高频无线话筒课程设计解析.doc

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1、一.论文研究目的及意义:由于当今无线电通讯技术的进步, 无线话筒的普及和广泛使用, 怎样才能更 好地发挥它们的优越作用, 提升无线话筒产品的品质及功能, 达到普遍实用的领 域,触发消费者对这项产品的逐渐爱好及普遍应用。研究目的:1. 了解无线话筒的构成,并设计一个小功率无线话筒2. 理解和掌握无线话筒的主要技术指标和设计方法3. 根据给出的技术条件和指标 . 设计无线话筒4. 增强对课本理论知识的理解 . 并提升到实践当中去做到学以致用研究意义:无线话筒在现实生活中应用十分广泛 , 调频无线话筒因为没有传输电缆的束 缚 , 可以自由移动 , 使用灵活方便 , 广泛用于各种会场、剧场、广场演出、

2、娱乐 中心、体育比赛场馆 , 以及广场演出和家庭卡拉 OK 演唱。对于电子制作爱好 者 , 自己动手做一个无线话筒是一件十分愉快的工作。 调频无线话筒主要就是将 基带信号调制成高频信号 , 然后利用天线将信号发射出去 , 使接收机能够较好的 接受到信号。 但由于制作技术与制作水平的限制 , 无线话筒的稳定性 , 发射距离 , 发射功率都会成为很大的问题。 所以需要设计一款高灵敏调频无线话筒做简要研 究 , 利用驻极体话筒来收集微弱的信号 , 再通过预加重电路和音频放大电路对音 频信号放大 , 然后将音频信号调制到高频上 , 可以增加信号的抗干扰性 , 最后经 过高频功放电路 , 提高信号的功率

3、来增加发射距离 , 利用天线发射出去。二.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径 :本次设计选择设计制作调频无线话筒, 简单地说, 他就是一种通过无线电波 或其他方式传输声音的设备。电路板上的电子元件话筒先将自然界的声音信号转变成音频电信号,这个 信号会去调制电子振荡器产生高频信号。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 从而完成各种用途调频收音机的调频接收范围是 88-108MHZ 。 无线话筒将声音调制在这个范围 .以便于利用 FM 收音机接收信号。如图所示,无线

4、话筒主要由以下几部分组成:拾音器(话筒头 、音频放大 电路、调频振荡电路、射频放大电路以及天线。拾音器拾取生源活人说话的声音频率在 20Hz-20kHz , 转换为响应的电信号。 拾音器输出的点评很低不足以驱动调频振荡电路,需要将其放大,以提高电平, 音频放大电路完成此功能调频振荡电路是话筒的核心部分,他将低频的音频信号(不适合无线传输 转换成适合无线传输的射频信号, 从而将音频信号的信息加载到射频信号上, 此 过程即为调制。 话筒对音质的要求很高, 采用频率调制在调频过程中, 没有音频 信号输入时, 调频震荡部分产生的射频信号是具有固定频率的波形载波:当 输入音频信号时, 射频信号不再是固定

5、的频率, 而是在载频上下很快的来回移动, 即调频波。以载频为基准,射频信号频率向高或向低偏移,产生频偏。音频信号 频率越高, 射频信号的频率围绕载频来回变化的速度也就越快:音频信号的幅度 变大, 射频信号的频偏也就增大。 因此, 音频信号的信息只包含在射频信号的频 率变化中, 射频信号幅度的波动不会破坏包含在在射频信号中的音频信息。 接收 机检测到射频信号的频率变化,便可获取相应的音频信息。射频放大电路把前级电路送来的射频信号进行放大, 提升发射功率, 使信号 发射到足够远的距离, 同时将天线和调频振荡电路隔离开, 减小天线对高频振荡 频率的影响。1.绪论1.1无线话筒概述无线话筒, 简单地说

6、, 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。早期的无线话筒是采用 FM 调频来实现的,后来采用石英晶 体振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率, 这种话筒及接收

