調(diào)頻無線話筒課程設(shè)計(jì)

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目調(diào)頻無線話筒系另y電子工程系專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名丁砥學(xué)號(hào)117011指導(dǎo)教師吳彬 職稱論文字?jǐn)?shù)5929完成日期2015 年3月12 日無線調(diào)頻話筒丁砥，電子工程系摘 要：通過高頻電路的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)無線調(diào)頻話筒電路，這些電路包括了發(fā)射機(jī)及 接收機(jī)中的選頻放大電路、混頻電路、功放電路、振蕩電路、調(diào)制及解調(diào)電路、鎖 相環(huán)電路、自動(dòng)增益控制電路及頻率合成電路。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是：通過理論和動(dòng)手實(shí)踐，使我們了解晶體管工作于高頻時(shí)的工作原理，特性參數(shù)及微變等效電路，掌握高頻單元電路的基本工作原理、線路組成、技術(shù)要求、分析方法及一些集成電路的實(shí)際現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，并且具備一定的理論

2、水平和足夠的實(shí)踐技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)通訊技術(shù)的專業(yè)知識(shí)和職業(yè)技能打下基 礎(chǔ)。關(guān)鍵詞（35個(gè)）：無線調(diào)頻話筒、高頻電路、放大電路英文題目 Wireless FM Microph one學(xué)生姓名、系別（英文）：DingDi、Dept.of Electronic Engineering英文摘要High Freque ncy Circuit systematic in troductio n to com muni cati on systems,particularly wireless com muni cati on systems and their basic fun cti onof the

3、circuit, give n the qualitative and qua ntitative an alysis of these methodsof circuit performa nee. The circuit in eludes a tra nsmitter and receiver in frequency selective amplifier, mixer circuits, power amplifier, oscillation circuit, modulati on and demodulati on circuits, phase locked loop cir

4、cuit, automatic gain con trol circuits and freque ncy synthesis.The basic design of this course are: the theory and practice through teaching, so we know whe n the tra nsistors operate at high work ing principle, characteristics and micro-depe ndent equivale nt circuit parameters, frequency con trol

5、 circuit of the line unit compositi on, the basic working prin ciple methods, tech ni cal requireme nts, and some typical IC, and have a certa in theoretical level and eno ugh of the practical skills, com muni cati on techno logies for the further study of expertise and professi onal skills basis.英文

6、關(guān)鍵詞 _Wireless FM?Micrphone,high frequency circuit,?amplifyingcircuit一、 緒論高頻電子線路是一門理論性、工程性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，不但應(yīng)該掌握必要的基礎(chǔ)理論知識(shí)，而且還應(yīng)在分析問題、解決問題和 實(shí)際動(dòng)手能力等方面得到鍛煉和提高。對(duì)于這些能力的培養(yǎng)，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué) 環(huán)節(jié)必須密切聯(lián)系、互相配合，才會(huì)取得比較好的效果。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是作為高頻電子線路課程的總結(jié)與實(shí)際實(shí)踐，目的是使學(xué)生進(jìn)一 步理解課程內(nèi)容并綜合大學(xué)課程，基本掌握高頻電子線路設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加 模擬電路應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力以及分析

7、、解決問題的能力。按照本學(xué) 科教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃要求，在學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課電路與電子技術(shù)后，應(yīng)安排課程設(shè)計(jì)教學(xué) 實(shí)踐項(xiàng)目， 其目的是使學(xué)生更好地鞏固和加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的理解， 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)中、 小型電子線路的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過程，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué) 生電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為日后工 作實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生選擇設(shè)計(jì)制作調(diào)頻發(fā)射機(jī)（調(diào)頻無線話筒），要求是分析高 頻發(fā)射系統(tǒng)各功能模塊的工作原理，提出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真， 電路板焊接，對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。在此方案上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如改善電路性能；故障 分析；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析等。本次畢業(yè)

8、設(shè)計(jì)調(diào)頻無線話筒，發(fā)射頻率在90MHz左右，電路設(shè)計(jì)成功話可利用FM調(diào)頻收音機(jī)可以實(shí)現(xiàn)短距離接收。在電路設(shè)計(jì)的過程中，本小組采用了 NI 公司的 Multisim 11.0 進(jìn)行電路仿真， 并用Altium Designer 9.4進(jìn)行原理圖及 PCB圖的繪制。電路介紹2.1 電路技術(shù)指標(biāo)1) 基本要求：(1) 載波頻率90MHZ付近，用收音機(jī)FM段接收。(2) 在聲音被清晰接收的前提下，發(fā)射距離5m( 3 )電源電壓 6V。( 4)音質(zhì)清晰，發(fā)射較遠(yuǎn)2) 發(fā)揮部分：( 1 )自制印刷電路板。( 2)設(shè)計(jì)過程中使用仿真軟件進(jìn)行電路仿真2.2 制作與焊接由于高頻線路中，導(dǎo)線間的干擾較大，為了見效

