无线话筒的设计与制作.docx
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无线话筒的设计与制作
毕业（论文）设计
题目：
无线话筒的电路设计及试制作
院系：
机电工程系
专业：
应用电子技术
指导老师：
胡辉
姓名：
刘国源
班级：
08应电班
学号：
0804140115
撰写日期：
2011年04月23日
商丘职业技术学院毕业（论文）设计任务书
题目：
无线话筒的电路设计及试制作
姓名
刘国源
学号
0804140115
班级
08应电班
（论文）设计选题的来源、目的与意义：
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
（论文）设计的主要内容：
本次课程设计本小组选择设计制作调频发射机（调频无线话筒），要求是分析高频发射系统各功能模块的工作原理，提出系统的设计方案，对电路进行调试。
在此基础上可进行创新设计，如改善电路性能；故障分析；对系统进行仿真分析等。
这是一款微型调频无线话筒，发射频率在90MHz左右，利用FM调频收音机可以实现短距离接收。
进度计划（进度时间、主要工作内容）：
第5周：
任务下达，理解消化任务要求；初步设计方案确定；
第6周-第10周：
设计方案确定，分模块部分完成；
第11周：
中期检查，查找问题，分析解决难点；
第12周-第15周：
分模块调试，整体电路调试，论文书写等；
第16周：
答辩。
主要参考文献：
[1]朱昌平高远.频电子线路实践教程.河海大学常州校区,1989
[2]于洪珍.通信电子电路.清华大学出版社,1987.7
[3]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计.哈尔滨工程出版社,1956
[4]铃木宪次.无线电收音机及无线电路的设计与制作.科学出版社,1978
[5]谢自美.电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社,1989
（论文）设计工作起讫日期：
2011年03月25日至2011年05月06日
指导教师（签名）
专业教研主任
（签名）
无线话筒的电路设计及试制作
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。
本课程的基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、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，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基础。
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基础理论知识，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，由常用基本电路入手，讲清基本原理，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，在理论课中讲清基本原理、典型电路和基本应用电路，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。
关键词：
无线调频话筒，振荡器，PCB绘图，电路分析
WirelessMicrophoneCircuitDesignAndTryingToMake
ABSTRACT
Highfrequencyelectronicscircuitsystematicallyintroducedcommunicationsystem,especiallythewirelesscommunicationsystemthemostbasiccircuitsandtheirfunctions,andgivesthequalitativeandquantitativeanalysismethodofthecircuitperformance.Thesecircuitincludestransmitterandreceiveroffrequencyselectiveamplifyingcircuit,frequencymixingcircuit,amplifiercircuit,oscillatingcircuit,modulationanddemodulationcircuit,andphaselockloopcircuit,automaticgaincontrolcircuitandfrequencysynthesiscircuit.
Basicknowledgeofthiscourseteachinggoalandabilitygoalis:
throughthetheoryandthepracticeteaching,andmakestudentsunderstandwhenworkingonhighfrequencytransistorworkingprinciple,characteristicparametersandmicrovariableequivalentcircuit,graspsthehigh-frequencyunitcircuitlinescomposition,basicprinciples,analysis,technicalrequirementsandsometypicalpracticalapplicationsofintegratedcircuits,andhascertaintheoreticallevelandenoughpracticalskills,anduseadvancedsimulationsoftware,theabilityforfurtherstudyandgraspelectronics,communicationtechnologyprofessionalknowledgeandprofessionalskilltolaythefoundation.
HighfrequencyelectronicscircuitisthetheoreticalandGongChengXingpracticalityandstrongcourses.Studentsinthiscourseofstudy,notonlyshouldmasternecessarybasictheoreticalknowledge,butalsoshouldbeinanalyzingandsolvingproblemsandpracticalabilitygetexerciseandimprove.Fortheseskills,theoreticalteachingandpracticalteachinglinkmustclosecontactandcooperatewitheachother,canobtaingoodeffect.Inthiscourseteachingfromthefollowingaspectstostrengthentheseabilitytraining:
1.Inthemethodofanalysingproblemsbycommonbasiccircuit,startingwiththebasicprinciple,clear,thenappropriate,thenappliedtopracticalintegratedcircuitanalysis.