7、 机只固定单一个频率配对使用。 现在专业的无线话筒都是采用频 率合成方式,可以在预设的带宽内任意切换所希望的工作频道, 从而达到避免受环境干扰又能实现同时使用多支无线话筒。 1.2设计目的及意义1培养学生正确的设计思想,理论联系实际的工作作风,严 肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。2锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。3通过课程设计,使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、 查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得 到训练和提高。4巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。3无线话筒基本原理与方案设计3.1设计方案原理构思3.1.1设计主要原理通过

8、驻极体话筒将声音信号转化为电信号, 并且与电路的本 振信号混合后,通过放大器的放大作用后,再传送至天线,经过 天线发射出去。接收方的天线接收无线电信号, 把此信号送到接收器。 接收 器将此无线电信号转变为原来的语音, 再由扩音器放出来, 此时 就可听见原来的语音信号。 只要无线电发射和接收信息的频率相 同,接受设备就可以接收到无线电发射设备所发出的信息。3.1.2设计电路原理框图无线话筒电路由声音拾取电路、 声音转换电路、 高频振荡器、 调制电路、缓冲放大电路和电源组成。首先利用 MIC 驻极体话筒拾取音频信号, 并经过驻极体话筒 内部的声音转换电路将音频信号转换为电信号, 用改进型的电容 三

9、点式振荡电路, 即西勒振荡器产生高频振荡, 并通过调制电路 进行调制, 通过三极管缓冲放大电路将调制信号进行放大, 最后 通过天线将已调信号发送出去。 此时就可以用调频收音机清楚地 接收到音频信号。无线话筒的基本原理框图如图 1所示: 图 1 无线话筒原理框图3.2无线话筒总体设计电路图无线话筒总设计电路如图 2所示 :图 2 总原理图3.3各模块电路分析3.3.1 声音拾取电路一个无线话筒, 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,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。驻极体话筒内实际藏有一枚 FET

10、 ,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。 驻极体总的电荷量不变,当极板在声波压力下后退时,电容量减小, 电容两极间的电压就会成反比的升高, 反之电容量增加 时电容两极间的电压就会成反比的降低。 最后再通过阻抗非常高 的场效应将电容两端的电压取出来, 同时进行放大, 我们就可以 得到和声音对应的电压了。3.3.2高频振荡电路在实际应用中,如果直接使用 LC 振荡电路进行设计的话, 将以低于 LC 谐振电路的频率产生振荡,而且产生的频率会随着 外电路的参数而改变,稳定性比较差。在高频段的谐振电路中, 电容器的容量为数 pF 或十几 pF ,线圈的电感

11、不及 1uH ,任何微 小的值都会对振荡频率产生影响。 所以此高频振荡电路采用稳定 度较高的西勒振荡电路。二极管 D1为变容二极管,其常温下的电容 Cd=30pf。 令 C5=5pf,C6=7pf,C7=10pf,C8=22pf,C9=22pf, L=190nH。 则根据原理图可以计算出振荡频率。C=C6+1/(1/C7+1/C8+1/C9+1/(1/C5+1/Cd=16.5 pF F=1/(2 =90MKz高频西勒振荡电路如图 3所示: 图 3 高频西勒振荡图3.3.3 调制电路我们所制作的无线话筒选择基极注入方式, 由于音频信号频 率 fv 与本地振荡频率 f0两种信号注入同一个基极, 具

12、有易相互 干涉的缺点, 但与发射级注入方式相比, 本机振荡信号的电平较 小。所以仍选择基级注入方式。调制电路如图 4所示:图 4 调制电路图 3.3.4 稳压源电路在电路原理图中,二极管 1S1553与 LED 串联,将它们的正 向电压作为稳压电源加以使用,其电压值为二极管 1S1553的正 向电压 0.6V 与 LED 的正向电压 1.7V 之和:V=0.6+1.7=2.3VR5电阻和 R12可变电阻器进行分压后的电压施加给变容二 极管,通过调整可变电阻,改变电压,可以让振荡频率微调,使 振荡电路的频率有所改进。稳压源电路图如图 5所示: 图 5 稳压源电路图3.3.5 缓冲放大电路缓冲放大