9、干擾，焊接時(shí)要注意導(dǎo)線盡量 避免平行，且盡量減少接觸等，接地線連接時(shí)要注意獨(dú)立接地，以減少干擾。還有 很多細(xì)小的環(huán)節(jié)都不容忽視，對(duì)于高頻電路更是如此，比如：電感不應(yīng)該平行放 置，以免造成互感干擾；天線與金屬外罩不要接觸。為了提高制作效果，在安裝制 作前，我們都用萬用表篩選一下各個(gè)元件的質(zhì)量，有條件的話將各瓷片電容用電容 表測(cè)量一下電容量，這樣就萬元一失了。安裝的先后順序是電感線圈、電阻器、電容器、高頻三極管、話筒和撥動(dòng)開 關(guān)、電池卡子。將電阻器、電容器等元件分類集中安裝的目的是減少差錯(cuò)和防止元 件的丟失。以上元器件的插裝孔位請(qǐng)認(rèn)真對(duì)照PCB圖來確定。電感線圈的兩個(gè)引出端首先刮除表面上的絕緣漆，

10、然后上好錫，插裝時(shí)要貼近電路板并牢固焊接，如有 虛焊，振蕩會(huì)不穩(wěn)定，工作也會(huì)不正常。三極管盡可能最后安裝的目的是盡量減少焊接中靜電、熱量對(duì)管子的損害，插裝時(shí)注意極性同時(shí)盡量貼近電路板駐極體話筒用兩根導(dǎo)線焊接引出，焊接到電路時(shí)注意極性，將焊好線的話筒固 定在電池架上。電池正極片和負(fù)極簧都插裝在電池夾的相應(yīng)處，并用紅色、黑色導(dǎo) 線分別焊接在正極片和負(fù)極簧上，并引出焊接到電路板上。焊接完畢，仔細(xì)檢查電路是否有虛焊、假焊和短路的地方。電阻是否有阻值接 錯(cuò)的，柱極體的正負(fù)極是否正確，三極管的e、b、c 腳接對(duì)了沒有等。逐步分析，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)糾正，以免通電后燒壞元件。三、 電路設(shè)計(jì)2.3 單元電路選擇（框

11、圖）該電路涉及到的技術(shù)有：高頻電容三點(diǎn)式振蕩電路，功率放大器 （采用共射極接 法，增益高，效率高 ） 等，調(diào)頻發(fā)射電路的方框圖如下：a）調(diào)頻振蕩器低頻小信號(hào)部分只是將調(diào)制信號(hào)不失真的略作放大，直接調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中，調(diào) 頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調(diào)頻，電抗管調(diào)頻、變?nèi)荻O管調(diào)頻。 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的優(yōu)點(diǎn)是提高了振蕩器中心頻率的穩(wěn)定性；電抗管調(diào)頻電 路與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路相比，要復(fù)雜一些?？紤]到本設(shè)計(jì)任務(wù)要求中心頻率的穩(wěn) 定性不咼（10-3/分鐘），用LC振蕩器就可達(dá)到； 另外，我們選擇了電抗管調(diào)頻電 路。所謂電抗管，就是由一只晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管加上由電抗和電阻元件構(gòu)成的移相 網(wǎng)絡(luò)組

12、成。它與普通的電抗元件不同，其參量可以隨調(diào)制信號(hào)而變化。電抗管的放 大器件可以是電子管、晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管；移相電路也有多種型式（如RC或RL移相網(wǎng)絡(luò)），其作用是使放大管 T1的輸出阻抗Ze二U0/IC具有一個(gè)電抗分量 Xe, 當(dāng)Xe隨 而變化時(shí)，即可獲得調(diào)頻信號(hào)。采用不同的移相電路，等效電抗Xe可以是電容性的 , 也可是電感性的。電抗管調(diào)頻器的缺點(diǎn)是 : 振蕩頻率穩(wěn)定度不咼；頻移也 不能太大 , 阻抗 Ze 通常還具有電阻分量，這個(gè)分量也隨 而變化 , 使振蕩器產(chǎn)生寄生 調(diào)幅。電抗管調(diào)頻部分是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器，其中晶體管Q2電阻R5電容C4組成的移相網(wǎng)絡(luò)即為電抗管，它等效為一個(gè)電感，這

