通信电路课程设计样本.docx
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通信电路课程设计样本
洛阳理工学院
课程设计报告
课程名称
高频电子线路
设计题目
调频无线话筒
专业
通信工程
班级
B100509
学号
B10050919
姓名
李戈
完成日期
01月12日
课程设计任务书
设计题目:
基于集电极调频的无线话筒
设计内容与要求:
一、设计内容
（1）使用万用板设计而且需准确无误独立焊接电路。
要求确无误焊接电路,而且各个元器件接触良好。
（2）在焊接结束后,调试电路使发射频率在88MHz-108MHz之间。
（3）送给话筒MIC一个音频信号,经过收音机调频,能够接收到相应的音频信号同时尽可能使接收到的音频信号清晰,干扰小。
二、设计要求
（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）能够独立搭接电路、掌握调试技术。
（3）理解和掌握无线调频话筒的主要技术指标和测试方法。
（5）增强对课本理论知识的理解,并提升到实践制作当中,做到学以致用。
指导教师:
王帆
12月20日
课程设计评语
成绩:
指导教师:
_______________
年月日
调频无线话筒
摘要
调频无线话筒的原理是将声波信号经过麦克风转化为音频电信号,经过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率,产生调频波,经过高频放大与选频,最终由天线发射。
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经过天线向外发射,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。
关键词:
调频,选频回路,发射,结电容,变频
FMwirelessmicrophone
ABSTRACT
FMwirelessmicrophoneistheprincipleoftheacousticsignalthroughthemicrophoneintoelectricalaudiosignal,bychangingthecapacitancetochangethefrequencyandtheoutputfrequencyoftheoscillator,producesFMwave,throughthehighfrequencyamplificationandfrequency,andultimatelybythetransmittingantenna.ByC1coupledtothetransistor9018amplifyingcircuitandtheCBjunctioncapacitancechange,oscillationfrequencychange,therebyrealizingfrequencymodulation.ModulationbyL1coilandcapacitorfrequencyselectivecircuitandtheantennaemitting,changetheL1coilcanachievefrequencyconversion.WecanuseanordinaryFMradioinfrequencybetween80-108M,microphonecenter2metersrangetoreceivethesignal.Thedesignhastheadvantagesoflowvoltage,receiversensitivity,simplemanufactureetc…
Keywords:
frequency,frequencyselectioncircuit,emission,capacitance,frequencyconversion
目 录
前 言
无线话筒从最初简易的一个无线调频发射器和无线调频接收器到当前的采用专用的PLL（频率锁相环）技术,大约经历了三个阶段。
当时,人们为了摆脱话筒线缆的羁绊,想到了类似于调频广播的发射接收原理,经过话筒的换能原理及音频→调制→放大→发射过程,然后经过调频收音机或专用接收机（特殊频点）接收、放音。
能够想见,其音质、稳定性、抗干扰能力等均不能满足实际使用的需要。
由于采用电子电路产生的RC或LC振荡,其振荡频率的稳定性受到环境的影响是很大的,其频率也不可能很高,一般只能在二、三百兆赫以下,在这样的频段,极易受到其它信号的干扰,此时便出现了采用石英振荡体的发射与接收电路。
大家知道,石英晶体的振荡频率是非常稳定的,由它组成的无线话筒发射与接收器,工作起来就稳定多了,同时,其工作频率可在V段（30MHZ-250MHZ）,U段（200-1000MHZ）内,外界干扰信号不严重,给无线话筒的使用带来了较好的效果。
