《高频无线话筒》毕业设计(论文).doc

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根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。本课程的根本知识教学目标与能力目标是：通过理论和实践教学，使学生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、根本工作原理、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，以及使用先进仿真软件的能力，为进一步学习、掌握电子、通讯技术的专业知识和职业技能打下根底。高频电子线路是一门理论性、工程性和实践性都很强的课程。学生通过本课程的学习，不但应该掌握必要的根底理论知识，而且还应在分析问题、解决问题和实际动手能力等方面得到锻炼和提高。对于这些能力的培养，理论教学与实践教学环节必须密切联系、互相配合，才会取得比较好的效果。在本课程教学中应从以下几个方面来加强这些能力的培养：1 在分析问题的方法上，由常用根本电路入手，讲清根本原理，然后适当综合，再应用到实用电路的分析中去。2 注意与实践课的配合，在理论课中讲清根本原理、典型电路和根本应用电路，在实践课中学习有关电路的测试、调整的原理和方法以及器件的参数选择等。3 增加必要的例题和实用电路的分析。例题着重于问题的分析过程和解题方法的介绍，对电路实例的分析那么力求由浅入深。关键词：高频；微变等效电路；仿真软件。Abstract High-frequency electronic circuit system, communication systems are introduced, especially in wireless communication systems and their basic function of the circuit, given the qualitative and quantitative analysis of the circuit performance. The circuit consists of transmitter and receiver in the selected frequency amplifier, mixer circuits, power amplifier, oscillation circuit, modulation and demodulation circuit, PLL circuit, automatic gain control circuit and frequency synthesizer circuits. The objective of the course teaching basic knowledge and ability are: the theory and practice through teaching, so that students understand the high frequency transistors operating in the working principle, characteristics of the equivalent circuit parameters and slightly changed to master high-frequency circuit element circuit composed of basic works, analytical methods, technical requirements and practical application of some typical integrated circuit, and have a certain theoretical level and adequate practical skills and the ability to use advanced simulation software for further learning and the acquisition electronics, communications technology, expertise and lay the foundation for professional skills. Is a high-frequency electronic circuit theory, engineering and practical courses are very strong. Students through this course, should not only master the necessary basic theoretical knowledge, but also in analyzing the problem, problem solving and practical ability and other aspects of exercise and improved. For these abilities, teaching the theory and practice of teaching must be in close contact with each other, will get better results. Teaching in the following aspects should be to strengthen these abilities:1. On the analysis of the problem, starting from the basic circuit used, clarifying the basic principles, then the appropriate consolidated, and then applied to practical circuit analysis to go. 2. Note that with the lessons and practice, in theory courses in clarifying the basic principles, typical circuits and the basic application circuit, learning the lesson in practice, the test circuit to adjust the principles and methods as well as the parameters of the device selection. 