1、武漢理工大學高頻電子線路課程設計課程設計任務書學生姓名： 專業班級： 通信080X 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 調頻無線話筒的設計初始條件：Vcc=+6V三極管9018 結構：NPN集電極-發射極電壓 15V 集電極-基電壓 30V射極-基極電壓 5V 集電極電流 0.05A耗散功率 0.4W 特怔頻率 平均 620MHZ放大倍數：D28-45 E39-60 F54-80 G72-108 H97-146 I132-198要求完成的主要任務: 設計調頻無線話筒，要求：（1）載波頻率90MHz附近，用收音機FM段接收。（2）在聲音被清晰接收的前提下，發射距離5m（3）電源電壓6

2、V。（4）音質清晰，發射較遠設計過程中使用仿真軟件進行電路仿真時間安排：1、理論講解，老師布置課程設計題目，學生根據選題開始查找資料；2、 課程設計時間為1周。 （1）確定技術方案、電路，并進行分析計算， 時間1天； （2）選擇元器件、安裝與調試，或仿真設計與分析，時間2天； （3）總結結果，寫出課程設計報告，時間2天。指導教師簽名： 2010年 12月1 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要2Abstract31 緒論42原理電路的設計62.1方案設計與論證62.2單元電路的設計82.2.1單元電路框圖82.2.2具體電路選擇112.3實際電路133 方案的分析與改進144 電路

3、仿真165小結與體會186元器件清單197參考文獻20摘要高頻電子線路系統地介紹了通信系統，特別是無線通信系統中的最基本電路及他們的功能，給出了定性及定量分析這些電路性能的方法。這些電路包括了發射機及接收機中的選頻放大電路、混頻電路、功放電路、振蕩電路、調制及解調電路、鎖相環電路、自動增益控制電路及頻率合成電路。本課程設計的基本目標是：通過理論和實踐教學，使我們了解晶體管工作于高頻時的工作原理，特性參數及微變等效電路，掌握高頻單元電路的線路組成、基本工作原理、分析方法、技術要求及一些典型集成電路的實際應用，并且具備一定的理論水平和足夠的實踐技能，為進一步學習通訊技術的專業知識和職業技能打下基礎

4、。關鍵詞：無線調頻話筒、仿真、電路分析AbstractHigh Frequency Circuit systematic introduction to communication systems, particularly wireless communication systems and their basic function of the circuit, given the qualitative and quantitative analysis of these methods of circuit performance. The circuit includes a tra

5、nsmitter and receiver in frequency selective amplifier, mixer circuits, power amplifier, oscillation circuit, modulation and demodulation circuits, phase locked loop circuit, automatic gain control circuits and frequency synthesis circuit.The basic design of this course are: the theory and practice

6、through teaching, so we know when the transistors operate at high working principle, characteristics and micro-dependent equivalent circuit parameters, frequency control circuit of the line unit composition, the basic working principle methods, technical requirements, and some typical IC, and have a

7、 certain theoretical level and enough of the practical skills, communication technologies for the further study of expertise and professional skills basis.Key words:Wireless FM microphone, Simulation, circuit analysis1 緒論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

8、到鍛煉和提高。對于這些能力的培養，理論教學與實踐教學環節必須密切聯系、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計劃要求，在學完專業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基礎知識的理解，學會設計中、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新，為專業課的學習和日后

9、工程實踐奠定基礎。無線話筒準用的頻段無線電波可以在空間自由傳播，不受用途和地域限制，因此造成各種無線電設備的頻率交叉重疊。如果不加以規定和約束，不可避免地會產生相互干擾，影響正常的通信。為此，世界上無線頻率管理部門對無線電頻率的使用范圍作了統一規定，使它們之間的相互影響降到最低。無線話筒使用頻率為88MHZ-108MHZ。各頻段無線電波的傳播特性自由空間電磁波的傳播衰減包括距離衰減（衰減量與距離的平方成正比）、傳播媒體的吸收（空氣、人體和墻體等）和金屬結構物的反射。頻率越高，傳播媒體的吸收越大，金屬物體的反射越強（即阻止電磁波傳播的能力越強）。金屬物體對電磁波傳播的阻擋反射與無線電波長（頻率）