在使用上,由于石英晶体的振荡频率不可调,因此对于一套无线话筒来讲,其接收和发射频率是固定的,且要求一一对应,不怎么方便,假如在某地刚好在这一频点上存在干扰,该无线话筒就无法使用了。
随着数字技术的广泛使用,无线话筒成为越来越多用户首选的对象。
无线话筒系统在广播、电影、戏剧和舞台制作以及公司、宗教和教育场所都是一个重要的组成部分。
功率无线话筒实际上就是一台小功率的无线电高频发射机,因其具有体积小、重量轻、电路简单、成本低、无电缆传送等特点,因而得到了灵活广泛的应用。
无线话筒按调制方式可分为调频式和调幅式。
前者由于具有通频带宽、动态范围大、传输距离远和抗扰性强等特点,因此应用较多。
简易无线话筒的设计与实现结合了高频电子技术、电子线路设计、模拟电子技术等知识点。
设计及实现这个实用性很强的课题,既能够在实践中巩固许多知识点,又能够根据自己的兴趣开发新功能,从而学习到新的知识点。
第1章系统概述
1.1设计题目
无线调频话筒的设计与制作
1.2设计目的
经过这次课程设计
（1）了解高频电子线路理论课程知识在实际生活中的应用。
（2）进一步学习有关高频电子线路的理论知识和电路图的设计。
（3）经过简单的调频无线话筒的设计图,理解其原理,知道各部分各器件的作用,在实践中练习电路合理排版和焊接能力。
（4）复习巩固高频电子线路课程的理论知识。
1.3设计任务
（1）使用万用板设计而且需准确无误独立焊接电路。
要求确无误焊接电路,而且各个元器件接触良好。
（2）在焊接结束后,调试电路使发射频率在88MHz-108MHz之间。
（3）送给话筒MIC一个音频信号,经过收音机调频,能够接收到相应的音频信号同时尽可能使接收到的音频信号清晰,干扰小。
1.4设计要求
（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）能够独立搭接电路、掌握调试技术。
（3）理解和掌握无线调频话筒的主要技术指标和测试方法。
（5）增强对课本理论知识的理解,并提升到实践制作当中,做到学以致用。
第2章系统设计原理
2.1电路结构
调制电路以电容三段式震荡电路产生载波。
话筒（MIC）先将自然界声音信号的变成音频电信号,改变结电容容量,控制高频振荡器的输出频率,形成调频波,然后再经过倍频及高频功率放大后经天线辐射。
我们将发射频率设计在FM收音机波段,因此能够配合任何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。
图2-1系统整体电路
整个系统包括一个麦克风（MIC）、音频输入插孔（CK）、LC三端式振荡电路三部分。
下面将分块详细介绍本系统。
2.2麦克风和外音输入
麦克风,学名为传声器,是将声音信号转换为电信号的能量转换器件,由Microphone翻译而来。
也称话筒、微音器。
二十世纪,麦克风由最初经过电阻转换声电发展为电感、电容式转换,大量新的麦克风技术逐渐发展起来,这其中包括铝带、动圈等麦克风,以及当前广泛使用的电容麦克风和驻极体麦克风。
图2-2是本设计中所用的麦克风。
麦克风的分类:
按声电转换原理分为:
电动式（动圈式、铝带式）,电容式（直流极化式）、压电式（晶体式、陶瓷式）、以及电磁式、碳粒式、半导
体式等。
按声场作用力分为:
压强式、压差式、组合式、线列式等。
按电信号的传输方式分为:
有线、无线。
按用途分为:
测量话筒、人声话筒、乐器话筒、录音话筒等。
按指向性分为:
心型、锐心型、超心型、双向（8字型）、
图2-2本电路中的麦克风
无指向（全向型）。
另外还有驻极体和最近新兴的硅微传声器、液体传声器和激光传声器（多用于窃听）。
动圈传声器音质较好,但体积大。
驻极体传声器体积小巧,成本低廉,在电话、手机等设备中广泛使用。
硅微麦克风基于CMOSMEMS技术,体积更小。
其一致性将比驻极体电容器麦克风的一致性好4倍以上,因此MEMS麦克风特别适合高性价比的麦克风阵列应用,其中,匹配得更好的麦克风将改进声波形成并降低噪声。
工作原理:
麦克风是由声音的振动传到麦克风的振膜上,推动里边的磁铁形成变化的电流,这样变化的电流送到后便的声音处理电路进行放大处理。
声音是奇妙的东西。
我们听到的各种不同声音,都是由我们周围空气的微小压差产生的。
奇妙之处在于,空气能将这些压差如此完好、如此真实地传输相当长的距离。
它是由金属隔膜连接到针上,这根针在一块金属箔上刮擦图案。
当您朝着隔膜讲话时,产生的空气压差使隔膜运动,从而使针运动,针的运动被记录在金属箔上。
随后,当您在金属箔上向回运行针时,在金属箔上刮擦产生的振动会使隔膜运动,将声音重现。
这种纯粹的机械系统运行显示了空气中的振动能产生多么大的能量!
