調(diào)頻無線話筒的設(shè)計

1、吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院射頻通信電路課程設(shè)計報告設(shè)計題目：調(diào) 頻 無 線 話 筒 的 設(shè) 計專業(yè)班級： 電子信息工程101 學(xué)生姓名： 趙 盼 盼 學(xué) 號： 10210218 指導(dǎo)教師： 楊佳 王超 設(shè)計時間： 2013.12.30 2014.1.10 教師評語：成績 評閱教師 日期 目錄摘要1一、設(shè)計的作用、目的2二、設(shè)計任務(wù)及要求2三、設(shè)計內(nèi)容2四、總體設(shè)計方案2五、各單元電路設(shè)計55.1 音頻放大部分55.2 振蕩調(diào)制部分6 5.3 倍頻緩沖放大部分7六、仿真與分析8 6.1音頻放大部分的仿真10 6.2振蕩調(diào)制部分的仿真11 6.3倍頻緩沖放大部分的仿真12七、心得體會 14

2、八、參考文獻(xiàn) 15附錄（電路原理圖） 160摘要 無線話筒它就是一種通過無線電波傳輸聲音的設(shè)備。焊制電路板上的電子元件話筒將自然界的聲音信號變成音頻電信號，然后去調(diào)制振蕩器產(chǎn)生的高頻信號。最后，高頻信號通過天線發(fā)射到空中，調(diào)頻的信號設(shè)置在FM波段，這樣就可以用收音機(jī)幾首調(diào)試。隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛使用，無線話筒成為越來越多用戶首選的對象，無線話筒系統(tǒng)在廣播、電影、戲劇和舞臺制作以及公司、宗教和教育場所都是一個重要的組成部分。功率無線話筒實(shí)際上就是一臺小功率的無線電高頻發(fā)射機(jī)，因其具有體積小、重量輕、電路簡單，成本低、無電纜傳送等特點(diǎn)，因而得到了靈活廣泛的應(yīng)用。無線話筒按調(diào)制方式可分為調(diào)頻式和調(diào)幅式

3、，前者由于具有通頻帶寬、動態(tài)范圍大、傳輸距離遠(yuǎn)和抗擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以應(yīng)用較多。簡易無線話筒的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)結(jié)合了高頻電子技術(shù)、電子線路設(shè)計、模擬電子技術(shù)等知識點(diǎn)，設(shè)計及實(shí)現(xiàn)這個實(shí)用性很強(qiáng)的課題，既可以在實(shí)踐中鞏固許多知識點(diǎn)，又可以根據(jù)自己的興趣開發(fā)新功能，從而學(xué)習(xí)到新的知識點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：無線調(diào)頻話筒、電路分析、仿真、實(shí)物調(diào)試一、 設(shè)計的作用、目的課程設(shè)計是理論學(xué)習(xí)的延伸，是掌握所學(xué)知識的一種重要手段，對于貫徹理論聯(lián)系實(shí)際、提高學(xué)習(xí)質(zhì)量、塑造自身能力等于有特殊作用。本次課程設(shè)計一方面通過對射頻通信系統(tǒng)的設(shè)計，使我們加深對理論知識的理解，同時增強(qiáng)其邏輯思維能力，另一方面對課堂所學(xué)理論知識作一個總結(jié)和補(bǔ)

4、充。二、 設(shè)計任務(wù)及要求1.掌握調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作原理及具體實(shí)現(xiàn)方法；2.掌握調(diào)頻發(fā)射機(jī)的工作原理及具體實(shí)現(xiàn)方法；3.掌握MULTISIM的電路系統(tǒng)仿真。三、設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一個簡易調(diào)頻無線話筒，具體要求如下：1.電路發(fā)射頻率在80-108MHz之間，用收音機(jī)FM段接收；2.在聲音唄清晰接收的前提下，發(fā)射距離不小于1m；3.天線阻抗為75；4.輸出功率大于200mW；5.中心頻率穩(wěn)定度不低于1/1000；6.使用Multisim進(jìn)行仿真。四、總體設(shè)計方案收音機(jī)接 收天線發(fā) 射倍頻放 大直 接調(diào) 制音頻放 大話筒輸 入載波振 蕩圖1 硬件系統(tǒng)框圖 整個無線調(diào)頻話筒由音頻放大、調(diào)制振蕩及倍頻緩

