无线调频话筒设计课程设计

武汉理工大学高频电子线路课程设计课程设计任务书学生姓名： 刘志雄 专业班级： 通信0806 指导教师： 徐建霞 工作单位： 信息工程学院 题 目: 无线调频话筒设计 初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）根据要求设计一个无线调频话筒。主要技术指标： 中心频率： f=88MHz108MHz时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、 课程设计时间为1周。 （1）确定技术方案、电路，并进行分析计算， 时间1天； （2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天； （3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名： 2010年 12月1 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要对于整个录音音响系统中，第一个重要环节是话筒。话筒的重要性是人们时常谈论的话题。话筒的争论往往是最激烈而革命性的，从电子管到晶体管、从动圈到电容、从微型话筒到金话筒，还有值得珍藏的纪念版话筒等。话筒又分为有线话筒和无线话筒。调频无线话筒系统简单、成本低廉，但是采用传统制作方式做出的话筒音质不好且功能单一。市面上无线话筒产品的种类很多,高档的价格比较昂贵,低档的性能不太稳定。调频无线话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，最终由天线辐射。整个电路使用altium designer 软件设计，并最终做成一块8cm*4cm(width*height)PCB(印刷电路板)，使用普通调频收音机在100M频率左右，话筒中心20米范围内能正常接收。该设计具有电压低，受话灵敏，制作简易等特点，可应用于教学，无线广播，报警器，助听器，及各类声控设备中。关键词 调频 三点式 震荡电路 载波 印制电路板AbstractThe principle of frequency adjustment wireless radio microphone is that the signal changes sound wave into VF electric signal by the microphone , the wave exporting frequency , producing frequency adjustment by changing a HF oscillator's coming changing the junction capacity, passes high-frequency amplification and chooses frequency , ultimate reason air wire radiation. The entire circuit is designed by using altium designer software, makes up into a piece of 14 cm * 7 cm (width × high) PCB (printing circuit board ultimately), use the average frequency adjustment radio to be able to admit regularly in 100 M frequency retinue , 20 meters of microphone centre range inner. Its making process is not difficult and having an electricity being lowered ,for its characteristic , it can easily to applied into teaching , wireless broadcasting , alarm equipments, deaf-aid, and of all kinds sound control equipments. Key word Frequency adjustment, trikini , oscillating circuit , carrier wave , printing circuit board.目录摘要2Abstract31 方案设计与论证51.1设计方案分析51.2方案比较论证51.2.1 方案一51.2.2方案二61.2.3方案三61.3方案论证综述72单元电路设计82.1音频收集模块82.2 音频放大模块82.3载波振荡模块92.4直接调制模块102.5电源及控制模块102.6元件参数的确定112.6.1计算制作电感112.5.2三极管的选择112.5.3其他元件的选择123 总原理图及工作原理133.1 电路原理框图133.2原理图133.3 工作原理134实物制作154.1电路PCB及制作154.2 电路调试调试166 课设总结206.1 问题总结及改进措施206.2 结论与心得20参考文献221 方案设计与论证1.1设计方案分析 在设计中，能够实现：电压3.0V，整机工作电流30-50mA；输出频率88-108MHz左右，可以使用普通调频收音机接收；使用少量元件，三极管放大；接通电源的时候用小功率LED灯给出指示。