所有现代的麦克风与最初的麦克风需要完成的事情都并无二致。
只不过就是以电的方式,代替了机械方式。
麦克风将空气中的变动压力波转化成变动电信号。
有五种常见技术用来完成此项转化:
碳麦克风——最古老最简单的麦克风,使用碳尘。
历史上第一部电话就使用此项技术,如今在某些电话中仍在使用。
在碳尘的一侧有很薄的金属或塑料隔膜。
当声波击打隔膜时,它们压缩碳尘,改变电阻。
经过给碳通电,改变了的电阻会改变电流大小。
动态麦克风——动态麦克风利用电磁效应。
当磁体经过电线（或线圈）时,磁体在电线中感应出电流。
在动态麦克风中,当声波击打隔膜时,隔膜会移动磁体,此运动产生很小的电流。
带状麦克风——在带状麦克风中,一个薄的带状物悬挂在磁场中。
声波会移动带状物,从而改变流经它的电流。
电容器麦克风——电容器麦克风实际上是一个电容器,其中电容器的一极响应声波而运动。
运动改变了电容器的电容,这些改变被放大,从而产生可测量的信号。
电容器麦克风一般使用一个小的电池,为电容器提供电压。
晶体麦克风——某些晶体改变形状时会改变它们的电属性（要了解此现象的一个例子,请参见石英表工作原理）。
经过将隔膜连接到晶体,当声波击打隔膜时,晶体将产生信号。
而音频输入插孔是将其它设备（如MP3,手机等）产生电信号直接输入到电路中。
效果和MIC相同。
2.3震荡电路与调制
高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器,对于初学者我们暂时不要去琢磨电容三点式的具体工作原理,我们只要知道这种电路结构就是一个高频振荡器就能够。
三极管集电极的负载C4、L组成一个谐振器,谐振频率就是调频话筒的发射频率,根据图中元件的参数发射频率能够在88～108MHz之间,正好覆盖调频收音机的接收频率,经过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）能够方便地改变发射频率,避开调频电台。
发射信号经过C7耦合到天线上再发射出去。
R4是V1的基极偏置电阻,给三极管提供一定的基极电流,使V1工作在放大区,R5是直流反馈电阻,起到稳定三极管工作点的作用。
这种调频话筒的调频原理是经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能够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,能够采集微弱的声音,同时这种话筒工作时必须要有直流偏压才能工作,电阻R3能够提供一定的直流偏压,R3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经过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,这样能够确保声音信号的幅度能够限制在正负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。
CK是外部信号输出插座,能够将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源经过专用的连接线引入调频发射机,外部声音信号经过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。
因此这个套件不但能够做一个无线话筒,而且还能够做一个电视机无线耳机使用。
电路中发光二极管D3用来指示工作状态,当调频话筒得电工作时就会点亮,R6是发光二极管的限流电阻。
C8、C9是电源滤波电容,因为大电容一般采用卷绕工艺制作的,因此等效电感比较大,并联一个小电容C8能够使电源的高频内阻降低,这个电路非常常见。
电路中K1和K2其实是一个开关,它有三个不同的位置,拨到最左边时断开电源,最右边是K1、K2接通做调频话筒使用,中间位置是K1接通,K2断开,做无线转发器使用,因为做无线转发器使用是话筒不起作用,可是话筒会消耗一定的静态电流,因此断开K2能够降低耗电、延长电池的寿命。
第3章焊接过程
3.1排布元器件与焊接