3. Increase the necessary examples and practical circuit analysis. Example analysis focused on the problems and solutions in the introduction, the analysis of the circuit instance is sought implemented progressively.Keywords: High frequency; micro-dependent equivalent circuit; simulation software.目录第1章 绪论4第2章 设计目的和意义52.1 设计目的5 设计意义5第3章 需求及分析6第4章 设计方案7 方案选择 74.2 设计要求8第5章 设计原理及电路95.1 设计原理95.2 电路工作原理95.3 原理电路10第6章 Multism仿真实现15第7章 实物实现17第8章 设计心得18结论19致谢20参考文献21第一章 绪论信息传输是人类社会生活的重要内容。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。直到19世纪电磁学的理论与实践已有坚实的根底后，人们开始寻求用电磁能量传送信息的方法。通信Communication作为电信Telecommunication是从19世纪30年度开始的。面向21世纪的无线通信，无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用的开展更是一日千里，简易无线发射网络。正是这些电路的根底，设计与调试发射电路能使我们快速步入电子设计的大门。几乎每个电子爱好者都有利用无线电的雄心壮志，不管遥控一架飞机或者与外界通讯，都表达他们发射的期望记号。这介绍的一部发射机，十分适用初学者，造价低廉，输出功率不超过58mW，发射范围在房屋区可至300米左右，显示其灵敏度和清晰度俱佳，电路设计中最富挑战性的部份就是只需用3V电源和半波天线便有如此的发射能力。另外，由于电路需要的教育零件十分之少，故可将之放在一个火柴盒比国内一般火柴盒大一些里，作为窃听器，可谓神不知、鬼不觉，不过，并非限于这方面用途上，可将之安置在婴儿房、闸门或走廊通道，监视实际情况，此外亦可当作为夜间保安装置。电路之电流损耗少于5mA，用两枚干电池可连续工作80100小时之间。电路在正常工作下非常稳定，频率漂移极小，测试：工作8小时之后，仍不需再校接收机。通过此设计，学习有关FM发送，可了解其优越的地方，特别它产生无噪声的极高质讯号，即使利用低功率发送，也很容易取得良好的范围。Protel 99 SE：通用电子设计自动化EDAElectronic 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、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。第二章 设计目的和意义2.1设计目的1了解无线调频话筒的构成，并设计一小功率调频无线话筒。2理解和掌握无线调频话筒的主要技术指标和测试方法。3根据给出的技术条件和指标，设计无线调频话筒。4能够独立搭接电路、掌握调试技术。5增强对课本理论知识的理解，并提升到实践制作当中，做到了学以致用。6在设计中掌握Protel 99 SE的操作过程，制作电路板的流程。2.2.设计意义1针对目前市场上无线话筒鱼龙混杂，一般消费者消费又无法分别的现状，这次课程设计专门要设计一款无线话筒，这款话筒采用调频的方法发射信号，频率比较稳定，发射距离比较远，可以满足各种不同的需求，而且在设计过程中非常重视性价比，这主要是为低端消费者考虑的。2如果本次课程设计可以成功，不仅可以使我们更好地理解调频无线话筒的原理，也会增加我们探索无线电的兴趣。如果设计不成功或达不到要求，本次课程设计也会使我们明白实践与理论的结合需要多加练习，从而认识到自己的缺乏，在以后的学习中加强实践。总之，这次课程设计会帮我们提高很多。第三章 需求及应用分析无线话筒用途：1、 无线话筒： 用户在唱歌、讲话或者表演时可以360度的任意转动和移动，不会有电线绊脚、扯后腿。2、 无线播送： 老师在讲课时进行现场转播，可以无数学生用收音机收叫讲课，大大的增加了听课人数。3、 无线叫卖器： 在街上推销商品时，用无线话筒叫卖具有一定新颖性，会收到比普通话筒好的广告效果。4、 无线助听器： 具有比较好的隐蔽性和平安性，可在远处用收音机耳机收听。5、 无线抱警器： 实现一定距离的无人值守。例如可以在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。6、 无线电子门铃：由于可无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还可以改装成无线对讲机。7、 无线电子乐器： 将口琴、二胡、吉它等乐器声音用收音机接收，或用功放扩大播出，可更好欣赏音乐。8、 电子助听器： 通过调节收音机或者话筒的音量，将声音放大后再送入耳机，可以有效的改善老人听力。9、 声控小彩灯： 将大功率功放输出端的音箱改接成瓦数相当的6V,12V汽车电灯泡，调节音量合造位置。10、小型播送电台:适合学校工厂等单位自行举办各种节目，可以播放音乐、新闻、通知等，用收音机听。11、电视伴音转发器：看电视时用耳机听可不影响别人睡觉，但受耳机线长控制.本装置那么可以不受此限制。第四章 设计方案4.1方案选择现有的无线耳机和无线话筒，其线路虽有差异，有原理是一致的，都离不开调制和解调，但却单独各用一套调制和解调统一线路，造成了不必要的浪费，使用也不方便。本实用新型设计涉及无线通信技术，是一种将无线话筒与无线耳机合二为一的技术。