声控FM发射器产品设计论文

声控FM发射器产品设计论文电子产品创作设计课程项目设计论文声控FM发射器院系:电子工程学院班级:020841班作者：迟亚雄02084050武鹏飞02084052程遥02084053张仕贵02084054赵毅02084056西安电子科技大学目录第一章引言31.1FM发射器简介31.2FM发射器的优势及发展31.3本设计所要实现的目标3第二章声控FM发射器设计中涉及的理论基础42.1施密特触发器的滞后特性42.2三极管的放大工作原理52.3LC电磁振荡原理6第三章系统组成及工作原理介绍73.1设计原理图73.2电路总体构成73.3电路工作原理7第四章制作及调试说明8第五章元器件选择8第六章结论9致谢9参考文献9附录10第一章：引言1.1FM发射器简介FM发射器就是一个个人微型广播电台，能将Discman、MD、MP3（包括苹果iPod）等各种便携式音、视频播放器中的音频信号转换成高保真的无线FM调频立体声信号发射出去，汽车或者家里的收音机作为接收，就能享受立体声音乐，从而把音乐来了个“乾坤大挪移”。扩展了您手里的这些播放器的应用功能和应用环境。1.2FM发射器的优势及发展趋势调频广播优美的音质是调幅广播无法比拟的，其原因是调幅(AM)每一台的频带宽度限于9kHZ之内，所以其发射的音频信号中的高音频率被限制在4.5kHz以下；而调频（FM）的特点是载波的幅度始终不变，仅其频率则随着音频信号大小不断变化，它可将音频信号扩大至15kHz，这是调频广播的音质优于调幅广播之处。如今，越来越多的人对调频发射，接收电路，例如调频无线话筒，调频对讲机，高音质卡拉OK无线收，扩系统，调频远程无线防盗装置等产生了浓厚的兴趣。由此可见，调频（FM）发射装置将应用于人们生后，工作的各个方面。1.3本设计所要实现的目标本设计主要介绍的是声控FM发射器，只有在有声音时才被激活工作，当外界没有声音时经过短时间的延时后会自动切断发射器的电源。其可适用于环保部门，博物馆，医院，普通家中，办公室，宾馆，会议室等相对安静的房间，不宜用于比较环境声音较为嘈杂的地方或车内。第二章：声控FM发射器设计中涉及的理论基础2.1斯密特触发器斯密特触发器又称斯密特与非门，是具有滞后特性的数字传输门.①电路具有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压②与双稳态触发器和单稳态触发器不同,施密特触发器属于电平触发型电路,不依赖于边沿陡峭的脉冲.它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路.这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变.当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.从IC内部的逻辑符号和“与非”门的逻辑符号相比略有不同，增加了一个类似方框的图形，该图形正是代表斯密特触发器一个重要的滞后特性。当把输入端并接成非门时，它们的输入、输出特性是：当输入电压V1上升到VT＋电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT＋电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT－电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），这种现象称它为滞后特性，VT＋—VT－=△VT。△VT称为斯密特触发器的滞后电压。△VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，△VT略有增加，一般△VT值在3V左右。因斯密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；还可以用它作电压幅度鉴别。在数字电路中它也是很常用的器件。2.2三极管工作原理三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号,也用作无触点开关。晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β=△Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。2.3LC回路一个不计电阻的LC电路，就可以实现电磁振荡，故也称LC振荡电路。LC振荡电路的物理模型满足下列条件：①整个电路的电阻R=0（包括线圈、导线），从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零.②电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存在.③LC振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波，是严格意义上的闭合电路，LC电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，即便是电容器内产生的变化电场，线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁场和电场，向周围空间辐射电磁波.