高频无线话筒课程设计报告

计算机与信息工程系
《高频电子线路》课程设计报告
专业通信工程
班级
学号
姓名
完成日期2013- 12 - 20
指导教师王帆
目录
一、任务及要求 (1)
1.1 设计任务 (1)
1.2 设计要求 (1)
二、设计原理 (1)
三、系统设计 (2)
3.1 系统原理图 (2)
四、各模块设计 (3)
4.1 电源及控制 (3)
4.2 音频收集 (4)
4.3 音频放大 (4)
4.4 频率调制 (5)
4.5 工作状态显示与选择 (6)
五、元件清单 (7)
六、系统调试与性能分析 (8)
6.1 仿真波形 (8)
6.2 电路焊接 (9)
6.3 调试 (9)
6.4 遇到的问题和解决方法 (10)
七、设计结果 (10)
八、实习总结 (12)
九、参考文献 (12)
一、任务及要求
1.1 设计任务
（1）了解无线调频话筒的构成，并设计一小功率调频无线话筒。

（2）能够独立搭接电路、掌握调试技术。

（3）理解和掌握无线调频话筒的主要技术指标和测试方法。

（4）增强对课本理论知识的理解，并提升到实践制作当中，做到了学以致用。

1.2 设计要求
（1）使用万用板设计并且独立焊接电路。

（2）调试电路使发射频率在88MHz-108MHz之间。

（3）可以使用普通调频收音机接收清晰的音频信号。

二、设计原理
系统原理图如图1所示。

高频三极管V1和电容L、C5、C6组成一个电容三点式的高频振荡器振荡器。

三极管集电极的负载C4、L组成一个谐振器，谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元件的参数发射频率可以在88～108MHz之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。

发射信号通过C7耦合到天线上再发射出去。

R4是V1的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使V1工作在放大区，R5是直流反馈电阻，起到稳定三极管工作点的作用。

这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。

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R3可以提
供一定的直流偏压，R3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C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极，电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V，如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。

CK是外部信号输出插座，可以将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源通过专用的连接线引入调频发射机，外部声音信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。

所以这个套件不但可以做一个无线话筒，而且还可以做一个电视机无线耳机使用。

电路中发光二极管D3用来指示工作状态，当调频话筒得电工作时就会点亮，R6是发光二极管的限流电阻。

C8、C9是电源滤波电容，因为大电容一般采用卷绕工艺制作的，所以等效电感比较大，并联一个小电容C8可以使电源的高频内阻降低，这个电路非常常见。

电路中K1和K2其实是一个开关，它有三个不同的位置，拨到最左边时断开电源，最右边是K1、K2接通做调频话筒使用，中间位置是K1接通,K2断开，做无线转发器使用，因为做无线转发器使用是话筒不起作用，但是话筒会消耗一定的静态电流，所以断开K2可以降低耗电、延长电池的寿命。

三、系统设计
3.1 系统原理图
无线话筒相当于一个无线调频发射机。

它主要包括音频收集，音频放大，载波振荡，调制电路，还有天线发射几部分。

电路如下图所示。

图1 系统原理图
四、各模块设计
4.1 电源及控制
电源选用两节干电池，为了在不使用的时候节省电能，使用了一个开关，为了在打开开关的时候让使用者知道电路已经接通使用红色LED指示灯指示。

图2 电源及控制
4.2 音频收集
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R3可以提供一定的直流偏压，R3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C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极，电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V，如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。

图3 音频收集
4.3 音频放大
因为在自然环境中，由于诸多因素，所收集到的声音（即音频信号）都经过了很多的干扰，因此其所携带的能量都是很微弱的，为了使其能够正常的进入调制模块来与本振进行调制，需要将其音频信号来进行适当的放大来达到相关匹配。

