无线话筒的设计.docx
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无线话筒的设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
电子科学与技术0803
指导教师：
吴皓莹工作单位：
信息工程学院
题目：
调频无线话筒设计
初始条件：
具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。
要求完成的主要任务：
1.采用晶体管或集成电路（电抗管或变容二极管）设计一个调频无线话筒；
2.额定电压3.0V，电流10～15mA；输出频率90MHz左右；
3.采用FM收音机可可靠接收；
4.可靠接收距离S≥3米；
5.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。
时间安排：
1．2011年6月3日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。
2．2011年6月4日至2011年6月9日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。
3.2011年6月10日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
2原理电路设计2
2.1原理电路总图2
2.2单元电路设计3
2.2.1音频收集模块3
2.2.2音频放大模块3
2.2.3载波振荡模块4
2.2.4直接调制模块5
2.2.5电源及控制模块5
3电路仿真7
4实物测试10
4.1实物图10
4.2实物测试过程10
5总结体会12
参考文献13
附录一原件清单14
摘要
无线话筒，是由若干部袖珍发射机（可装在衣袋里，输出功率约0.01W）和一部集中接收机组成，每部袖珍发射机各有一个互不相同的工作频率，集中接收机可以同时接收各部袖珍发射机发出的不同工作频率的话音信号。
它适应于舞台讲台等场合。
本课程设计的基本目标是：
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。
关键词：
无线话筒，调频话筒，电容三点式
Abstract
Wirelessmicrophone,isifthecadrespockettransmitter（canbeinstalledinhispocket,theoutputpowerofabout0.01W）andafocusonthereceiver,eachdepartmenthaveadistinctpockettransmitteroperatingfrequency,thereceivercanfocusonSimultaneousreceptionofdifferentministriesissuedpocket-sizedtransmitterfrequencyvoicesignals.Itwasadaptedtothestageplatformandotheroccasions.
Thebasicdesignofthiscourseare:
thetheoryandpracticethroughteaching,sothatweknowworkinhighfrequencytransistorsworkingprinciple,characteristicsandmicro-dependentequivalentcircuitparameters,thelinecontrolcircuitcomposedofhigh-frequencyunit,thebasicworkingprincipleofMethods,technicalrequirementsandpracticalapplicationofsometypicalintegratedcircuit,andhaveacertaintheoreticallevelandadequatepracticalskillsforfurtherstudyofcommunicationtechnology,professionalknowledgeandskillstolaythefoundation.
Keywords:
wirelessmicrophone,FMmicrophone,capacitancethree-point
1绪论
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。
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。
高频课程设计是作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是使学生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，培养学生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，其目的是使学生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。
通过实践教学引导学生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。
本次课程设计本小组选择设计制作调频无线话筒，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。
在电路设计的过程中，本小组采用了NI公司的Multisim11.0进行电路仿真。
2原理电路设计
2.1原理电路总图
图2.1原理图
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。
2.2单元电路设计
2.2.1音频收集模块
一个无线话筒，则音频信号的收集是必不可少的。
本电路中考虑到需要做一个小巧的无线话筒，因而直接采用的是驻极体小话筒MIC，它灵敏度极高。
据介绍，甚至手表的嘀嗒的声音也可以被它收集到。
话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极。
