通信电子线路课程设计 调频无线话筒.doc

通信电子线路课程设计说明书 调频无线话筒 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 宋 贵 指导教师： 贾雅琼 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子0802班 完成时间： 2010-12-14 摘 要高频电子线路系统地介绍了通信系统，特别是无线通信系统中的最基本电路及他们的功能，给出了定性及定量分析这些电路性能的方法。这些电路包括了发射机及接收机中的选频放大电路、混频电路、功放电路、振荡电路、调制及解调电路、锁相环电路、自动增益控制电路及频率合成电路。本课程设计的基本目标是：通过理论和实践教学，使我们了解晶体管工作于高频时的工作原理，特性参数及微变等效电路，掌握高频单元电路的线路组成、基本工作原理、分析方法、技术要求及一些典型集成电路的实际应用，并且具备一定的理论水平和足够的实践技能，为进一步学习通讯技术的专业知识和职业技能打下基础。关键词 无线调频话筒；PCB绘图；电路分析ABSTRACTHigh Frequency Circuit systematic introduction to communication systems, particularly wireless communication systems and their basic function of the circuit, given the qualitative and quantitative analysis of these methods of circuit performance. The circuit includes a transmitter and receiver in frequency selective amplifier, mixer circuits, power amplifier, oscillation circuit, modulation and demodulation circuits, phase locked loop circuit, automatic gain control circuits and frequency synthesis circuit. The basic design of this course are: the theory and practice through teaching, so we know when the transistors operate at high working principle, characteristics and micro-dependent equivalent circuit parameters, frequency control circuit of the line unit composition, the basic working principle methods, technical requirements, and some typical IC, and have a certain theoretical level and enough of the practical skills, communication technologies for the further study of expertise and professional skills basis.Key words Wireless FM microphone； PCB drawings； circuit analysis目 录1 绪论41.1无线话筒简介41.2 开发软件介绍42 设计任务及要求62.1 设计任务62.2 设计要求63 设计方案及工作原理73.1 设计方案73.2 工作原理74 电路各模块功能介绍及参数的确定94.1 音频收集模块94.2 音频放大模块94.3 载波振荡模块104.4 发射模块115 电路的仿真与调试125.1 电路的仿真与调试125.2 误差分析146 设计心得体会15参考文献16致谢17附录18第1章 绪论1.1无线话筒简介 无线话筒简单地说，它就是一种通过无线电波或其它的方式传输声音的设备。这种设备或电路就其原理而言，在很多产品中以各种形式或名称存在着，如双工的EarMark无线耳机HS-4系列型号就是其中之一。 电路板上的电子元件话筒（咪头）先将自然界的声音信号变成音频电信号，这个电信号会去调制电子振荡器产生的高频信号。最后，高频信号通过天线发射到空中。 我们将发射频率设计在FM收音机波段，因此可以配合任何FM收音机接收到该高频信号，并从该高频信号还原出声音信号，从而完成各种用途。1.2 开发软件介绍软件：Protel 99 SE通用电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）已成为时代潮流，EDA的设计思想因此普及。Protel设计系统是一套建立于IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统；Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入Windows环境的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，以高度的集成性与扩展性著称于世。Protel公司2001年推出的具有PDM功能的EDA综合设计环境Protel 99 SE，是基于Windows 98/200/NT/XP环境的电路原理图辅助设计与绘制软件，是具有原理图设计、PCB电路板设计、层次原理图设计、报表制作、电路仿真及逻辑器件设计等功能，是电子设计的有用软件之一。软件：MultisimMultisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真。这次设计中我主要运用multisim仿真，还有运用protel设计电路。 第2章 设计任务及要求2.1 设计任务（1）设计并制作一个简易调频无线话筒。（2）打印通信电子线路课程设计说明书一份，给出课题的设计、制作和调试的过程。（3）根据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路板图。（4）制作PCB板。（5）一人一组一实物。2.2 设计要求（1）电路的发射频率在87108MHz之间。