远距离FM无线话筒的设计毕业论文.doc

远距离FM无线话筒的设计摘 要本文设计制作了一个具有话筒放大、FM调频、倍频、与功率放大等部分的无线话筒，该话筒采用4.5V电源供电，有效发射距离1000米，载波为100MHZ实测为99.6MHZ，音质清晰，无明显失真。关键词FM振荡器、调整、调制、倍频器、功率放大器前 言无线话筒广泛运用于当代舞台表演、主持演讲、家庭娱乐、会议广播、教学等方面。它与传统的有线话筒相比具有使用方便、美观大方的优点。在使用过程中不需要长长的电缆，摆脱了有线带来的不畅。制作无线话筒也是许多电子爱好者的心愿，但由于各种原因，业余条件下制作的许多无线话筒都不尽人意，在此，我们小组同学利用所学知识和常用元器件成功设计制作了一个远距离调频无线话筒，有效发射距离达到了1000米以上，声音宏亮，灵敏度高，无明显失真。此次设计制作的远距离调频无线话筒，既是高频电子技术的应用，也是实践技能的锻炼，还是一次成功的经验之谈。本文重点分析了电路原理、电路的设计与制作以及电路调试过程，可以说是初学者的良师益友。目 录前言 2第1章 设计要求及方案确定41、设计要求 42、方案确定4第2章 原理分析51、低频放大器52、FM振荡/调制器63、倍频器 74、功率放大器 7第3章 电路制作与装配81、元件筛选及PCB板制作 82、电感的制作 83、电路装配 9（1） 装配前的准备工作及注意事项 9（2） 装配步骤 9第4章 电路调试101、FM振荡/调制电路的调试 102、倍频电路的调试 113、功率放大电路调试 134、发射与接收过程调试 145、远距离调试 14参考文献 15后 感 16第1章 设计要求及方案确定1、设计要求利用所学的高频电子技术知识及常用的电子元器件设计制作一个性能较优异的远距离调频无线话筒。要求如下：l 频率范围：99MHz108MHz l 工作电压：3.6V 4.5V l 发射半径：大于1000米  l 测试条件：4.5V电压，普通收音机接收。2、方案确定 根据设计要求来看，本设计重点应在音质和发射距离两个性能指标上下功夫。而对于无线话筒来说，好的音质是要求具有灵敏度高、调制线性好、频偏大、发射载波频率稳定；发射距离远是要求发射功率足够大。简单的调频发射电路虽然制作简单调试容易，但其性能指标远远达不到此设计要求；因此，我们设计了话筒放大电路来提高灵敏度，采用变容二极管直接调频电路来实现好的调制线性，采取倍频的方法来实现增大频偏，和采用高频功率放大电路来实现远距离的发射，同时也提高了发射载波频率的稳定性。其系统框图，如图1所示。电路原理图，如图2所示。图1 远距离无线话筒系统框图 图2 远距离无线话筒电路原理图第2章 原理分析1、 低频放大器低频放大器如图3所示，由话筒B1、晶体三极管Q1及其它元件组成。 话筒B1拾取的声音信号经C3耦合到三极管Q1的基极，放大后由集电极输出，再经电容C2耦合并经电容C9滤除高频干扰噪声后经电阻R10送到FM振荡调制器去实现调频。 图3 低频放大器其中放大器采用电压并联负反馈放大电路，基极偏置电阻R3连接在晶体管的集电极与基极之间,利用集电极的电压确定基极偏置电流,自动调节工作点，电路工作稳定可靠，灵敏度高。改变集电极电阻R1可调整电路增益，即可改变调制度，可防止过调制。电阻R2为驻极体话筒提供静态电流，能拾取外界微弱声音信号。电阻R4和电容C1组成电源退耦电路，可滤去其它电路通过电源而受到干扰。2、FM振荡/调制器FM振荡调制器部分重画后如图4所示。变容二极管D2、电感L1、电容C8、C11、C12和晶体三极管Q2组成电容三点式振荡电路；电容三点式振荡电路的特图4 FM振荡调制电路点是输出波形好，频率稳定，其等效电路如图5所示。音频调制信号加在与电感串接的变容二极管D2上，改变变容二极管的电容值，可实现频率调制。图4中变容二极管的静态直流电压是利用发光二极管D1的正向电压来实现的，这样做的好处是：一是可作为 电路正常工作时的指示，二是具有稳压 图5 FM振荡调制器等效电路作用，再加上电容C4的滤波作用，使得变容二极管在动态时只受到音频调制信号的影响，提高了输出载波频率的稳定性。电容C5既是电容三点式振荡电路中Q2的集电极交流“地”的通路，同时与电阻R11组成本级电源退耦电路，提高了电路的工作稳定性。3、倍频器倍频电路重画如图6所示，是一个典型的单调谐选频放大电路，电容C10和电感L2组成选频回路；调节电感L2的磁芯，使其谐振在25MHZ FM调频输入信号的4倍频点即100MHZ处，即可实现倍频功能，从而增大了相对频偏，选频放大后的信号由电感L2的次级输 图6 倍频电路出到功率放大级。电阻R12为直流负反馈电阻有稳定静态工作点的作用，电容C6为倍频管Q3发射极交流旁路电容，电阻R11为电源退耦电阻。4、功率放大器功率放大器如图7所示，由三极管Q4、电感L3、电容C13和C14等组成。电路形式仍然采用电压并联负反馈共发射极放大电路，既具有稳定 图7 功率放大器静态工作点的作用，又具有输出载波幅度稳定的特点，同时还有足够大的功率输出。此电路同时也是一个选频放大电路，集电极电感L3和电容C13、C14组成选频回路，同样谐振在100MHZ处。放大后的高频调频波信号由天线以电磁波的形式发射出去。图中，电容C7为功率放大电路提供高频交流接“地”通路，开关S1为整机电源开关。