無線調頻話筒的設計與制作

1、 目 錄河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 .1河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）開題報告 .2摘要： .4ABSTRACT： .41引言.51.1無線電技術及無線話筒.51.2無線話筒的分類.51.3無線話筒的發(fā)展.61.4無線話筒的運用.72.設計任務與要求 .82.1設計任務.82.2設計要求.82.3任務自評.83方案的選擇與論證.83.1整體方案設計.83.2具體方案的選擇及確定.113.3單元電路的調試與仿真.144電路制作裝配.184.1PCB板的制作 .184.2電感的制作.205調試仿真及結果分析.215.1實物測試仿真.215.2實物調試.225.3結果分析.226設計總結

2、.23參考文獻 .24致謝 .25河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）題目審批表 .26河西學院物理與機電工程學院指導教師指導畢業(yè)論文情況登記表 .27河西學院畢業(yè)論文（設計）指導教師評審表 .28河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表 .2 4 1引言1.1無線電技術及無線話筒隨著無線電技術的不斷發(fā)展，無線話筒已經成為人們生活中所不可缺少的器件，無線話筒系統(tǒng)在廣播、電影、戲劇和舞臺制作以及公司、宗教和教育場所都是一個重要的組成部分。但是隨著數(shù)以萬計的無線電設備的使用以及用戶對無線話筒系統(tǒng)需求的增加使廣播頻率變得擁擠，理解無線話筒系統(tǒng)的設計和操作的概念已經成為一個具有挑戰(zhàn)性的問題。由于可用的頻譜越

3、來越少，在北美 DTV（數(shù)字電視）廣播的出現(xiàn)使得無線系統(tǒng)的運行更加復雜困難。DTV也同樣出現(xiàn)在歐洲,它已成為未來可能出現(xiàn)的頻譜擁擠現(xiàn)象的另一標志.。鑒于以上這些事實，隨著無線話筒、內部通訊網絡系統(tǒng)、耳內監(jiān)聽系統(tǒng)和其它應用在各類制作的無線電通訊設備的日益普及，對于無線系統(tǒng)扎實的，技術性理解需求是前所未有的。1.2無線話筒的分類無線話筒的分類方式很多，比方說根據發(fā)射使用頻率分類或無線話筒的接收方式來分類等。（1）按照發(fā)射使用頻率分類如果按照這一方式可以分為：FM無線話筒；VHF無線話筒FM無線話筒：工作原理是利用 FM收音機來接收，這一無線話筒的特點是系統(tǒng)簡單，成本低廉，但是現(xiàn)在已經被淘汰了，原因

4、是使用效果不佳，不能滿足專業(yè)品質的要求。VHF無線話筒：這一無線話筒又可分為低頻段和高頻段兩類型，現(xiàn)在人們常常使用的是高頻段的無線話筒，高頻段的無線話筒的特點是頻率較高，使用天線較短，甚至可以設計成隱藏式天線，方便，安全又美觀，且受電器的雜波干擾又大為減少，電路設計極為成熟，零件普及價格低廉，現(xiàn)在這樣的無線話筒已經是當今市場上的熱門機種。（2）按照接收方式分類按照這一方式分類通常分為兩類：自動選頻接收無線話筒；非自動選頻無線話筒自動選頻接收無線話筒：這一話筒由于在電波傳輸中會產生“死角”的物理現(xiàn)象使接收機的聲音輸出產生斷斷續(xù)續(xù)或不穩(wěn)定的缺點，為了解決這種缺陷，專業(yè)用的機種必須采用雙天線及雙調諧

5、器的“自動選頻接收”方式來改善。5 非自動選頻無線話筒：這一話筒由于機型的電路設計復雜精密，裝配較難，成本較高，一般低價的機型就沒有采用自動選頻的設計，所以也無法消除無線話筒在使用中產生聲音中斷的缺點。所以這樣的一般不適合專業(yè)場合使用。（3）按照無線話筒的振蕩方式分類按照這一方式通常也分為兩類：石英鎖定；相位鎖定頻率合成石英鎖定的特點是以石英振蕩器產生發(fā)射與接收精確穩(wěn)定的固定頻率，電路簡單，成本低廉，是當今無線話筒的標準電路設計。這種類型的話筒及接收機只能固定一個頻率配對使用，因此無法改變或調整使用頻率。相位鎖定頻率合成的特點：這一話筒是采用的是PLL（頻率鎖相環(huán)）的電路來設計的，避免無線話筒

