调频无线话筒设计论文.docx

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调频无线话筒设计论文

摘要

对于整个录音音响系统中，第一个重要环节是话筒。

话筒的重要性是人们时常谈论的话题。

话筒的争论往往是最激烈而革命性的，从电子管到晶体管、从动圈到电容、从微型话筒到金话筒，还有值得珍藏的纪念版话筒等。

话筒又分为有线话筒和无线话筒。

调频无线话筒系统简单、成本低廉，但是采用传统制作方式做出的话筒音质不好且功能单一。

市面上无线话筒产品的种类很多,高档的价格比较昂贵,低档的性能不太稳定。

调频无线话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，最终由天线辐射。

整个电路使用Protel99se软件设计，并最终做成一块8cm*4cm（width*height）PCB（印刷电路板），使用普通调频收音机在100M频率左右，话筒中心20米范围内能正常接收。

该设计具有电压低，受话灵敏，制作简易等特点，可应用于教学，无线广播，报警器，助听器，及各类声控设备中。

关键词调频；三点式；振荡电路；载波；印刷电路板

目录

第1章绪论…………………………………………………………………2

第2章设计方案…………………………………………………………3

2.1方案选择………………………………………………………3

2.2无线话筒准用的频段………………………………………………4

2.3各频段无线电波的传播特性………………………………………5

第3章电路设计……………………………………………………………6

3.1发射部分电路设计………………………………………………6

3.2接收部分电路设计……………………………………………8

第4章电路调整与改进…………………………………………………11

4.1信号放大电路的改进方案………………………………………11

4.2发射部分电路的改进方案………………………………………12第5章PCB印刷电路板的实现……………………………………………17第6章设计心得…………………………………………………………18

结论………………………………………………………………………19

致谢………………………………………………………………………20

参考文献………………………………………………………………21

调频无线话筒设计

第1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实际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讯号。

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，由于电路需要的零件十分之少，故可将之安放在一个火柴盒（比国内－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，可将之安置在婴孩房、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至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。

唯一影响输出频率是电池的状况，当电池老化时，频率有轻微改变。

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。

第2章设计方案

2.1方案选择

现有的无线耳机和无线话筒，其线路虽有差异，原理是一致的，都离不开调制和解调，但却是单独的各用一套调制和解调线路，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。

2.2无线话筒准用的频段

无线电波可以在空间自由传播，不受用途和地域限制，因此造成各种无线电设备的频率交叉重叠。

如果不加以规定和约束，不可避免地会产生相互干扰，影响正常的通信。

为此，世界上无线频率管理部门对无线电频率的使用范围作了统一规定，使它们之间的相互影响降到最低。

无线话筒使用的频段有：

2.2.1VHF甚高频波段

VHF频段的频率范围为30MHz～300MHz，波长为10m～1m，通常称为“米波”，广泛用于调频广播、电视频道、民用对讲机和传呼机。

频道占用极为拥挤，工业干扰源多。

分配给无线话筒VHF频段的频率范围为169MHz～230MHz，共占有61MHz的可用频带。

与电视6～12频道占用的频率范围相同。

在61MHz可用频带内，无线话筒又把它分成三个波段，VHF（A）为169MHz～185MHz；VHF（B）为185MHz～200MHz；VHF（C）为200MHz～230MHz。