（2）电路的发射距离在30100m。（3）供电电源采用一节5号电池（即1.5V）。（4）采用收音机接收发射信号（5）电路板面积要尽量小，整机体积要尽量小。 第3章 设计方案及工作原理3.1 设计方案 设计制作无线话筒的方案很多。图3.1所示为设计总方案框图。通过话筒把声音转换成音频电信号经放大器放大后，采用调频调制的方式，由高频振荡器调制出高频调制信号，并由天线以电磁波的形式发射。 图3.1 调频无线话筒方框图 其发射信号频率在87108MHz范围内，这正是调频收音机接收的范围。该调频范围调频台少，可避免电台的相互干扰，同时该频段外界其他干扰也较少，还可以直接用调频收音机作为接收机，以方便制作。3.2 工作原理图3.2为调频无线话筒的具体原理图，该调频话筒，具有使用电压低、受话灵敏、制作简易的特点，能拾取距话筒3m以外的轻微讲话声；有效距离50m左右，可用作电话教学的无线话筒等。 图3.2 调频无线话筒电路原理图外界声波通过话筒MIC转变为音频电压信号，经C1耦合至由VT1组成的微音放大电路放大后，经C2加至电容三点式高频振荡器振荡管VT2基极，使其c-b结电容变化，振荡频率随之变化，实现频率调制。调制后的高频信号经C7耦合到发射天线ANT，并向外辐射。L1、C4为调谐回路，改变L1的匝数与间距可改变工作频率。 MIC选用小型驻极体话筒。三极管VT1用>60的超高频管，如9018、3DG56、3DG80等、C1、C2为电解电容，其余为高频瓷介电容。电阻均为1/8碳膜电阻。L1用0.40.6mm漆包线在圆珠笔芯上绕78圈脱胎而成。ANT采用0.5m长的软铜线作尾拖天线。 第4章 电路各模块功能介绍及参数的确定4.1 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C2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4.1音频收集模块4.2 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=80K是VT1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。电阻R3=1.3K，其作用是稳定三极管的工作状态。 图4.2音频放大模块4.3 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，我设计的是高频三极管VT2与C3、C4、C5所构成的一个电容三点式振荡器。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。发射的频率就是这个本振的频率，则我们选择一个标称的12pF的电容，其频率是f=1/2 （4-1）还有根据选定的频率代入上式可以得到电感是 L=0.22H （4-2）在最后的制作中绕制了一个D=2mm，d=0.5mm，N=8，H=0.22H的电感。其中D-线圈直径 N-线圈匝数 d-线径 图4.3 载波振荡模块4.4 发射模块将已经放大的音频相关信号和载波振荡产生的高频载波信号进行叠加，发射信号通过C7耦合到天线上再发射出去。 图4.4 发射模块 第五章 电路的仿真与调试 5.1 电路的仿真与调试原理图确定下来后，接下来进行仿真。在本次设计中我用Multisim软件进行仿真。下面是仿真图： 图5.1 电路仿真图 仿真结果如下： 图5.2 信号源波形图 图5.3 发射端输出波形图 通过改变电感L的值，观察输出波形，直至最佳。 图5.4 调试后的波形5.2 误差分析 本设计中由于参数设计有不完美的地方，导致最终结果与理想情况有不小的差距，我们应当通过不断调式来减小误差，在以后的设计中要认真选好各元件的参数，争取误差达到最小。另外，在计算的时候很多数据都是取的近似值，这样也对结果产生了很大的影响。第6章 设计心得体会学期我们开设了通信电子线路课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨电路刚学完之际，紧接着来一次高频电子线路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，才真正意识到我们只有通过勤奋的努力，才能够真正体会到科技带给人类的幸福。在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。终于就这样，像爱迪生发明电灯泡的时候一样，历经千万次的猜想与实验，终于使得这个问题得到了圆满的解决。成功的我高兴地无以复加，只是感觉到劳动最光荣，劳动人民最高尚。历时这一个星期的课程设计即将在这次的答辩中画上圆满的句号。回头看看，不禁感慨众多，没有想到我们的科学家，哪怕是我们身边的老师，原来也是如此这般的努力才能够换来今天的幸福生活；离不开你们这些辛勤的工作者，我们的身边这一切才能够如此快捷方便；没有了这一切，我不敢想象社会会如何发展，难道是倒退到那种封建社会，还是奴隶时代？并且通过了这次模拟电子电路课程设计，我才了解到我们所学的只是原来是如此地贴近我们，其实他们就在我们身边，就在我们身边或大或小的地方，甚至是我们不能发现的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家做的事情，对于我们来说是天方夜谭。而如今，我才知道了这一切。我才会，并有这样的动力将我所学的知识来赋予实践。参考文献1赵淑范通信电子线路实验与课程设计M.北京：清华大学出版社，2009.1；2杨翠娥高频电子线路实验与课程设计M哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.9；3杨霓清高频电子线路实验与综合设计M北京：机械工业出版社，2009.4。4 谢自美. 电子线路设计实验测试M. 武汉：华中科技大学，2000.7。5 朱力恒. 电子技术仿真实验教程M. 北京：电子工业出版社，2003.7 致谢 在本次设计中，许多老师和同学都给予了我莫大的帮助，使我能够圆满完成本次设计。在此，我表示真诚的感谢。也希望老师和同学们以后继续帮助我。 附录 表1 元器件清单元器件名称参数元器件名称参数元器件名称参数电阻R110K电容C11F电容C7 10 pF电阻R280 K电容C21F三极管VT1 9013电阻R31.3 K电容C3 1000pF三极管VT2 9018电阻R415 K电容C4 12 pF电源 1.5V电阻R582 电容C512 pF 天线0.5m软铜线开关KSWSPST电容C620 pF