毕业设计(论文)双载频语言信号发射机与接受机设计.doc
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1、目录双载频语言信号发射机与接受机设计.1摘要.1Abstract21 概述.32 总体电路的确定.52.1 工作原路及框图.52.1.1工作原理52.1.2框图.72.2 总体电路原路图.82.2.1电路原理图.82.2.2电路指标参数.93 单元电路的分析与设计.33.1 FM接收机电路原理与分析.133.1.1输入选频网络.133.1.2高频选频放大器.143.1.3接收模块信号处理.143.1.4直流稳压源电路.173.2 FM调频发射电路183.2.1发射机模块电路.183.2.2语音信号放大.193.2.3信号解调.203.2.4信号发射.213.3 元件的检测与安装焊接.223.3
2、.1电阻.223.3.2电容.233.3.3电感.233.3.4二极管.244 电路的整体调试与测量.254.1接收机电路的调试.254.2发射机电路的调试.274.3 接收与发射电路的统调及要求.294.3.1校准的步骤.304.3.2电路中主要频率点的定义与计算方法.305 结论.31参考文献.32致谢.33 双载频语言信号发射机与接受机设计 摘要无线音频发射与接收机具有使用简单、不受网络限制、通话成本低、适用范围广等优点。它是在鉴频、混频等技术的基础上,利用无线电通信原理研发的一种通信方式。目前,人们对无线音频发射与接收机的研究已从模拟化转化为数字化。本文从无线对讲机的基本原理出发,确立
3、了系统的设计方案,将发射与接收系统分为发射部分和接收部分两大部分,并对各部分的功能和作用进行了分析和研究。通过对声电转换电路、低频放大电路、混频电路、鉴频电路、天线与同类型电路的对比,最后确定了对讲机电路图。接下来利用Multisim仿真软件对各大模块进行仿真并对仿真信号进行分析。本论文最后对影响对讲机传送距离的因素进行分析,提出了改进意见关键词:调频;无线;模块AbstractEWalkie-talkie has advantages such as easy to use, without network restrictions, low cost communication and w
4、ide range of application . It is a method of communication on the basis of the frequency distinguishing and mixing techniques, developed on the radio communication principle. Currently, the study of wireless interphone has turned from anolog to digital.This thesis starts from the wireless walkie-tal
5、kie basic principle, to establish the system design. And walkie-talkie system is divided into two parts: send part and receive part.It analyses and researchs the functions and usages of each part. I analyse such circuits:voice of conversion circuit, low-frequency amplifier, mixer circuit-frequency c
6、ircuit, antenna,and compare them with similar circuits, finaly confirm the whole walkie-talkie circuit. Next, using Multisim simulation software to simulate the major modules and analysing simulation signals. At last,the thesis analyses the factors affecting the talking distance of walkie-talkie,and
7、 suggests some improvements.Key Words: Frequency modulation; Wireless; module1 概述 在现代通信中,无线音频发射与接收机是一种近距离的,简单的无线传输通信工具,它有另一个大家跟熟悉的名字无线对讲机,由于它不需要中转站和地面交换机站支持,就可以进行有效的移动通信,因此深受人们欢迎。目前,它广泛用于生产,保安等领域的小范围移动通信工程中。无线对讲机技术是很多无线移动通信技术的基础,调频对讲机是通过调节频率使一组对讲机的接受频率和发射频率与另一组对讲机的发射频率和接收频率相同,从而实现对讲功能的无线通信工具通过对调频对讲机