另外，驻极体话筒内实际藏有一枚FET，可视之为一级，FET将话筒前振膜之电容变化放大，这就是驻极体话筒很灵敏的原因。
图2.2.1音频收集模块
2.2.2音频放大模块
这个模块是对所收集到的音频信号进行无失真地放大，为下面的调制做准备。
因为在自然环境中，由于诸多因素，所收集到的声音（即音频信号）都经过了很多的干扰，因此其所携带的能量都是很微弱的，为了使其能够正常的进入调制模块来与本振进行调制，需要将其音频信号来进行适当的放大来达到相关匹配。
另一方面，这个无线话筒也是一个调频发射机，发出的信号又要经过大自然的无数干扰才会得到接收，若原始信号的能量就不够强烈，那么接收端的信号就无从谈起了。
所以只有对其原始的音频信号进行充分放大，达到相应要求之后，再发射出去。
接收端才能够正常进行解调恢复原始的音频信号。
这里的音频放大模块采取的是基本的三极管甲类的放大。
R2=10kΩ是三极管的基极偏置电阻，给三极管提供电流，使其三极管始终工作在甲类无失真的放大状态，达到最好的放大效果。
R1=30OΩ是直流反馈电阻，是稳定三极管的工作状态。
图2.2.2音频放大模块
2.2.3载波振荡模块
一个调频信号发射机，载波振荡（即俗称本振）模块更是必不可少的。
根据电磁场理论可以知道，通过天线发射的信号需要与天线匹配，即天线的长度要大于信号波长的四分之一。
而音频信号的频带是20Hz至20kHz，对应的波长范围是15至15000km。
制造出巨大的天线是不合适的，所以我们需要一个高频载波来将我们的音频信息“装载”上去，再进行发送。
基于这样的理论基础，我设计的是高频三极管与C2、C3、C5所构成的一个电容三点式振荡器。
通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率
图2.2.3载波震荡模块
2.2.4直接调制模块
将已经放大的音频相关信号和载波振荡产生的高频载波信号进行叠加，发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。
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。
图2.2.4调制模块
2.2.5电源及控制模块
电源选用两节干电池，为了在不使用的时候节省电能，使用了一个开关，为了在打开开关的时候让使用者知道电路已经接通使用红色LED指示灯指示。
图2.2.5电源控制模块
3电路仿真
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借NIMultisim中完整的器件库，可以快速创建原理图，并利用工业标准SPICE仿真器仿真电路。
借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。
与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较仿真数据及实际建模测量。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真。
图3.1multisim电路图
因原件库里找不到c9018，因此用2PC4081R代替
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
4实物测试
4.1实物图
无线话筒的实物图如下所示：
图4.1无线话筒实物图
下面黄色线连接的为驻极体话筒，用来将声音信号转化成声音电信号，蓝色的导线用来代替天线，实现高频波的发射，中间黄色的绕线为电感，通过改变电感的大小来控制发射频率的大小，LED发光二极管的作用是显示电源是否通电
4.2实物测试过程
测试的过程比较简单，因为根据参数已经知道发射频率的大概范围，因此，我把电源接通，LED显示灯亮了之后，在话筒端输入音乐信号，并打开收音机，将频率调到90MHZ左右，然后对电感进行调节，就是上图中的黄色线圈，将黄色线圈的每匝的距离拉伸或者压缩，用以改变其大小，在调节过程中会发现某个点会接受到较好的声音信号，于是我们停止电感的调节，继而调节收音机的接收频率，会发现在某个频率效果会很好，我的实物测试的频率为96.4MHZ，于是我移动收音机的距离，发现在5m以外也能有很好的效果，结果很令人满意。
5总结体会
通过课程设计，我们增强了对通信电子技术的理解，学会查寻资料﹑比较方案，学会通信电路的设计﹑计算；进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强了实践能力。
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，不像之前的数电课设，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，再到参数调节，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。
参考文献
[1]刘泉主编《通信电子线路》武汉：
武汉理工大学出版社2002
[2]方维，高荔主编《电路与电子学基础》北京：
科学出版社2004
[3]徐国华主编《模拟及数字电子技术实验教程》北京：
北京航空航天大学出版社2004
[4]周南生，张文敏编《晶体管电路设计》北京：
科学出版社2004
[5]李祥臣，卢留生编《模拟电子技术教程》北京：
北京清华大学出版社 2005
[6]康华光，陈大钦编《电子技术基础--模拟部分》武汉：
华中理工大学出版社2004
附录一原件清单
名称
型号/规格
数量
话筒
普通驻极体话筒
1只
电阻R1
120Ω
1只
电阻R2
10KΩ
1只
电阻R3
200Ω
1只
电阻R4
100Ω
1只
瓷片电容C1
18pf
1只
瓷片电容C2
1nf
1只
瓷片电容C3,C4,C5
30pf
3只
瓷片电容C6
18pf
1只
电解电容C7
100uf
1只
三极管
9018
1只
导线
细直导线
若干
本科生课程设计成绩评定表
姓名
游槟侨
性别
男
专业、班级
电子科学与技术0803班
课程设计题目：
调频无线话筒设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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