1、吉林建筑大學電氣與計算機學院模擬電子技術課程設計報告設計題目： 簡易無線話筒的設計 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 許亮 張玉紅 設計時間： 2016.01.112016.01.22 教師評語：成績 評閱教師 日期 教師評語：成績 評閱教師 日期 16目錄一、內容摘要3二、設計內容及要求31、設計內容32、設計要求4三、電路介紹41、電路技術指標42、制作與焊接4四、設計過程51、設計目的52、設計思路53、方案論證54、器件選擇65、電路設計8五、調試與總結131、調試132、 分析總結13六、設計體會13七、附錄141、主要儀器與設備142、參考文獻15簡易無線話筒的設計一、

2、內容摘要高頻電子線路是一門理論性、工程性和實踐性都很強的課程。學生通過本課程的學習，不但應該掌握必要的基礎理論知識，而且還應在分析問題、解決問題和實際動手能力等方面得到鍛煉和提高。對于這些能力的培養(yǎng)，理論教學與實踐教學環(huán)節(jié)必須密切聯(lián)系、互相配合，才會取得比較好的效果。高頻課程設計是作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是使學生進一步理解課程內容，基本掌握高頻電子線路設計和調試的方法，增加模擬電路應用知識，培養(yǎng)學生實際動手能力以及分析、解決問題的能力。按照本學科教學培養(yǎng)計劃要求，在學完專業(yè)基礎課電路與電子技術后，應安排課程設計教學實踐項目，其目的是使學生更好地鞏固和加深對專業(yè)基礎知識的理解，學

3、會設計中、小型電子線路的方法，獨立完成調試過程，增強學生理論聯(lián)系實際的能力，提高學生電路分析和設計能力。通過實踐教學引導學生在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定基礎。本次課程設計選擇的是簡易無線話筒的設計，要求是根據(jù)所選用的接口電路芯片設計出完整的接口電路，并進行電路連接和調試。在此基礎上可進行創(chuàng)新設計。如改善電路性能、故障分析、對系統(tǒng)進行仿真分析等。這是一款微型調頻無線話筒，發(fā)射頻率在90MHz左右，利用FM調頻收音機可以實現(xiàn)短距離接收。在電路設計的過程中，采用了NI公司的Multisim11.0進行電路仿真，并用AltiumDesigner9.4進行原理圖及PCB圖的繪制

4、。 二、設計內容及要求 1、設計內容 （1）電路振蕩頻率工作在8MHz-108MHz；工作電壓：1.5V-9V； （2）電路功能：通過MIC話筒把聲音信號變?yōu)殡娦盘柡?，振蕩調制后的高頻信； （3）號再經(jīng)一級調諧功率放大才送天線發(fā)射； （4）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（用PSPICE或EWB軟件完成仿真） （5）安裝調試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。 2、設計要求 （1）設計出完整的硬件電路：根據(jù)所選題目和所用的接口電路芯片設計出完整的接口電路，并進行調試。 （2）做出實際硬件電路板，獨立焊接電路板并對電路板調試。

5、（3）設計說明書格式規(guī)范，層次合理，重點突擊。并附上設計原理圖、電路板。三、電路介紹 1、電路技術指標 （1）電路振蕩頻率工作在88MHz-108MHz用收音機FM段接收。 （2）工作電壓1.5V-9V。 （3）音質清晰，發(fā)射較遠 （4）設計過程中使用仿真軟件進行電路仿真 2、制作與焊接 由于高頻線路中，導線間的干擾較大，為了減少干擾，焊接時要注意導線盡量避免平行，且盡量減少接觸等，接地線連接時要注意獨立接地，以減少干擾。還有很多細小的環(huán)節(jié)都不容忽視，對于高頻電路更是如此，比如；電感不應該平行放置，以免造成互感干擾，天線與金屬外罩不要接觸。為了提高制作效果，在安裝制作前，我們都用萬用表篩選一下