8、的安装与调试,能对所学过的高频电路原理只是及各单元的电路形式,各电路间的耦合方式及信号传送波形和结果,有更深入的了解,同时也对以前听学过的各类形模拟单元电路的工作原理,电路形式,调试方法,测量技术,整机电路统调技巧等发面知识,得到全面的,系统的训练。本次设计采用了集成模块,集成电路具有体积小、功耗低、可靠性高、性能好以及易于使系统整机实现少调整和不调整等优点,通信电路正迅速向急方向发展。不仅集总参数电路正在迅速集成化,分布参数电路也在集成化。随着集成电路设计与工艺技术的进步,现在已有可能将一个电子系统或其子系统集成在一个芯片上,称为系统集成。它改变了用通用元、器件组装电子系统的传统方法,而直接
9、将系统制作在芯片上,从而大大促进了系统、电路与工艺的结合。2 总体电路设计2.1 工作原路及框图2.1.1工作原理音频发射机与接收机的电路形式较多,从调制方式上可分为调幅式和调频式;从收/发功能上,可分为单工式和双工式。单工式对讲机在同一时间内,只能工作在一种状态下,即接收或者发送状态,而不能同时处于收发状态。单工对讲机工作时,要不停地切换开关来控制收/发状态,所以使用起来不太方便。【1】而双工式对讲机可以收/发电路并同时工作,使用起来如同普通电话机一样。因此,应用起来比较方便,但由于双工对讲机电路复杂、造价高、耗电量大等缺点,所以一般应用较少。而单工式对讲机则由于它造价低、体积小、耗电低等优
10、点,而被大量应用。目前,市面上常见到的对讲机大多属于单工调频式。单工式对讲机的收/发状态是靠切换供电电源开关的方式来实现收/发转换的。虽然电路中含有接收和发射电路,由于在同一时间内,只能工作在一种状态下,所以将这种工作方式称为单工方式。目前,也有些对讲机电路采用半双工工作方式。它的工作原理是,将话筒收到的音频微弱信号进行电压放大,并将放大后的交流电压经过检波电压检波整流后,得到一个直流电平信号,用其控制电子开关去切换收发电路工作状态,完成对讲机的收发转换过程。我们称其为半双工工作方式。半双工对讲机,从电路工作形式上来讲,仍然属于单工工作方式。严格的讲,半双工对讲机应该属于变形单工对讲机电路。而
11、全双工对讲机在工作时,发射电路和接收电路是同时工作的。由于发射电路和接收电路共用一根天线,发射电路输出到75天线上的高频载波电压可能达到1030V以上。而接收对方发射的高频载波信号往往较为微弱,一般在75天线上仅能感应到微伏级的信号。所以对讲机天线的工作状态,将直接关系到双工对讲机能否正常工作。为了保证天线信号的正确分配,一般双工对讲机电路均设计有天线双工器。用双工器来保证天线的分配任务,以保证收/发电路有序地工作。为了防止收/发电路之间的相互干扰,仅靠双工器是不够的,所以一般全双工对讲机电路中均在接收电路的输入端和发射电路的输出端,分别设计有带通或带阻滤波器,让所需要的频率顺利通过,并且将其
12、他频率滤除或者阻挡。由于采用了以上多种措施,所以使双工对讲机电路的接收和发射电路可以同时使用一根天线,而不会产生不必要的干扰【2】。而在这个实验里,发射模块采用TXC2A 型,该模块有5MHz 的频率调节范围;接收模块用TXC2S 型,标称灵敏度5V ,接收频率和音量均可调节,最高工作电压为9V ,而且具有静噪功能,待机接收时没有噪声。为了进一步提高灵敏度扩大使用范围,在天线端增加了一级由PC1651 组成的高放电路。由于PC1651 工作电流不大,这里只用了一个5V 稳压二极管供电,也可用78L05 代换。安装PC165 1 时,要符合高频电路的原则,否则易发生自激。电路平时S 接通,处于待
13、机状态,接收模块和高放级电路工作,发光管D2 点亮(绿色) 。接收模块具有静噪功能,既安静又省电,当收到呼叫而需回答时,按下K,电源加到TXC2A 上,发光管D3 (红色) 点亮,在TXC2A 工作同时接收部分电源已断开,此时对着MIC 讲话即可,整个工作过程为单工对讲。该机虽未用晶振稳频,但其模块设计合理,频率还是比较稳定。电源可由电池9V或交流整流后的7809 稳压供给。可天线用1/ 4 波长的拉杆天线。收发频率能相互接收即可,最用导线引到金属面板上,以便随时改变音量!2.1.2框图本次设计主要是针对单工对讲机电路进行的,将对单工调频对讲机电路各部分电路进行详细的分析。图2-1是本次设计用
14、的单工无线调频发射机电路方框图。图2.2是调频接收机的电路方框图。 图2.1 音频发射框图天线接收选频回路解调功率放大喇叭本振1 图2.2 音频接收框图2.2 总体电路原路图2.2.1电路原理图 图2.3 电路原理图。电路如图2.3所示,发射模块采用TXC2A 型【3】,该模块有5MHz 的频率调节范围;接收模块用TXC2S 型,标称灵敏度5V ,接收频率和音量均可调节,最高工作电压为9V ,而且具有静噪功能,待机接收时没有噪声。为了进一步提高灵敏度扩大使用范围,笔者在天线端增加了一级由PC1651 组成的高放电路。由于PC1651 工作电流不大,这里只用了一个5V 稳压二极管供电,也可用78
