调频无线话筒高频课程设计讲解

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。关键词无线调频话筒；PCB绘图；电路分析ABSTRACTHighFrequencyCircuitsystematicintroductiontocommunicationsystems,particularlywirelesscommunicationsystemsandtheirbasicfunctionofthecircuit,giventhequalitativeandquantitativeanalysisofthesemethodsofcircuitperformance.Thecircuitincludesatransmitterandreceiverinfrequencyselectiveamplifier,mixercircuits,poweramplifier,oscillationcircuit,modulationanddemodulationcircuits,phaselockedloopcircuit,automaticgaincontrolcircuitsandfrequencysynthesiscircuit.Thebasicdesignofthiscourseare:thetheoryandpracticethroughteaching,soweknowwhenthetransistorsoperateathighworkingprinciple,characteristicsandmicro-dependentequivalentcircuitparameters,frequencycontrolcircuitofthelineunitcomposition,thebasicworkingprinciplemethods,technicalrequirements,andsometypicalIC,andhaveacertaintheoreticallevelandenoughofthepracticalskills,communicationtechnologiesforthefurtherstudyofexpertiseandprofessionalskillsbasis.KeywordsWirelessFMmicrophone；PCBdrawings；circuitanalysis目录Contents摘要………………………………………………………………ii关键词……………………………………………………………ii一、绪论…………………………………………………………4二、电路介绍2.1电路技术指标……………………………………………………………………………52.2制作与焊接………………………………………………………………………………5三、电路设计3.1单元电路选择……………………………………………………………………………63.2具体电路选择……………………………………………………………………………73.3元器件说明………………………………………………………………………………83.4电路仿真（Multisim11）………………………………………………………………93.5调试及故障排除…………………………………………………………………………9四、小结…………………………………………………………10参考文献……………………………………………………………………………….致谢………………………………………………………………………………………附录………………………………………………………………………………………4/15一、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。本次课程设计选择设计制作调频发射机（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Multisim10.0进行电路仿真，并用AltiumDesigner9.4进行原理图及PCB图的绘制。高频课程设计---无线调频话筒5/15二、电路介绍2.1电路技术指标1)基本要求：（1）载波频率90MHz附近，用收音机FM段接收。（2）在声音被清晰接收的前提下，发射距离≥5m（3）电源电压6V。（4）音质清晰，发射较远2)发挥部分：（1）自制印刷电路板。（2）设计过程中使用仿真软件进行电路仿真2.2制作与焊接由于高频线路中，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；天线与金属外罩不要接触。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。高频课程设计---无线调频话筒6/15三、电路设计3.1单元电路选择（框图）该电路涉及到的技术有：高频电容三点式振荡电路，功率放大器（采用共射极接法，增益高，效率高)等，调频发射电路的方框图如下：图3.1调频无线话筒设计框图a)调频振荡器低频小信号部分只是将调制信号不失真的略作放大，直接调频发射系统中，调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频，电抗管调频、变容二极管调频。晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性；电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比，要复杂一些。考虑到本设计任务要求中心频率的稳定性不高（10-3/分钟），用LC振荡器就可达到；另外，我们选择了电抗管调频电路。所谓电抗管，就是由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。它与普通的电抗元件不同，其参量可以随调制信号而变化。电抗管的放大器件可以是电子管、晶体管或场效应晶体管；移相电路也有多种型式（如RC或RL移相网络）,其作用是使放大管T1的输出阻抗Ze=U0/IC具有一个电抗分量Xe，当Xe随而变化时,即可获得调频信号。采用不同的移相电路，等效电抗Xe可以是电容性的,也可是电感性的。电抗管调频器的缺点是:振荡频率稳定度不高；频移也不能太大,阻抗Ze通常还具有电阻分量，这个分量也随而变化,使振荡器产生寄生调幅。电抗管调频部分是一个电容三点式振荡器，其中晶体管Q2、电阻R5、电容C4组成的移相网络即为电抗管，它等效为一个电感，这个等效电感会随着调制信号的变化而发生变化，从而总的电感值发生相应变化，根据公式f=1/[2π*(LC)-1/2]可知，频率也随之变化，最终实现低频调制信号对高频载波的频率调制。这种调频器的优点是电路比较简单，能获得较大的频偏；便于做成集成电路。缺点是载频不能很高，频率稳定度较低。高频课程设计---无线调频话筒7/15b)缓冲隔离级缓冲级通常采用射极跟随器电路。在电路的最初设计阶段，我们小组并没有添加缓冲器，是经过讨论之后，觉得有必要在调频电路和高频放大电路中间加一个缓冲器以减少两级信号之间的相互干扰，增强电路的抗干扰能力。c)高频功率放大器高频放大器属于线性放大器。根据电路所需要的电压增益和选择性，来确定电路形式。一般电路形式有单调谐放大器和双调谐放大器。在对放大器选择性要求不高的场合，可以选用单调谐放大器。为提高放大器的电压增益，可以选择多级放大器级联的电路形式。要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率，而且整机效率较高，应选择丙类功率放大器。末级功放的功率增益不能太高，否则电路性能不稳定，容易产生自激。因此要根据发射机各部分的作用，适当地合理分配功率增益。要使负载（天线）上获得令人满意的发射功率，而且整机效率较高，应选择丙类高频功率放大器。3.2具体电路选择话筒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R4可以提供一定的直流偏压，R4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到VT2三极管的基极进行频率调制。三极管VT2采用9018和电容C4、C5、C8组成一个电容三点式的振荡器，由三极管VT29018集电极的负载C5、L1组成一个谐振器，通过C4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90MHZ左右，正好覆盖调频收音机的接收频率，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C7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(实际电路设计中我们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。C7将频率调制好的载波信号传递到VT3进行高频放大，仔细调整L2的值（拉伸或者压缩线圈L2）可使输出功率最大！距离最远，整个工作电流最小。其中R1为话筒MIC的偏执电阻，R4为集电极电阻，R5为基极电阻，给Q1提供偏置电流。R6为发射极电阻，用于稳定Q1的直流工作点，Q2,R7,R8,C4,C5,L1,C6,C7组成高频振荡电路，R7给Q2提供基极偏置电流，C5和L1形成振荡回路，通过改变其值可以改变发射频率，C4为反馈电容，R8稳定Q2直流工作点，C7隔直通交，Q3,