电源BT1采用三节5号电池，整机工作电压为4.5V。 第3章 电路制作与装配1、元件筛选及PCB板制板一个好的电子产品当然离不开性能优异的电子元件，对元件质量进行精心筛选是达到预期设计要求的前提保障。因此，电容均选用高频瓷片电容；电阻均选用金属膜电阻；三极管除Q1外均选用特征频率FT为1100MHZ的高频三极管S9018；同时，对元件参数的测量也严格控制在允许的范围之内；但各电感需自制；制作PCB的基板选用高频特性较好的玻璃纤维板。PCB板的制作也是保证设计制作成功的关键，对于高频电路的来说，其分布参数显得较为突出，因此，在设计PCB图时应重点考虑各元件的布局要合理，安全距离要足够大，引脚连线应尽量短，同时还要考虑元件的大小是否能装配。以上的每一步都要认真对待。2、电感的制作本设计制作中所有的电感均采用电视机中放中周进行改制，方法是折下屏蔽罩，去掉里面的线圈，留下线圈骨架备用，再跟据原理图重绕电感，并与谐振电容搭接在一起利用扫频仪进行测试，看是否满足要求，如不满足则返复上述工作。这是一项复杂而又烦琐的工作，也是成功的另一关键所在，为此，我们将近付出了一个月的时间。3、电路装配（1） 装配前的准备工作及注意事项电阻和陶瓷电容不用分正负极，但是必须注意电阻值和电容量不要搞错。板上的话筒有正负极之分，和铝制外壳相连接的一极为负极，另一极为正极。为了便于安装，请先加焊两只引脚。三极管的三只管脚功能完全不同，一定要分清楚。元件位置不能装错，焊接时间最好控制在2-3秒，力求元件安放到位并且美观。（2） 装配步骤装配时切记不能一次性将所有的元件全部焊上，一次性能装成功的可能性是很难的。应根据电路原理图一部分一部分的装配，而且是每装好一部分就要调试好以后再装配另一部分。首先，是装配FM振荡调制部分，同时也要装上倍频管Q3，但Q3的集电极选频回路不要焊上，用一跟导线短接就行。因为Q3影响FM振荡调制管Q2的静态工作点。检查无误后通电并用示波器测试Q2的发射极的波形，同时调节电感L1的磁芯，使其输出信号的周期为0.04US，即频率为25MHZ。然后，装配好倍频部分和功率放大器部分，但此时的测试须用频谱分析仪才能进行操作，先将频谱分析仪的中心频率调到100MHZ处，再调节选频回路电感L2的磁芯，使其载波幅度达到最大，用同样的方法装配好功率放大器部分。至此，将信号发生器调整输出为1KHZ的信号作为调制信号加在电阻R10的左端，观看频谱分析仪上的波形是否实现了调频工作。最后，装配好低频放大器部分，天线须采用1.5米的拉杆天线（因为100MHZ的信号波长为3米），这样全部装配完毕。见图8所示。 图8 整机装配实物图第四章 电路调试1、 FM振荡/调制电路的调试如图9所示，将频谱分析仪的探头接到Q2的发射极，并将频谱分析仪的中心频率调至在25MHZ，如图10所示；然后，缓慢调节L1的磁芯，使FM振荡/调制器输出的25MHZ载波频率信号移到频谱分析仪的垂直中心线位置。如图10所示。待添加的隐藏文字内容3图9 FM振荡频率调节图10 中心频率调整2、 倍频电路的调试如图11所示，将频谱分析仪的探头接至L2的次级，并将频谱分析仪的中心频率调到FM振荡频率的四倍频处即100MHZ点，然后调节L2倍器选频回路的磁芯，使其四倍频100MHZ载波幅度达到最大，见图12所示。图11 倍频电路调试图12 倍频电路调试3、 功率放大电路调试电路连接如图13所示，将频谱分析仪的探头接至功率放大发射天线处，调节功率放大器选频回路的磁芯，同样使其100MHZ载波频率幅度达到最大，此时的幅度已至频谱分析仪的满格位置。如图14所示。图13 功率放大器调试图14 功率放大器调试4、 发射与接收过程调试将收音机置于FM调频波段100MHZ附近，如图15所示，打开无线话筒电源开关和收音机电源开关，缓慢调节收音机调谐旋钮，使收到的啸叫声最大，然后用手机播放MP3音乐，拉开距离进行收听，声音宏亮，效果更佳。图15 无线话筒发射与接收调试5、 远距离调试为了测出本无线话筒的实际发射距离，特将此无线话筒搬至综合实训大楼七楼平顶对外发射，接收人员走到桥兴学校门外，声音也一切正常，完全达到了设计要求在开阔地区发射距离1000米以上。至此，全部调试完毕，效果是出人意料的满意，倍感欣慰。参考文献1、刘守义主编 高频电子技术 电子工业出版社 ，1999.52、谢自美主编 电子线路设计实验测试 华东科技大学 2000.73、康华光主编 模拟电子技术 高等教育出版社， 1999.34 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之一高吉祥基本技能训练与单元电路设计M北京：电子工业出版社，2007.55 普通高等教育“十五”国家级规划教材周良权模拟电子技术基础（第3版）M北京：高等教育出版社，2005.6 6 第一届第五届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编M.北京：北京理工大学出版社，2004.87 普通高等教育“十五”国家级规划教材胡宴如高频电子线路（第4版）M北京：高等教育出版社，2004.118 全国大学生电子设计竞赛制作实训黄智伟高频电路制作实训(第2版)M北京:航空航天大学出版社出版发行，2008.1