调频无线话筒

1 无线话筒简介
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（咪头）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。

无线话筒用途：
1、无线话筒：用户在唱歌、讲话或者表演时可以360度的任意转动和移动，不会有电线
绊脚、扯后腿。

2、无线广播：老师在讲课时进行现场转播，可以无数学生用收音机收叫讲课，大大的增
加了听课人数。

3、无线叫卖器：在街上推销商品时，用无线话筒叫卖具有一定新颖性，会收到比普通话
筒好的广告效果
4、无线抱警器：实现一定距离的无人值守。

例如在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报
警器的作用。

5、无线电子门铃：由于可以无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还改装
成无线对讲机。

8、声控小彩灯：将大功率功放输出端的音箱改接成瓦数相当的6V、12V汽车电灯泡，调
节音量合造位置
9、读书记忆增强器：和助听器类似，将话筒对准自己，听自己的读书声来排除外界干扰，
起集中注意力作用。

10、小型广播电台：适合学校、工厂等单位自行举办各种节目，可以播放音乐、新闻、通
知等，用收音机听。

11、电视伴音转发器：看电视时用耳机听可以不影响别人睡觉，但受耳机线长控制。

本装
置则可以不受此限制。

2 电子设计软件的介绍
2.1 Protel DXP综述
Protel DXP是桌面板级设计系统。

它第一个将所有设计工具集于一身，可完成从电路原理图到最终的印制电路板（PCB）设计全部过程。

用户从最初项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现，从而真正享受方便、快捷、形象的设计自动化，并从繁琐的电路设计中解脱出来。

Protel DXP将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。

Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合。

Protel DXP 2004由多个模块组成的系统工具，分别是SCH （原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。

Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台，并且具备所有当今先进的设计特点，同时还提供网络管理平台，从而使用户能够在网络环境下进行电子线路设计，与其他用户共享设计库资源及元件库资源等，是一个真正的客户/服务器电路设计系统。

Protel DXP的特点
1.集成设计管理系统：使用了智能管理技术，允许多个设计者通过网络安全地为同一工程工作。

通过集成的设计管理系统，可以方便地管理用户，设置访问权限等
2.整合式的元件与元件库：在Protel DXP 2004中采用整合式的元件,在一个元件里连结了元件符号(Symbol)、元件包装(Footprint)、SPICE元件模型(电路仿真所使用的)、SI 元件模型(电路板信号分析所使用的)。

3.版本控制：可直接由Protel设计管理器转换到其他设计系统，这样设计者可方便地将Protel DXP 2004中的设计与其他软件共享。

如可以输入和输出DXP、DWG格式文件，实现和Auto CAD等软件的数据交换，也可以输出格式为Hyperlynx的文件，用于板级信号仿真。

4.多重组态的设计：Protel DXP 2004支持单一设计多重组态。

对于同一个设计文件可
指定要使用其中的某些元件或不使用其中的某些元件，然后产生网络表等文件。

5.重复式设计：Protel DXP 2004提供重复式设计，类似重复层次式电路设计，只要设计其中一部分电路图，即可以多次使用该电路图，就象有很多相同电路图一样。

这项功能也支持电路板设计，包括由电路板反标注到电路图。

6.新的文件管理模式：Protel DXP 2004提供三种文件管理模式。

可将各文件存入入单一数据库文件，即Protel 99SE的ddb，也可以存为Windows文件，即一般的分离文件，而不需要数据库管理系统(ODBC)，就可以存取该文件，此外新增了一个混合模式，也就是在数据库外存为独立的Windows文件。

7.多屏幕显示模式：对于同一个文件，设计者可打开多个窗口在不同的屏幕上显示。

8.设计整合：Protel DXP 2004强化了Schematic和PCB板的双向同步设计功能。

9.超强的比较功能：Protel DXP 2004新增了超强的比较功能，能对两个相同格式的文件进行比较，以得到其版本的差异性，也可以对不同格式的文件进行比较，例如电路板文件与网络报表文件等。