它包括发射局部与接收局部，其中发射局部由立体声信号预加重电路与调制发射电路串联而成，接收局部由接收解调电路、立体声解码电路、立体声功放电路串联而成，在调制发射电路上还串联话筒及话筒信号放大电路，在立体声解码电路与立体声功放电路之间连接信号输出端，在立体声信号预加重电路及话筒信号放大电路预调制发射电路之间串联互颖开关。本设计的目的在于设计一种无线话筒与耳机合一器，以降低制作本钱，方便使用。42设计要求设计一无线话筒采用晶体管或集成电路设计一无线话筒要求：1.额定电压3.0V，电流35mA；2.输出频率90MHz左右或谐波在90MHz左右；3.用FM收音机可以可靠收听；4.接收距离不得小于3米；5.采用电抗管或变容二极管调频；第五章 设计原理及电路什么是无线话筒？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，并从该高频信号复原出声音信号，从而完成各种用途。话筒先将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。具体描述如下：本电路由电容三点式振荡电路产生载波，该载波频率即为调频收音机的接收频率。声音信号通过麦克风转变为音频信号，由C1耦合到三极管BF374的放大电路放大并使cb结电容变化，振荡频率变化，从而实现频率调制。调制后由L1线圈与电容组成的选频回路选频并通过天线向外辐射，改动L1线圈就可实现变频。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，并从该高频信号复原出声音信号，从而完成各种用途。说明：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。 话筒MIC采用的是驻极体小话筒，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的偏压才能工作，电阻R3可以提供一定的直流偏压，R3的阻值越大，话筒采集声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极，电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V,如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真基甚至无法正常工作。电路特点：1调制采用直接调频法，三极管选用BF374，频率稳定。2采用驻极体电容式话筒。该话筒中含有一只场效应管组成射随器，灵敏度高，频响宽，不加音频放大器即可得到幅度适当的调制电压。3有各类调整元件，调试方便。10K的电阻可以麦克风音量大小,J3的闭/合可改变频率，电感线圈L也可调节频率。详细设计步骤以及系统实现 使用Protel 99 se 完成根本电路设计新建一个工程文件(.ddb)，在Documents中新建一个Schematic Document(原理图),加载库(Sim.ddb与Miscellaneous Devices.ddb)之后就可以开始摆放元件，连接好电路图。绘制好的电路原理图如图1所示。 图1接着进行傅立叶分析和波形仿真，如图2、3。 图3接下来我们要将各分立元件进行封装，然后进行PCB印刷电路板的设计。进行PCB设计当然也可以直接在PCB设计中进行各元件的封装，然后可以进行手动布线，也可以利用自动布线。在Documents中新建一个PCB文件，将电路器件的封装网络结构调入PCB文件，再生成网络表，然后就可以将原理图导入到PCB中，如果在导入过程中出现了错误那么须重新检查原理电路图，重新生成网络表。成功导入之后就要对元件进行手动排列，再自动布线，生成的PCB板电路图，如图4所示。图4PCB元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。如走线高频数字电路走线细一些、短一些好，但是太小又不利于进行焊烧，应尽量加大绝缘间距。大面积敷铜要用网格状的，以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑的流向，大小，不能简单的用铜箔填充了事，而是需要去走线。元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检查与核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于进行制版，应该先做核对，后再进行后续工作。如下列图是完成后的PCB板， 但是由于我未认真做检查，导致了J3开关的封装错误，只能焊上插针使用跳线来连接J3两端。设计完成后，可用3D进行整体浏览，这时可以对元件封装进行重新检查。各分立元件大小暂为列清。实际的无线调频话筒电路实际的无线调频话筒电路如图3-3所示。图3-3 无线调频话筒电路考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频电路。电路的工作原理是：利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即实现调频。调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。四、发射机的主要技术指标(1)发射功率发射功率指发射机发射到天线上的功率。只有当天线的长度与发射信号的波长相比较时，天线才能有效地把信号发射出去。波长与频率的关系是 式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。假设接收机的灵敏度VA=2uV，那么通信距离s与发射功率Po间的关系为 当发射功率为大于500mW时通信距离为以上。(2)工作频率或波段发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。(3)总效率发射机发射的总功率PO其所消耗的总功率PT比，称为发射机的总效率，用表示。(4)调制灵敏度Kf是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。