由于本次设计使用的是普通电路板而不是PCB,因此各个元器件的布局要自己设计。
电路的连接也要自己完成。
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;天线与金属不要接触。
为了提高制作效果,在安装制作前,我们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,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。
3.2电路调试
所有零件都焊接完毕后,最好先用肉眼检视一切焊接点,是否有假焊,或者焊料用得太多而造成与临近短路。
是否有线忘记连接。
彻底查清楚后,才可进行校准和测试性能。
测试步骤:
先用示波器测试震荡电路是否起振,如果起振,记录下振荡的基本频率。
再找来FM收音机,打开电源和音量,将频率调在记录的频率左右无电台的地方寻找该讯号。
给无线话筒通上电源,对准收音机,用螺丝刀调节震荡线圈L的稀疏,直到收音机传出尖叫声。
最好令发射机与收音机保持一定距离,以防止检拾到任何谐波或者侧波。
同时适当调节收音机的音量,调谐按钮,直到声音最清晰距离最远为止。
3.3故障处理
在FM接收机上不能接收到无线话筒发出来之载波,测量电路之电流,若有4－6mA,表示电路是正在工作,稍为将线圈拉长,并扫描整个波段,当接触底板上任何元件时,只能用一支非金属的螺丝起子,而且离开电池,因为您手上皮肤引起的电容效应会导致电路明显地失调,而且可能完全停止输出。
还有,维持3V电源也很重要,并要将电池贴近底板。
整个布线必须维持同样的电路分布电容,电路一旦工作,才可改变其排列,但在起初测试步骤中,每个元件均必须照足图中那样安放。
振荡器工作于约88MHz,用示波器观察波形。
量度基极电压和射极电压,一部普通的万用表由于其对电路作用,会指示此两点都是2V左右,只有高阻抗的电表,如FET电压表,才指示射极有2V及基极有2.5V。
（推荐使用数字表）。
其它简单的事情如底板上铜箔短路断裂、焊接点差劣,又或者采用没有编号之零件等等,这都常常成为一个可能性,特别是那些零件上所印的编号或数值模糊不清,若对之有怀疑,应立该更换。
若只收到载波但没有纯音汛号,则故障在音频级或者话筒上。
所谓有载波没有纯音是在调谐收音机至一处,收到的是寂静一片,没有沙沙声,但也听不到发射机发出的纯音讯号。
这两部份可用示波器检查,测试是否有音膝讯号送往振荡级。
音频放大管集极上有1.4V电压,表示晶体管导通,如低于0.8V,晶体管饱和,或者在某方面可能损坏,也可能表示晶体管有十分高之增益,并不适合。
如电压超过2.5V,该级不足以导电检查晶体管和偏压电阻,需要时将之更换。
示波器也显示话筒的灵敏度,加大或者减少负荷电阻,即可改变FET的增益,灵敏度极高之零件,负荷电阻不宜低于10K,有时可能需要高至47K或以上。
任何类别的话筒,如想提升其灵敏度,可加大负荷电阻之阻值,至于决定最终之数值就要看话筒的品质而定。
以上都是用简单测试仪器所能做到的检查
第4章实物效果图
图4-1正面效果图
图4-2背面效果图
结 论
经过几天的高频电子线路课程设计,我们组完成了预期的设计要求。
功能上达标:
电路能起振并产生80M左右的正弦波。
在收音机中能分辨出输入的声音。
高频电子线路作为我们电子专业主要的课程之一,我觉得课程设计很有必要,而且很有意义。
因为我觉得高频电子线路不但是一门理论课,也是一门实践课,只有看书是学不好高频电子线路的,高频电子线路要在实践动手中才能理解的更加通透,因此理论加实践才是学习高频电子线路的好方法。
在这次课程设计中,运用到了很多以前的专业知识。
经过这次设计的实践,让我温习和巩固了高频电子线路理论知识。
而且在学习的过程中我发现带着问题去学效率很高,这是我做这次课程设计的一大收获。
另外,要做好一个课程设计,就必须做到:
在设计之前,对所用高频电子线路的内部结构有一个系统的了解,知道该高频电子线路内有哪些资源;要有一个清晰的思路和一个完整的的电路原理图;在在设计课程过程中遇到问题是很正常的,但我们应该将每次遇到的问题记录下来,并分析清楚,以免下次再碰到同样的问题。