10.强化的变更设计功能：在Protel DXP 2004中，进行比较后，所产生的报表文件可作为变更设计的依据，让设计完全同步。

11.可定义电路板设计规则：在原理图设计时，定义电路板设计规则是非常实际的。

虽在先前版本的Schematic中就已提供定义电路板的功能，可是都没有实际的作用。

而在Protel DXP中落实了这项功能，让用户能在画电路图时就定义设计规则。

12.强化设计验证：在Protel DXP 2004中强化了设计验证的功能，让电路图与电路板之间的转换更准确，同时对交互参考的操作也更容易。

13.设计者可定义元件与参数：Protel DXP 2004提供了无限制的设计者定义元件及元件引脚参数，所定义的参数能存入元件及原理图里。

14.尺寸线工具：Protel DXP 2004提供了一组超强的画尺寸线工具，在移动时会自动修正尺寸，这对于PCB中一些层的定义有很大的帮助。

15.改善加强板层分割功能：Protel DXP 2004提供了加强的板层分割功能，对于板层的分割自动以不同颜色来表示，让设计者更容易辨别与管理。

16.加强焊点堆栈的定义：Protel DXP 2004板增强了焊点堆栈的定义与管理，设计者可以存储所定义的焊点堆栈以供日后再使用。

17.改良焊点连接线：Protel DXP 2004提供自动修剪焊点连接线的功能，使自动布线
后焊点连接更恰当。

18.波形资料的输出与输入在Protel DXP 2004中可将仿真波形上各种资料输出为电子表格格式，以供其他程序的使用，也可以输入其他程序所产生的波形资料。

19.加强绘图功能：Protel DXP 2004增强了波形窗口的绘图功能，例如放置标题栏、标记画线等，同时Windows的编辑功能在此也可以应用。

20.不同波形的重叠：设计者可以将不同的波形放置在一起，也可以同时使用多个不同的Y轴坐标。

21.直接在电路板里分析：设计者可以直接在PCB编辑器里进行信号分析，这样信号分析更加方便。

22.强化模型整合：在Protel DXP 2004中提供了高速整合的元件，元件包括信号分析的模型（SI Model），设计者不必再为元件问题而烦恼了。

2.2 软件：Multisim
Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT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，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

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。

这次设计中我主要运用multisim仿真，还有运用protel设计电路。

3 设计原理及电路分析
3.1设计原理框图
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。

图1 设计原理框图
话筒先将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。

说明：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采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的偏压才能工作。

电路特点：
1．调制采用直接调频法，三极管选用C9018，频率稳定。

2．采用驻极体电容式话筒。

该话筒中含有一只场效应管组成射随器，灵敏度高，频响宽，不加音频放大器即可得到幅度适当的调制电压。

3．有各类调整元件，调试方便。

电阻可以麦克风音量大小,可变电容能调节中心频率，电感线圈L也可调节频率。

3.2电路原理图及说明
原理图如下图2所示
图2调频无线话筒电路原理图
晶体管T1和其周围的电路构成高频振荡器，振荡频率由L、C4、C5、T1的结电容决定。

加至T1管基极的音频信号电压，会使c-b结电容随它变化，从而实现调频。

C4可改变中心频率的选择(88--108MHz)。

T1输出调频信号，通过C7耦合到T2管的基极，经过T2管放大后从天线辐射出去。

T2管构成高频放大器，还有缓冲作用，隔离了天线对高频振荡器的影响，使振荡频率更加稳定。

3.3 protel原理图设计
按设计原理图进行电路原理图的绘制，如图3示。

图3 protel原理图设计
外界声波通过话筒MIC转变为音频电压信号，经C1耦合至由VT1组成的微音放大电路放大后，经C2加至电容三点式高频振荡器振荡管VT2基极，使其c-b结电容变化，振荡频率随之变化，实现频率调制。

调制后的高频信号经C7耦合到发射天线ANT，并向外辐射。

L1、C4为调谐回路，改变L1的匝数与间距可改变工作频率。

MIC选用小型驻极体话筒。

三极管VT1用β>60的超高频管，如9018、3DG56、3DG80等、C1、C2为电解电容，其余为高频瓷介电容。

电阻均为1/8碳膜电阻。

L1用0.4~0.6mm 漆包线在圆珠笔芯上绕7~8圈脱胎而成。

ANT采用0.5m长的软铜线作尾拖天线。

4 单元电路设计及参数确定
4.1单元电路设计
4.1.1音频收集模块
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MIC，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。

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。

另外，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。

图4 音频收集模块
4.1.2 音频放大模块
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。

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。

R2=10kΩ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。

R1=30OΩ是直流反馈电阻，是稳定三极管的工作状态。

图5 音频放大模块
4.1.3载波振荡模块
一个调频信号发射机，载波振荡（即俗称本振）模块更是必不可少的。

根据电磁场理论可以知道，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。

制造出巨大的天线是不合适的，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。

图6 载波振荡模块
4.1.4直接调制模块
将已经放大的音频相关信号和载波振荡产生的高频载波信号进行叠加，发射信号通过C4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。

图7 发射模块
4.2 元件参数的确定
4.2.1计算制作电感
元件参数的选择最主要是LC选频网络的选择。

选择发射频率为100MHz，根据公式
来计算所需电感。

.
4.2.2三极管的选择
由于发射频率是100Mhz左右，因此选用超高频小功率三极管C9018,
C9018 结构：NPN
集电极-发射极电压15V
集电极-基电压30V
射极-基极电压5V
集电极电流0.05A
耗散功率0.4W
结温150℃
特怔频率平均620MHZ
4.2.3其他元件的选择
普通驻极体话筒输出阻抗为2KΩ,音频信号范围在20-20000Hz范围内，人声音频率范围在300-1000Hz。

