无线话筒设计 武汉理工

1、武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书目 录摘要.11. 无线话筒概况.22. 基本原理与方案设计 2.1方案原理2.1.1设计原理.32.1.2原理框图.3 2.2总电路图.4 2.3各模块电路分析 2.3.1声音拾取电路.4 2.3.2高频振荡电路.4 2.3.3调制电路.6 2.3.4稳压源电路.7 2.3.5缓冲放大电路.83. 电路仿真3.1仿真电路图.93.2仿真过程.94. 制作调试4.1电路制作.104.2电调调试.125. 心得体会.146. 元件清单.157. 参考文献.16课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电信12级 指导教师： 曾刚 工作单位： 信息工程学院 题 目

2、 二: 无线话筒设计 初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 采用晶体管或集成电路（电抗管或变容二极管）设计一个调频无线话筒；2、 额定电压3.0V，电流1015 mA；输出频率90 MHz左右；3、 采用FM收音机可可靠接收；4、 可靠接收距离S 3米；5、 完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。时间安排：二十周一周，其中4天硬件设计与制作，

3、3天硬调试及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别男专业、班级电子信息工程12级课程设计题目：无线话筒设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日摘 要无线话筒是一种通过无线电波或其它的方式传输声音的设备，由声音拾取电路、声音转换电路、高频振荡器、调制电路、缓冲放大电路和电源组成。接收天线把接收到的无线电信号送到接收器。接收器将此无线电信号转变为语音，再由扩音器放出来。本说明书主要介绍无线话筒的工作原理、制作过程、软件仿真、调试结果。同时总结了有关制作过程

4、和心得体会。关键字：无线话筒；高频振荡；调制；缓冲放大1. 无线话筒概况无线话筒，简单地说，它就是一种通过无线电波或其它的方式传输声音的设备。这种设备或电路就其原理而言，在很多产品中以各种形式或名称存在着，如双工的EarMark无线耳机HS-4系列型号就是其中之一。 电路板上的电子元件话筒先将自然界的声音信号变成音频电信号，这个电信号会去调制电子振荡器产生的高频信号。最后，高频信号通过天线发射到空中。我们将发射频率设计在FM收音机波段，因此可以配合任何FM收音机接收到该高频信号，并从该高频信号还原出声音信号，从而完成各种用途。早期的无线话筒是采用FM调频来实现的，后来采用石英晶体振荡器产生发射

5、与接收精确稳定的固定频率，这种话筒及接收机只固定单一频率配对使用。现在专业的无线话筒都是采用频率合成方式，可以在预设的带宽内任意切换所希望的工作频道，从而达到避免受环境干扰又能实现同时使用多支无线话筒。2. 基本原理与方案设计2.1 方案原理2.1.1 设计原理通过驻极体话筒将声音信号转化为电信号，并且与电路的本振信号混合后，通过放大器的放大作用后，再传送至天线，经过天线发射出去。接收方的天线接收无线电信号，把此信号送到接收器。接收器将此无线电信号转变为原来的语音，再由扩音器放出来，此时就可听见原来的语音信号。只要无线电发射和接收信息的频率相同，接受设备就可以接收到无线电发射设备所发出的信息。

6、2.1.2 原理框图无线话筒电路由声音拾取电路、声音转换电路、高频振荡器、调制电路、缓冲放大电路和电源组成。首先利用MIC驻极体话筒拾取音频信号，并经过驻极体话筒内部的声音转换电路将音频信号转换为电信号，用改进型的电容三点式振荡电路，即西勒振荡器产生高频振荡，并通过调制电路进行调制，通过三极管缓冲放大电路将调制信号进行放大，最后通过天线将已调信号发送出去。此时就可以用调频收音机清楚地接收到音频信号。无线话筒的基本原理框图如图1所示：声音拾取与转换缓 冲放 大调制高频振荡图1 无线话筒原理框图2.2 总电路图无线话筒总设计电路如图2所示:图2 总原理图2.3各模块电路分析2.3.1 声音拾取电路

7、一个无线话筒，则音频信号的收集是必不可少的。本电路中考虑到需要做一个小巧的无线话筒，因而直接采用的是驻极体小话筒，它灵敏度极高。据介绍，甚至手表的嘀嗒的声音也可以被它收集到。驻极体话筒内实际藏有一枚FET，可视之为一级，FET将话筒前振膜之电容变化放大，这就是驻极体话筒很灵敏的原因。驻极体总的电荷量不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。2.3.2高频振荡电路在实际应用中，如果直接使用LC振荡电路进行设计的话

