1、调频无线话筒高频课程设计要点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
2、线调频话筒；PCB绘图；电路分析ABSTRACTHigh Freque ncy Circuit systematic in troduct ion to com muni catio n systems, particularly wireless communication systems and their basic function of the circuit, given the qualitative and quantitative analysis of these methods of circuit performanee. The circuit includes a
3、transmitter and receiver in frequency selectiveamplifier, mixer circuits, power amplifier, oscillation circuit, modulation and demodulation circuits, phase locked loop circuit, automatic gain control circuits and freque ncy syn thesis circuit.The basic desig n of this course are: the theory and prac
4、tice through teach ing, so we know when the transistors operate at high working principle, characteristics andmicro-depe ndent equivale nt circuit parameters, freque ncy con trol circuit of the lineunit composition, the basic working principle methods, technical requirements, andsome typical IC, and
5、 have a certa in theoretical level and eno ugh of the practical skills, com muni cati on tech no logies for the further study of expertise and professi onal skills basis.Key words Wireless FM microph one ； PCB draw ings ； circuit an alysis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
6、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(Multisim 11 ) 93.5调试及故障排除 9四、 小结 10参考文献 .致谢 附录 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
7、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
8、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Multisim 10.0进行电路仿真, 并用Altium Designer 9.4 进行原理图及PCB图的绘制。电路介绍2.1电路技术指标1)基本要求:(1)载波频率90M HZ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
9、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
10、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。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：咼频电
11、容三点式振荡电路，功率放大器（米用共射极接法，增益高，效率高）等，调频发射电路的方框图如下:高频无践话筒设计框图图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 频率的稳定性不咼（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
12、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=UO/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
13、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/ 2 n *（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。b） 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
14、。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
15、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
16、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
17、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,R9,R10,L2,C10,C11组成高频功率放大电路， R9给Q3提供基极电流，C10, L2放大调谐回路，和振荡回路 C5 L1调谐在同一 频点是获得最大输出功率，发射距离最远。3.3元器件说明1)话筒MIC: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信号。话筒 底部有两个接点，用两根粗铜丝焊牢在 PCB印制电路板上。驻极体话筒具有体积 小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及 声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和
