基于无线话筒设计论文.doc

河南机电学院毕业论文

无线话筒制作

姓 名: 刘军兵
专 业: 电气自动化
年 级: 电气13-1
学 号: 1315210119
指导教师： 程辉
答辩日期: 2010年 11 月

【内容摘要】

随着数字技术的广泛使用，无线话筒成为越来越多用户首选的对象，无线话筒系统在广播、电影、戏剧和舞台制作以及公司、宗教和教育场所都是一个重要的组成部分。
功率无线话筒实际上就是一台小功率的无线电高频发射机，因其具有体积小、重量轻、电路简单，成本低、无电缆传送等特点，因而得到了灵活广泛的应用。
无线话筒按调制方式可分为调频式和调幅式，前者由于具有通频带宽、动态范围大、传输距离远和抗扰性强等特点，所以应用较多。
简易无线话筒的设计与实现结合了高频电子技术、电子线路设计、模拟电子技术等知识点，设计及实现这个实用性很强的课题，既可以在实践中巩固许多知识点，又可以根据自己的兴趣开发新功能，从而学习到新的知识点。

关键词:无线话筒系统概述，无线话筒原理，电路设计，电路调试

目　　录
1 无线话筒的技术发展 
1.1简易调频发射与接收
1.2石英振荡的调频发射与接收
1.3采用PLL接收的无线话筒
2 无线话筒原理 
2.1 简易无线话筒系统概述 
2.2 无线话筒系统的基本组成部分 
2.3 无线话筒的分类 
3 简易无线话筒的电路设计及元器件选择
3.1性能参数
3.2电路工作原理 
3.3制 作 过 程 
3.4 元器件清单 
3.5各元器件功能 
4 简易无线话筒电路的调试
4.1电 路 调 试
4.2故障处理 4.3简易无线话筒的用途
结论
致谢
参考文献

1无线话筒的技术发展
无线话筒从最初简易的一个无线调频发射器和无线调频接收器到目前的采用专用的PLL（频率锁相环）技术，大约经历了三个阶段。
1简易调频发射与接收
当时，人们为了摆脱话筒线缆的羁绊，想到了类似于调频广播的发射接收原理，通过话筒的换能原理及音频→调制→放大→发射过程，然后通过调频收音机或专用接收机（特殊频点）接收、放音。可以想见，其音质、稳定性、抗干扰能力等均不能满足实际使用的需要。
2.石英振荡的调频发射与接收
由于采用电子电路产生的RC或LC振荡，其振荡频率的稳定性受到环境的影响是很大的，其频率也不可能很高，一般只能在二、三百兆赫以下，在这样的频段，极易受到其它信号的干扰，此时便出现了采用石英振荡体的发射与接收电路。大家知道，石英晶体的振荡频率是非常稳定的，由它组成的无线话筒发射与接收器，工作起来就稳定多了，同时，其工作频率可在V段（30MHZ-250MHZ），U段（200-1000MHZ）内，外界干扰信号不严重，给无线话筒的使用带来了较好的效果。
在使用上，由于石英晶体的振荡频率不可调，因此对于一套无线话筒来讲，其接收和发射频率是固定的，且要求一一对应，不怎么方便，假如在某地刚好在这一频点上存在干扰，该无线话筒就无法使用了。
3.采用PLL接收的无线话筒
PLL是频率相位锁定环路的英文字头缩写，在无线话筒的发射接收中，采用频率合成的方式，可以在一个频带内，满意地接收信号，在此频带内，还可以任意切换工作频道。理论上，在一个24MHZ的频带内，如果以1MHZ作为频道解析度，则可以切换25个频道；如果以125KHZ，则可以切换193个频道，至于频道数的多少与接收机的频宽及频道解析度有关。

2无线话筒原理

2.1简易无线话筒系统概述

随着数字技术的广泛使用，无线话筒成为越来越多用户首选的对象无线话筒系统在广播、电影、戏剧和舞台制作以及公司、宗教和教育场所都是一个重要的组成部分。随着数以万计的设备使广播频率变得拥挤以及用户对无线话筒系统需求的增加，理解无线话筒系统的设计和操作的概念经成为专业用户所关注的问题。
由于可用的频谱越来越少，在北美DTV（数字电视）广播的出现使得无线系统的运行更加复杂困难。DTV也同样出现在欧洲,它已成为未来可能出现的频谱拥挤现象的另一标志.。 鉴于以上这些事实，随着无线话筒、内部通讯联络系统、耳内监听系统和其他应用在各类制作的无线电通讯设备的日益普及，对于无线系统扎实的，技术性理解需求是前所未有的。
2.2 无线话筒系统的基本组成部：