容抗公式：Zc=1/(2πfc)，那么电容范围在0.265uF-0.079uf,因此C1选择0.1Uf，即瓷片电容104。

电源电压为两节普通干电池，E=3V。

5 电路的仿真与调试
原理图确定下来后，接下来进行仿真。

在本次设计中我用Multisim软件进行仿真。

是仿真图：
图8 电路仿真图
仿真结果如下所示：
图9 信号源波形图
图10 发射端输出波形图
通过改变电感L的值，观察输出波形，直至最佳。

图11 调试后的波形
分析：
本设计中由于参数设计有不完美的地方，导致最终结果与理想情况有不小的差距，我们应当通过不断调式来减小误差，在以后的设计中要认真选好各元件的参数，争取误差达到最小。

另外，在计算的时候很多数据都是取的近似值，这样也对结果产生了很大的影响。

6 实物制作与调试
按照实验电路图焊接电路后，根据下述方法调试。

（1）找谐振点。

将天线接至示波器，电路通电后可观察到有正弦波。

该正弦波是由T1管振荡，作为载波。

调整变电容C4，使得波形有最大幅值。

并记下谐振频率。

（2）调频。

将收音机调至谐振频率。

并通过mic测试发射机，进行频率细调，使收音机接受到声音最清晰。

测试得谐振频率为104MHz。

（3）发射机工作距离的测量。

将发射机固定在一段，并不停讲话。

收音机不断远离发射机，直到听到的声音模糊不清。

测量此时发射机和收音机之间的距离。

测量距离得发射机工作距离为30m。

高频示波器输出波形及频率所得图如下：
图12 高频示波器输出波形及频率
总结：
此次设计的实物用到的元件比较少，基本都买到了所需元件，所以在焊的时候没有遇到太大的问题，只是在绕制电感时有些麻烦。

实物制作完后测试了一下，可以达到了6-9米接受的距离，频率104.1 MHz。

由于这次电路选择比较简单，有这样的效果我已经很满意了。

但是由于时间的关系我也没能好好的改进。

相信在以后的设计中我会设计出更好的电路，会设计出声音更加清晰，接受距离更远的调频无线话筒。

7 课程设计心得与体会
本学期我们开设了《通信电子线路》课，这门学科属于电子电路范畴，与我们的专业有着密切的联系，且是理论方面的指示。

正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。

”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期在电路刚学完之际，紧接着来一次《高频电子线路》课程设计是很及时、很必要的。

这样不仅能加深我们对电子电路的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。

在整个电路课程设计过程中，我们不断地在遇到问题和解决问题之中盘旋。

例如在硬件制作，电路板的焊接上慢慢元件连接起来的时候，手里握着电焊铁，直冒青烟，心里还是很紧张的，但是看着自己的元件一个个连接了起来，自己的心里面像吃了蜜一样的甜。

通过这次实践，通过组装、调试制作套件使我们快速步入电子设计的大门。

制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，在电脑上调试考验了我们的操作水平，而焊功更考验了我们的动手能力。

焊盘很小，焊时可能会出现虚焊甚至可能造成焊盘铜片脱落的后果。

焊功不好还有可能影响整个电路的稳定性，可能造成中心频率不稳定，部分技术指标难以达标。

历时这一个星期的课程设计即将在这次的答辩中画上圆满的句号。

回头看看，不禁感慨众多，没有想到我们的科学家，哪怕是我们身边的老师，原来也是如此这般的努力才能够换来今天的幸福生活；离不开你们这些辛勤的工作者，我们的身边这一切才能够如此快捷方便；没有了这一切，我不敢想象社会会如何发展，难道是倒退到那种封建社会，还是奴隶时代？并且通过了这次模拟电子电路课程设计，我才了解到我们所学的只是原来是如此地贴近我们，其实他们就在我们身边，就在我们身边或大或小的地方，甚至是我们不能发现的地方，而并不是我原先所想象的那样遥不可及，总是好像在那种大房子里面的大机器才会用到这些东西，感觉那些是科学家做的事情，对于我们来说是天方夜谭。

而如今，我才知道了这一切。

我才会，并有这样的动力将我所学的知识来赋予实践。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
参考文献
[1]刘泉《通信电子线路》武汉理工大学出版社2005
[2]杨霓清《高频电子线路实验及综合设计》机械工业出版社2007
[3]高吉祥《高频电子线路》电子工业出版社2007
[4]于海勋《高频电路实验与仿真》科学出版社2006
[5]宋树祥《高频电子线路》北京大学出版社2007
[6]李银花《电子线路设计指导》航空航天大学出版社2005
附录。