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：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5 5.1 音頻放大部分5 5.2 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106.2 振蕩調(diào)制部分的仿真116.3 倍頻緩沖放大部分的仿真12七、心得體會 14 八、參考文獻 15 附錄（電路

2、原理圖） 16 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。功率無線話筒實際上就是一臺小功率的無線電高頻發(fā)射機，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，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， 前

3、者由于具有通頻帶寬、 動態(tài) 范圍大、傳輸距離遠和抗擾性強等特點，所以應(yīng)用較多。簡易無線話筒的設(shè)計與實現(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， 設(shè)計及實現(xiàn)這個實用性很強的課題， 既可以在實踐中鞏固許多知 識點，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。 關(guān)鍵詞 ：無線調(diào)頻話筒、電路分析、仿真、實物調(diào)試設(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， 對于貫徹理本次課程設(shè)計一方同時增強其邏輯論聯(lián)系實際、提高學(xué)習(xí)質(zhì)量、 塑造自身能力等于有特殊作用。 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， 思維能力，另一方面對課堂所學(xué)理

4、論知識作一個總結(jié)和補充。二、設(shè)計任務(wù)及要求1. 掌握調(diào)頻發(fā)射機的工作原理及具體實現(xiàn)方法；2. 掌握調(diào)頻發(fā)射機的工作原理及具體實現(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 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 進行仿真。四、總體設(shè)計方案音頻 放大倍頻放大天線發(fā)射圖 1 硬件系統(tǒng)框圖整個無線調(diào)頻話筒由音頻放大、

5、 調(diào)制振蕩及倍頻緩沖放大三部分組成。 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。 FM無線電臺運作有關(guān)頻率在 88和 108MHz 之間。電容器 C8和自制的電感 L2

6、構(gòu)成一個 LC環(huán)路，其發(fā)射頻率將和 FM 調(diào)頻收音機的頻率產(chǎn)生共振而被接 收。在振蕩回路環(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)模?所以在空間的， 電 場和磁場相互垂直傳輸從而達到發(fā)射效果。調(diào)頻無線發(fā)射機將聲音信號變成無線電波信號通過無線方式在另一地點用 普通的收音機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，距離可以達到 3050m ，用普通調(diào)頻收音機或者帶收音機

7、功能的手機就可以接收。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， 抗干擾性強的優(yōu)點， 缺點是占用頻帶較寬。 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，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，廣泛用于盒式錄音機、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

8、具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、 價格低的特點， 廣泛用于盒式錄音機、 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。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：c 3 108 m/s f 80MHz3.75m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.

9、9m 的天線的話，會發(fā)射很強的電波，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 國際調(diào)頻廣播頻段。 早期消 費 性無線話筒是利用 FM 收音機來接收，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

10、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 接收機的聲音輸出， 產(chǎn)生斷斷續(xù)續(xù)或不穩(wěn)定的缺點， 為了解決這種缺陷， 專業(yè)用 的機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。這種機種當(dāng)然不能符合專業(yè)場合使用的

11、基本要 求。3依振蕩方式而區(qū)分：a. 石英鎖定機種：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， 來達到這種功能的要求。4依接收機頻道數(shù)而區(qū)分：a. 單頻道機種：在一個接收機的機箱內(nèi)只裝配一個頻道的非自動選訊或自動選 訊接收機。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 訊號干擾的最佳機種。b. 雙頻道機

12、種：在一個接收機的機箱內(nèi)，裝配兩個頻道的非自動選訊或自動選 訊接收機，充分利用機箱的空間，降低成本。后者因為機構(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)機種的廠商才有的機 型。c. 多頻道機種：在一個接收機的機箱內(nèi)，裝配四個頻道以上的接收機，大都 采用模組化接收模組的機構(gòu)設(shè)計。主要適用于裝架式專業(yè)機種的使用場合五、各單元電路設(shè)計5.1 音頻放大部分R3R14.7k 4.7k C2R2470kQ1V40.1 F1uVpk4kHz0°2SC1815Ext TriXSC1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

13、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?。?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，

14、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 Multisim 交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行

15、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大的仿真，能夠快速、輕松、 高效地對電路進行設(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分析和虛擬儀器

16、，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行的迅速驗證，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)的實現(xiàn)建模測量。 對電路進行仿真 運行，通過對運行結(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)

17、品的設(shè)計過程， 從概念的確立，到包括電路原理、 PCB版圖、單片機程序、 機內(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上完成。 EDA 技術(shù)借助計算機存儲量大、 運行 速度快的特點， 可對設(shè)計方案進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

18、機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)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題。 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仿真真實的再現(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)。還有很重要的一點就是： 計算機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。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

19、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 Management 打開 Database Management （數(shù)據(jù)庫管理）窗口（如下圖所示），對元器件庫進行管理。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)

20、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悇e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，進而對自建元器件進行編輯管理。在 Multisim Master 中有實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 中進行 PCB 的設(shè)計。另一種器件的參數(shù)

21、值是該類器件的典型值， 不與實際器件對應(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)與該類實際器件的圖標(biāo)形狀相同， 但虛擬器件的按鈕有底色，而實際器件沒有。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 計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué) 與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。 學(xué)員可以很方便地把剛

22、剛學(xué)到的理論知識用 計算機仿真真實的再現(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 ?？梢?，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行。 首

23、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：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

24、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用相關(guān)軟件的重要性， 不像之前 的數(shù)電課設(shè)， 并沒有多少工作在計算機里實現(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， 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)實實踩下去的。通過課程設(shè)計， 我們學(xué)會查尋資料比較方案， 進一步提高了分析解決實際 問題的能力， 真正實現(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識， 而且還及時、