6、在使用中遇到其它信號的干擾而無法使用，或為了同時使用多支話筒的場合，具有隨時方便又快速的改變頻道這一功能。1.3無線話筒的發(fā)展無線話筒由一開始簡易的一個無線調頻發(fā)射器和無線調頻接收器到現(xiàn)在的采用專門的PLL技術，這期間大致經歷了三個階段。（1）簡易調頻發(fā)射與接收最初人們?yōu)榱藬[脫話筒線纜的羈絆，想到了類似于調頻廣播的發(fā)射和接收原理，通過話筒的換能原理及音頻調制放大發(fā)射過程，然后通過調頻收音機或專用接收機接收然后放音。但是這種方式下的無線話筒的音質、穩(wěn)定性、抗干擾能力均不能滿足需求。（2）石英振蕩的調頻發(fā)射與接收：由于采用電子電路產生的RC或LC振蕩，其振蕩頻率的穩(wěn)定性受到環(huán)境的影響是很大的，所以

7、頻率也不可能很高，一般只能在200MHz，在這樣的頻段，極易受到其它信號的干擾，此時便出現(xiàn)了采用石英振蕩體的發(fā)射與接收電路。石英晶體的振蕩頻率是非常穩(wěn)定的，由它組成的無線話筒發(fā)射與接收器，工作起來較為穩(wěn)定，與此同時，其工作頻率可在V段（30MHZ-250MHZ），U段（200MHZ-1000MHZ）內，外界對其干擾不嚴重，因此給無線話筒的使用帶來了較好的效果。但是在使用上，由于石英晶體的振蕩頻率是不可調的，因此對于一套無線話筒來講，它的接收和發(fā)射頻率是固定的，而且要求一一對應，十分的不方便，如果在某地剛好在這一頻點上存在干擾，那么該無線話筒就無法使用了。（3）采用PLL接收的無線話筒：PLL是

8、頻率相位鎖定環(huán)路的英文字頭縮寫，在無線話筒的發(fā)射接收中，采用頻率6 合成的方式，可以在一個頻帶內，滿意地接收信號，在此頻帶內，還可以任意切換工作頻道。理論上，在一個24MHZ的頻帶內，如果以1MHZ作為頻道解析度，則可以切換25個頻道；如果以125KHZ，則可以切換193個頻道，至于頻道數(shù)的多少與接收機的頻寬及頻道解析度有關。1.4無線話筒的運用通信作為電信是從19世紀30年代開始的。面向21世紀的無線通信，無線通信的系統(tǒng)組成、信道特性、調制與編碼、接入技術、網絡技術、抗衰落與抗干擾技術以及無線通信的新技術和新應用的發(fā)展更是一日千里。正是這些電路的基礎，設計與調試發(fā)射電路能使我們快速步入電子設

9、計的大門。無線話筒在日常生活中的用途（1）無線話筒：用戶在唱歌、講話或者表演時可以360度的任意轉動和移動，不會有電線絆腳、扯后腿。（2）無線廣播：老師在講課時進行現(xiàn)場轉播，可以使更多的學生用收音機接收聽課，大大的增加了聽課人數(shù)。（3）無線叫賣器：在街上推銷商品時，用無線話筒叫賣具有一定新穎性，會收到比普通話筒好的廣告效果。（4）無線助聽器：具有比較好的隱蔽性和安全性，可在遠處用收音機耳機收聽。（5）無線報警器：實現(xiàn)一定距離的無人值守。例如可以在二樓監(jiān)聽一樓之門鎖聲音，起防盜報警器的作用。（6）無線電子門鈴：由于可無線傳播聲音，因此也可以無線傳播門鈴聲音，配對還可以改裝成無線對講機。（7）無線

10、電子樂器：將口琴、二胡、吉它等樂器的聲音用收音機接收，或用功放擴大播出，可更好欣賞音樂。（8）電子助聽器：通過調節(jié)收音機或者話筒的音量，將聲音放大后再送入耳機，可以有效的改善老人聽力。（9）聲控小彩燈：將大功率功放輸出端的音箱改接成瓦數(shù)相當?shù)?6V,12V汽車電燈泡，調節(jié)音量合造位置。（10）小型廣播電臺:適合學校工廠等單位自行舉辦各種節(jié)目，可以播放音樂、新聞、通知等，用收音機聽。（12）電視伴音轉發(fā)器：看電視時用耳機聽可不影響別人睡覺，但是受耳機線長控制，本裝置則可以不受此限制。7 介于無線話筒在生活中的廣泛用途，所以對無線話筒的研究以及設計都具有很重要的意義，可以使我們對電子設計產生很大的