18、输出阻抗很高，所以要在这 种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作 时需要直流工作电压。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低 的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话 筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为 阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。并且，外围电 路中需要有相应的偏置电阻为其提供偏置。2)高频振荡调制电路：该部分由晶体管VT2电阻R7、R8电感L1电容C4 C5 C6 C7等组成。其 功能是产生高频载波信号并进行调制。L1和C5构成LC谐振回路。该回路具有选
19、 频作用，其频率由公式计算得出：f = 1/ 2 n *(LC)-1/2经C3耦合过来的信号加在VT2基极上，通过基极上变化的电压改变 be结电容， 而实现对载波的调制。由集电极输出经 C7耦合到下一级进行功率放大。J 1 吗iRJ7122KC55301y5T) biI101*pC3X101厂lrj3C42 2KC7掘130厂*图3.2高频振荡电路3)功率放大电路:电路由VT3 R9 R10 L2、C10 C11组成，置电压，高频信号由 C7耦合经 自偏压电阻R7加到b上放大，电路工作在C类状态。L2和C8组成选频电路，使 其谐振在前一级的工作频率上，C9为输出电容，输出高频信号。4）线圈的制
20、作：选频回路的电感L需要自制，用直径0.5mm的导线，在直径为5mm左右的骨 架上绕制若干圈，抽去骨架成为空心线圈，并适当拉长即可。图一中， L1与L2都为5圈，图二中L1为5圈，L2与L3为6圈，目的是让话筒频率落在80MHz110MHz根据电感计算公式可以算出绕线圈数：圈数=电感量* （ 18* 圈直径）+ （ 40 * 圈长）-圈直径单位分别为毫米和mH3.4电路仿真（Multisim 11 ）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
21、的仿真分析能力。NI Multisim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NI Multisim中完整的器件库，您可以快速创建 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NI LabVIEW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
22、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。如图3-1，我用函数发生器产生一个正弦信号加入到话筒输入端，看产生的波 形。仿真结果如图3-2、3-3，由于部分原因，参数设置问题只能看到大概的有些 频率变化，而不能看到很完美的波形。3.5调试及故障排除1）调试：采用电容三点式，简单可靠，起振容易。但一级放大电路虽然达到我们的设计 目标，但是抗干扰等功能仍然有印象，毕竟这是用较少的一些分立元件组成的一 个高频电路。我们将偏置电阻的阻值减小使其对接收灵敏度提高，经测试，达到 15.20m的声音信号仍能正常接收（温度：28），而且这是在有
23、很多电磁干扰的环 境下进行的测试，测试效果良好。天线输出距离选频回路较远，由于板子已经焊好，我们使用面包板进行测试， 发现天线距离选频回路越近时，收音机的接收效果越好。经测试还发现，将电源等有源元件与其他元件分开距离较大摆放时， 接受的效果较好，频率较稳定，抗干扰能力提高近 20%频率抖动不大。为此我们选择了 将天线与电源分在两边摆放。2）故障分析：a） 传播距离不远：主要是信号不是很清晰 解决：加长天线，使用拉伸式天线；调整L2的线圈匝数。b） 用收音机接收声音不清晰解决：调整L1的线圈距离四、小结在此次课程设计中，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
24、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，再到编制 PCB图，可以说每一步都很艰难，每一步都是我一步 一个脚印结结实实踩下去的。我们付出了，当然，这一切都在用调频耳机听到自 己话筒的频率的那一瞬间得到了实现。对于高频课设来说，其注重于调试。之前的课设中，只要原理图没问题，几 乎不需要什么调试，而对于此次的话筒，调试的过程却成为了课设中的重要的一 环。在第一次对作品通电后，我们所做的第一件事就是带上自己的调频耳机，在 80MHz110MH的频段中搜索话筒的频率。第一次做的时候绝对是有种海里捞针的 感觉，一
25、点一点的提高耳机的频率，不断地用手指敲击着 MIC,知道听到哪怕是微弱的声音为止才会放心的舒一口气。对于电感的调整也是我们记忆犹新的。在对 第一块板的调试过程中我们发现其频率在 95MHz左右，而本地一个电台正好在这 个频率附近，所以干扰相当明显。经过尝试更改线圈间距和线圈圈数后，终于把 频率降至82Mhz以满足要求。总的来说，这次课设学到了不少东西。尤其对调频发射系统有了新的认识， 在焊接技术上有了长进，在分析和解决问题方面也明显看到自己的进步。其他方 面，对发射机的原理有了初步认识，并知道了怎样写总结论文，还体会了成功的 喜悦，可以说收益颇深。参考文献附录元件清单电阻电容三极管其他2.2K
26、3个1044个90141个6V稳压源332个6812个90182个话筒1M1个30p4个22K2个10p2个470电位器1个33u电解电容1个1031个使用的主要仪器和仪表6V电池盒、万用表、示波器、调频耳机、工具箱附图VCC220KC-811QC1GNDC13 北vccQ3Qi.90U图1-1原理图VCC图2-2 PCB图图2-3第二套方案实物图，左上方为天线图3-1第一套方案仿真，基于 MultisimCharnel ao,ooovQ,W0 Va.ooo v1RTUALfXSCi =: 11 = . . I a _ i i . . a回阿两丽两m因OscilloscopeSCln as S
27、T2-T1tunetiMScale: 50 msJivCharnel aStale: 1 V 伽xpos.(piu)r 0r pos-tCv；)! oBJT tIPN VI1TUAL 1 R I Time0.000 s0.000 s0.000 aBJTNPNR6 1SQ0g-朴 -图3-2用信号发生器产生测试信号VCCVIRTITUALBJT NPN VITime0.000 sa.gog $0.000 sChanneJ_B2.555 V1555 Vmebs&eScale: SQms応和XpM-.CDiv)； 0屈阿丽丽Chflmd A Sole： 1 VfitvYpa$,(ptv): orpM.JJiv; QOscill OEiope -XSC1Charnel _A 0r000 亍Q.OQQ V OuOOO V口 +T2-T1OsmelRScale: 1 7缺图3-3信号经过低频放大器后信号对比