第六章 Multism仿真实现通过multism仿真，进行虚拟电路仿真，原理图绘制如下A点处的波形图此处为三极管发射极信号C点波形此处为模拟话筒的发声信号B、D点的波形由于B、D两处只经过一个滤波电容，所以波形幅度差异不大，均表示输出处的波形信号，即发射出的声音信号第七章 实物实现 根据原理图及封装电路板对无线话筒进行焊接. 调试说明：把FM收录音机的电源和音量翻开，将频率调在100MHz左右无电台的地方。给无线话筒电路板通上电源，对准收音机，用螺丝刀调节振荡线圈L1的稀疏线圈匝间距离，直到收音机传出尖叫声。再慢慢移开话筒和收音机距离，同时适当调节收音机或者话筒板的音量、调谐旋钮，直到声音最清晰、距离又最远为止。上述步骤分别在88MHz、98MHz、108MHz附近调试，这样即使无线话筒发射频率存在较大偏差，收音机也能够收到。如果收音机仍不能收到，那么应检查元件有没有装错，元件是否损坏，电源是否正常工作。1. 考前须知：无线话筒线圈L1匝间距离变近和换容量大一点的电容关联会使发射频率变低；要使发射频率变高，就需要采取相反的措施。和L1并联的电容变化范围不可以太大和太小，否那么发射频率会偏到离谱，甚至不会产生高频发射信号电路不会起振。如果想要更远的传输距商，给收音机和无线话筒增加更好的天线，并适当升高无线话筒的电源电压。简易型无线话筒中的L2用铁线短路；调节增强型无线话筒中的L2、L3可以使距离会到达最远。2.电路调整与改良：采用电容三点式，简单可靠，起振容易。但一级放大电路虽然到达我们的设计目标，但是抗干扰等功能仍然有印象，毕竟这是用较少的一些分立元件组成的一个高频电路。我们将R1偏置电阻的阻值减小使其对接收灵敏度提高，经测试，到达15.20m的声音信号仍能正常接收温度：20.0，而且这是在有很多电磁干扰的环境下进行的测试，测试效果良好。天线输出距离选频回路较远，由于板子已经焊好，我们使用面包板进行测试，发现天线距离选频回路越近时，收音机的接收效果越好。经测试还发现，将电源等有源元件与其他元件分开距离较大摆放时，接受的效果较好，频率较稳定，抗干扰能力提高近20%，频率抖动不大。为此我们选择了将天线与电源分在两边摆放。第八章 设计心得每一个电子设计爱好者都有电子制作的经历，从开始时的不断失败到逐渐得心应手，到最后的电子设计工程师，其中的滋味是那些圈外人所无法领会的。其实有很多朋友很想进入电子制作的大门，但是苦于找不到入门的方法而只有在电子技术的门外徘徊，实践后才能明白其个中的滋味。通过这次实践，通过组装、调试制作套件使我们快速步入电子设计的大门。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁、马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，在电脑上调试考验了我们的操作水平，而焊功更考验了我们的动手能力。焊盘很小，打也必须打正中心，否那么焊时会造成虚焊甚至可能造成焊盘铜片脱落的后果。焊功不好还有可能影响整个电路的稳定性，可能造成中心频率不稳定，局部技术指标难以达标。这次开发这个硬件工程，基于学校给的局部资料进行，应学校的要求而实现具体功能，提高系统某方面能力的需要。但作为一个硬件系统的设计者，未来的电子工程师，要主动的去了解各个方面的需求，并且综合起来，提出最适宜的硬件解决方案。高级方案未完成的原因也是我们平时对高频电子线路与电子技术根底的掌握不够的问题，平时的认真学习加上最后的亲身实践才能最终带着我们走向电子设计的顶峰。结论在写本论文过程中，我学到了许多新的知识。还从导师那里获得了很多珍贵的经验。但是由于自己本身专业知识不扎实。论文在分析本钱管理中还存在许多缺乏之处。请指导老师多多指教。踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。点击运行，也根本到达预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、外观粗糙、底层代码的不合理数不胜数。可是，我又会有点自恋式地抚慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一上作业了。想籍此时机感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一局部。我的毕业指导老师党国庆老师，他以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给我不厌其烦的指导。在此，特向他道声谢谢。大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。大学三年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事、所有人，都将是我以后生活回味的一局部，是我为人处事的指南针。这要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。最后，承我诸位恩师的指点，在今后离开校园的日子里，我保证努力学习，积极探索，向我人生的最顶峰奋斗！致谢本篇论文是在党国庆导师的悉心指导下完成的，从论文选题到完成论文都浸透恩师们的大量心血和精力，导师渊博的知识、严谨的治学态度和求实精神、忘我的工作作风、学术上的远见和生活上的平易近人，时刻鼓励着学生，是学生毕生学习的典范。值此论文完成之际，特向导师致以诚挚的感谢和无尽的敬意！在本文的完成过程中，始终得到电气系领导和教员的热情帮助和指导。从论文选题、课题研究到论文完成，都有他们的一份辛勤汗水。在此谨向他们表示诚挚的谢意和感谢之情。在课题研究中，得到了课题组全体老师的关心和帮助。与他们进行了屡次有益的探讨和学术交流，得到了许多启发。对于他们的支持和帮助表示真诚的感谢！最后，向所有给予我关心和帮助的领导、老师、亲人、同学和朋友再次表示衷心的感谢！参考文献1.铃木宪治，高频电路设计与制作，北京：科学技术出版社，2005.4，第一版。2.谢自美，电子线路设计实验测试，武汉：华中科技大学，2000.7，第二版。3.李银花，电子线路设计指导，北京：航空航天大学出版社，2005.6，第一版。4.朱力恒，电子技术仿真实验教程，北京：电子工业出版社，2003.7，第一版。5.全国大学生电子设计大赛获奖作品精选，北京理工大学出版社。6.王志纲，现代电子线路下册，北京：清华大学出版社，2003.4，第一版