10、的關系金屬物體對電磁波都有反射作用。阻擋電磁波傳播的能力與電磁波的波長和金屬物體的大小有關。電磁波的波長小于金屬物體的尺寸時，會被全部反射，傳播受阻。或者說，頻率越高，金屬物體對電磁波的反射越強。相反，如果電磁波的波長大于金屬物體的尺寸時，部分電磁波會繞過金屬障礙物繼續傳播（電磁波的繞射特性）。電磁波對金屬網格（或金屬孔板）有穿透能力。電磁波的波長小于金屬網格孔的直徑時，則會被通過。也就是說，波長越短，通過金屬網格的穿透能力越強。非金屬物體（人體、墻壁等）對電磁波的吸收作用，電磁波的頻率越高，非金屬物體對它的吸收越大，電磁波的傳播衰減也越大。本次課程設計本小組選擇設計制作調頻無線話筒，要求是分

11、析高頻發射系統各功能模塊的工作原理，提出系統的設計方案，對電路進行調試。在此基礎上可進行創新設計，如改善電路性能；故障分析；對系統進行仿真分析等。這是一款微型調頻無線話筒，發射頻率在90MHz左右，利用FM調頻收音機可以實現短距離接收。在電路設計的過程中，本小組采用了NI公司的Multisim 11.0進行電路仿真。2原理電路的設計2.1方案設計與論證方案一該電路由三部分組成：1、音頻放大部分；2、高頻振蕩部分；3、穩壓部分。信號有話筒MIC注入三極管VT1的基極，經VT1放大后的音頻信號經C2耦合至高頻振蕩電路VT2基極，然后經天線發射出去。此電路的工作頻率在85104MHZ之間。原理圖如下

12、圖2.11元件的選用，MIC選用高靈敏的駐極體話筒，VT1為9013H，90，L1，L2用0.71mm漆包線在普通圓珠筆上分別繞4匝和10匝，C4、C5、C6采用瓷片電容，誤差±5%。三端穩壓器用LM7806電源，用9V電池，電路板可自制。若想增大發射功率，可改變發射天線的長度，或將VT2發射管換成34D50三極管，R4電阻換成4.7K，此時發射距離可再增加約100米方案二微型調頻無線話筒，該電路由音頻放大部分、高頻振蕩部分、穩壓部分三部分組成。信號有話筒MIC注入三極管VT1的基極，經VT1放大后的音頻信號經C2耦合至高頻振蕩電路VT2基極，然后經天線發射出去。此電路的工作頻率在8

13、5104MHZ之間。聲音通過話筒經R1、C1；R2、C2構成的高、低頻容阻濾波器耦合到三極管的基極，由于三極管的正反饋放大作用L1，C3構成的高頻振蕩器的高頻信號經過C4等效反饋到三極管基極。兩信號一同被三極管混頻形成高頻FM載波（88-108），經C6傳輸到天線，由電線向周圍空間發射FM信號。其他的元件可按圖中參數表示即可。原理圖如下圖2.12方案三話筒輸出的音頻信號被低頻放大電路（AF AMP：Audio Frequency AMP）放大，通過頻率調制（以下記做FM：Frequency Modulation）電路變為FM波。FM波再進一步經過高頻放大電路（RF AMP：Radio Freq

14、uency AMP）進行功率放大，就可以作為電波由天線發射出去。最重要的部分就是頻率調制電路。所謂FM就是用調制信號（擬由電波載運的信號）對載波以頻率偏移的方式進行調試，如果想用調制信號（在這里就是聲音）改變振蕩器的振蕩頻率，就需要用到FM原理圖：圖2.13方案比較方案一比較簡單，淺顯易懂，電路連接也比較簡單，容易實現，但是使用元件較多，電路有些冗繁，性價比較低，創新性也不足，使用電路原理有些單一。方案二原理與方案一相同，電路由音頻放大部分、高頻振蕩部分、穩壓部分三部分組成。 方案三其原理是輸出的音頻信號被低頻放大電路放大，通過頻率調制電路變為FM波。FM波再進一步經過高頻放大電路進行功率放大

15、，調試比較簡單，操作不煩瑣，簡單易懂，容易實現，所需元件較少。2.2單元電路的設計2.2.1單元電路框圖該電路涉及到的技術有：高頻電容三點式振蕩電路，功率放大器等。經過比較分析，確定調頻發射電路的方框圖如下：圖2.21 單元電路框圖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，直接調頻發射系統中，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點是提高了振蕩器中心頻率的穩定性；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