13、個(gè)等效電感會(huì)隨著調(diào)制信號(hào) 的變化而發(fā)生變化，從而總的電感值發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)公式f = 1/ 2 n*（LC）-1/2 可知，頻率也隨之變化，最終實(shí)現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)對(duì)咼頻載波的頻率調(diào) 制。這種調(diào)頻器的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，能獲得較大的頻偏；便于做成集成電路。 缺點(diǎn)是載頻不能很咼，頻率穩(wěn)定度較低。b）緩沖隔離級(jí)緩沖級(jí)通常采用射極跟隨器電路。在電路的最初設(shè)計(jì)階段，我們小組并沒有添 加緩沖器，是經(jīng)過討論之后，覺得有必要在調(diào)頻電路和高頻放大電路中間加一個(gè)緩 沖器以減少兩級(jí)信號(hào)之間的相互干擾 ，增強(qiáng)電路的抗干擾能力。c）高頻功率放大器高頻放大器屬于線性放大器。根據(jù)電路所需要的電壓增益和選擇性，來確定電 路形

14、式。一般電路形式有單調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。在對(duì)放大器選擇性要求不 高的場(chǎng)合，可以選用單調(diào)諧放大器。為提高放大器的電壓增益，可以選擇多級(jí)放大 器級(jí)聯(lián)的電路形式。要使負(fù)載（天線）上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機(jī)效率 較高，應(yīng)選擇丙類功率放大器。末級(jí)功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn) 定，容易產(chǎn)生自激。因此要根據(jù)發(fā)射機(jī)各部分的作用，適當(dāng)?shù)睾侠矸峙涔β试鲆妗?要使負(fù)載（天線）上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機(jī)效率較高，應(yīng)選擇丙類高 頻功率放大器。2.4 具體電路選擇圖 1 1圖 1-1 中，話筒 MIC 可以采集外界的聲音信號(hào)，這里我們用的是駐極體小話 筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音

15、，同時(shí)這種話筒工作時(shí)必須要有直流偏壓 才能工作，電阻 R4 可以提供一定的直流偏壓， R4 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(hào)通過低頻放大 后耦合到Q2三極管的基極進(jìn)行頻率調(diào)制。三極管Q2采用9018和電容C4、C5 C6組成一個(gè)電容三點(diǎn)式的振蕩器，由三極 管Q2 9018集電極的負(fù)載C5、L1組成一個(gè)諧振器，通過 C4正反饋電容形成三點(diǎn)式 諧振振蕩器原理，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，實(shí)際上是一個(gè)以諧振頻率為 基準(zhǔn)的高頻振蕩器。通過調(diào)整圖中元件L1的參數(shù)可以使發(fā)射頻率可以在 90MHZ左右，正好覆蓋調(diào)頻收音機(jī)的接收頻率，通過調(diào)整 L1

16、 的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈 L1） 可以方便地改變發(fā)射頻率，避幵調(diào)頻電臺(tái)。發(fā)射信號(hào)通過C7耦合到高頻放大器，由高頻放大器進(jìn)行諧振放大后再通過天線上再發(fā)射出去 （ 實(shí)際電路設(shè)計(jì)中我們?cè)诠?放之前加了射極跟隨器 ）。由于高頻振蕩器和高頻放大器互相獨(dú)立使得發(fā)射頻率和 發(fā)射功率都十分穩(wěn)定。C7將頻率調(diào)制好的載波信號(hào)傳遞到 Q3進(jìn)行高頻放大，仔細(xì) 調(diào)整L2的值（拉伸或者壓縮線圈 L2）可使輸出功率最大！距離最遠(yuǎn)，整個(gè)工作電流最小。對(duì)比圖 1-1 可以發(fā)現(xiàn)，其一是圖 1-1 中去掉了用作緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)跟隨器部分，原 因是圖一中的緩沖器似乎沒有起到相關(guān)的作用，在雖然在仿真過程中看到了效果， 但實(shí)際并沒有較好的

17、改善；其二是在天線之前加裝了第三個(gè)電感L3，與C12構(gòu)成了串聯(lián)回路，增進(jìn)了天線發(fā)射效果；其三是在MIC旁用一個(gè)電位器替換了原有的偏置電阻，讓其值大小可調(diào)。如圖1-1，其中R1為話筒MIC的偏執(zhí)電阻，R4為集電極電阻，R5為基極電阻， 給Q1提供偏置電流。R6為發(fā)射極電阻，用于穩(wěn)定 Q1的直流工作點(diǎn)， Q2,R7,R8,C4,C5,L1,C6,C7組成高頻振蕩電路，R7給Q2提供基極偏置電流，C5和 L1形成振蕩回路，通過改變其值可以改變發(fā)射頻率，C4為反饋電容，R8穩(wěn)定Q2直流工作點(diǎn)，C7隔直通交，Q3,R9,R10,L2,C10,C11組成高頻功率放大電路，R9給Q3提供基極電流， C10，