另一方面，这个无线话筒也是一个调频发射机，发出的信号又要经过大自然的无数干扰才会得到接收，若原始信号的能量就不够强烈，那么接收端的信号就无从谈起了。

所以只有对其原始的音频信号进行充分放大，达到相应要求之后，再发射出去。

接收端才能够正常进行解调恢复原始的音频信号。

这里的音频放大模块采取的是基本的三极管甲类的放大。

R4=27kΩ是三极管的基极偏置电阻，给三极管提供电流，使其三极管始终工作在甲类无失真的放大状态，达到最好的放大效果。

R5=10OΩ是直流反馈电阻，是稳定三极管的工作状态。

这个模块是对所收集到的音频信号进行无失真地放大，为下面的调制做准备。

图4 音频收集放大
4.4 频率调制
CK是外部信号输出插座，可以将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源通过专用的连接线引入调频发射机，外部声音信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。

所以这个套件不但可以做一个无线话筒，而且还可以做一个电视机无线耳机使用。

图5 外部声音限幅部分
一个调频信号发射机，载波振荡模块更是必不可少的。

通过天线发射的信号需要与天线匹配，即天线的长度要大于信号波长的四分之一。

而音频信号的频带是20Hz至20kHz，对应的波长范围是15至15000km。

制造出这样的天线是不合适的，所以我们需要一个高频载波来将我们的音频信息“装载”上去，再进行发送。

基于这样的理论基础，此次设计的是高频三极管与C3、C5、C6所构成的一个电容三点式振荡器。

通过调整L 的数值可以方便地改变发射频率。

电路如下图所示。

图6 三极管频率调制
工作将已放大的音频相关信号和载波振荡产生的高频载波信号叠加，发射信号通过C7耦合到天线上再发射出去。

这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音信号大小发生同步的变化，同时使三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。

4.5 工作状态显示与选择
电路中发光二极管D3用来指示工作状态，当调频话筒得电工作时就会点亮，R6是发光二极管的限流电阻。

C8、C9是电源滤波电容，因为大电感一般采用卷绕工艺制作的，所以等效电感比较大，并联一个小电容C8可以使电源的高频内阻降低，这个电路非常常见。

电路中K1和K2其实是一个多段开关，它有三个不同的位置，拨到最左边时断开电源，最右边是K1、K2接通做调频话筒使用，中间位置是K1接通,K2断开，做无线转发器使用，因为做无线转发器使用是话筒不起作用，但是话筒会消耗一定的静态电流，所以断开K2可以降低耗电、延长电池的寿命。

五、元件清单
电路焊接所需器件如下表所示。

表1 器件清单
六、系统调试与性能分析
6.1 仿真波形
通过EWB进行虚拟电路仿真，原理图绘制如下图所示。

图7 仿真电路图仿真输出波形如下图所示。

图8 仿真波形图
6.2 电路焊接
首先所有零件放在工作桌上，逐个零件分清楚其数值，然后分类按次序排列好，这样作比较有条理，避免焊错零件。

现在依照指示的零件安放位置焊接底板，先从电阻开始、跟着电容、晶体管、线圈和话简，电阻直立于底板上，但保持高度至最少限度。

晶休管之管脚应尽插入底板，以至管的高度没有突出。

最后调整频率的时候，通过将线圈前后压缩或者拉长，以改变输出频率。

电路板设计与原件焊接中应当注意几点：尽量按照试验原理图进行布线，这样在进行电路检查时更方便。

电感周围的线尽量与电感垂直，当电路线与电感平行时会影响电感值。

电感底下不走线，走线影响电感值。

布线时尽量减少跳线。

原件先焊接高度较小的电阻，以免焊接时由于已焊接原件过高而影响操作。

布线应当尽量做到美观大方。

6.3 调试
完成电路板的焊接之后，对电路板进行检查确保电路没有短路，电容没有焊接反方能上电调试。

第一步：电源的调试，确保电容的正负没有接反后上电，然后用万用表的电压档测量VCC的电压大概为±3V，说明话筒电源正常；接下来继续音源输入电路和音源前置放大电路的供电的电源，测量三极管Q1的集电极的电压，电压为+12V左右，说明此部分供电电压正常。