16、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絡組成。它與普通的電抗元件不同，其參量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隨 而變化時,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，這個分量也隨 而變化,使振蕩器產生寄生調幅。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

17、移相網絡即為電抗管，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生變化，從而總的電感值發生相應變化，根據公式f = 1/ 2*(LC)-1/2可知，頻率也隨之變化，最終實現低頻調制信號對高頻載波的頻率調制。這種調頻器的優點是電路比較簡單，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，頻率穩定度較低。緩沖隔離級緩沖級通常采用射極跟隨器電路。在電路的最初設計階段，我們小組并沒有添加緩沖器，是經過討論之后，覺得有必要在調頻電路和高頻放大電路中間加一個緩沖器以減少兩級信號之間的相互干擾 ，增強電路的抗干擾能力。高頻功率放大器晶體管的工作狀態有截止、導通和飽和三種狀態。在晶體管不具備

18、工作條件時，它處截止狀態，內阻很大，各極電流幾乎為0。當晶體管的發射結加下合適的正向偏置電壓、集電結加上反向偏置電壓時，晶體管導通，其內阻變小，各電極均有工作電流產生（IE=IB+IC）。適當增大其發射結的正向偏置電壓、使基極電流IB增大時，集電極電流IC和發射極電流IE也會隨之增大。當晶體管發射結的正向偏置電壓增大至一定值（硅管等于或略高于0.7V，鍺管等于或略高于0.3V0時，晶體管將從導通放大狀態進入飽和狀態，此時集電極電流IC將處于較大的恒定狀態，且已不受基極電流IB控制。晶體管的導通內阻很小，集電極與發射極之間的電壓低于發射結電壓，集電結也由反偏狀態變為正偏狀態。高頻放大器屬于線性放

19、大器。根據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的電路形式。要使負載（天線）上獲得令人滿意的發射功率，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，否則電路性能不穩定，容易產生自激。因此要根據發射機各部分的作用，適當地合理分配功率增益。要使負載（天線）上獲得令人滿意的發射功率，而且整機效率較高，應選擇丙類高頻功率放大器。2.2.2具體電路選擇1話筒MIC：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

20、，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。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。圖2.222高

21、頻振蕩調制電路：（圖1-1為例）該部分由晶體管VT2、電阻R5電感L1電容C4、C5、C6等組成。其功能是產生高頻載波信號并進行調制。L1和C5構成LC諧振回路。該回路具有選頻作用，其頻率由公式計算得出：f = 1/ 2*(LC)-1/2經C3耦合過來的信號加在VT2基極上，通過基極上變化的電壓改變be結電容，而實現對載波的調制。由集電極輸出經C7耦合到下一級進行功率放大。 圖2.23 高頻振蕩調制電路及緩沖級3功率放大電路：（圖1-1為例）電路由R7、VT3、C8、L2、C9、R8組成，該部分電路為自偏壓電路，無需給b極加偏置電壓，高頻信號由C7耦合經自偏壓電阻R7加到b上放大，電路工作在C

22、類狀態。L2和C8組成選頻電路，使其諧振在前一級的工作頻率上，C9為輸出電容，輸出高頻信號。 圖2.24 功率放大電路及天線4 天線對于天線來說，只須設置一根電線（線狀天線）。一般天線的長度設定為電波波長的1/2（為了在天線上產生駐波）。如果載波頻率為80MHz，那么波長為：式中，c是電波的速度（光速）。所以天線的長度為1.9m。但是，這個電路中如果接1.9m的天線的話，會發射很強的電波，有可能超出電波法所規定的范圍。所以把天線的長度限制在30cm的程度。2.3實際電路綜合以上分析，繪出實際電路原理圖圖2.3 設計原理圖3 方案的分析與改進圖2.4 改進后的原理圖圖2.3中，話筒MIC可以采集