5、沖放大三部分組成。駐極體話筒MIC采集外界的聲音信號并將采得的音頻信號轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，經(jīng)電容C2耦合至由V1等構(gòu)成的音頻放大器放大后，經(jīng)C1輸送給電容三點(diǎn)式高頻振蕩器振蕩管Q4的基極，使其ce結(jié)電容變化從而使振蕩頻率隨之變化。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(shí)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(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。FM無線電臺運(yùn)作有關(guān)頻率在88和108MHz之間。電容器C8和自制的電感L2構(gòu)成一個LC環(huán)路，其發(fā)射頻率將和FM調(diào)頻收音機(jī)的頻率產(chǎn)生共振而被接收。在

6、振蕩回路環(huán)路中，電容通過兩極板在電場中儲存電能，電感通過線圈在磁場中儲存能量。由法拉第電磁感應(yīng)知道，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，而這邊電場和磁場的變化都是以正弦波的形式傳輸?shù)?，所以在空間的，電場和磁場相互垂直傳輸從而達(dá)到發(fā)射效果。調(diào)頻無線發(fā)射機(jī)將聲音信號變成無線電波信號通過無線方式在另一地點(diǎn)用普通的收音機(jī)就可以將聲音信號還原。工作原理如下：調(diào)頻無線話筒是一種可以將聲音或者歌聲轉(zhuǎn)換成88108MHz的無線電波發(fā)射出去，距離可以達(dá)到3050m，用普通調(diào)頻收音機(jī)或者帶收音機(jī)功能的手機(jī)就可以接收。將聲音調(diào)制到高頻載波上，可以用調(diào)幅的方法，也可以用調(diào)頻的方法。與調(diào)幅相比，調(diào)頻具有保真度好，抗

7、干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是占用頻帶較寬。調(diào)頻的方式一般用于超短波波段。話筒MIC：駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音信號。話筒底部有兩個接點(diǎn)，用兩根粗銅絲焊牢在PCB印制電路板上。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒

8、外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。并且，外圍電路中需要有相應(yīng)的偏置電阻為其提供偏置。對于天線來說，只須設(shè)置一根電線（線狀天線）。一般天線的長度設(shè)定為電波波長的1/2（為了在天線上產(chǎn)生駐波）。如果載波頻率80MHz，那么波長為：式中，c是電波的速度（光速）。所以天線的長度為1.9m。但是，這個電路中如果接1.9m的天線的話，會發(fā)射很強(qiáng)的電波，有可能超出電波法所規(guī)定的范圍。所以把天線的長度限制在30cm的程度。無線話筒的類別，依不同的定義，可區(qū)分為許多不同的類型。1依發(fā)射使用頻率而區(qū)分：a. FM 無線話筒：俗稱FM是指FM 88-108MHz國際

9、調(diào)頻廣播頻段。早期消費(fèi)性無線話筒是利用FM收音機(jī)來接收，系統(tǒng)簡單，成本低廉。b. VHF無線話筒：又分為低頻及高頻段兩類型，前者使用VHF50MHz的頻段，因頻率較低，使用天線長度太長，又最容易受到各種電器雜波的干擾，因此這一類型的產(chǎn)品，目前已經(jīng)被高頻段所取代而逐漸從市場上消失。后者使用VHF200MHz的頻段，因頻率較高，使用天線較短，甚至可以設(shè)計成隱藏式天線，方便，安全又美觀，受電器的雜波干擾又大為減少，電路設(shè)計極為成熟，零件普及價格低廉，所以成為當(dāng)今市場上的熱門機(jī)種。 2依接收方式而區(qū)分：a. 自動選訊接收無線話筒系統(tǒng)：由于電波輿中會產(chǎn)生“死角”的物理現(xiàn)象使接收機(jī)的聲音輸出，產(chǎn)生斷斷續(xù)續(xù)