6、各個元件的質量，有條件的話將各瓷片電容用電容表測量一下電容量，這樣就萬元一失了。安裝的先后順序是電感線圈、電阻器、電容器、高頻三極管、話筒和撥動開關、電池卡子。將電阻器、電容器等元件分類集中安裝的目的是減少差錯和防止元件的丟失。以上元器件的插裝孔位請認真對照PCB圖來確定。電感線圈的兩個引出端首先刮除表面上的絕緣漆，然后上好錫，插裝時要貼近電路板并牢固焊接，如有虛焊，振蕩會不穩(wěn)定，工作也會不正常。三極管盡可能最后安裝的目的是盡量減少焊接中靜電、熱量對管子的損害，插裝時注意極性同時盡量貼近電路板。駐極體話筒用兩根導線焊接引出，焊接到電路時注意極性，將焊好線的話筒固定在電池架上。電池正極片和負極簧

7、都插裝在電池夾的相應處，并用紅色、黑色導線分別焊接在正極片和負極簧上，并引出焊接到電路板上。焊接完畢，仔細檢查電路是否有虛焊、假焊和短路的地方。電阻是否有阻值接錯的，柱極體的正負極是否正確，三極管的e、b、c腳接對了沒有等。逐步分析，發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正，以免通電后燒壞元件。四、設計過程 1、設計目的 （1）了解無線話筒設計電路的構成。 （2）掌握一些元件的數(shù)值使用。 （3）掌握高頻西勒振蕩電路、調制電路、穩(wěn)壓源電路、緩沖放大電路的組成原理及特點。 （4）在理論計算、結構設計、工程繪圖、查閱設計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。 2、設計思路 設計一個通過無線電波或其它的

8、方式傳輸聲音的設備。 （1）通過駐極體話筒將聲音信號轉化為電信號，并且與電路的本振信號混合后，通過放大器的放大作用后，再傳送至天線，經(jīng)過天線發(fā)射出去。 （2）接收方的天線接收無線電信號，把此信號送到接收器。 （3）接收器將此無線電信號轉變?yōu)樵瓉淼恼Z音，再由擴音器放出來，此時就可聽見原來的語音信號。 3、方案論證 無線話筒電路由聲音拾取電路、聲音轉換電路、高頻振蕩器、調制電路、緩沖放大電路和電源組成。首先利用駐極體話筒拾取音頻信號，并經(jīng)過駐極體話筒內部的聲音轉換電路將音頻信號轉換為電信號，用西勒振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，并通過調制電路進行調制，通過三極管緩沖放大電路將調制信號進行放大，最后通過天線將已

9、調信號發(fā)送出去。無線話筒的基本原理框圖如圖1所示，調制緩 沖放 大高頻振蕩聲音拾取與轉換 圖1 無線話筒原理框圖 4、器件選擇 （1）調頻振蕩器低頻小信號部分只是將調制信號不失真的略作放大，直接調頻發(fā)射系統(tǒng)中，調頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調頻、電抗管調頻、變容二極管調頻。晶體振蕩器直接調頻電路的優(yōu)點是提高了振蕩器中心頻率的穩(wěn)定性，電抗管調頻電路與變容二極管調頻電路相比，要復雜一些。考慮到本設計任務要求中心頻率的穩(wěn)定性不高，用LC振蕩器就可達到，另外，我們選擇了電抗管調頻電路。所謂電抗管，就是由一只晶體管或場效應管加上由電抗和電阻元件構成的移相網(wǎng)絡組成。它與普通的電抗元件不同，其參量

10、可以隨調制信號而變化。電抗管的放大器件可以是電子管、晶體管或場效應晶體管，移相電路也有多種型式，如RC或RL移相網(wǎng)絡，其作用是使放大管T1的輸出阻抗Ze=U0/IC具有一個電抗分量Xe，當Xe變化時,即可獲得調頻信號。采用不同的移相電路，等效電抗Xe可以是電容性的,也可是電感性的。電抗管調頻器的缺點是:振蕩頻率穩(wěn)定度不高，頻移也不能太大,阻抗Ze通常還具有電阻分量，這個分量也變化,使振蕩器產(chǎn)生寄生調幅。電抗管調頻部分是一個電容三點式振蕩器，其中晶體管Q2、電阻R5、電容C4組成的移相網(wǎng)絡即為電抗管，它等效為一個電感，這個等效電感會隨著調制信號的變化而發(fā)生變化，從而總的電感值發(fā)生相應變化，根據(jù)公

