无线双工对讲机.doc

摘要
本次设计的无线双工对讲机巧妙地利用了自锁开关单刀双掷的构造原理，实现了两人之间的半双工对话，发信采用单管LC高频振荡器，收信采用超再生接收方式。整个电路主要由直流稳压电源（9V）模块、高频功率放大模块、信号调制模块、信号解调模块、低频功率放大模块构成。整个电路简洁、性价比高，具有一定的实用效果。
关键字：无线双工对讲机 LC高频振荡器 超再生接收 高频功率放大

引言：
无线双工对讲机在实际生活中有着广泛的应用，其优点在于不用外界收发系统的协助，小范围内实现两人对话。在本次设计任务中，利用单管LC高频振荡器和超再生接收电路，实现了两人之间的半双工通话。
设计要求：
1.采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路；
2.实现半双工通话（话筒和扬声器分开，且开机后处于守听状态）；
3.电源电压+9V,工作可靠，效果良好；
经过测试之后，指标完全达到要求 。
整体模块框图，如下图（1）所示

图（1）
二、总体方案设计
2.1 设计思路
本次设计任务的重点及难点在于信号的调制、检波和高频功率放大，所以我们主要围绕这三点展开。对于调制模块，我们采用单管LC高频振荡器产生载波；对于检波模块，我们采用超再生接收电路；对于高频放大模块，我们采用高频功率管2SC2668典型功率放大电路。整体电路图见附录（1）
2.2单元模块方案论证与比较
2.2.1 发送模块
方案一：电感三点式振荡器电感三点式振荡器，其原理电路如图（2）所示，
图（2） 图（3）

图中L1、L2、C组成谐振回路,L2兼作反馈网络,通过耦合电容Cb将L2上反馈电压送到三极管的基极。由图（3）交流通路看出,谐振回路有三个端点与三极管的三个电极相连,而且与发射极相接的是L1、L2,与基极相接的是L2、C即满足"射同基反"的原则。因此电路必然满足相位平衡条件。 当回路的Q值较高时,该电路的振荡频率基本上等于LC回路的谐振频率,即

式中L = L1＋L2＋2M为回路总电感。
方案二：电容三点式振荡器，其原理见图（4）

图（4）

我们知道LC振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1，即AF=1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为C1/C2，所以维持振荡所需的电压增益应该是
A=C2/C1
电容三点式振荡器的谐振频率为
f0=1/2π[L(C1C2/C1+C2)]1/2
在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即
f0=1/T
放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压Vop和输入电压Vip来确定，即
A=Vop/Vip

方案一电路的特点与变压器反馈式振荡电路极为相似。须指出：它的输出波形较差,这是由于反馈电压取自电感的两端,而电感对高次谐波的阻抗较大,不能将它短路,从而使Uf中含有较多的谐波分量,因此,输出波形中也就含有较多的高次谐波。
方案二的电路由于反馈主要是通过电容，所以可以削弱高次谐波的反馈，是振荡产生的波形得到改善，且频率稳定度高，又适于较高波段工作。
通过比较我们选择方案二。

2.2.2 接收模块
方案一：超外差式接收
将接收信号与本机振荡电路的振荡频率，经混频后得到一个中频信号，称为外差式接收。得到的中频信号后再经中频放大器放大的，称为超外差式。中频信号经检波后得到音频信号。
具体原理框图见图（5）

图（5）
方案二：超再生式接收
超再生式接收机，在原始再生式接收机的基础上增加一个淬熄电路，一方面使正反馈量加大到足以自激振荡的程度，另一方面给器件加上一个超音频的偏置，使放大器的工作点不断在自激振荡和截止关断之间切换，这样电路由于较强的正反馈而具有很强的放大作用，但又没有完全进入自激振荡状态，其平均工作点受到输入射频信号的控制。只要工作点的变化速度在超音频范围，不会影响人耳对音频信号的分辨。这种超再生接收机只要一级射频电路就可以得到很高的灵敏度，不但可以接收调幅信号，也可以接收调频信号。具体原理见图（6）

图（6）

从天线接收到的信号经三极管V、电感线圈L1、电容器C2、C3及高频阻流圈L2等组成的超再生检波电路进行检波。
相比较而言，方案一较为复杂，从而调试过程比较繁琐。方案二较为简洁，而且可实现发送调制和接收解调的切换，性价比较高，也能达到要求。所以我们选择方案二。
2.2.3 高频放大模块
方案一：丙类谐振功率放大电路
利用选频网络作为负载回路的功放称为谐振功放。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类和丁类等功放。电流导通角越小放大器的效率越高。如丙类功放的小于900， 丙类功放通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的功率。丙类谐振功率放大器原理图如图（7）所示。

图（7）
高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。
综上，确定电路设计由两个模块组成，第一模块是两级甲类放大器，第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，其作为功放输出级最好能工作在临界状态，因为此时输出交流功率最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。

方案二：高频功率管2SC2668典型功率放大电路
原理图见图（8）

图（8）
此电路简洁易于调试，运用成熟，容易实现阻抗匹配。
通过比较，我们选择方案二。
2.2.4 音频放大模块
检波出来的源信号非常弱，经C19电容耦合进入集成功放LM386，放大200dB，C22为增益调节电容，放大信号经C24耦合推动扬声器发声。C20、C21为电源耦合电容，降低电源噪声对待放大信号的影响。R25、C23防止运放产生自激。电路原理图如下图（9）所示：

图（9）
2.2.5 直流稳压电源设计
系统需要电源提供9V的电压，采用传统的电源制作电路，先由变压器降压，再经电桥整流，滤波，采用可调式三端集成稳压器LM317和LM337。电路图见附录（2）

三、设计实现
由于发射机里的振荡器所产生的高频振荡功率很小，在发送的过程中也有衰减，接收器接收的信号比较弱，所以在整个过程中要经过一系列的放大。自锁开关具有双单刀双掷结构，利用此性能可以实现发射和接收的功率放大。具体原理图，见图（10）

图（10）
四、系统测试
4.1测试条件及仪器设备
在一般条件下，对测试环境并无严格要求。
测试仪器，见下表（1）
表（1）
序号
名称、型号、规格
数量
备注
出厂编号
1
Tektronix示波器
1
Tektronix
C039070
2
教学耳机
1
测频率用
EDT2108
3
数字万用表 UT58E
1
UNI-T
3050030633
4
RLC测试仪
1
台湾制造
EH119004

4.2 测试方法与测试记录
系统对调谐的要求比较高，因为我们采用的是高频窄带功率放大，所以对中心频率调谐要求较高。由于条件的限制，只能采用教学耳机来调试频率。
五、结论
经过一个星期的奋战，我们终于完成了无线双工对讲机的设计，虽然有些指标没有达到，从中还是学到了一些高频知识。我们最深刻的感受就是高频放大部分的调试，是因为理论知识的匮乏。相信在以后的学习中，会加深对高频知识的理解。
六、参考文献
【1】 阳昌汉.高频电子线路.北京.高等教育出版社.2005
【2】 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.北京.高等教育出版社.2005

附录：
1. 整体电路

图（11）

2. 直流稳压电源原理图

图（12）