào)頻發(fā)射機(jī)中預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的重要參數(shù)C、的選擇，常使，此時(shí)。圖3.2 預(yù)加重RC網(wǎng)絡(luò)及頻響特性如圖所示是本設(shè)計(jì)中的預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)

36、圖3.3 電路圖23.2.2低頻放大這個(gè)模塊是為了增大輸入信號(hào)的幅度，通過(guò)低頻放大電路。而后面要加一個(gè)限幅電路，防止幅度放大過(guò)渡。下面分析一下限幅電路限幅電路可分為上限幅電路，下限幅電路。分別限制高于某一上線和低于某一下線。而我采用的是上限幅電路與下限幅電路結(jié)合的電路，二極管雙向限幅電路。如圖所示圖3.4 低頻放大模塊 3.2.3主振級(jí)主振級(jí)如圖所示，、構(gòu)成主振級(jí)，振蕩頻率由、決定。圖3.5 主振級(jí)3.2.4功率放大器 功率放大功率放大器由3只3DG12三極管并聯(lián)組成，每一級(jí)都增大電流，使輸出功率變大。圖3.6 功率放大原理圖 3.2.5倍頻器倍頻網(wǎng)絡(luò)中的集電極回路不是調(diào)諧于基波，而是調(diào)諧于二

37、次諧波上，輸出諧振回路對(duì)基波和其他諧波阻抗很小，僅對(duì)二次諧波的阻抗達(dá)到最大值，呈電性。輸出諧振回路僅有電流的二次諧波分量產(chǎn)生的頻電壓，在諧振阻抗上可得到頻率為輸入信號(hào)頻率二倍的輸出信號(hào)。3.3參數(shù)的確定主振級(jí)的參量元件是駐極話筒，我們把工作頻段設(shè)計(jì)在9295MHz，提高載波頻率，對(duì)增大頻偏有利。電源電壓取9伏。輸出功率2530mW,天線的阻抗取75振蕩回路最低端為46MHz 電路分布電容一般取5P，駐極體靜電容，取30P匝K比例系數(shù) 取D線圈直徑 取4mmb線圈長(zhǎng)度 取8cm線圈電感 已知線圈匝數(shù)考慮到負(fù)載的影響：其實(shí)為近似值。當(dāng)接入負(fù)載后，反射到LC兩端，相當(dāng)于增加了回路的損耗r，則：，其中

38、可知Q愈大，即。倍頻級(jí)作為前級(jí)的負(fù)載 接入時(shí)候，為避免 我們?cè)?的 處接觸已調(diào)頻的基波信號(hào)，而同時(shí)倍頻器實(shí)質(zhì)上就是調(diào)諧放大器，只不過(guò)它調(diào)諧在振蕩器的二次諧波上，頻偏也成倍增加，故它兼有隔離和緩沖負(fù)載天線的變動(dòng)對(duì)主振級(jí)的影響的作用。當(dāng)然，它也是一個(gè)功率放大器。頻偏：主要由駐極體話筒的 大小變化決定。一般總小于 經(jīng)倍頻后，頻偏應(yīng)為：令最高調(diào)制信號(hào)頻率為 則調(diào)頻指數(shù)， 按第一類n次貝塞爾函數(shù)計(jì)算所得帶寬約為 ，按一般調(diào)頻廣播的頻帶寬度：完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。 為使振蕩極穩(wěn)定， 發(fā)射機(jī)直流負(fù)反饋電阻為1.2K（比通常稍大）。確定 = 在振蕩回路中，應(yīng)該取大一些，取5.6。4 調(diào)試1先檢電路板和焊接情況

39、，應(yīng)元短路和虛、假焊現(xiàn)象。然后可接通電源。2用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量晶體管V基極發(fā)射極問(wèn)電壓，應(yīng)為0.5伏左右。若將線圈兩端短路，電壓應(yīng)有一定變化，說(shuō)明電路已經(jīng)振蕩。3打開(kāi)收音機(jī)，拉出收音機(jī)天線，波段開(kāi)關(guān)置于FM波段，（頻率范圍為88兆赫至108兆赫）將無(wú)線話筒天線搭在收音機(jī)上。4.慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)收音機(jī)調(diào)諧旋鈕，同時(shí)，對(duì)話筒吹氣或講話。調(diào)到收音機(jī)收到信號(hào)聲為止。若收音機(jī)在調(diào)諧范圍內(nèi)收不到信號(hào)，可拉伸或壓縮線圈L，改變其寬度，再仔細(xì)調(diào)諧收音機(jī)直至收音機(jī)收到清晰的信號(hào)。然后逐漸拉開(kāi)無(wú)線話筒和收音機(jī)間的距離，直到距離在810m時(shí)，仍能收到清晰信號(hào)為止。注意在調(diào)試中無(wú)線話筒發(fā)射頻率應(yīng)避開(kāi)調(diào)頻波段內(nèi)的廣播電臺(tái)的頻率本設(shè)計(jì)的總原理圖如圖4.1所示。圖4.1 總原理圖結(jié) 論通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鞏固了我大學(xué)中所學(xué)的知識(shí)，更加重要的是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)以及實(shí)物制作讓我明白了動(dòng)手能力的重要性。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我制作的是調(diào)頻無(wú)線話筒，通過(guò)為期一個(gè)月的努力，終于將這次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我克服了理論知識(shí)的不足，完成了各模塊的設(shè)計(jì)，并最終通過(guò)這次設(shè)計(jì)對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行了鞏固。這次設(shè)計(jì)的無(wú)線調(diào)頻話筒，也制作出了實(shí)物，在實(shí)物的調(diào)試上雖然沒(méi)達(dá)到所期盼的目標(biāo)，但試驗(yàn)?zāi)康某醪降倪_(dá)到。借助老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，我圓滿的完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作。這次制作過(guò)程也讓我受益匪