18、 L2 放大調(diào)諧回路，和振蕩回路 C5、L1 調(diào)諧在同一頻點(diǎn)是獲得 最大輸出功率，發(fā)射距離最遠(yuǎn)。2.5 元器件說明1) 話筒 MIC：我們用的是駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音信號(hào)。駐極體 話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)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(gè)場(chǎng)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(shí)需要直流工作電壓。駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià) 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

19、高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)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(shí)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。 Multisim 中沒有柱體話筒所以采用函數(shù)發(fā) 生器進(jìn)行模擬。2) 高頻振蕩調(diào)制電路：該部分由晶體管Q2電阻R5電感L1電容C4 C5 C6等組成。其功能是產(chǎn)生高 頻載波信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制。L1和C5構(gòu)成LC諧振回路。該回路具有選頻作用，其頻率 由公式計(jì)算得出：f = 1/ 2 n *(LC) -1/2經(jīng)C3耦合過來的信號(hào)加在 Q2基極上，通過基極上變化的電壓改變be結(jié)電容，而實(shí)現(xiàn)對(duì)載波的調(diào)制。由集電極輸出經(jīng) C7耦合到下一級(jí)進(jìn)行功率放大。

20、3) 功率放大電路：電路由R7、Q3 C8 L2、C9 R8組成，該部分電路為自偏壓電路，無需給b極加偏置電壓，高頻信號(hào)由 C7耦合經(jīng)自偏壓電阻 R7加到b上放大，電路工作在 C類 狀態(tài)。L2和C8組成選頻電路，使其諧振在前一級(jí)的工作頻率上，C9為輸出電容，輸出高頻信號(hào)。4）線圈的制作：選頻回路的電感L需要自制，用直徑0.5mm的導(dǎo)線，在直徑為繞制若干圈，抽去骨架成為空心線圈，并適當(dāng)拉長(zhǎng)即可。圖一中， 圈，圖二中L1為5圈，L2與L3為6圈，目的是讓話筒頻率落在根據(jù)電感計(jì)算公式可以算出繞線圈數(shù)：圈數(shù) = 電感量* （ 18* 圈直徑） + （ 40 *圈長(zhǎng)）5mn左右的骨架上L1 與 L2 都

21、為 5 80MHz110MHz圈直徑單位分別為毫米和 mH。2.6 電路仿真( Multisim 10 )Multisim 是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具， 適用于板級(jí)的模擬 / 數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電 路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。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(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借 NI Multisim 中完整的器件庫，您可以快速創(chuàng)建原 理圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPICE仿真器仿真電路。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，能在設(shè)計(jì)流程中提

22、早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NILabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能 夠比較仿真數(shù)據(jù)及實(shí)際建模測(cè)量。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)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(jì)和測(cè)試這樣 一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 Multisim 可以進(jìn)行復(fù)雜模擬 / 數(shù)字電路的仿真、簡(jiǎn)單的 PCB板設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單的單片機(jī)仿真。我用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)加入到話筒輸入端，看產(chǎn)生的波形。仿真結(jié)果如圖 3-2、 3-3，由于部分原因，參數(shù)設(shè)置問題只能看到大概的有些頻率變化，而不能看到很完美的波形四、 元

23、器件清單電阻：2.2K三個(gè)33四個(gè)1M一個(gè)22K二個(gè)470K 電位器一電容：104四個(gè)681二個(gè)30四個(gè)10二個(gè)103三個(gè)33U 電解電容 一個(gè)三極管：9014 一個(gè)9018 二個(gè)其他：河海大學(xué) 清華大學(xué)出 哈爾濱工程出 科學(xué) 華中科技大學(xué) 航空航天大學(xué)出 電子工業(yè)出版社駐極體話筒一個(gè)6V穩(wěn)壓源直徑0.5mm漆包線30cm導(dǎo)線若干五、 參考文獻(xiàn)1) 朱昌平 高遠(yuǎn) 高頻電子線路實(shí)踐教程 常州校區(qū)2) 于洪珍 通信電子電路 版社3) 楊翠娥 高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 版社4) 鈴木憲次 無線電收音機(jī)及無線電路的設(shè)計(jì)與制作 出版社5) 謝自美 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 出版社6) 李銀花 電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)