1.2方案比较论证1.2.1 方案一图1.1 方案一原理图如方案原理图一所示，此电路由晶体管VT1和VT2、电阻R2、电感L、电容C2和C3等组成，其功能是产生高频载波并进行调制发射。L与C2构成LC谐振回路，该回路具有选频作用，两个晶体管VT1、VT2的集电极与基极互相交叉连接，并与L、C2选频回路组成高频振荡器。经C1耦合过来的音频信号加在VT1集电极(也就是VT2基极)，对高频振荡信号进行频率调制，调制后的调频信号经C3耦合至天线辐射出去。发射频率取决于LC谐振回路谐振频率，调节L或C2的大小即可改变发射频率。此方案电路比较简单，在电路搭接的过程中发现他的抗干扰能力差，特别是有人靠近的时候，漂频现象比较严重。1.2.2方案二图1.2方案二原理图如图所示C9是电源旁路电容。R3是MIC的偏置提供话筒的静态工作点。R2与MIC构成了拾音回路。C3、C4起声音信号的耦合作用。R5、D1、D2组成限幅电路，防止话筒在近距离时输入信号过大而失真严重。R1、R2、R6用于提供Q1的静态工作点。C1、C8、C5、C9、L1、Q1构成振荡、放大。C2将信号耦合到天线。天线则将已经过调制的声音信号发射出，本电路由3V供电，用两只1.5V的电池即可。在对方案一论证修改的过程中发现，当驻极体话筒易懂后就变成了方案二，实际上方案三在模拟的过程中已经能得到非常好的调频波了。1.2.3方案三图1.3 方案三原理图高频三极管C9018和电容C4、C2、C5组成一个电容三点式的振荡器，三极管集电极的负载C5、L1组成一个谐振器，谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元件的参数发射频率可以在88108MHz之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。R2是三极管的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使它工作在放大区，R1是直流反馈电阻，起到稳定三极管工作点的作用。这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。驻极体话筒可以采集外界的声音信号，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音，同时这种话筒工作时必须要有直流偏压才能工作，电阻R3可以提供一定的直流偏压，R2的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱。电阻越小话筒的灵敏度越高，话筒采集到的交流声音信号通过C6耦合后送到三极管的基极。电路中K是一个开关，开关可以控制电路的接入与断开，降低耗电、延长电池的寿命。1.3方案论证综述在电路原理上：上述几个方案无一例外地采用了超高频三极管进行放大，使用LC震荡，直接调制。在电路复杂程度上以上几个电路中电路元件都不超过20，但是真正易于焊接实现的、最方便的电路是方案二。在电路功能上方案二增加了电路工作LED指示灯，让使用起来更加方便。综上所述，方案二是最终方案。2 单元电路设计2.1音频收集模块一个无线话筒，则音频信号的收集是必不可少的。本电路中考虑到需要做一个小巧的无线话筒，因而直接采用的是驻极体小话筒MIC，它灵敏度极高。据介绍，甚至手表的嘀嗒的声音也可以被它收集到。话筒采集到的交流声音信号通过C3耦合和R2匹配后送到三极管的基极。另外，驻极体话筒内实际藏有一枚FET，可视之为一级，FET将话筒前振膜之电容变化放大，这就是驻极体话筒很灵敏的原因。图2.1 音频收集模块2.2 音频放大模块这个模块是对所收集到的音频信号进行无失真地放大，为下面的调制做准备。因为在自然环境中，由于诸多因素，所收集到的声音（即音频信号）都经过了很多的干扰，因此其所携带的能量都是很微弱的，为了使其能够正常的进入调制模块来与本振进行调制，需要将其音频信号来进行适当的放大来达到相关匹配。另一方面，这个无线话筒也是一个调频发射机，发出的信号又要经过大自然的无数干扰才会得到接收，若原始信号的能量就不够强烈，那么接收端的信号就无从谈起了。所以只有对其原始的音频信号进行充分放大，达到相应要求之后，再发射出去。接收端才能够正常进行解调恢复原始的音频信号。这里的音频放大模块采取的是基本的三极管甲类的放大。R2=27k是三极管的基极偏置电阻，给三极管提供电流，使其三极管始终工作在甲类无失真的放大状态，达到最好的放大效果。R6=10O是直流反馈电阻，是稳定三极管的工作状态。图2.2 音频放大模块2.3载波振荡模块一个调频信号发射机，载波振荡（即俗称本振）模块更是必不可少的。根据电磁场理论可以知道，通过天线发射的信号需要与天线匹配，即天线的长度要大于信号波长的四分之一。而音频信号的频带是20Hz至20kHz，对应的波长范围是15至15000km。制造出巨大的天线是不合适的，所以我们需要一个高频载波来将我们的音频信息“装载”上去，再进行发送。基于这样的理论基础