2.Theattentionandpracticeclassteachingofcoordination,inclearbasicprinciple,typicalcircuitandbasicapplicationinpracticeclassofcircuitandlearnaboutthetestandadjustmentofthecircuitprincipleandmethod,anddeviceparameterselection,etc.
KEYWORDS：
WirelessFMmicrophone,oscillator，PCBdrawings,circuitanalysi
目录
前言1
第一章电路介绍2
§1.1电路技术指标2
§1.2制作与焊接2
第二章电路设计3
§2.1单元电路选择（框图）3
§2.1.1调频振荡器3
§2.1.2缓冲隔离级3
§2.1.3高频功率放大器4
§2.2具体电路选择4
§2.3元器件说明5
§2.3.1话筒MIC5
§2.3.2高频振荡调制电路6
§2.3.3功率放大电路6
§2.3.4线圈的制作6
第三章制作两种电路图的PCB板7
第四章电路仿真9
第五章调试及故障排除11
§5.1调试11
§5.2故障分析11
结论12
参考文献13
致谢14
附录15
前言
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。
我们通过本课程的学习，不但应该掌握必要的基础理论知识，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。
高频课程设计是作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是使我们进一步理解课程内容，基本掌握高频电子线路设计和调试的方法，增加模拟电路应用知识，培养我们实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术后，应安排课程设计教学实践项目，其目的是使我们更好地巩固和加深对专业基础知识的理解，学会设计中、小型电子线路的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。
通过实践教学引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
本次课程设计我选择设计制作调频发射机（调频无线话筒），要求是分析高频发射系统各功能模块的工作原理，提出系统的设计方案，对电路进行调试。
在此基础上可进行创新设计，如改善电路性能；故障分析；对系统进行仿真分析等。
这是一款微型调频无线话筒，发射频率在90MHz左右，利用FM调频收音机可以实现短距离接收。
Protel99SE：
通用电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomation）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Protel99SE，是基于Windows98/200/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。
在电路设计的过程中，采用NI公司的Multisim11.0进行电路仿真。
第一章电路介绍
§1.1电路技术指标
一基本要求：
（1）载波频率90MHz附近，用收音机FM段接收。
（2）在声音被清晰接收的前提下，发射距离≥5m
（3）电源电压6V。
（4）音质清晰，发射较远
二发挥部分：
（1）自制印刷电路板。
（2）设计过程中使用仿真软件进行电路仿真
§1.2制作与焊接
由于高频线路中，导线间的干扰较大，为了见效干扰，焊接时要注意导线尽量避免平行，且尽量减少接触等，接地线连接时要注意独立接地，以减少干扰。
还有很多细小的环节都不容忽视，对于高频电路更是如此，比如：
电感不应该平行放置，以免造成互感干扰；天线与金属外罩不要接触。
为了提高制作效果，在安装制作前，我都用万用表筛选一下各个元件的质量，有条件的话将各瓷片电容用电容表测量一下电容量，这样就万元一失了。
安装的先后顺序是电感线圈、电阻器、电容器、高频三极管、话筒和拨动开关、电池卡子。
将电阻器、电容器等元件分类集中安装的目的是减少差错和防止元件的丢失。
以上元器件的插装孔位请认真对照PCB图来确定。
电感线圈的两个引出端首先刮除表面上的绝缘漆，然后上好锡，插装时要贴近电路板并牢固焊接，如有虚焊，振荡会不稳定，工作也会不正常。
三极管尽可能最后安装的目的是尽量减少焊接中静电、热量对管子的损害，插装时注意极性同时尽量贴近电路板。
驻极体话筒用两根导线焊接引出，焊接到电路时注意极性，将焊好线的话筒固定在电池架上。