话筒，发射机，接受机
2.3 无线话筒的分类

现在很多娱乐场所所使用的话筒都是无线话筒，这类产品在选购的时候需要先了解这一产品的分类。
无线话筒的分类方式很多，比方说根据发射使用频率分类或无线话筒的接收方式来分类等。就这一问题我们简单的看看无线话筒的具体分类。
首先看看按照发射使用频率分类
如果按照这一方式可以分为：①FM 无线话筒②VHF无线话筒
①FM 无线话筒：工作原理的利用FM收音机来接收，这一无线话筒的特点是系统简单，成本低廉，但是现在已经被淘汰了，原因是使用效果不佳，不能满足专业品质的要求。
②VHF无线话筒：这一无线话筒又可分为低频及高频段两类型，现在人们常常使用的是高频段的无线话筒，高频段的无线话筒的特点是频率较高，使用天线较短，甚至可以设计成隐藏式天线，方便，安全又美观，受电器的杂波干扰又大为减少，电路设计极为成熟，零件普及价格低廉，现在这样的无线话筒已经是当今市场上的热门机种。
再就是按照接收方式分类
按照这一方式分类通常分为两类：①自动选讯接收无线话筒② 非自动选讯无线话筒
①自动选讯接收无线话筒：这一话筒由于电波舆中会产生“死角”的物理现象使接收机的声音输出，产生断断续续或不稳定的缺点，为了解决这种缺陷，专业用的机种必须采用双天线及双调谐器的“自动选讯接收”方式来改善。
② 非自动选讯无线话筒：这一话筒由于机型的电路设计复杂精密，装配较难，成本较高，一般低价的机型就没有采用自动选讯的设计，所以也无法消除无线话筒在使用中产生声音中断的缺点。所以这样的一般不适合专业场合使用。
还有就是按照无线话筒的振荡方式分类
按照这一方式通常也分为两类：①石英锁定②相位锁定频率合成
①石英锁定的特点是它是以石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，电路简单，成本低廉，是当今无线话筒的标准电路设计。这种类型的话筒及接收机只固定单一个频率配对使用，因此无法改变或调整使用频率。
②相位锁定频率合成的特点：这一话筒是采用的PLL的电路设来避免无线话筒在使用中遇到其他讯号的干扰而无法使用，或为了同时使用多支话筒的场合，需要随时方便又快速的改变频道这一功能。
最后一种分类方式是按接收机频道数分类
这一分类中常常可分为三种即：①单频道②双频道③多频道
①单频道：它是在一个接收机的机箱内只装配一个频道的非自动选讯或自动选讯接收机。这一种有价格便宜使用方便等特点。
②双频道它是在一个接收机的机箱内，装配两个频道的非自动选讯或自动选讯接收机。这一种一般成本低并且设计简单。
③多频道它是在一个接收机的机箱内，装配四个频道以上的接收机，大都采用模组化接收模组的机构设计。这样的无线话筒一般适用在装架式专业机种的使用场合。
无线话筒种类非常之多需要根据不同的需求来选择一个适合自己的娱乐场所中的话筒。

3简易无线话筒的电路设计及元器件选择
3.1性能参数
频率范围：80MHZ---108MHZ
工作电压：1.5V---6V
发射半径：大于30米（电压3V，普通FM收音机）
3.2电路工作原理

