高频无线话筒课程设计报告.docx
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高频无线话筒课程设计报告
目录
摘要2
1概论3
2总体方案设计4
2.1设计原理4
2.2设计目的和意义4
3各部分电路设计5
3.1设计方案5
3.1.1基本要求5
3.1.2发射部分：
5
3.1.3单元电路选择（框图）5
3.2电路工作原理5
3.3具体电路功能设计6
3.3.1话筒总体原理图6
3.1.2静态工作点的测量7
3.3.3高频振荡电路8
4Multism调试仿真10
4.1开发环境介绍10
4.2电路仿真10
4.3输出仿真图12
5实物实现14
5.1电路板的制作14
5.2安装注意事项14
5.3功能调试14
5.3.1调试步骤14
5.3.2注意事项15
5.3.3电路调整与改进：
15
参考文献16
致谢17
附录18
材料清单18
蔫互
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。
由C1耦合到三极管9018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并通过天线向外辐射，改动L1线圈就可实现变频。
使用普通调频收音机在80-108M频率之间，话筒中心2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
1概论
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。
2总体方案设计
2.1设计原理
无线话筒定义简单地说，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,电路板上的电子元件话筒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。
电路特点：
1．调制采用直接调频法，三极管选用9018，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。
2.2设计目的和意义
2.2.1、设计任务与要求
1、任务
（1）设计一款简易调频无线话筒。
（2）根据需要列出元件清单。
（3）使用万用板搭建并且独立焊接电路。
2.2.2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。
及掌握multisim的操作过程，仿真电路板的流程
2.2.3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。
3各部分电路设计
3.1设计方案
3.1.1基本要求
1）电路的发射频率在80-108MHz之间。
2）电路的接收距离不小于1米。
3）电路焊接符合要求，避免虚焊和错焊。
4）无线话筒抗干扰能力强，频率误差±0.5MHz。
5）可以使用普通调频收音机接收清晰的音频信号，有效发射距离在5-10m。
3.1.2发射部分：
1、要求调试并测量主振级电路的性能，包括中心频率及其频率稳定度等
2、设计过程中使用仿真软件进行电路仿真
3.1.3单元电路选择（框图）
图3.1高频无线话筒设计框图
3.2电路工作原理
1、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9018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。
2、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。
3、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9024，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极随器，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）有各类调试元件，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。
3.3具体电路功能设计
3.3.1话筒总体原理图
图3.2高频无线话筒原理图
图3.2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R1可以提供一定的直流偏压，R1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经过射极输出器到Q2三极管的基极进行频率调制。
三极管采用9018和电容C3、C4、C5、L1，组成一个振荡器，由三极管集电极的负载C3、L1、L2组成一个谐振器，通过C3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4MHZ左右符合设计要求，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C2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设计中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。
C1将频率调制好的载波信号传递到Q2进行高频放大，仔细调整L1的值（拉伸或者压缩线圈L1）可使输出功率最大（进行阻抗匹配）！
距离最远，整个工作电流最小。
3.3.2静态工作点的测量
a.测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流Ic以及各电极对地的电位UB、Uc、UE。
一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或Uc，然后算出Ic的方法，例如，只要测出UE，同时也能算出UBE=UB-UE，UcE=Uc-UE。
b.静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic（或UcE）的调整与测试。
静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。
如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱合失真，此时Uo的负半周将被削底，如图3.5（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo的正半周被削顶（一般截止失真不如饱合失真明显），如图3.5（b）所示。
这些情况都不符合不失真放大的要求。
所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压Ui，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。
如不满足，则应调节静态工作点的位置。
3.3.3高频振荡电路
这部份电路采用高频三级管9018与电容C3，C4，C5，L1，L2一起构成电容三点式振荡电路频率由公式计算得出：
f=1/[2π*（LC）1/2]………………………………3.3.1
得f≈4MHz。
由极柱体转变来的电信号经过放大，现经过阻抗匹配再经过电容耦合，加到三极管的基极改变BE的结电容，能过改变Ube改变结电容，来改变振荡频率
图3.6振荡频率为4MHZ电路等效电路
FM调频电路原理是三极管组成共基极超高频振荡器，基极与集电极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率。
本模块由三极管等元件构成电容三点式振荡器，不仅能够产生稳定的载波，而且还能够实现调制功能。
本方案采用较为稳定的克拉泼电路如图3.7所示三极管T2应为甲类工作状态，其静态工作点不应设的太高，工作点太高振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将使振荡波形严重失真，但工作点太低将不易起振。
图3.7克拉泼电路
在克拉泼电路中C1，C2受三极管级间电容Cce，Cbe，Ccb的影响。
因此在电容的取值上应满足C4
C1,C4
C2.（C1=220pC2=220pC4=100p）
3.5u
4实物实现
5.1电路板的制作
电路的焊接顺序一般从前级单元电路开始，向后级逐级进行。
在焊电路板之前，应该要做一些准备工作，把各个元器件和工具都准备好，很重要的一点就是要选择一支比较好用的电烙铁，这样在焊接过程中比较好焊，容易使锡粘到铜圈上。
由于要产生12M的较高频率，所以在焊接电路时要尽量使各个器件都贴在万用板上，减小各个器件的引脚，从而降低对电路的影响。
在高频电路中，电源和地线设计很重要，它的好坏直接影响到产品的品质。
若由于电源、地线布线不合理而引起干扰，会产生很大的噪声，使产品的性能下降。
所以对电源、地线的布线需认真、慎重考虑，把电源和地线所产生的噪音干扰尽可能的降到最低限度，以确保产品的质量。
由于设计电路由三级组成，振荡级要求干扰比较小，第三级是功率放大级，如果把这三级的地线都连在同一条地线上，这会对振荡级产生较大的干扰，所以把三级的各个地线分开。
L1、L2和L3自己用0.5mm的漆包线在电感底座上绕11到13圈，然后把漆包线的绝缘皮去掉，再焊到底座的引脚上。
由于在试验过程中要把各个电感值调到一个比较准确的值，为了防止电感值调不到，所以在绕电感时要留一定的余地，而且最好用硬线把电感连到电路板上，防止电感调不到理想的值而把整个电感底座全部拆下来。
5.2安装注意事项
1、元件安装严格按照电路图进行正确焊接，对于极性元件，注意不要反装，元件安装时先焊较低的元件，最后装三极管；
2、驻体话筒上没有引脚，需外接引脚，注意驻体话筒上与外壳相连的一端为负极，装时与线路板上的地相连。
3、若信号距离过短，在C5处焊一截导线作为天线。
5.3功能调试
5.3.1调试步骤
1.调试说明：
根据原理图及封装电路板对无线话筒进行焊接.