电池正极片和负极簧都插装在电池夹的相应处，并用红色、黑色导线分别焊接在正极片和负极簧上，并引出焊接到电路板上。
焊接完毕时，要仔细检查电路是否有虚焊、假焊和短路的地方。
电阻是否有阻值接错的，柱极体的正负极是否正确，三极管的e、b、c脚接对了没有等。
逐步分析，发现错误及时纠正，以免通电后烧坏元件。
第二章电路设计
§2.1单元电路选择（框图）
该电路涉及到的技术有：
高频电容三点式振荡电路，功率放大器（采用共射极接法，增益高，效率高）等，调频发射电路的方框图如下：
图2-1高频发射电路的方框图
§2.1.1调频振荡器
低频小信号部分只是将调制信号不失真的略作放大，直接调频发射系统中，调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频，电抗管调频、变容二极管调频。
晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性；电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比，要复杂一些。
考虑到本设计任务要求中心频率的稳定性不高（10-3/分钟），用LC振荡器就可达到；另外，我选择了电抗管调频电路。
所谓电抗管，就是由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。
它与普通的电抗元件不同，其参量可以随调制信号而变化。
电抗管的放大器件可以是电子管、晶体管或场效应晶体管；移相电路也有多种型式（如RC或RL移相网络）,其作用是使放大管T1的输出阻抗Ze=U0/IC具有一个电抗分量Xe，当Xe随频率而变化时,即可获得调频信号。
采用不同的移相电路，等效电抗Xe可以是电容性的,也可是电感性的。
电抗管调频器的缺点是:
振荡频率稳定度不高；频移也不能太大,阻抗Ze通常还具有电阻分量，这个分量也随频率而变化,使振荡器产生寄生调幅。
电抗管调频部分是一个电容三点式振荡器，其中晶体管Q2、电阻R5、电容C4组成的移相网络即为电抗管，它等效为一个电感，这个等效电感会随着调制信号的变化而发生变化，从而总的电感值发生相应变化，根据公式
f=1/[2π*（LC）-1/2]
可知，频率也随之变化，最终实现低频调制信号对高频载波的频率调制。
这种调频器的优点是电路比较简单，能获得较大的频偏；便于做成集成电路。
缺点是载频不能很高，频率稳定度较低。
§2.1.2缓冲隔离级
缓冲级通常采用射极跟随器电路。
在电路的最初设计阶段，我并没有添加缓冲器，是经过讨论之后，觉得有必要在调频电路和高频放大电路中间加一个缓冲器以减少两级信号之间的相互干扰，增强电路的抗干扰能力。
§2.1.3高频功率放大器
高频放大器属于线性放大器。
根据电路所需要的电压增益和选择性，来确定电路形式。
一般电路形式有单调谐放大器和双调谐放大器。
在对放大器选择性要求不高的场合，可以选用单调谐放大器。
为提高放大器的电压增益，可以选择多级放大器级联的电路形式。
要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率，而且整机效率较高，应选择丙类功率放大器。
末级功放的功率增益不能太高，否则电路性能不稳定，容易产生自激。
因此要根据发射机各部分的作用，适当地合理分配功率增益。
要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率，而且整机效率较高，应选择丙类高频功率放大器。
§2.2具体电路选择
本组设计了两份无线话筒的电路图及PCB图，原因是根据（图2-2）做出的实物图效果不尽人意，仅仅对敲击MIC的声音有所反应，在查询了相关资料后进行了一部分的改进，也就形成了第二份设计，并取得相当令人满意的效果。
此处以下图2-2为主进行分析电路。
图2-2第一套方案中的原理图
图2-2中，话筒MIC可以采集外界的声音信号，这里我们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偏压才能工作，电阻R4可以提供一定的直流偏压，R4的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱。
电阻越小话筒的灵敏度越高，话筒采集到的交流声音信号通过低频放大后耦合到VT2三极管的基极进行频率调制。
三极管VT2采用9018和电容C4、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器，由三极管VT29018集电极的负载C5、L1组成一个谐振器，通过C4正反馈电容形成三点式谐振振荡器原理，谐振频率就是调频话筒的发射频率，实际上是一个以谐振频率为基准的高频振荡器。