MIC是驻极体话筒，她的作用就是感应空气中声波的微弱振动，并输出跟声音变化规律一样的电信号 。我选用的是灵敏度较高的话筒，一般可以输出几十毫伏以上的音频信号，这个信号足可以调制下一级的高频振荡信号的频率。
R1是mic驻极话筒的偏置电阻，有了这个电阻，话筒才能输出音频信号，这是因为mic话筒内部本身有一极场效应管放大电路，用来阻抗匹配和提高输出能力等作用。注意：话筒不要选择灵敏度太高的话筒，否则容易出现声反馈，出现自激叫声。
C2是音频信号耦和电容，将话筒感应输出的声音电信号传递下一级。
C3是q9018的基极滤波电容，一方面滤除高频杂音，另一方面让q9018的高频电位为0，对50mhz以上的高频电路来说，q9018是一个共基极放大电路，这是最后能形成振荡的基础。因为振荡电路的基础条件就是必须具备一定的增益，再就是具备合适相位的反馈（一般是正反馈）
R2是q9018的基极偏置电阻，给q提供一个较小的基极电流，q将会有一个较大的发射极电流流过r3。由于r2,r3中的电流作用会在各自电阻上产生压降并互相影响,结果会自动稳定在某一数值状态,这就是书上讲的射极跟踪跟随器,直流负反馈不稳定直流工作的作用.
R3是q9018的发射极电阻,这里起到稳定直流工作点的作用,和c7还形成了高频信号负载电阻作用,也是整个高频振荡回路的一部分。
C4和L形成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用，改变c4的容量或者改变L的形状（包括线圈），可以方便的改变发射频率。
C6是高频信号输出耦合电容，目的是为了让高频信号变成无线电波辐射到天空中。因此，天线最好垂直向上，长度最好等于无线电波频率波长（或着整数倍），四周应该开阔，不要有金属物阻挡。说明;波长等于频率的倒数，频率变化，波长也会变化，再说，天线具体的长度还与电路输出阻抗，天线粗细等等有关，在业余情况下，随便接一段电线就行了。
C5是反馈电容，电路起振的关键元件就是它了。分析本电路的高频状态时，集电极是输出，发射极是输入，输出信号通过c5加到输入端，产生强烈的正反馈，自然就产生振荡了。这实际上也就是书中所说的电容三点式振荡电路。
C1是电源滤波电容，给交流信号提供回路，减小电源的交流内阻。

　3.3制 作 过 程
　　现在将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，这佯做很有条理，避免焊错零件。锡线方面最好采用特细0.6lmm的树脂（松香）锡线，因其身细，焊接起来很快并易上锡，
　　到最后调整频率的时候，就要藉着将线圈前后压缩或者拉长，改变输出频率。如您的线圈用漆包线做的话，须把线的两头上的漆皮剥掉，然后上一点锡。
　　现在可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。
　　您是否奇怪电路为何不工作？装机后有多少次发觉电路不能正常工作？
　　请不要责备自己，或者又对那本教您的杂志破口大骂，许多时候是由于所谓"误差"导致的。
　　制造厂制造出来的所有零件都有其数值，但这个数值只是落在"差额"之内，而非印在其上的"正常"值。这个差额度称为误差，假若误差说是5％。这表示该零件之实际数值会在其标示值下的5％与以上的5％之间的任何一处。
　　误差常应用在电阻、电容、晶体管及其他元件如话筒、线圈及集成电路。
　　然而，还有另一因素，称之为界限，每个元件在电路中，对该场合都有一个容许值范围，只要该值依旧在该范围之内，又或者在这些界限之内，电路就适当的工作，选择每一元件的时候，－般是在这范围的中间。
　　大多数电路并非严格限制，如从指定元件中选择另一个较高或较低值，一般都工作得不错，假若不成，电路不是很严格限制就是所选之数值很不适当。
　　当您通过杂志向外发表一个线路时，就会有各种不同阶层的人士试制，从各方面来源取得需用的零件。有时他们采用指定之数值，有时他们选择次一个数值。还有，有些零件有1－5％误差，而其他高至标示值的60％，当这些参数差额和界限在任意方式混合之下，您碰到电路不工作是极平常的。
　　就以话筒为例，在3V电源下，有些话简只需用100K负载电阻（R1）就有极良好的灵敏度，其他的可能需用4.7K能取得仅可接受的灵敏度，从外型您不能说出两者的差别，它们看似一样，但在电气特性上就相差得甚远。
　　同样亦可应用在晶体管身上，规格表上也许说明两管特性近于相同，可是，当它们接：电路时，一个工作称意，而另一个工作失灵。
只要慎重考虑电路对元件要求，一步步去做，是完全可以成功的。
3.4 元器件清单 
名称
型号规格
数量
名称
型号规格
数量
电阻
470Ω
1
电容
1000pF
1
电阻
10KΩ
1
电容
22000pF
2
电阻
22KΩ
2
电容
1uF
1
电阻
1MΩ
1
三极管