11、興趣。所以這次論文我設計并制作了一款簡易的FM調頻無線話筒，設計要求話筒采用調頻的方式發(fā)射信號，要求頻率穩(wěn)定，發(fā)射距離較遠，能滿足短距離聲音的無線傳播。2.設計任務與要求2.1設計任務了解無線調頻話筒的構成，并設計一小功率無線調頻話筒。2.2設計要求（1）額定工作電壓 3V，電流 35mA。（2）采用電抗管或變容二極管調頻。（3）發(fā)射頻率在 90MHz左右，F(xiàn)M收音機能穩(wěn)定收聽。（4）接收距離不小于 10米。2.3任務自評對于無線話筒來說，首先傳輸?shù)穆曇粢糍|要好，而好的音質是要求具有靈敏度高、調制線性好、頻偏大、發(fā)射載波頻率穩(wěn)定；其次是發(fā)射距離要盡量遠，這要求發(fā)射功率足夠大。所以根據設計要求，

12、本設計重點應在穩(wěn)定頻率的選定和發(fā)射距離兩個性能指標上下功夫。還有本設計的一個難點就是 PCB板的制作，所以對于熟練的使用操作Altium Designer和 PCB板制作流程也是這次論文的一個重點。3方案的選擇與論證3.1整體方案設計無線話筒按調制方式可分為調頻式和調幅式，由于調頻式無線話筒具有通頻帶寬、動態(tài)范圍大、傳輸距離遠和抗干擾性強等特點，所以應用較多。我選擇了設計并制作調頻式無線話筒。調頻無線話筒的原理是將聲波信號通過麥克風轉化為音頻電信號，通過改變結電容來改變高頻振蕩器的輸出頻率，產生調頻波，通過高頻放大與選頻，最終由天線輻射。初步設計框圖如下：話筒低頻放大調頻高頻放大天線發(fā)射通過對

13、上面的整體方案分析，話筒我采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。對于低頻音信號的放大我采用最常用的電壓并聯(lián)負反饋共發(fā)射極放大電路，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用，又具有輸出載波幅度穩(wěn)定的特點。對于調頻電路部分即高頻振蕩調制電路是本設計的一個重點，也是一個本次設計能否成功8 的一個關鍵點。調頻振蕩器的電路形式主要有晶體振蕩器直接調頻，電抗管調頻和變容二極管調頻。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，但是價格比較的昂貴；電抗管調頻電路與變容二極管調頻電路相比，要復雜一些?？紤]到本設計任務要求中心頻率的穩(wěn)定性不高，所以我選擇了電抗管調頻電路，所謂電抗管，就是由一

14、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的輸出阻抗具有一個電抗分量 Xe，當 Xe隨輸入信號變化時,即可獲得調頻信號。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，這個分量也隨輸入信號而變化,使振蕩器產生寄生調幅。常見的電抗管調頻電路主要有電容三點式振蕩器和電感三點式振蕩器。（1）電容三點式振蕩器圖 1電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩器也稱為“考畢茲”振蕩器,該種振蕩器由

15、電感和兩個電容構成振蕩回路,由其中的一個電容提供正反饋。其工作過程是振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化，將產生脈動信號，因任一脈沖信號包含有許多不同頻率的諧波，因振蕩器電路中有一個 LC諧振回路，具有選頻作用，當 LC諧振回路的固有頻率與某一諧波頻率相等時，電路產生諧振。雖然脈動的信號很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當增大到一定程度時，導致晶體管進入非線性區(qū)域，產生自給偏壓，使放大器的放大倍數(shù)減小，最后達到平衡，即 AF=1，振蕩幅度就不再增大了。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件，于是得到單一頻率的振蕩信號輸出振蕩頻率為9 1f =（1）C C2 L C