11、式f=1/2*(LC)-1/2可知，頻率也隨之變化，最終實現(xiàn)低頻調制信號對高頻載波的頻率調制。 這種調頻器的優(yōu)點是電路比較簡單，能獲得較大的頻偏，便于做成集成電路。缺點是載頻不能很高，頻率穩(wěn)定度較低。 （2）高頻功率放大器高頻放大器屬于線性放大器。根據(jù)電路所需要的電壓增益和選擇性，來確定電路形式。一般電路形式有單調諧放大器和雙調諧放大器。在對放大器選擇性要求不高的場合，可以選用單調諧放大器。為提高放大器的電壓增益，可以選擇多級放大器級聯(lián)的電路形式。要使負載天線上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機效率較高，應選擇丙類功率放大器。末級功放的功率增益不能太高，否則電路性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生自激。因此要根

12、據(jù)發(fā)射機各部分的作用，適當?shù)睾侠矸峙涔β试鲆妗Ｒ虼穗娐芬关撦d天線上獲得令人滿意的發(fā)射功率，而且整機效率較高，應選擇丙類高頻功率放大器。 （3）話筒MIC；我們用的是駐極體小話筒，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音信號。話筒底部有兩個接點，用兩根粗銅絲焊牢在PCB印制電路板上。駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內設置一個場效應管作為阻抗轉換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。并且，外圍電路中需要有相應的偏置電阻為其提供偏置。 （4）電路仿真;Mult

13、isim11；Multisim是美國國家儀器，NI有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NIMultisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NIMultisim中完整的器件庫，可以快速創(chuàng)建原理圖，并利用工業(yè)標準SPICE仿真器仿真電路。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NILabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術

14、的設計流程，從而能夠比較仿真數(shù)據(jù)及實際建模測量。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。Multisim可以進行復雜模擬/數(shù)字電路的仿真、簡單的PCB板設計、簡單的單片機仿真。 5、電路設計 （1）無線話筒總設計電路如圖2所示: 圖2 總電路圖 （2）聲音拾取電路 一個無線話筒，本電路中考慮到需要做一個小巧的無線話筒，因而直接采用的是駐極體小話筒，它靈敏度極高、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。據(jù)介紹，甚至手表的嘀嗒的聲音也可以被它收集到。

15、駐極體總的電荷量不變，當極板在聲波壓力下后退時，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應的電壓了。 （3）高頻振蕩電路 在實際應用中，如果直接使用LC振蕩電路進行設計的話，將以低于LC諧振電路的頻率產(chǎn)生振蕩，而且產(chǎn)生的頻率會隨著外電路的參數(shù)而改變，穩(wěn)定性比較差。在高頻段的諧振電路中，電容器的容量為數(shù)pF或十幾pF，線圈的電感不及1uH，任何微小的值都會對振蕩頻率產(chǎn)生影響。所以此高頻振蕩電路采用穩(wěn)定度較高的西勒振蕩電路。 令C5=5pf,C6=7pf,

16、C7=10pf,C8=22pf,C9=22pf，L=190nH，其中二極管D1為變容二極管，其常溫下的電容Cd=30pf。則根據(jù)原理圖可以計算出振蕩頻率。C=C6+1/(1/C7+1/C8+1/C9)+1/(1/C5+1/Cd)=16.5 pFF=1/（2）=90MKz 高頻西勒振蕩電路如圖3所示，圖3 高頻西勒振蕩圖 （4）調制電路 我們所制作的無線話筒選擇基極注入方式，由于音頻信號頻率fv與本地振蕩頻率f0兩種信號注入同一個基極，具有易相互干涉的缺點，但與發(fā)射級注入方式相比，本機振蕩信號的電平較小。所以仍選擇基級注入方式。調制電路如圖4所示， 圖4 調制電路圖 （5）穩(wěn)壓源電路 在電路原理