9014
2
电容
18pF
1
开关
————
１
电容
47pF
1
话筒
————
１

3.5制作注意事项
1、 电阻陶瓷电容不用分正负极，但是必须注意电阻值和电容量不要搞错。请参见我们电子实验套件中的介绍的有关方法。
2、 板上的话筒有正负极性之分，和铝制外壳相连接的一极为负极，另一极为正极。为了能装上线路板，请先加焊两只脚。
3、三极管的三只管脚功能完全不同，一定要分清楚。请参见本站电子实验套件、网站等相关电子资料中提供的识别方法。
4、元件包中有铜线制作的线圈，它的外面有一层绝缘漆。它是一个关键的元件，调节线圈间距可以改变发射频率和距离。
5、元件包中含有电路板插针，安装在关键点后，可以用来和电子实验套件灵活的配合使用，从而可以做范围更广的电子实验。
6、元件位置请不要装错，焊接时间最好控制在2-3秒，力求元件安放到位并且美观，多次检查无误后即可通电调试、使用。

4 简易无线话筒电路的调试
4.1电 路 调 试
　　所有零件都焊接完毕后，最好先用肉眼检视一切焊接点，是否有假焊，或者焊料用得太多而造成与临近短路，彻底查清楚后，才可进行校准和测试性能，测试步骤是加一条短的天线（5至10cm长）于底板的A点上调谐－部FM收音机于整个波段上，寻找该讯号。
　　最好令发射机与收音机保持一定距离，以防止检拾到任何谐波或者侧波。
如收音机未能检到载波，表示频率可能太低，将振荡线圈稍为拉长，及再次尝试。如果采用包锡铜线绕制线圈，注意图与圈之间不应彼此碰到。如采用漆皮铜线，则须要知道圈的连通性，可用万用表之低阻挡去量度它，或者量度电路电流，应约4－6mA。
　　一旦检到载波，将窃听器摆放在一部时钟的侧近，检查电路之灵敏度，收音机应发出清楚而强大的"滴嗒"声，电路应比您的耳朵更为灵敏。
　　话筒之负载电阻（R1）决定灵敏度，可将之减至10K或者加至47K，视所需求的灵敏度而定。
　　要确定发射之频率完全远离开您本地任何FM广播屯台，因为电台发出之讯号强大，当您测试距离时，会遮盖窃听器。
　　将线圈压缩，频率便降低；将之拉长，频率便增加，这样免用到微调电容，节省本机的造价，不过，如您喜欢亦可用微调电容。
　　顺道一提，C4最好用一枚39pF陶瓷电容，将另一个10pF或22pF微调电容并于共上，这样可更仔细调整电路。用线圈调整很容易偏离FM波段。
　　理论上，用感器也应调节至维持调谐电路的L/C比，但我们需要的范围很小，故并没有限制。利用一部具有调节指示表的FM接收机可以决定本机的输出功率有多少，其正需要是作出比较，指示表上指示四个单位度数，表示十分良好的输出，在测试本机时用10cm长的天线作水平式摆放，离调谐器度到10米。以四个单位度数为准，即知道用一条半波天线。（170cm长），本机能发射远至约300米（空旷处）。
4.2故障处理
　　在FM接收机上不能接收到窃听器发出来之载波，首先应假定频率低于正常88－108MHzFM波段，这是最有可能的原因。
　　测量电路之电流，若有4－6mA，表示电路是正在工作，稍为将线圈拉长，并扫描整个波段，当接触底板上任何元件时，只能用一支非金属的螺丝起子，并且离开电池，因为您手上皮肤引起的电容效应会导致电路明显地失调，并且可能完全停止输出。还有，维持3V电源也很重要，并要将电池贴近底板。
　　整个布线必须如图（3）那样，维持同样的电路分布电容，电路一旦工作，才可改变其排列，但在起初测试步骤中，每个元件均必须照足图中那样安放。
　　振荡器工作于约88MHz，除非您拥有一部100MHz示波器，否则难以看到其波形，或者天线直接接在频率计的75Ω输入。
　　若然没有上述的测试仪器，需用万用表作直流电压测量，看振荡管Q2是否有正确的值压。量度基极电压和射极电压，一部普通的万用表由于其对电路作用，会指示此两点都是2V左右，只有高阻抗的电表，如FET电压表，才指示射极有2V及基极有2.5V。（推荐使用数字表）
　　若此两测试点均有电压存在，对假定晶体管正常工作，但有可能发射错误频率。
18pF回输电容在与BC547晶体管配合，如打算用另一编号，可将电容值减至10pF或5.6pF先改换此电容器，然后是晶体管。
　　其他简单的事情如底板上铜箔短路断裂、焊接点差劣，又或者采用没有编号之零件等等，这都常常成为一个可能性，特别是那些零件上所印的编号或数值模糊不清，若对之有怀疑，应立该更换。
　　若只收到载波但没有纯音汛号，则故障在音频级或者话筒上。所谓有载波没有纯音是在调谐收音机至一处，收到的是寂静一片，没有沙沙声，但也听不到发射机发出的纯音讯号。这两部份可用示波器检查，测试是否有音膝讯号送往振荡级。没有示波器，在测试方面就受到一定困难，即使话筒上有0.7V与1.5V之间的电压，这也不表示话筒的灵敏度或者完全工作。
　　音频放大管集极上有1.4V电压，表示晶体管导通，如低于0.8V，晶体管饱和，或者在某方面可能损坏，也可能表示晶体管有十分高之增益，并不适合。
　　如电压超过2.5V，该级不足以导电检查晶体管和偏压电阻，需要时将之更换。示波器也显示话筒的灵敏度，加大或者减少负荷电阻，即可改变FET的增益，灵敏度极高之零件，负荷电阻不宜低于10K，有时可能需要高至47K或以上。
　　任何类别的话筒，如想提升其灵敏度，可加大负荷电阻之阻值，至于决定最终之数值就要看话筒的品质而定。
以上都是用简单测试仪器所能做到的检查，如仍未能找出故障所在，就需要重新再来过。