16、1 +C212這種電路的優(yōu)點是輸出波形好、振蕩頻率可達 90MHz以上。缺點是調節(jié)頻率時需同時調 C1、C2兩個電容不方便。適宜于作固定的振蕩器。相比之下該電路較容易制作，由于其振蕩頻率可達到上 90MHZ,所以可以用來制作成無線電發(fā)射電路，可以用來制作無線話筒，對講機等。放大管可以用高頻管NPN9018。（2）電感三點式振蕩器電感三點式振蕩電路，又稱“哈特萊”振蕩電路。如圖 2中，L1、L2、C組成諧振回路，L2兼作反饋網絡,通過耦合電容 Cb將 L2上反饋電壓送到三極管的基極。圖 2電感三點式振蕩電路由交流通路看出,諧振回路有三個端點與三極管的三個電極相連,而且與發(fā)射極相接的是 L1、L2

17、,與基極相接的是 L2、C即滿足“射同基反”的原則。因此電路必然滿足相位平衡條件，其振蕩頻率計算參看公式2當回路的Q值較高時,該電路（圖3）的振蕩頻率基本上等于LC回路的諧振頻率圖 4負反饋電路圖 3諧振回路10 11f =（2）2 (L1 + L2 + 2M )C 2 LC該電路的特點與變壓器反饋式振蕩電路（如圖 4）極為相似。必須指出它的輸出波形較差,這是由于反饋電壓取自電感的兩端,而電感對高次諧波的阻抗較大,不能將它短路,從而使 Uf中含有較多的諧波分量。因此，輸出波形中也就含有較多的高次諧波。用集成運放構成的電感三點式振蕩電路如圖所示,不難證明其振蕩頻率為1f =（3）2 (L1 +

18、L2)C通過比較結合本電路的實際情況分析，我選擇了電容三點式振蕩器。對于高頻功率放大電路部分是本設計能否滿足設計要求的一個重點。高頻功率放大器，又稱射頻功率放大器，用于發(fā)射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收機可以接收到滿意的信號，并且不干擾相鄰信道的通信。在工作一般性原理上，它和其他放大器一樣，都是在輸入信號作用下，將直流電源轉換為輸出功率。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；

19、寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。考慮到本次設計的電路屬于窄帶高頻放大電路，所以我采用的丙類高頻放大器。其目的是增大發(fā)射功率，擴大發(fā)射距離，并且隔離了天線與振蕩器，減小天線對振蕩頻率的影響。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或者 1/4，以便在天線上產生駐波。在這里只需用一段導線代替就可以了。3.2具體方案的選擇及確定方案一電路如圖 5所示，該電路共有兩部分組成，音頻放大部分和高頻振蕩部分，主要由駐極體話筒和一只高頻

20、三極管9018組成。三極管外圍元件L、C4、C5等外圍元件組成高頻振蕩電路。駐極體話筒MIC將聲音信號變成電信號，通過電解電容C1耦合到三極管的基極，對高頻等幅振蕩電壓進行調制，經過調制的高頻信號通過C6，由天線向外發(fā)射。R3、R4是三極管的直流偏置電阻 R4組成直流負反饋電路，使得三極管的工作更加穩(wěn)定。L和C5決定振蕩頻率，f=12，調整L的匝數(shù)及間距可改變振蕩頻率。R1為駐極體話筒的供電電阻。11 圖 5方案一參考圖方案二該電路由三部分組成：音頻放大部分、高頻振蕩部分及穩(wěn)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(fā)

21、射出去。此電路的工作圖 6方案二參考圖頻率在85-104MHZ之間元件的選用，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(wěn)壓器用LM7806電源，用9V電池，電路板可自制。若12 想增大發(fā)射功率，可改變發(fā)射天線的長度，或將VT2發(fā)射管換成34D50三極管，R4電阻換成4.7K，此時發(fā)射距離可再增加約100米。原理圖6所示。方案三MIC先將自然界的聲音信號變成音頻電信號,經C2耦合給Q的基極進行調制,當有聲音信號的時候,三極管的結電容會發(fā)生變化振蕩頻率發(fā)生變化 ,

22、完成頻率調制,即調頻.再經C8耦合給高頻調諧放大電路對已調制的高頻信號放大,再通過C12、L3和天線向外發(fā)射頻率隨聲音信號變化而變化的高頻電磁波。其中 R1為話筒 MIC的偏置電阻,一般在 2k-5.6k選取,R4為集電極電阻.R5為基極電阻，給 Q1提供偏置電流，R6為發(fā)射極電阻,起穩(wěn)定 Q1直流工作點的作用；Q2、R7、R8、C4、C5、L1、C6、C7組成高頻振蕩電路,R7給Q2基極提供偏流,C5和L1振蕩回路,改變其值可以改變發(fā)射頻率,C4為反饋電容,R8起穩(wěn)定 Q2直流工作點作用,C7是隔直流通交流電容；Q3、R9、R10、L2、C10、C11組成高頻功率放大電路。R9給功率管Q3提