17、圖中，二極管1S1553與LED串聯(lián)，將它們的正向電壓作為穩(wěn)壓電源加以使用，其電壓值為二極管1S1553的正向電壓0.6V與LED的正向電壓1.7V之和， V=0.6+1.7=2.3V R5電阻和R12可變電阻器進行分壓后的電壓施加給變容二極管，通過調整可變電阻，改變電壓，可以讓振蕩頻率微調，使振蕩電路的頻率有所改進。穩(wěn)壓源電路圖如圖5所示，圖5 穩(wěn)壓源電路圖 （6）緩沖放大電路 緩沖放大是通過三極管實現(xiàn)將調制信號進行放大，使其能通過天線將已調信號發(fā)送出去，使調頻收音機能較清楚地接收到音頻信號。緩沖放大電路如圖6所示，圖6 緩沖放大電路 (7) 仿真電路圖 使用Multisim建立電路模型，用

18、函數(shù)信號發(fā)生器代替音頻信號，用示波器分別連接音頻信號輸入端、諧振振蕩端、天線發(fā)射輸出端。仿真電路圖如圖7所示，圖7 仿真電路圖 圖8 仿真結果圖 如圖的三個波形為輸入電路，調頻振蕩電路和輸出電路的波形，觀察示波器上數(shù)據(jù)知，電路正常工作，函數(shù)信號發(fā)生器中的信號可以經(jīng)過電路放大輸出，其中的頻率為90MHz。調試與結果五、調試與總結 1、調試 （1）將制作好的電路板接上電源，弄好天線。 （2）將一臺收音機放在附近，把頻率調到90MHz左右（盡量避開各電臺的頻率）。 （3）在電路的話筒處一直播放語音，此時調節(jié)可調電感上的螺絲，仔細聽看是否可以在收音機里聽到話筒的語音信號。 （4）通過實際測試，我們將發(fā)

19、現(xiàn)電路圖的最高頻率是否達到90MHz。發(fā)現(xiàn)天線距離選頻回路越近時，收音機的接收效果越好。經(jīng)測試還發(fā)現(xiàn)，將電源等有源元件與其他元件分開距離較大擺放時，接受的效果較好，頻率較穩(wěn)定，抗干擾能力提高近20%，頻率抖動不大。為此我們選擇了將天線與電源分在兩邊擺。2、 分析總結 （1）傳播距離不遠。 主要是信號不是很清晰解決方法：加長天線，使用拉伸式天線，調整L2的線圈匝數(shù)。 （2）用收音機接收聲音不清晰解決方法：調整L1的線圈距離 （3）無線話筒線圈L1匝間距離變近和換容量大一點的電容關聯(lián)會使發(fā)射頻率變低；要使發(fā)射頻率變高，就需要采取相反的措施。 （4） 和L1并聯(lián)的電容變化范圍不可以太大或者太小，否則

20、發(fā)射頻率會偏到離譜，甚至不會產(chǎn)生高頻發(fā)射信號。 （5）如果想要更遠的距離傳輸距離，可以給收音機和無線話筒增加更好的天線，并適當升高無線話筒的電源電壓。 （6）選用靈敏度更高、選擇性更強的高檔收音機可以進行更遠距離的接收。六、設計體會 對于無線話筒的設計，開始的時候，我真的感覺無從下手，不知該選用什么樣的電路 ，沒有任何設計思路，雖然對于很多從事科研設計的人來說，這也許很容易，但是對我來說，平時所學的理論知識此刻也起不了什么作用，這使我在這次設計中遇到的難題層出不窮，現(xiàn)在才真的知道了理論與實際的差距，在理論的學習中，覺得很順手，但在實際應用中就顯得那么的無能為力，為了做好這個課程設計，我花了很多時間