23、外界的聲音信號，這里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，同時這種話筒工作時必須要有直流偏壓才能工作，電阻R4可以提供一定的直流偏壓，R4的阻值越大，話筒采集聲音的靈敏度越弱。電阻越小話筒的靈敏度越高，話筒采集到的交流聲音信號通過低頻放大后耦合到VT2三極管的基極進行頻率調制。三極管VT2采用9018和電容C4、C5、C6組成一個電容三點式的振蕩器，由三極管VT2 9018集電極的負載C5、L1組成一個諧振器，通過C4正反饋電容形成三點式諧振振蕩器原理，諧振頻率就是調頻話筒的發射頻率，實際上是一個以諧振頻率為基準的高頻振蕩器。通過調整圖中元件L1的參數可以使發射頻率可以在9

24、0MHZ左右，正好覆蓋調頻收音機的接收頻率，通過調整L1的數值（拉伸或者壓縮線圈L1）可以方便地改變發射頻率，避開調頻電臺。發射信號通過C7耦合到高頻放大器，由高頻放大器進行諧振放大后再通過天線上再發射出去(實際電路設計中我們在功放之前加了射極跟隨器)。由于高頻振蕩器和高頻放大器互相獨立使得發射頻率和發射功率都十分穩定。C7將頻率調制好的載波信號傳遞到VT3進行高頻放大，仔細調整L2的值（拉伸或者壓縮線圈L2）可使輸出功率最大！距離最遠，整個工作電流最小。對比圖2.4可以發現，其一是去掉了用作緩沖級的設計跟隨器部分，原因是圖一中的緩沖器似乎沒有起到相關的作用，在雖然在仿真過程中看到了效果，但實

25、際并沒有較好的改善；其二是在天線之前加裝了第三個電感L3，與C12構成了串聯回路，增進了天線發射效果；其三是在MIC旁用一個電位器替換了原有的偏置電阻，讓其值大小可調。如圖2.4，其中R1為話筒MIC的偏執電阻，R4為集電極電阻，R5為基極電阻，給Q1提供偏置電流。R6為發射極電阻，用于穩定Q1的直流工作點，Q2,R7,R8,C4,C5,L1,C6,C7組成高頻振蕩電路，R7給Q2提供基極偏置電流，C5和L1形成振蕩回路，通過改變其值可以改變發射頻率，C4為反饋電容，R8穩定Q2直流工作點，C7隔直通交，Q3,R9,R10,L2,C10,C11組成高頻功率放大電路，R9給Q3提供基極電流，C1

26、0，L2放大調諧回路，和振蕩回路C5、L1調諧在同一頻點是獲得最大輸出功率，發射距離最遠。4 電路仿真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。NI Multisim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NI Multisim中完整的器件庫，可以快速創建原理圖，并利用工業標準SPICE仿真器仿真電路。借助專業的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計 流程中提早對電路設計進行的迅速驗證

27、，從而縮短建模循環。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較仿真數據及實際建模測量。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/數字電路的仿真、簡單的PCB板設計、簡單的單片機仿真。由于時間關系，僅對第一個方案進行仿真。圖4.1 輸入信號這里用函數信號發生器代替信號源及麥克風。如圖2.51，用函數發生器產生一個正弦信號加入到話筒輸入端，看產生的波形。圖4.2 信號經過低頻放大器后的波形仿真結果如

28、圖4.2，由于某些原因，參數設置問題只能看到大概的有些頻率變化，而不能看到很完美的波形。5小結與體會經過一周左右的時間，我們組終于完成這次無線話筒的課程設計任務。我們首先查閱了大量的書本資料，接著又上網搜集了許多有用信息，有時候為了找到一個合適的電路而苦惱，有時候又為取得一點成功而由衷的高興。當最終的電路方案設計出來以后，我們請教了信息學院的幾位學長，他們的一個小小指點就給我們很大啟示和靈感，對我們的實驗圖提出了很多有價值的建議，在此對熱心幫助我們的學長表示衷心感謝。在此次課程設計中，我充分體會到了熟練運用相關軟件的重要性，不像之前的數電課設，并沒有多少工作在計算機里實現的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。此次課設絕大多數工作都高度依賴計算機，從仿真到繪制原理圖，再到參數調節，可以說每一步都很艱難，每一步都是我們一步一個腳印結結實實踩下去的。通過課程設計，我們增強了對通信電子技術的理解，學會查尋資料比較方案，學會通信電路的設計計算；進一步提高分析解決實際問題的能力，創造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現由課本知識向實際能力的轉化；通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強了實踐能力。6元器件清單元器件類型規格數量電阻10K4.7K1K68K1802