15、L05 代换。安装PC165 1 时,要符合高频电路的原则,否则易发生自激。电路平时S 接通,处于待机状态,接收模块和高放级电路工作,发光管D2 点亮(绿色) 。接收模块具有静噪功能,既安静又省电,当收到呼叫而需回答时,按下K,电源加到TXC2A 上,发光管D3 (红色) 点亮,在TXC2A 工作的同时接收部分电源已断开,此时对着MIC 讲话即可,整个工作过程为单工对讲。2.2.2电气指标参数调频对讲机电路的主要电气性能指标参数如下:高频发射功率:2W(75)。发射工作效率:50。接收机灵敏度:1V。限幅灵敏度:1.5V。音频输出功率:50mW。最大调制频偏:3kHz。待机静态电流:10mA。
16、频率稳定度:10。信号选择性:50dB(25kHz)。电池供电电压:5V。一部工作性能的优劣,常用以上几项指标参数来表示,其指标内容含义如下:1) 灵敏度 接收机在接收信号时是不是灵敏,主要是指它接收微弱的信号能力。如果接收机在极微弱的信号下良好的工作,并能够输出一定的功率性能良好的解调信号,那么这部接收机就具有较高的灵敏度。反之,就是灵敏度低。衡量灵敏度的单位常用场强值的毫伏或微伏为单位。因此,灵敏度是衡量接收机接收微弱信号能力的重要指标。2) 选择性接收机工作时,要在众多的信号中把有用的信号选择出来,这种选择信号的能力称为信号选择性。接收机在工作时,它所要接收的信号频率附近,常常会同时存在
17、着很多的干扰信号。这些干扰信号有强有弱,如果接收机能在很强的干扰信号情况下,选择出自己的有用信号,那么它的信号选择性就很高。反之,如果连很弱的干扰也无法抑制掉,那么它的选择性就很低。选择性的指标,一般用接收电路对通频带以外信号的衰减量计量,单位为dB。3) 限幅灵敏度 限幅灵敏度是指,当接收机的中放的输出信号出现限幅时,所需的最小输入信号电压值称为限幅灵敏度。限幅灵敏度的高低,和接收机的高放、中放电路的电压增益有直接的关系。它和灵敏度指标一样,也是衡量接收机接收微弱信号能力的重要指标。4) 频率稳定度 对讲机电路中发射及接收的频率是否稳定,直接关系到能否正常通信。一般对讲机的频率稳定度主要由晶
18、体的品质来决定,同时也受工作电压、环境温度、环境湿度等因素的影响。频率稳定度的高低,一般用指数来表示,指数的绝对值越大,表示稳定度越高。5) 调制频偏 调制频偏或者称频偏量,是指调制信号(音频)对载波信号频率()调制后使载波的中心频率产生的频率偏移量。调制频偏可以用相对量百分比来表示,也可以用绝对量正负值来表示。6) 静态工作电流对讲机的静态工作电流,是指对讲机的接收电路,在无通话的待机状态下所消耗的电流量。由于一般对讲机都采用电池供电,所以静态电流越小,对讲机的待机时间就越长。静态工作电流的高低,用电流值来表示,单位为mA。7) 高频输出功率高频输出功率也称载波输出功率,它是指发射机将高频载
19、波送往发射天线上的高频发射功率。是对讲机的一个重要性能指标。发射机输出功率的大小,直接关系到对讲机通信距离的远近。高频输出功率的大小,一般用功率(W)来表示。输出功率的测量,一般要用专业的高频功率计来测量。8) 发射机工作效率 发射机工作效率是指发射电路将电路所消耗的电源直流功率,转换为高频发射功率的效率。或者称电路实际消耗功率和发射有用功率之比。发射机工作效率的高低,一般用百分比来表示,即电源消耗功率比高频输出功率。它们的比值越小,表示能源转换效率越高。9) 音频输出功率音频输出功率是指,对讲机解调信号输出的最大不失真功率值。一般测量音频输出功率时,均以喇叭两端所获得的1kHz正弦波电压为准
20、,当所测量的音频信号波形没有明显失真时,进行测量。测量方法和一般交流功率测量一样。3 单元电路的分析与设计3.1 双载频FM接收机电路原理与分析3.1.1输入选频网络输入选频网络是天线至接收电路(高频放大器输入端)之间的信号耦合网络。它主要负责完成对外界信号的选频,对强信号进行限幅处理。由于天线和第一级高频放大器之间存在较大的阻差异,所以输入选频网络还要负责完成阻抗变换任务。图3.1是输入滤波网络的电路原理。从图中可以看出,当外界的信号通过拉杆天线进入电路后,首先通过、L、组成的滤波器网络进行滤波处理后,才送至upc1651进行信号放大。图3.1 输入滤波网络电路为了防止由于发射电路工作时,天
21、线上所产生的高频电压(约20以上),击穿场效应管的的栅极,所以电路中加入了由二极管、组成的电压限幅电路,利用二极管正向压降较低的特性,将输入电压限幅在0.7V以下,以保证高放管的安全工作。3.1.2高频选频放大器一部无线对讲机,要想使其具有较高的选择性,高频放大器的电气性能优劣至观重要。高放级小信号交流电压增益的高低,将直接影响到接收机的灵敏度。而高放级的选频优劣,将直接关系到接收机的选择性和镜像抑制等性能指标参数的好坏。天线端增加了一级由PC1651 组成的高放电路。PC1651 工作电流不大。3.1.3接收模块信号处理当信号经过选频网络对的接收信号的选频,过滤掉干扰信号和不符合的信号时后,
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