8、，将以低于LC谐振电路的频率产生振荡，而且产生的频率会随着外电路的参数而改变，稳定性比较差。在高频段的谐振电路中，电容器的容量为数pF或十几pF，线圈的电感不及1uH，任何微小的值都会对振荡频率产生影响。所以此高频振荡电路采用稳定度较高的西勒振荡电路。二极管D1为变容二极管，其常温下的电容Cd=30pF.令C5=5pF,C6=7pF,C7=10pF,C8=22pF,C9=22pF，L=190nH.则根据原理图可以计算出振荡频率。C=C6+1/(1/C7+1/C8+1/C9)+1/(1/C5+1/Cd)=16.5 pFF=1/(1.1×10-8)=90MHz高频西勒振荡电路如图3所示：

9、图3 高频西勒振荡电路图2.3.3 调制电路我们所制作的无线话筒选择基极注入方式，由于音频信号频率fv与本地振荡频率f0两种信号注入同一个基极，具有易相互干涉的缺点，但与发射级注入方式相比，本机振荡信号的电平较小。所以仍选择基级注入方式。调制电路如图4所示：图4 调制电路图2.3.4 稳压源电路在电路原理图中，二极管1S1553与LED串联，将它们的正向电压作为稳压电源加以使用，其电压值为二极管1S1553的正向电压0.6V与LED的正向电压1.7V之和：V=0.6+1.7=2.3VR8电阻和R10可变电阻器进行分压后的电压施加给变容二极管，通过调整可变电阻，改变电压，可以让振荡频率微调，使振

10、荡电路的频率有所改进。稳压源电路图如图5所示：图5 稳压源电路图2.3.5 缓冲放大电路缓冲放大电路是通过三极管实现将调制信号进行放大，使其能通过天线将已调信号发送出去，使调频收音机能较清楚地接收到音频信号。缓冲放大电路如图6所示：图6 缓冲放大电路3. 电路仿真3.1仿真电路图仿真图如图7所示：图7 仿真电路图3.2 仿真过程使用Multisim建立电路模型，用函数信号发生器代替音频信号，用稳压管代替变容二极管。用示波器分别连接音频信号输入端、谐振振荡端、天线发射输出端。将电路按照仿真电路图连接好了之后，点击运行按钮，电路开始运行。双击示波器即出现示波器界面。调节示波器使各个信号能够较好观察

11、。观察示波器的相关参数，验证电路图是正确的。仿真波形如图8所示：图8 仿真波形图4. 制作调试4.1电路制作首先按照仿真通过的电路图列出元件清单，焊接时按照电路图中元件的相对位置进行接线，由于接线图和电路图是镜像对称的，所以应先画出接线图以防止接线时产生错误。在购买元件时，很可能买不到相应型号或数值的元件，此时应选择功能相同的或参数近似的元件代替。焊接时在跳线的地方应防止短路。实物部分电路如图9所示：图9 实物图图10 实物图图11 实物图4.2电路调试在完成电路的焊接之后，我在实验室对电路板进行了理论检测，即按照前面的仿真电路图接入函数信号发生器，输入信号f=500Hz，Vp-p=10V，示

12、波器分别检测音频信号输入端、谐振振荡端、天线发射输出端的信号波形，得到如下图所示的结果：图12 函数信号发生器输入信号图图13 输入端信号波形图图14 谐振振荡端信号波形图图15 天线发射输出端信号波形图 在实验室验证所得的各波形的形状、振幅、周期均与仿真结果一致。在实际测试的时候，将一台收音机放在附近，把频率调到90MHz左右。在电路的话筒处一直播放语音，调节可调电阻上的螺丝，但是不管怎样调节，都不能听到相应的语音信号。5.心得体会高频电子线路的课程设计是我接触到的第三门课程设计，相比上学期模拟电路的课程设计感觉高频电子线路的课程设计确实要考虑更多的东西，比如说怎样在工作频率高的情况下避免整

13、个电路受分布电容等影响过大，还有在焊接的时候怎样保证线路太密集避免短路的发生，以及如何在固定尺寸的电路板上布线等问题。要想设计出电路来首先要搞清楚整个电路的原理和构成它的元件的工作原理以及功能。在课程设计开始的第一天，我上网搜索了无线话筒的原理和可能用到的相关元件的工作原理、作用等资料。然后我开始设计电路，充分考虑各个元件之间的相互影响，翻阅各种资料进行相关元件参数的计算，最后成功的完成了实物制作的任务，并且也达到了课程设计的要求和预期的效果。在课程设计的过程中，难免会遇到很多问题，但是有同学的鼓励和老师的指导，大部分问题都得到了顺利的解决。非常感谢老师的悉心指导和同学的热心帮助。6. 元件清单序号名称规格数量1电阻10032电阻1k13电阻2.2k14电阻10k25电阻33k16电阻47k27电阻100k18可调电阻50k19电解电容10F210电解电容1nF111瓷片电容5pF112瓷片电容7pF113瓷片电容8pF114瓷片电容10pF115瓷片电容22pF216瓷片电容100pF217瓷片电容1nF118瓷片电容10nF219二极管1N4731120二极管1S1553121可调电感1H122发光二极管12