经过这次电子钟作品设计与制作让我收获很多:
一、增进我和同学之间的友谊情感,在与同学互动学习的过程中使我体会了不同的解决问题的方法与思路,让我领会了解决问题精髓,使我们学习更有活力更有自信,培养了我们的协助合作能力。
我组两人既分工合作又相互竞争。
二、培养了我们的动手能力和独立解决问题的能力,当你碰到问题时,有时由于是分工合作,自己的事要学会独立解决;三、培养了我们的自主学习能力和利用网上这个广阔平台的学习能力;四、是我对word更加熟练的运用,这次在用word写课程设计报告时,我发现怎样让自己的报告更加美观,简洁,这也是需要花精力的,而且这其中还有一些技巧,平时由于只需要打一下字,还没注意到某些方面,这次用word时遇见了一些困难,我向一些会熟练使用word的人请教讨论,掌握了一些平时自己没有注意到的功能,例如在word里怎样对图片进行处理等;六、锻炼了我们的焊接技术。
使我的焊接能力上了一个台阶。
在这次设计中,我学会对困难无所畏惧,以及对问题的一些很重要的思考方法。
在软件方面,由于自己的粗心,使一些小错误影响设计进度,后来经仔细检查改正过来,获益匪浅啊。
可是在设计过程中也发现了一些不足,感觉这个题目还不是那么的复杂,没能充分运用所学的专业知识;对三极管的理解还不够深入,因而在设计三极管驱动电路时遇到了一些麻烦,比喻电阻的大小计算选择,以后要加深这方面的学习,以上的问题我会以后的学习中加以改正和学习。
总体感觉这次课程设计还是比较有意义的,让我们对高频电子线路理解更加深入,能正确运用数字电路的一些芯片,同时由于是开放式选题,能够培养我们的创新能力。
经过此次的实习,我学到了很多知识,培养了自学能力和动手能力。
而且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识,这能够说是学习方法上的一个很大的突破。
在以往的传统的学习模式下,我们可能会记住很多的书本知识,可是经过这次实习,我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西,学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。
在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态,首先做学问要一丝不苟,对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视,要经过正确的途径去解决,在做事情的过程中要有耐心和毅力,不要一遇到困难就达退堂鼓,只要坚持下去就能够找到思路去解决问题的。
而且要学会与人合作,这样做起事情来就能够事倍功半。
谢辞
经过一个星期的课程设计,今天终于能够顺利的完成论文的最后的谢辞了。
本次课程设计是在王帆老师的精心指导和大力支持下完成的。
感谢老师对我的辛勤培育。
她严肃的科学态度、严谨的治学精神、灵活的思维方式、耐心细致的言传身教深深感染激励着我,将使我终身受益。
一转眼一学期过去了,大三上学期即将结束了。
回首既往,在这一学期的时间里,我在学习上和思想上都受益非浅。
这除了自身努力外,与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
实习得以完成,要感谢的人实在太多了,首先要感谢王帆老师,因为实习是在王帆老师的悉心指导下完成的。
王老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
本次实习从选题到完成,每一步都是在王老师的指导下完成的,虽然课程设计是我完成的,可是也倾注了王老师大量的心血。
由于时间的仓促及自身专业水平的不足,整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。
恳请阅读此篇论文的老师、同学、多予指正,不胜感激。
非
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