第二步：在测量该话筒电路的电源部分是正常的之后，然后，将接收端的调频收音机的频率调至60-100MHZ左右，注意将天线的长度调到最长的位置，同时将调频收音机的音量旋钮调至能够使人耳听的清楚，以便能够清楚的听到话筒发射出来的信号。

第三步：在话筒接好电源的情况下，将话筒的天线拉到最长，以便容易接收，在离开调频收音机5M以外的地方，用人的声音对准话筒说话，看看调频收音机的声音有无变化，如果无变化，则可以调节话筒的电感线圈的疏密度，看看调频收音机能否收到话筒的声音。

如果调频收音机还是收不到话筒的声音，那就仔细调节调频收音机的频率，一直到调频收音机能够接收到话筒的声音为止。

6.4 遇到的问题和解决方法
电路调试过程中可能遇到的问题：
由于电路由分立元件组成，且电感线圈为手动绕制，抗干扰能力有限，在发射信号时跑频很严重，这主要是在有导体接近线圈的时候线圈的感抗容易变化。

电路的发射距离比较近。

如果电感工作在高频率的情况下,人体靠近电感,由于人体是导体,无疑是给这个高频做了一个旁路的作用,这样的话,高频信号从人体通过,然后流向电感的另一侧,感觉就象是电感直通了一样.所以会对电路工作产生影响。

解决的方法：
仔细调节可调电感，使得谐振频率与天线达到匹配，从而提高天线发射效率，再仔细调节收音机接收信号。

电路工作时最好不要用手触碰到电路，也不要把其他导体或设备（如手机、无线路由等）放在电路旁边，防止产生干扰。

另外由于话筒的灵敏度有限，可能导致信号无法输入，所以我们在电路上加入信号输入端，即直接将电流形式的型号加在输入端，确保信号的输入。

七、设计结果
把FM收音机的电源打开，音量调节到适中，将频率调在88MHz～108MHz左右无电台的地方。

给无线调频话筒电路板通上电源，发光二极管发光，用手机播放器对准话筒低音量播放音乐，对准收音机，调节频段直到收音机收到该音乐。

再慢慢移开话筒和收音机距离，同时适当调节收音机的音量、调谐旋钮，直到声音最清晰、距离又最远为止。

在频段为96.4MHz的时候效果最好。

实际焊接的电路图8图9所示。

图9 焊接实物图正面图10焊接图实物背面
八、实习总结
再短短的时间里我学会了高频电子线路设计的一些基本知识虽然时间短暂但是我还是充分利用，从中学到了不少知识在实践课中我学到了我们课本中不曾有的东西实践课对我们歇息理论课有很大的帮助单元电路的每一部分都经过严格的考虑，比较了很多类似的电路也查阅了很多参考书。

在以往的学习中我总对课本的一些知识不是很了解但是通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

书到用处方恨少这次课设让我认识到了自己的不足之处在以后的学习中我会更加努力地学习课本的只是把理论和时间结合起来只是单纯的学习课本里论会比较吃力一些。

如果结合一些实验的话就会理解起来像对轻松一些
在焊接的过程中，虽然遇到了很多问题，但最终都在队友的配合和老师的指导下得以解决。

解决问题的过程中不仅学到了很多书本上难以理解的问题，也明白一个道理：团队的力量大于个人能力。

实习中队友无比激情地去面对每个需要解决的问题，每一个焊点都会认真对待，经过深思熟虑、团队讨论之后得出最好的解决方案，完成焊接测试的任务。

这次课程知识与实际实践的结合，使自己对高频电子技术的实际应用有了更深刻的理解。

通过这次课程设计，自己的电路分析能力和焊接能力都有所提高。

这次的课设让我人是到了自己的不足，同时也提高了自己的实践能力，在今后的学习中自己要锻炼自己的实践能力让理论和实践啊很好的结合起来。

九、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 2002
[2].方维，高荔主编《电路与电子学基础》北京：科学出版社 2004
[3].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2004
[4].周南生，张文敏编《晶体管电路设计》北京：科学出版社 2004
[5].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2005
[6].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2004
[7].李永平，董欣，刘媛编《电路设计与实现》北京：国防工业出版社 2005。