13、是通过三极管实现将调制信号进行放大, 使其能通 过天线将已调信号发送出去, 使调频收音机能较清楚地接收到音频信号。缓冲放大电路如图 6所示:图 6 缓冲放大电路 4. 电路仿真4.1 仿真电路图仿真图如图 7所示: 图 7 仿真电路图4.2 仿真过程使用 Multisim 建立电路模型,用函数信号发生器代替音频 信号, 用稳压管代替变容二极管。 用示波器分别连接音频信号输 入端、谐振振荡端、天线发射输出端。将电路按照仿真电路图连接好了之后, 点击运行按钮, 电路 开始运行。 双击示波器即出现示波器界面。 调节示波器使各个信 号能够较好观察。观察示波器的相关参数,验证电路图是正确的。仿真波形如图

14、 8所示:图 8 仿真波形图 5. 制作调试5.1 第一次制作过程这是我第一次用自己的电路图进行排版焊接, 所以一开始就 显得特别激动。我和同伴按照设计的电路原理图去购买了相应的电路元件, 然后就在实验室开始焊电路板。为了方便起见, 我们的排版是按原理图的顺序来的, 这样可 以帮助我们这些初学者降低错误,并且可以比较直观的了解电 路。整个焊接过程还是比较顺利的, 但还是能从中感受出自己在 这方面能力的不足。实物部分电路如图 9所示: 图 9 实物图5.2 第一次调试过程与结果将制作好的电路板接上电源,弄好天线。将一台收音机放在附近, 把频率调到 90MHz 左右 (尽量避开 各电台的频率 。在

15、电路的话筒处一直播放语音,此时调节可调电感上的螺丝, 仔细听看是否可以在收音机里听到话筒的语音信 号。但是不管我们怎么调节, 都不能听到相应的语音信号。 通过 测试,我们发现我们的电路图的最高频率只能达到 80MHz 左右, 并且只有在电路的天线与收音机的天线靠在一起的时候, 才能达 到较好的效果。5.3 总结与改进因为制作的实物没有达到预定的效果, 所以我们进行了分析 与总结。通过仔细检查, 我们认为, 频率达不到规定的 90MHz 是因为 我们将元件中的一个电容弄错, 使可调电感不能完全弥补错误所 引起的频率改变。 但是为什么只有在两个天线靠在一起的时候才 能接收到信号,我们却找不到原因。

16、在我们苦苦追寻原因的时候, 我们组的其他成员应用他们的 电路焊成了效果相当不错的实物, 并且他们的电路十分简单。 于 是,在时间并不充裕的情况下,我们决定试试他们的电路。5.4 第二次制作过程电路图如图 10所示:图 10 电路图通过焊接第一块电路板之后, 焊接这一个更为简便的电路板 则显得比较轻松。将各个元件按照电路图进行焊接,装好话筒、 天线与电源。图 11就是我们的第二个实物: 图 11 实物图5.5 第二次调试过程与结果 这个调试过程与前一个类似。 我们调试时先将电路的天线与 收音机天线靠的比较近,从而使信号较好。将收音机频率调到 90MHz 左右, 调节可调电感, 可以在收音 机里面听到话筒端的输入信号, 但是由于调试时间在晚上, 90MHz 频率附近都是电台的频率, 从而对调试出现干扰, 使效果大大降 低。第二次调试我们选在了凌晨, 即大多数电台都没有工作的时 间,这次效果则大大提高。并且在两个天线逐渐远离的时候,也 能收到信号。能保证接收距离在 5米以上。5.6 总结该设计结果能将话筒端的语音信号通过电路发射到空中, 再 由收音机以 90MHz 接收后再次转化为语音信号。 所以本次课程设 计最后的结果基本符合设计要求。但因为时间的限制, 使得电路没时间好好完善, 因此还存在 着一些缺陷,希望有时间会继续进行改进。