能产生大小和方向都都作周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。振荡电流是一种交变电流,是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。充电完毕（放电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。放电完毕（充电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。第三章：系统组成及工作原理介绍3.1电路设计图见附录3.2电路整体构成整个装置由3个部分组成，它们分别是声音信号放大电路，声控开关部分和调频发射电路部分（见电路图的下半部分）。声音信号经驻极体话筒收集后，通过C1,T1等组成的话筒放大电路，然后分别通过C2和C9送去声控开关电路部分和调频发射部分。调频发射部分类似于我们常见的调频发射电路。声控开关是该装置的关键部分，下面介绍工作原理。3.3电路工作原理由T1集电极过来的声音信号通过C2,R4,C3送到T2进行再次放大，然后通过C4耦合到下一级。调节R2可控制T2输出交流信号强度，即可控制声控开关部分的灵敏度。然后，我们注意到，R7,R8组成一个分压电路，使得A点电压固定在1/2电源电压，这里为3V，以提高电路的稳定性和灵敏度。之所以可以这样做，是因为IC1(74HC14或40106，施密特触发器)在工作的时候，只有当输入电压（如IC1a的1脚电压）增加到4V以上时，输出状态（IC1的2脚）才会改变，从高电平“1”到低电平“0”；而当输入电压从高电平往低电平变化时，必须降到1.6V左右的时候，输出状态才会改变，如从“0”变为“1”。从C4耦合过来的音频脉冲信号电压（即A点电压）高于4V时，IC1的2脚输出低电平“0”，D3导通，电容C6此时通过D3快速充电。充电后IC1的9脚（即B点）变为低电平“0”，IC1的8脚输出高电平“1”，经过D2隔离，C7消抖后，T3导通，接通发射部分的电源，同时LED点亮表示发射电路开始工作。另外，由于B点为低电平“0”，经过IC1-cIC1-d反相后，IC1的10脚输出低电平“0”，D1导通，使得R8与R9并联，强制A点电压变低，使得IC1-a的输出端（即2脚）输出高电平“1”，使得D3截止。如果这期间没有音频信号使D3在此导通，由于C6上电压不能突变，B点将保持为低电平0,T3能继续导通，维持发射部分供电。随着C6通过R10的放电作用，B点电位逐渐升高。在一定延迟后，IC1的9脚（B点）电位变回高电平“1”，此时T3截止，切断发射电路部分电源。由这里可知，电路延时时间长短可以通过调整C6，R10来决定（t=R*C）。如图所示电路延时时间约为25s，取C6为10uF的时候，t=10s，C6=47uF时，t=47s。第四章：制作及调试说明声控部分电路的灵敏度设计的较高。如果灵敏度太高，可改变R4的位置或减小R5的阻值进行调整。另外，不同厂家的IC1的性能参数会有不同，在实验制作时应注意它们对电路的影响。由于有发射部分LED的指示，可以很方便地判断声控部分电路工作是否正常。当LED灯亮时，表明电路发射部分正常工作。调试时，可分步进行。首先，可将IC1的9脚对地短接，保持T3导通，单独对发射部分进行调试，工作时整机电流约为12~15mA。发射部分调试结束后，拆去IC1的9脚的短接线，此时应该看到LED还会持续点亮。在环境噪声不大的情况下，约25s后，LED自动熄灭，此时实测得A点电压为2.9V。当声控电路工作时，即D1导通时，A点实测电压为1.6V。B点电压在声控电路部分触发工作瞬间（即LED刚点亮时），电压为0.6V左右，此后保持环境安静，B点电压开始上升，约为25秒后，此点电压上升到4.1V，T3截止，LED熄灭。测试时，应将声控电路灵敏度调低一些，以便于观察电路工作情况。第五章：元器件选择主要讨论电路发射部分。看工作电路图，去掉L2.而L1,L3用线径为0.51mm漆包线在线径为3.5mm的骨架上绕制成空心线圈，L1为10匝，L3为5匝，L1处的中心抽头，绕制时，可用20w内热式电烙铁的电热芯做模具，然后脱胎而成，L1拉长为8mm，L2拉长为6mm。天线可用80cm长的较粗的多股软塑线代替；电源选用6V的叠成电池。第六章：结论概括说发射器具有声控功能，声控工作时，有声音发射器工作，当声音停止，发射器延时N秒自动关机，再有声音发射器又开始工作，周而复始。在电子产品设计过程中，我们发现当R3（如图）阻值过大时，声音信号在第一级放大电路中放大倍数不够，导致灵敏度不高。因此要选取合适的R3电阻。声控FM发射器应用场合十分广泛，该装置稍作改动还可以应用于很多场合。比如加入语音系统，可制作成语音防盗报警器（如遇盗贼用暴力敲打保险柜或房门时，此防盗器就会发出“抓贼啊”之类的声音，可有效阻止被盗事件发生）或者在信号接收端设计自动控制系统，例如电子自动门，白天可以自动控制单位大门的开与关，当有人来，有声音时自动打开门。致谢经过两个多星期的忙碌和学习，这次电子产品设计课程已