23、供基極電流, C10和L2放大調諧回路,和振蕩回路C5和L1調諧在同一頻點時獲得最大輸出功率,發(fā)射距離最遠。原理圖如圖7圖 7方案三參考圖方案比較方案一相比比較簡單，淺顯易懂，電路連接簡單，容易實現(xiàn)，使用元件較少由于電路沒有加入高頻功率放大電路，導致發(fā)射距離僅在 3米左右。其實用性價比較低，13 創(chuàng)新性也不足，聲音效果不好，不能滿足設計的要求。方案二是將低頻放大電路與振蕩電路分開，加入了穩(wěn)壓部分，使其發(fā)射性能更好。但是這個電路在實際制作中在調試過程中比較繁瑣，使用器件不常用，難以找到，并且效果不佳。方案三包括低頻放大，調頻以及功率放大電路，并且設計加入了選頻電路，電路簡單明了，容易實現(xiàn)，零件成

24、本低。調試簡單操作不煩瑣，滿足設計的要求。最終我選擇了方案三去設計。3.3單元電路的調試與仿真整個電路可以分為三部分：1音頻信號的輸入及放大部分；2頻率調制部分；3高頻功率放大及發(fā)射部分。（1）音頻信號的輸入及放大部分這一級電路由話筒，三極管Q1及其它元件構成。話筒我采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，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。由于輸入和輸出阻圖 8音頻信號的輸入放大部分抗很高，所以要在這種話筒外殼內設置一個場效應管作

25、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。其中放大電路我采用的是最常用的電壓并聯(lián)負反饋共發(fā)射極放大電路，三極管采用的9014。它是一種小電壓,小電流,小信號的NPN型硅，是一低噪聲放大管，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用，又具有輸出載波幅度穩(wěn)定的特點。R1為話筒MIC的偏置電阻,一般在2k5.6k選取,R4為集電極電阻.R5為基極電阻,給Q1提供偏置電流.R6為發(fā)射極電阻,起穩(wěn)定Q1直流工作點?；鶚O偏置電阻R5連接在晶體管的集電極與基極之間,利用集電極的電壓確定基極偏置電流,自動調節(jié)工作點，電路工作穩(wěn)定可靠，靈敏度高。改變集電極電阻R4可調整電路增益，即可改變調制度，可防止過調制。最

26、后放大的信號通過C3耦合到下一級，電路仿真圖914 圖 9低頻放大電路仿真圖其中上面線表示的是輸入的波形，下面的線表示的是放大后的波形，可以很明顯的觀察該到該電路做了不失真的放大，說明這一級電路在理論上是可行的。（2）頻率調制部分電路圖如圖 10，該電路主要有三極管 Q2、電感L1及電容所組成的高頻振蕩電路，三極管采用高頻管9018，電感則是用漆包線繞制而成，其中 R7給 Q2的基極提供偏置電流，C4為反饋電容，電阻 R8起穩(wěn)定三極管 Q2直流工作點作用,C7起隔直流通交流的作用，略去 Q2發(fā)射極直流部分，其中 Q2、L1、C5、C8為調頻電路電抗管，起到了調頻的作用。其中由于電路系統(tǒng)中變化的

27、電流對系統(tǒng)供電電源里的電源內阻起作用，從而導致電源向電路輸出實際電壓產圖 10調頻電路生抖動。所以會對電路有一定的影響，為了避免電源的抖動，以獲得穩(wěn)定的供電電壓的。所以加入一個退耦電容 C9，其作用是為了15 電路能夠獲得穩(wěn)定的電壓，一幫也叫電源去耦電容。當放大的音頻信號通過電容 C3耦合到三極管的基極的時候，三級管的基極和發(fā)射極之間的電容會隨著聲音電壓信號大小發(fā)生同步的變化，同時使三級管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，從而實現(xiàn)聲音信號對振蕩電路產生的高頻信號進行調制，產生高頻調諧波。當有信號通過 L1和 C5的時候通過改變電感 L1的大小就可以改變輸出頻率的大小?？梢酝ㄟ^改變電感 L1線圈匝數(shù)的數(shù)量或線