2.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。
3.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。
5.3.2注意事项
1.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）。
2.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。
调节增强型无线话筒中的L1可以使距离改变。
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。
九、遇到的问题及解决
1、遇到的问题
由于电路比较简单，电感线圈为手动绕制，抗干扰能力有限，在用收碰触电路的时候跑频很严重，这主要是在有导体接近线圈的时候线圈的感抗容易变化。
电路的发射距离比较近。
2、解决的方法
对于电路抗容易受干扰的问题，用了一个金属壳将电感线圈罩住，电路抗干扰的能力明显增强，后来给电路选用了一个塑料壳，制成了一个真正意义上的无线发射器，向对讲机一样拿着可以说话不再出现频率变动情况，问题得到解决。
对于电路发射距离近的问题采用了适当增加瓷片电容器C2的阻值和适当选取电路中电阻阻值的方法的烧少许改善。
5.3.3电路调整与改进：
1.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。
2.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。
3.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。
调频无声话筒PCB：
致谢
通过一个星期的课程设计，我学到了许多东西，也认识到了许多道理,让我学到的东西实在不少，真的是“学无止境”。
更让我明白了什么是温故而知新，通过自己看电路分析，看模电，发现在自己又学到了以前学习时没有注意到的在方，在本专业外我们还有学不尽的东西,在电子科技的海洋里面还有许多值得我们学习、研究、探索的奥妙。
由于专业基础不扎实，在本次课程设计中，我遇到了很多的困难，有些问题通过问同学解决了，更多的是老师提供的资料给予我很多的帮助，真心感谢老师。
在此次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件的重要性，不像之前的模电课设，并没有多少工作在计算机里实现的，就仅仅画出了电路图之后用元器件在面包板上搭电路就行了。
此次课设绝大多数工作都高度依赖计算机，从仿真到绘制原理图，可以说每一步都很艰难，每一步都是我们一步一个脚印结结实实踩下去的。
对于高频课程设计来说，其注重于调试。
之前的课程设计中，只要原理图没问题，几乎不需要什么调试，而对于此次的话筒，调试的过程却成为了课设中的重要的一环。
在这次设计中我还学到了更多的电脑知识，因为毕业设计的设计说明书的格式有很严的要求，所以我们必须在这次的设计中养成良好的学习习惯，在我们以后的毕业设计和工作中也有很大的益处。
我学的专业是电子信息工程，这就要求我要懂得很多专业方面的的东西，其实我在此次课程设计中通过自己的努力学到了很多专业知识，我想这对我以后的工作和学习有很大的帮助。
总的来说，这次课程设计学到了不少东西。
尤其对调频发射系统有了新的认识，在焊接技术上有了长进，在分析和解决问题方面也明显看到自己的进步。
其他方面，对发射机的原理有了初步认识，并知道了怎样写总结论文，可以说获益颇深。
此次课程设计中还存在很多缺点和不足，恳请张老师悉心指教，谢谢！
附录
材料清单
序号
标识
元件名称
型号规格
数量
序号
标识
元件名称
型号规格
数量
1
R1、R2、R8
电阻
10K
3
10
C2
电解电容
100uf
1
2
VT1
三极管
9024
1
11
C3
电容
0.1uf
1
3
R3
电阻
4.7K
1
12
C4
电容
1000PF
1
4
R4
电阻
1K
1
13
C5、C7C8、C9
电容
30PF
3
5
R5
电阻
68K
1
14
C6
电容
10PF
1
6
R6
电阻
180
1
15
TX1
天线
-
1
7
R7
电阻
22K
1
16
-
线路板
1
8
VT2、VT3
三极管
9018
2
17
-
电池
9V
1
9
C1
电解电容
10UF
1
18
L1、L2
电感
自制5圈
19
BM
声电转换器
1
升级会员 