高频电子线路期末论文-调频无线话筒.doc

高频电子线路高频电子线路期末论文论文题目：调频无线话筒学 院：电子工程年 级：2009级专 业：集成电路姓 名：学 号：指导教师： 2011 年 12月 15 日目录摘要2绪论22原理电路的设计42.1单元电路的设计42.1.1单元电路框图42.1.2具体电路选择62.2实际电路83 方案的分析与改进94 电路仿真115结论137参考文献14摘要对于整个录音音响系统中，第一个重要环节是话筒。话筒的重要性是人们时常谈论的话题。话筒的争论往往是最激烈而革命性的，从电子管到晶体管、从动圈到电容、从微型话筒到金话筒，还有值得珍藏的纪念版话筒等。话筒又分为有线话筒和无线话筒。调频无线话筒系统简单、成本低廉，但是采用传统制作方式做出的话筒音质不好且功能单一。市面上无线话筒产品的种类很多,高档的价格比较昂贵,低档的性能不太稳定。调频无线话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，最终由天线辐射。该设计具有电压低，受话灵敏，制作简易等特点，可应用于教学，无线广播，报警器，助听器，及各类声控设备中。1 绪论信息传输是人类社会生活的重要内容。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。直到19世纪电磁学的理论与实践已有坚实的基础后，人们开始寻求用电磁能量传送信息的方法。通信（Communication)作为电信（Telecommunication) 是从19世纪30年度开始的。面向21世纪的无线通信，无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用的发展更是一日千里。“高频电子线路”正是这些电路的基础学科。 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。2原理电路的设计2.1单元电路的设计2.1.1单元电路框图该电路涉及到的技术有：高频电容三点式振荡电路，功率放大器等。经过比较分析，确定调频发射电路的方框图如下：图2.1 单元电路框图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高，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=U0/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*(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。高频功率放大器晶体管的工作状态有截止、导通和饱和三种状态。在晶体管不具备工作条件时，它处截止状态，内阻很大，各极电流几乎为0。当晶体管的发射结加下合适的正向偏置电压、集电结加上反向偏置电压时，晶体管导通，其内阻变小，各电极均有工作电流产生（IE=IB+IC）。适当增大其发射结的正向偏置电压、使基极电流IB增大时，集电极电流IC和发射极电流IE也会随之增大。当晶体管发射结的正向偏置电压增大至一定值（硅管等于或略高于0.7V，锗管等于或略高于0.3V0时，晶体管将从导通放大状态进入饱和状态，此时集电极电流IC将处于较大的恒定状态，且已不受基极电流IB控制。晶体管的导通内阻很小，集电极与发射极之间的电压低于发射结电压，集电结也由反偏状态变为正偏状态。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。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。2.1.2具体电路选择1话筒MIC：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。图2.22高频振荡调制电路：该部分由晶体管VT2、电阻R5电感L1电容C4、C5、C6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。该回路具有选频作用，其频率由公式计算得出：f = 1/ 2*(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。 图2.3 高频振荡调制电路及缓冲级3功率放大电路：电路由R7、VT3、C8、L2、C9、R8组成，该部分电路为自偏压电路，无需给b极加偏置电压，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。 图2.4 功率放大电路及天线 4 天线对于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2（为了在天线上产生驻波）。如果载波频率为80MHz，那么波长为：式中，c是电波的速度（光速）。所以天线的长度为1.9m。但是，这个电路中如果接1.9m的天线的话，会发射很强的电波，有可能超出电波法所规定的范围。所以把天线的长度限制在30cm的程度。2.2实际电路综合以上分析，绘出实际电路原理图图2.5设计原理图3 方案的分析与改进图3.1 改进后的原理图图2.5中，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、C6组成一个电容三点式的振荡器，由三极管VT2 9018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。对比图3.1可以发现，其一是去掉了用作缓冲级的设计跟随器部分，原因是图一中的缓冲器似乎没有起到相关的作用，在虽然在仿真过程中看到了效果，但实际并没有较好的改善；其二是在天线之前加装了第三个电感L3，与C12构成了串联回路，增进了天线发射效果；其三是在MIC旁用一个电位器替换了原有的偏置电阻，让其值大小可调。如图3.1，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。4 电路仿真通过使用NI Multisim软件得到如下仿真结果。图4.1 输入信号这里用函数信号发生器代替信号源及麦克风。添加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。图4.2 信号经过低频放大器后的波形仿真结果如图4.2，由于某些原因，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。5结论通过设计调频无线话筒的设计，让我更深刻的理解了高频电子线路中对电路原理图的分析方法。通过不断的查阅资料和网上搜索资料让我更深刻理解了高频电子电路中所讲的调制解调电路。虽然书本上的电路在实际上是不能直接应用的，但是这些都是电路的主干，只要添加些辅助电路就能实现真正所需要设计的电路。通过设计无线话筒使我了解到，不管什么高频电子器件，都离不开接收信号，即调制信号；发射信号，即解调信号这两大方面。只要先把调制电路和解调电路确定出来，接下来的设计就容易多了。在此次论文中，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，再到参数调节，可以说每一步都很艰难，但每一步都让我真正掌握了所学到的知识并运用到实际设计中去。通过写高频电子线路论文，我增强了通信电子技术的理解，学会查寻资料比较方案，学会通信电路的设计计算；进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强了实践能力。 7参考文献1.刘泉 主编 通信电子线路武汉：武汉理工大学出版社 20022.方维，高荔 主编 电路与电子学基础北京：科学出版社 20043.徐国华主编 模拟及数字电子技术实验教程 北京：北京航空航天大学出版社 20044.周南生，张文敏编 晶体管电路设计 北京：科学出版社 20045.李祥臣，卢留生编 模拟电子技术教程 北京：北京清华大学出版社20056.康华光，陈大钦编 电子技术基础-模拟部分 武汉：华中理工大学出版社20047.Andrea Goldsmith, Wireless Communications, Cambridge University Press, 20058.David Tse, Pramod Viswanath，Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge University Press, 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