10、或不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，為了解決這種缺陷，專業(yè)用的機(jī)種必須采用雙天線及雙調(diào)諧器的“自動選訊接收”方式來改善b.非自動選訊無線話筒系統(tǒng)：由于上述機(jī)型的電路設(shè)計復(fù)雜精密，裝配較難，成本較高，一般低價的機(jī)型就沒有采用自動選訊的設(shè)計，所以也無法消除無線話筒在使用中產(chǎn)生聲音中斷的缺點(diǎn)。這種機(jī)種當(dāng)然不能符合專業(yè)場合使用的基本要求。3依振蕩方式而區(qū)分：a. 石英鎖定機(jī)種：以石英振蕩器產(chǎn)生發(fā)射與接收精確穩(wěn)定的固定頻率，電路簡單，成本低廉，是當(dāng)今無線話筒的標(biāo)準(zhǔn)電路設(shè)計。這種類型的話筒及接收機(jī)只固定單一個頻率配對使用，無法改變或調(diào)整使用頻率。 b. 相位鎖定頻率合成機(jī)種：為了避免無線話筒在使用中遇到其他訊號的干擾而無法使

11、用，或為了同時使用多支話筒的場合，需要隨時方便又快速的改變頻道，來達(dá)到這種功能的要求。4依接收機(jī)頻道數(shù)而區(qū)分：a. 單頻道機(jī)種：在一個接收機(jī)的機(jī)箱內(nèi)只裝配一個頻道的非自動選訊或自動選訊接收機(jī)。后者因使用簡單，特性穩(wěn)定，是適合專業(yè)場合多頻道同時使用，避免訊號干擾的最佳機(jī)種。b. 雙頻道機(jī)種：在一個接收機(jī)的機(jī)箱內(nèi)，裝配兩個頻道的非自動選訊或自動選訊接收機(jī)，充分利用機(jī)箱的空間，降低成本。后者因為機(jī)構(gòu)及電路復(fù)雜，內(nèi)部互相干擾的處理及天線混合匹配不易，只有少數(shù)在生產(chǎn)專業(yè)機(jī)種的廠商才有的機(jī)型。c. 多頻道機(jī)種：在一個接收機(jī)的機(jī)箱內(nèi)，裝配四個頻道以上的接收機(jī)，大都采用模組化接收模組的機(jī)構(gòu)設(shè)計。主要適用于裝架

12、式專業(yè)機(jī)種的使用場合。五、各單元電路設(shè)計5.1 音頻放大部分 圖2 音頻放大部分仿真原理圖Q1音頻放大管，可選為2SC1815型，也可用復(fù)合管替代， 150；電阻R1可改變話筒的受話靈敏度,電阻R2、R3為VT1提供靜態(tài)偏置，控制R3的大小可以輸入音頻的大小；C2為耦合電容，采用CDll型電解電容.5.2 調(diào)制振蕩部分圖3 調(diào)制振蕩部分仿真原理圖Q為振蕩管，要有較高的特征頻率，為了易于起振，要盡量大一些，可選用ZTX1049A型，也可用國產(chǎn)管3DG56、3DG80等150，fT500MHz。R3R4為VT2提供靜態(tài)偏置，R1為反饋電阻。C1，C3,C5,C6均為CCl型高頻瓷片式，L1為自制電

13、感方法如下:用線徑為O51mm漆包線在35mm的骨架上繞制成空心線圈。繞上10匝，L1的中心處抽頭繞制，可用20W內(nèi)熱式電烙鐵的電熱芯作模具，然后脫胎而成。最后拉長為8mm。5.3 倍頻緩沖放大部分圖4 倍頻緩沖放大部分仿真原理圖 Q6選用2SC1915、D467C、3DGl2C等中功率管，fT250MHz，100。C1和L1構(gòu)成LC選頻網(wǎng)絡(luò)，諧振頻率為92M，其作用是對已調(diào)信號2倍頻，最后通過天線發(fā)射。L1為自制電感，其制作方法同L1一樣，L2為10匝，最后拉長為6mm。天線w可用80cm長的較粗的多股軟塑線代替。元器件清單：表1：元器件清單六、仿真與分析Multisim介紹工程師們可以使用

14、Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器設(shè)置，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分

15、析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進(jìn)行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。對電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過對運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計是否正確合理，是EDA軟件的一項主要功能。為此，Multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從Design工具欄，或用菜單命令。EDA（就是“Electronic Design Automation”的縮寫）技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計。一臺電子產(chǎn)品的設(shè)計過程，從概念的確立，到包括

