通信系统课程设计报告无线话筒.doc

通信系统课程设计报告

------无线话筒

目 录

1 绪论
1.1无线话筒简介
1.2 开发软件介绍
2 设计需求及应用分析
3 设计方案及工作原理
3.1 设计方案
3.2 工作原理
4 电路各模块功能介绍及参数的拟定
4.1 音频收集模块
4.2 音频放大模块
4.3 载波振荡模块
4.4 发射模块
5 电路的仿真与调试
5.1 电路的仿真与调试
5.2 误差分析
6 设计心得体会
附录

1 绪论
1.1 无线话筒简介
无线话筒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收音机接受到该高频信号，并从该高频信号还原出声音信号，从而实现各种功能。

1.2 开发环境介绍
软件：Protel 99 SE
通用电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）已成为时代潮流，EDA的设计思想因此普及。Protel设计系统是一套建立于IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统；Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入Windows环境的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，以高度的集成性与扩展性著称于世。Protel公司2023年推出的具有PDM功能的EDA综合设计环境Protel 99 SE，是基于Windows 98/200/NT/XP环境的电路原理图辅助设计与绘制软件，是具有原理图设计、PCB电路板设计、层次原理图设计、报表制作、电路仿真及逻辑器件设计等功能，是电子设计的有用软件之一。

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，合用于板级的模拟/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进一步的SPICE技术就可以不久地进行捕获、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毕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、简朴的PCB板设计、简朴的单片机仿真。

2 设计需求及应用分析
无线话筒用途：
1、 无线话筒： 用户在唱歌、发言或者表演时可以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，大大的增长了听课人数。
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奇性，会收到比普通话筒好的广告效果。
4、 无线助听器： 具有比较好的隐蔽性和安全性，可在远处用收音机耳机收听。
5、 无线抱警器： 实现一定距离的无人值守。例如可以在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。
6、 无线电子门铃：由于可无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还可以改装成无线对讲机。
7、 无线电子乐器： 将口琴、二胡、吉它等乐器声音用收音机接受，或用功放扩大播出，可更好欣赏音乐。
8、 电子助听器： 通过调节收音机或者话筒的音量，将声音放大后再送入耳机，可以有效的改善老人听力。
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、告知等，用收音机听。
11、电视伴音转发器：看电视时用耳机听可不影响别人睡觉，但受耳机线长控制.本装置则可以不受此限制。
3 设计方案及工作原理
3.1 设计方案
设计制作无限话筒的方案很多。这里的无线话筒就相称于一个无线调频发射机。它重要涉及音频收集，音频放大，载波振荡，调制电路，尚有天线发射几部分。其发射信号频率在87~108MHz范围内，这正是调频收音机接受的范围。该调频范围调频台很少，可大大避免电台的互相干扰，同时该频段外界其他干扰也较少，还可以直接用调频收音机作为接受机，以方便制作。以下是设计总框图。

载波振荡
音频收集
音频放大

图3.1 原理框图

3.2 工作原理
图3.2为调频无线话筒的具体原理图，该调频话筒，具有使用电压低、受话灵敏、制作简易的特点，能拾取距话筒0.5m以外的轻微发言声；有效距离10m左右，可用作电话教学的无线话筒等。

图3.2 调频无线话筒电路原理图

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 电路各模块功能介绍及参数的拟定
4.1 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。
此外，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因素。

图4.1音频收集模块

4.2 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。由于在自然环境中，由于诸多因素，所收集到的声音（即音频信号）都通过了很多的干扰，因此其所携带的能量都是很薄弱的，为了使其可以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成相关匹配。
另一方面，这个无线话筒也是一个调频发射机，发出的信号又要通过大自然的无数干扰才会得到接受，若原始信号的能量就不够强烈，那么接受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足放大，达成相应规定之后，再发射出去。接受端才可以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用的是基本的三极管甲类的放大。R2=80KΩ是VT1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，达成最佳的放大效果。电阻R3=1.3KΩ，其作用是稳定三极管的工作状态.

图4.2音频放大模块

4.3 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，相应的波长范围是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。
基于这样的理论基础，我设计的是高频三极管VT2与C3、C4、C5所构成的一个电容三点式振荡器。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。
发射的频率就是这个本振的频率，则我们选择一个标称的12pF的电容，其频率是
f=1/2π （4-1）
尚有根据选定的频率代入上式可以得到电感是
L=0.22μH （4-2）
在最后的制作中绕制了一个D=2mm，d=0.5mm，N=8，H=0.22μH的电感。
其中D------线圈直径 N------线圈匝数 d-----线径

图4.3 载波振荡模块

4.4 发射模块
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C7耦合到天线上再发射出去。

图4.4 发射模块

5 电路的仿真与调试
5.1 电路的仿真与调试
原理图拟定下来后，接下来进行仿真。在本次设计中我用Multisim软件进行仿真。下面是仿真图：

图5.1 电路仿真图

仿真结果如下：

图5.2 信号源波形图

图5.3 发射端输出波形图

通过改变电感L的值，观测输出波形，直至最佳。

图5.4 调试后的波形

5.2 误差分析
本设计中由于参数设计有不完美的地方，导致最终结果与抱负情况有不小的差距，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，争取误差达成最小。此外，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。

也许出现的故障分析：
故障：传播距离不远：重要是信号不是很清楚
解决：加长天线，使用拉伸式天线调整线圈的匝数

6 心得体会
在这次通信系统课程设计中，我们秉着学以致用的原则，运用高频知识设计了无线高频话筒。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，通过这次课程设计不仅加深我们了们对电子电路的结识，并且还及时、真正的做到了学以致用。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次课程设计，我们才真正意识到我们只有通过勤奋的努力，才可以真正体会到科技带给人类的幸福。
在整个电路课程设计过程中，我们小组不断地对所碰到的问题进行多次讨论，这让我们真正体会到团队的力量所在，团队学习的高效率性让我们彻底明白人终究不是孤立的，团队精神是伟大的。
历时这三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，本来也是如此这般的努力才可以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可以如此快捷方便；没有了这一切，我们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？并且通过了这次课程设计，我们才了解到我们所学的只是本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，而并不是我们原先所想象的那样遥不可及，总是仿佛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，我们才知道了这一切。我们才会，并有这样的动力将我们所学的知识来赋予实践。

附录 元件清单
元件
参数
数量
电容C1
1uF
1个
电容C2
1uF
1个
电容C3
1000pF
1个
电容C4
12pF
1个
电容C5
12pF
1个
电容C6
20pF
1个
电容C7
10pF
1个
电阻R1
10K
1个
电阻R2
80K
1个
电阻R3
13K
1个
电阻R4
15K
1个
电阻R5
82Ω
1个
漆包线（制作L1）
1m
1m
三极管
9013
1个
三极管
9018
1个
开关
SW SPST
1个
发射天线
15-25cm
1个
驻极体
1个
1个