4.3简易无线话筒的用途

（1）无线话筒：用户在唱歌，讲话或表演时可以360度的任意旋转和移动，不会有电线绊脚。
（2）无线广播：老师在讲课时进行现场转播；也可以播放音乐，新闻，通知等，用收音机收听。
（3）无线叫卖器：在街上推销商品时，用无线话筒叫卖有一定新颖性，比普通话筒会有更好的广告效果。
（4）无限窃听器：具有比较好的隐蔽性和安全性，可以在远处用收音机收听，不用担心现场碰面而尴尬。
（5）无线报警器：实现一定距离的无人职守。例如可以在二楼听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。
（6）无线电子门铃:由于可以无线传播声音，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，吉他等乐器声音用收音机接收，或者用功放扩大播出，可更好的欣赏音乐。
（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）声控小彩灯：将大功率功放输出端的音箱该接成瓦数相当的6V,12V汽车电灯泡，调节音量合适位置。
（10）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，起集中注意力的作用。
（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

结论

在写本论文过程中，我学到了许多新的知识。还从老师那里获得了很多宝贵的经验。但是由于自己本身专业知识不扎实，论文在分析成本管理中还存在许多不足之处。请指导老师多多指教。
踉踉跄跄地忙碌了一个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。点击运行，也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、外观粗糙、底层代码的不合理数不胜数。可是，我又会有点自恋式地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。
毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍此机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。
大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学三年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。
最后，承我诸位恩师的指点，在今后离开校园的日子里，我保证努力学习，积极探索，向我人生的最高峰奋斗！

致谢
本学位论文是在老师的悉心指导下完成的，从论文选题到完成论文都浸透了恩师们的大量心血和精力，老师渊博的知识、严谨的治学态度和求实精神、忘我的工作作风、学术上的远见和生活上的平易近人，时刻激励着学生，是学生毕生学习的榜样。值此论文完成之际，特向老师致以诚挚的感激和无尽的敬意！在本文的完成过程中，始终得到电气系领导和教员的热情帮助和指导。从论文选题、课题研究到学位论文完成，都有他们的一份辛勤汗水。在此谨向他们表示诚挚的谢意和感激之情。
在课题研究中，得到了同学们的关心和帮助。与他们进行了多次有益的探讨和学术交流，得到了许多启发。对于他们的支持和帮助表示诚挚的谢意！
最后，向所有给予我关心和帮助的领导、老师、亲人、同学和朋友再次表示衷心的感谢！

参考文献
1：《电路分析基础》北京：高等教育出版社，1992.5.第三版
2：《电子技术基础》北京：高等教育出版社，2000.6.第四版
3：《电子线路设计实验测试》华中科技大学出版社，1989
4：《高频电路设计与制作》北京：科学技术出版社，2005.4.第一版
5：《电子线路设计指导》北京：航空航天大学出版社，2005.6.第一版