28、圈的長短，就可以實現(xiàn)對輸入的調頻信號的大小進行改變。最后調制后的信號通過 C6耦合到下一級。模擬通過輸入頻率為500Hz的正弦波，因為人類正常的聲音頻率在500HZ左右，通過觀察，藍色的波形表示的是調制前的波形，黃色則代表的是被調制后的波形，可以看出該電路明顯起到了調頻的作用，通過改變電感L1的大小可以看到輸出波形也隨之有所變化，說明該電路可行。我們的要求是輸出的頻率要在 88108MHz,所以由公式 3-1可以知道要想改變頻率的大小，自己要改變電感的大小就可以實現(xiàn)對頻率的調節(jié)。圖 11調頻電路仿真圖（3）高頻功率放大及信號的發(fā)射16 高頻放大電路我同樣采用的是共射極放大電路，既具有穩(wěn)定靜態(tài)工

29、作點的作用，又具有輸出載波幅度穩(wěn)定的特點，同時還有足夠大的功率輸出。此電路同時也是一個選頻放大電路，集電極電感L2和電容C10組成選頻回路，同樣諧振在90MHZ處。C10和L2放大調諧回路,和振蕩回路C5和L1調諧在同一頻點時獲得最大輸出功率,發(fā)射距離最遠。與低頻放大電路不同的是在這里三極管我采用的是9018，因為9014的特征頻率很小，只有150MHz,所以只能圖 12高頻功率放大電路運用于低頻放大電路中，而相反的9018的特征頻率在620MHz，所以可以運用于高頻電路中，其中R9為Q3提供偏置電流，R10為發(fā)射極電阻，C11為反饋電容，C12和L3進一步組成一個選頻回路，如果在和之前的調頻

30、在同一頻點時能獲得最大的輸出功率，使得發(fā)射距離最遠，這是在最后焊接電路時所添加的一部分。電路圖如圖12圖 13高頻功率放大電路仿真圖如圖 13是高頻放大電路的仿真圖，其上面波形表示的經第二部調頻后的波形，下面波形的則表示經過高頻放大后的輸出波形。通過仿真，可以確定該電路時可行的，17 最后的輸出波通過進一步選頻之后由天線輻射出去。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，以便在天線上產生駐波。如果載波頻率為 80MHz，那么波長為cf 3×108 m =s= 3.75m（4）80MHz式中，c是電波的速度即是光的速度。計算得天線的長度為 1.9m

31、。但是，如果在實際的電路中接入 1.9m的天線，會發(fā)射很強的電波，有可能超出電波法，在這攜帶不方便，且外觀難看，所以把天線的長度限制在 30cm的程度。通過以上的設計與仿真，我最終確立了無線調頻話筒的電路圖如下：圖 14無線調頻話筒電路圖整個電路中，外接電源電源電壓用 2節(jié) 5號干電池，總電壓為 3V。4電路制作裝配4.1PCB板的制作18 在制作PCB板式首先要注意，PCB元件的布局與走線對產品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響，是應該特別注意的地方。如走線高頻數(shù)字電路走線細一些、短一些好，但是太小又不利于進行焊燒，應盡量加大絕緣間距。大面積敷銅要用網格狀的，以防止焊接時板子產生氣泡和因

32、為熱應力作用而彎曲，但在特殊場合下要考慮GND的流向、大小。不能簡單的用銅箔填充了事，而是需要去走線。元件布局還要特別注意散熱問題。對于大功率電路，應該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置，便于熱量散發(fā)，不要集中在一個地方，也不要高電容太近以免使電解液過早老化。有時候會因為誤操作或疏忽造成所畫的板子的網絡關系與原理圖不同，這時檢查與核對是很有必要的。所以畫完以后切不可急于進行制版，應該先做核對，后再進行后續(xù)工作?；谶@些要求，開始制作PCB板，首先在 Altium Designer軟件中設計自己的電路圖，如下圖所示圖 15 PCB電路圖畫出電路圖（如圖 15）之后可以添加導入一