2.2.2UHF超高频波段

UHF频段的频率范围为300MHz～3000MHz，波长为1m～0.1m，通常称为“分米波”，主要用于电视频道、移动电话、微波通信和军用雷达等。

分配给无线话筒的频率范围为690MHz～960MHz，占有270MHz的可用频率范围，是VHF频段的4.5倍，因此可设置更多的无线话筒通道，并且干扰源少。

在UHF频段中，无线话筒还分配到另一个更高的民用通信频段，即2300MHz～2400MHz，简称2.4G波段。

此频段的干扰源最少，但设备的生产成本高。

2.3各频段无线电波的传播特性

自由空间电磁波的传播衰减包括距离衰减（衰减量与距离的平方成正比）、传播媒体的吸收（空气、人体和墙体等）和金属结构物的反射。

频率越高，传播媒体的吸收越大，金属物体的反射越强（即阻止电磁波传播的能力越强）。

UHF频段的发射——接收之间主要靠直达波传播，难以绕过金属障碍物传播。

VHF频段除直达波传播外，还可利用一部分折射和绕射电磁波。

因此在同样的发射功率和传播条件下，VHF传播距离比UHF更远一些。

金属物体对电磁波传播的阻挡反射与无线电波长（频率）的关系

金属物体对电磁波都有反射作用。

阻挡电磁波传播的能力与电磁波的波长和金属物体的大小有关。

电磁波的波长小于金属物体的尺寸时，会被全部反射，传播受阻。

或者说，频率越高，金属物体对电磁波的反射越强。

相反，如果电磁波的波长大于金属物体的尺寸时，部分电磁波会绕过金属障碍物继续传播（电磁波的绕射特性）。

显然，UHF频段的反射比VHF频段的反射更多、更强。

电磁波对金属网格（或金属孔板）的穿透能力

电磁波的波长小于金属网格孔的直径时，则会被通过。

也就是说，波长越短，通过金属网格的穿透能力越强。

非金属物体（人体、墙壁等）对电磁波的吸收作用，电磁波的频率越高，非金属物体对它的吸收越大，电磁波的传播衰减也越大。

第3章电路设计

3.1发射部分电路设计

如图所示，立体声信号预加重电路由W1、W2、R1、R2C1-10构成，话筒信号放大电路由T1、R3-5、C11、C12构成，FM调制预FM发射电路由IC1（BA1404）、T2、R7-11、C15-25、L1-2构成，R6起限流作用，C13-14起滤波作用，LED用于显示。

三极管选用JE9018硅NPN型小功率晶体管，为B>60的高频管，耗散功率为400mw，因其在AM/FM的中频放大器和FM/UHF调频器的振荡器中作放大和振荡用。

经对其电气特性进行测试，其主要特点是：

特征频率高，能达到fT＝1100MHz（典型值），而且对电源频率变化和环境温度变化具有稳定的振荡和很小的频率偏移，工作温度范围在－55～＋150°C。

它的这些特点使其能很好的应用于调频无线设备的设计中。

高频信号很容易由于幅射而产生干扰，导致振铃、反射、串扰等；而电路对此又特别敏感，因此在PCB板设计时，必须加以重视。

为此电源设计时，应尽量减少板上的通孔（包括插件元件的引脚、过孔等）；多增加一些地线；隔离敏感元件；在信号线边上可放置电源线，以最小化信号环路面积，减少环路数量。

传输互布线应尽量满足以下规则：

避免传输线阻抗不连续（阻抗不连续点是传输先突变点，如直拐角、过孔等，它将产生信号的反射。

为此，布线时应避免走线的直拐角，可采用45°角或弧线走线，尽可能地少用孔）。

其次，要减少串扰。

图3.1发射部分电路原理图

串扰是信号间产生的耦合，分容性串扰和感性串扰两种，通常感性串扰远大于容性串扰。

串扰可通过一些简单的办法抑制：

①由于容性串扰和感性串扰的大小随负载阻抗的增大而增大，所以应对串扰引起的干扰敏感信号进行适当的端接。

②增大信号线间的距离，以减小容性串扰。

③为减小容性串扰，可在相邻信号线间插入1根地线；但须注意，此地线每1/4波长要接入线层。

④对感性串扰，应尽量减小环路面积，如允许，应消除次环路。

⑤避免信号共用回路。

最后，随着电路速度的提高，电磁干扰越发严重，还须减小电磁干扰。

图3.1发射部分电路图

减小电磁干扰的途径通常有：

屏蔽、滤波、消除电流环路和尽量降低器件速度。

滤波通常有三种选择：

去耦电容、电磁干扰滤波器、磁性元件。

最常见的是去耦电容，去耦电容用于电源线路滤波。

通常在电源接入电路板处放置一个1μF～10μF的去耦电容，以滤除低频噪声；在板上每个源器件的电源引脚处放置0.01μF～0.1μF的去耦电容，以滤除高频噪声。

对去耦电容，要注意其放置位置。

3.2接收部分电路设计

FM接收电路，FM解调电路由IC2（TDA7008T）、R12-13、C26-37、C49-50、D1、L4、K3-4构成，立体声解码电路由IC3（TDA7040T）、R14-17、W3、C42-44构成，立体声功放电路由IC4（TDA7050T）、W4、W5、C45-48、R18-19构成、C40-41起滤波作用。

当K1、K2打开在PHONE位置时，k1的A与B连，A’与B’连，E与F连，E’与F’连，K2的A与C连，A’与C’连，整个电路完成无线耳机的功能在发射端，IC1（BA1404）是双声道无线发射IC。

由音响设备输出立体声音频信号由P1输入，经双联电位器W1、W2控制其大小，经过由R1、R2、C1、C2组成的预加重网络处理后，由C7-8耦合输入IC1的1、18脚，C3-6、C9-10兼有滤除高频的作用，IC1的5、6脚所接的C21和8KHZ晶振与IC1内部共同组成振荡频率稳定的倒频信号发生器，该38KHZ振荡信号一路经IC1内部分频器产生19KHZ导频信号，另一路用于对立体音频信号进行编码，编码信号由14脚输出，与13脚输出的导频信号一起构成立体声复合信号，R9-10、C15-16起耦合作用，该复合信号送入12脚，并对高频振荡信号进行调频，调制后的射频信号经内部放大后由7脚输出，T2、R11、C25、L2组成射频功放，对调频信号进一步放大，最