16、電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級設(shè)計，再到PCB鉆孔圖、自動貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計算機(jī)上完成。EDA技術(shù)借助計算機(jī)存儲量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對設(shè)計方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評估、設(shè)計檢驗、設(shè)計優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)的主要技術(shù)手段。美國NI公司（美國國家儀器公司）的Multisim 9軟件就是這方面很好的一個工具。而且Multisim 9計算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)（也是美國NI公司的）可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗相脫節(jié)的這一

17、老大難問題。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計算機(jī)仿真與虛擬儀器對教員的教學(xué)也是一個很好的提高和促進(jìn)。EDA軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該EDA軟件的質(zhì)量和易用性。Multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件。Multisim以庫的形式管理元器件，通過菜單Tools/ Database Ma

18、nagement打開Database Management（數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下圖所示），對元器件庫進(jìn)行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有兩個數(shù)據(jù)庫：Multisim Master和User。其中Multisim Master庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。用戶對Multisim Master數(shù)據(jù)庫中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Multisim Master時，窗口中對庫的編輯按鈕全部失效而變成灰色，如下圖所示。但用戶可以通過這個對話窗口中的Button in Toolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌?/p>

19、類別器件在工具欄中的表示方法。據(jù)此用戶可以通過選擇User數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而對自建元器件進(jìn)行編輯管理。在Multisim Master中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計仿真與實(shí)際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)

20、形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有。NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件。作為 Windows 下運(yùn)行的個人桌面電子設(shè)計工具，NI Multisim 是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。NI Multisim計算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NI Multisim軟件絕對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。6.1 音頻放大部分的仿真話筒輸入信號用理想正弦波代替，其參數(shù)為Vp-p=12mV，f=1kHZ。用

21、雙蹤示波器觀察音頻輸入與音頻放大輸出端的波形,如下： 音頻放大輸出波形：圖5 音頻放大部分的仿真結(jié)果下面的為話筒輸入波形，靈敏度為20mV/div，上面的為音頻放大輸出波形，500mV/div。可見，在保證輸出波形不失真的情況下，VT1起到了放大作用。6.2 振蕩調(diào)制部分的仿真振蕩調(diào)制部分的仿真分為兩部分進(jìn)行。首先，不加入調(diào)制信號，看振蕩器能否振蕩，且看振蕩頻率是否為理論計算的46MHz。然后，再加入調(diào)制信號，看能否看到調(diào)制波形。圖6振蕩調(diào)制部分的仿真結(jié)果可見振蕩器可以振蕩，且輸出波形較完美。6.3 倍頻放大部分的仿真將已調(diào)制好的FM信號輸入VT3的基集，觀察LC回路的波形如下：倍頻輸出波形：

22、圖7 倍頻放大部分的仿真結(jié)果可以看出通過倍頻器后，已調(diào)信號的頻率加倍。因為仿真時，LC回路的Q值比較高（較為理想），使得看到的倍頻后的波形有些失真。七、心得體會經(jīng)過兩周的時間，我們組終于完成這次調(diào)頻無線話筒的課程設(shè)計任務(wù)。我們首先查閱了大量的書本資料，接著又上網(wǎng)搜集了許多有用信息，有時候為了找到一個合適的電路而苦惱，有時候又為取得一點(diǎn)成功而由衷的高興。當(dāng)最終的電路方案設(shè)計出來以后，我們請教了電氣學(xué)院的幾位學(xué)長，他們的一個小小指點(diǎn)就給我們很大啟示和靈感，對我們的電路原理圖提出了很多有價值的建議，在此對熱心幫助我們的學(xué)長表示衷心感謝。在此次課程設(shè)計中，我充分體會到了熟練運(yùn)用相關(guān)軟件的重要性，不像之

23、前的數(shù)電課設(shè)，并沒有多少工作在計算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。此次課設(shè)絕大多數(shù)工作都高度依賴計算機(jī)，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調(diào)節(jié)，可以說每一步都很艱難，每一步都是我們一步一個腳印結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)踩下去的。通過課程設(shè)計，我們學(xué)會查尋資料比較方案，進(jìn)一步提高了分析解決實(shí)際問題的能力，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化。最最重要的是我熟練掌握了仿真軟件的應(yīng)用。 “紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行”學(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的，所以本次課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認(rèn)識，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。歷時兩個星期的課