33、個 PCB工程，來創(chuàng)建 PCB布線圖，如果在導入過程中出現(xiàn)了錯誤則須重新檢查原理電路圖，重新生成網絡表。成功導入之后就要對元件進行手動排列，再自動布線，生成的PCB板電路圖，如圖16所示。19 布線成功之后在生成電路 PCB圖之后，在熱裝印上打印布線圖并通過電熨斗將布線圖轉印在覆銅板上。之后用 0.8mm的鉆頭在所需放零件的地方打上小洞，最后用藍色環(huán)保液腐蝕覆銅板就可以得到所需要的 PCB板。圖 16 PCB布線圖4.2電感的制作由于本電路的設計中需要改變電感的大小來改變頻率的大小，所以電路中所需要的電感是自己制作的。通過仿真我們已經知道電路中所需要的電感均在 0.5uH左右，所以通過公式空心

34、電感計算公式：L(mH)=(0.08D×N)/(3D+9W+10H)，（其中D是線圈直徑、N是線圈匝數(shù)、H是線圈高度、W是線圈寬度）?？梢灾离娐分兴枰碾姼锌梢杂镁€徑0.5mm的漆包線繞成線圈直徑2mm的線圈，繞4-5圈，由于電感需要改變，所以可以再焊接到電路中改變線圈的長度或者匝數(shù)。我是將0.5mm的漆包線繞在圓珠筆芯上，均繞了5圈后抽去了筆芯，電感線圈的兩個引出端要刮除表面上的絕緣漆，然后上好錫。4.3電路的焊接在焊接之前首先用萬用表對各元件的質量和大小做一測量，之后按順序擺放。焊接的順序是電感線圈、電阻器、電容器、高頻三極管、話筒、電池盒。將電阻器、電容器等元件分類集中安裝

35、的目的是減少差錯和防止元件的丟失。電感線圈的兩個引出20 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，連接話筒邊緣的負極，將焊好線的話筒固定在電池架上。電池正極片和負極簧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。電阻器和電解電容器采用臥式安裝，并靠近電路板。瓷片電容立式安裝，也需靠近電路板。5調試仿真及結果分析5.1實物測試仿真圖

36、17音頻信號放大圖 18功率放大圖 19實物圖圖 20整體仿真圖將話筒正負極接在示波器上，對著話筒說話，可以看到示波器上有信號輸入，并且大小隨著聲音的大小在改變。說明話筒輸入部分電路正常。對振蕩電路的檢測：將話筒短路，將示波器接到振蕩電路，可以檢測到該電路已經起振，頻率在 72MHz左右，且頻率顯示不太穩(wěn)定，之后我取下電感并減少一圈重新21 裝上測得頻率達到 86.5MHz，滿足發(fā)射的要求。對音頻放大測試，圖 17為音頻信號放大的測試仿真電路，由測試觀察知道該電路實際可行。圖 18為高頻功率放大測試仿真電路，有波形知道該電路實際可行。實物圖如圖 19所示，測試圖如圖 20所示，其中測試圖中上面

37、的波形是接在話筒上所顯示的波形，既話筒將聲音信號轉化成的初始電信號，觀察到其平率在 430HZ。下面的信號是接在天線上所測出的信號。當改變話筒前聲音的大小時，可以觀察到有話筒轉化的初始信號的大小在改變，并且由天線輻射的信號也在隨初始信號的改變而改變，輸入的信號對輸出的信號起到了調制的作用，并且觀察到輸出的頻率近似在85MHz左右。通過實物檢測仿真，確定電路是正確的，可以滿足設計的要求。5.2實物調試將焊接好的無線話筒的電源開關置于“關”的位置，將萬用表置于“10mA”檔，兩表筆接到電源開關的兩端，可測量電路的總電流，如在 10mA左右則電路基本正常，電流過大或過小(甚至為 0)都不正常，檢查電

38、路板上有無錯焊、虛焊、短路等現(xiàn)象，并及時予以排除。打開收音機(置于 FM段)，然后手持話筒，一邊對話筒講話一邊調收臺旋鈕(或選頻鍵)直到收音機中傳出自己的聲音為止。上述步驟分別在 80MHz、88MHz、98MHz、108MHz附近調試，這樣即使無線話筒發(fā)射頻率存在較大偏差，收音機也能夠收到。如果在整個頻段(即 80108MHZ)仍收不到自己的聲音則仔細撥動振蕩線圈 L1，撥動時只需拉開或縮小線圈每匝之間的距離，調整時應仔細。若調整線圈的松緊仍不奏效則應將電感 L1取下來增加一匝或者減少一匝(因電子元件參數(shù)的影響)，重新焊上后繼續(xù)上述調整。經過檢查，電路沒有出現(xiàn)焊接及元件的錯誤，我按照上面的調

