新余学院《高频无线话筒》毕业设计论文.docx

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新余学院《高频无线话筒》毕业设计论文

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。

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，对电路实例的分析则力求由浅入深。

关键词：

高频；微变等效电路；仿真软件。

Abstract

High-frequencyelectroniccircuitsystem,communicationsystemsareintroduced,especiallyinwirelesscommunicationsystemsandtheirbasicfunctionofthecircuit,giventhequalitativeandquantitativeanalysisofthecircuitperformance.Thecircuitconsistsoftransmitterandreceiverintheselectedfrequencyamplifier,mixercircuits,poweramplifier,oscillationcircuit,modulationanddemodulationcircuit,PLLcircuit,automaticgaincontrolcircuitandfrequencysynthesizercircuits.

Theobjectiveofthecourseteachingbasicknowledgeandabilityare:

thetheoryandpracticethroughteaching,sothatstudentsunderstandthehighfrequencytransistorsoperatingintheworkingprinciple,characteristicsoftheequivalentcircuitparametersandslightlychangedtomasterhigh-frequencycircuitelementcircuitcomposedofbasicworks,analyticalmethods,technicalrequirementsandpracticalapplicationofsometypicalintegratedcircuit,andhaveacertaintheoreticallevelandadequatepracticalskillsandtheabilitytouseadvancedsimulationsoftwareforfurtherlearningandtheacquisitionelectronics,communicationstechnology,expertiseandlaythefoundationforprofessionalskills.

Isahigh-frequencyelectroniccircuittheory,engineeringandpracticalcoursesareverystrong.Studentsthroughthiscourse,shouldnotonlymasterthenecessarybasictheoreticalknowledge,butalsoinanalyzingtheproblem,problemsolvingandpracticalabilityandotheraspectsofexerciseandimproved.Fortheseabilities,teachingthetheoryandpracticeofteachingmustbeinclosecontactwitheachother,willgetbetterresults.Teachinginthefollowingaspectsshouldbetostrengthentheseabilities:

1.Ontheanalysisoftheproblem,startingfromthebasiccircuitused,clarifyingthebasicprinciples,thentheappropriateconsolidated,andthenappliedtopracticalcircuitanalysistogo.

2.Notethatwiththelessonsandpractice,intheorycoursesinclarifyingthebasicprinciples,typicalcircuitsandthebasicapplicationcircuit,learningthelessoninpractice,thetestcircuittoadjusttheprinciplesandmethodsaswellastheparametersofthedeviceselection.

3.Increasethenecessaryexamplesandpracticalcircuitanalysis.Exampleanalysisfocusedontheproblemsandsolutionsintheintroduction,theanalysisofthecircuitinstanceissoughtimplementedprogressively.

Keywords:

Highfrequency;micro-dependentequivalentcircuit;simulationsoftware.

目录

第1章绪论…………………………………………………………………………4

第2章设计目的和意义……………………………………………………………5

2.1设计目的…………………………………………………………………………5

2.2设计意义…………………………………………………………………………5

第3章需求及分析…………………………………………………………………6

第4章设计方案……………………………………………………………………7

4.1方案选择………………………………………………………………………7

4.2设计要求…………………………………………………………………………8

第5章设计原理及电路……………………………………………………………9

5.1设计原理…………………………………………………………………………9

5.2电路工作原理……………………………………………………………………9

5.3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基础后，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发展更是一日千里，简易无线发射网络。

正是这些电路的基础，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，不论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5—8mW，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80—100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。

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。

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Protel99SE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，从而认识到自己的不足，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、无线广播：

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安全性，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、小型广播电台:

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.本装置则可以不受此限制。

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。

它包括发射部分与接收部分，其中发射部分由立体声信号预加重电路与调制发射电路串联而成，接收部分由接收解调电路、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，以降低制作成本，方便使用。

4．2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3~5mA；

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

5.1设计原理

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，并从该高频信号还原出声音信号，从而完成各种用途。

5.2电路工作原理

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c－b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，并从该高频信号还原出声音信号，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。

5.3原理电路

详细设计步骤以及系统实现

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。

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4所示。

图4

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拟时，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。

若接收机的灵敏度VA=2uV，则通信距离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5.08Km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，所以波形幅度差别不大，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）音机的电源和音量打开，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，则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）.注意事项：

　　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，否则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可以使距离会达到最远。

（2）.电路调整与改进：

采用电容三点式，简单可靠，起振容易。

但一级放大电路虽然达到我们的设计目标，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，达到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