通过调整图中元件L1的参数可以使发射频率可以在90MHZ左右，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L1的数值（拉伸或者压缩线圈L1）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。
发射信号通过C7耦合到高频放大器，由高频放大器进行谐振放大后再通过天线上再发射出去（实际电路设计中我们在功放之前加了射极跟随器）。
由于高频振荡器和高频放大器互相独立使得发射频率和发射功率都十分稳定。
C7将频率调制好的载波信号传递到VT3进行高频放大，仔细调整L2的值（拉伸或者压缩线圈L2）可使输出功率最大！
距离最远，整个工作电流最小。
对比（图2-2第一套方案的原理图进行改进，从而做出了第二套方案）,如下图2-3所示
图2-3第二套方案中的原理图
其一，图2-3去掉了用作缓冲级的设计跟随器部分，原因是图一中的缓冲器似乎没有起到相关的作用，在虽然在仿真过程中看到了效果，但实际并没有较好的改善；其二，天线之前加装了第三个电感L3，与C12构成了串联回路，增进了天线发射效果；其三，MIC旁用一个电位器替换了原有的偏置电阻，让其值大小可调。
其中R1为话筒MIC的偏执电阻，R4为集电极电阻，R5为基极电阻，给Q1提供偏置电流。
R6为发射极电阻，用于稳定Q1的直流工作点，Q2,R7,R8,C4,C5,L1,C6,C7组成高频振荡电路，R7给Q2提供基极偏置电流，C5和L1形成振荡回路，通过改变其值可以改变发射频率，C4为反馈电容，R8稳定Q2直流工作点，C7隔直通交，Q3,R9,R10,L2,C10,C11组成高频功率放大电路，R9给Q3提供基极电流，C10，L2放大调谐回路，和振荡回路C5、L1调谐在同一频点是获得最大输出功率，发射距离最远。
§2.3元器件说明
§2.3.1话筒MIC
我们用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音信号。
话筒底部有两个接点，用两根粗铜丝焊牢在PCB印制电路板上。
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
并且，外围电路中需要有相应的偏置电阻为其提供偏置。
§2.3.2高频振荡调制电路
（图2-2为例）该部分由晶体管VT2、电阻R5电感L1电容C4、C5、C6等组成。
其功能是产生高频载波信号并进行调制。
L1和C5构成LC谐振回路。
该回路具有选频作用，其频率由公式计算得出：
f=1/[2π*（LC）-1/2]
经C3耦合过来的信号加在VT2基极上，通过基极上变化的电压改变be结电容，而实现对载波的调制。
由集电极输出经C7耦合到下一级进行功率放大。
§2.3.3功率放大电路
（图2-2为例）电路由R7、VT3、C8、L2、C9、R8组成，该部分电路为自偏压电路，无需给b极加偏置电压，高频信号由C7耦合经自偏压电阻R7加到b上放大，电路工作在C类状态。
L2和C8组成选频电路，使其谐振在前一级的工作频率上，C9为输出电容，输出高频信号。
§2.3.4线圈的制作
选频回路的电感L需要自制，用直径0.5mm的导线，在直径为5mm左右的骨架上绕制若干圈，抽去骨架成为空心线圈，并适当拉长即可。
图一中，L1与L2都为5圈，图二中L1为5圈，L2与L3为6圈，目的是让话筒频率落在80MHz~110MHz。
根据电感计算公式可以算出绕线圈数：
圈数=[电感量*{（18*圈直径）+（40*圈长）}]÷圈直径
单位分别为毫米和mH。
第三章制作两种电路图的PCB板
使用Protel99se完成基本电路设计：
新建一个工程文件（.ddb），在Documents中新建一个SchematicDocument（原理图）,加载库（Sim.ddb与MiscellaneousDevices.ddb）之后就可以开始摆放元件，连接好电路图。
根据绘制好的两组电路原理图（图2-2，图2-3）
接下来把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则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3-1,3-2所示。
图3-1第一套方案的PCB电路图
图3-2第二套方案的PCB电路图
PCB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GND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
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