39、試方式，通過改變電感 L1的長短，最后在 85.2MHz的位置能在收音機里面清楚的收到聲音。經過測試，在 20米內可以收到，滿足設計要求。5.3結果分析本次設計的重點是高頻振蕩部分，我采用電容三點式振蕩電路，簡單可靠，起振容易，但最后測試結果顯示頻率在 85MHz87MHz之間不停的抖動，頻率不穩(wěn)定，分析應該有以下的原因：PCB的布線不好，寄生參數(shù)大，缺少對頻率的控制手段；周圍環(huán)境干擾嚴重；元器件質量不好，電阻、電容的特性參數(shù)（比如溫度漂移）不理想。22 功率放大電路雖然達到我們的設計目標，但是抗干擾等功能仍然有影響，畢竟這是用較少的一些分立元件組成的一個高頻電路。通過調試發(fā)現(xiàn)天線距離選頻回路

40、越近時，收音機的接收效果越好。但是由于我的電路板已經焊接完畢，所以沒有做改變。經測試我還發(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，抗干擾能力能變強，頻率抖動不大。為此我們選擇了將天線與電源分在兩邊擺放。6設計總結本次論文我設計并制作了一款簡易的無線調頻話筒，通過對資料的查閱和老師的指導，我完成了電路的設計，并合適的選擇了電路，并通過仿真測試，確保了電路的準確，最終制作了 PCB電路板，且完成了實物的焊接組裝，并對實物進行了測試，在20m的范圍內能夠在 FM調頻話筒在 86MHz的頻率點上能收聽到清楚的聲音。本次畢業(yè)設計，不僅使我復習、鞏固和加深理解了大學時

41、期所學專業(yè)課程的理論知識，并使理論與實踐進一步結合，同時，也使理論知識更加系統(tǒng)化，實用化。在老師精心輔導的幫助下，我學到了很多知識，也順利的完成了這次論文的設計與實現(xiàn)。在此過程中，由于要廣泛的搜集資料，我查閱了多方文獻并訪問了很多專業(yè)網站，使我對國內外電子產業(yè)的發(fā)展趨勢以及一些比較前沿的學術領域有了進一步的了解，為以后的學習和工作提供了便利，指明了方向。同時，也提高了自己綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了自己刻苦鉆研、勇于攻堅的精神和認真負責、實事求是的科學態(tài)度，為今后走上工作崗位打下了堅實的基礎。23 參考文獻1劉泉.通信電子線路M.武漢：武漢理工大學出版社, 2002.2方維,高荔.電路

42、與電子學基礎M.北京：科學出版社, 2004.3徐國華.模擬及數(shù)字電子技術實驗教程M.北京：北京航空航天大學出版社, 2004.4周南生,張文敏.晶體管電路設計M.北京：科學出版社, 2004.5李祥臣，盧留生.模擬電子技術教程M.北京：北京清華大學出版社, 2005.6康華光，陳大欽.電子技術基礎-模擬部分M.武漢：華中理工大學出版社, 2004.7李永平，董欣.電路設計與實現(xiàn)M.北京：國防工業(yè)出版社, 2005.8方厚輝，謝勝暑.電子技術M.北京：中國水利水電出版社, 2005.9徐曉光.電子技術M.北京：機械工業(yè)出版社, 2004.10謝自美.電子線路設計實驗M武漢：華中科技大學出版社,

43、 2000.11鄒華躍.數(shù)字集成電路基礎學習參考R南京：南京大學出版社, 2001.24 致謝本篇論文是在張志榮老師的悉心指導下完成的。值此論文完成之際，特向導師致以誠摯的感激和無盡的敬意！在本文的完成過程中，始終得到物電學院實驗室老師的熱情幫助和指導。從論文選題到課題研究到論文完成，都有他們的一份辛勤汗水。在此謹向他們表示誠摯的謝意和感激之情。在課題研究中，得到了許多電信老師和同學的關心和幫助。與他們進行了多次有益的探討和學術交流，得到了許多啟發(fā)。對于他們的支持和幫助表示真誠的感謝。25 河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）題目審批表學院：_物理與機電工程學院_專業(yè)：_電子信息科學與技術_教師姓名張志榮職稱副教授學歷研究生擬選論文（設計）題目選題內容與要求：無線調頻話筒的設計與實現(xiàn)采用晶體管或集成電路設計完成一無線話筒。基本要求：1