電工電子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)報(bào)告簡(jiǎn)易調(diào)頻無(wú)線發(fā)射器

1、電工實(shí)驗(yàn)第1組-簡(jiǎn)易調(diào)頻無(wú)線發(fā)射器電工電子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)報(bào)告課題名稱： 簡(jiǎn)易調(diào)頻無(wú)線發(fā)射器指導(dǎo)教師： 專業(yè)與班級(jí)： 小組內(nèi)成員： 評(píng)定成績(jī)：_審閱教師：_審閱日期： 年 月 日目錄一、設(shè)計(jì)題目2二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2三、方案設(shè)計(jì)與論證2四、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、元器件的選擇4五、總原理圖及工作原理7六、元器件清單8七、安裝與調(diào)試9八、性能測(cè)試與分析9九、遇到的問(wèn)題及解決13十、設(shè)計(jì)電路可能的改進(jìn)措施13十一、結(jié)論與心得13十二、參考文獻(xiàn)14一、設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)易調(diào)頻無(wú)線發(fā)射器二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、任務(wù)（1） 設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易調(diào)頻無(wú)線話筒。（2） 根據(jù)需要列出元件清單。（3） 使用萬(wàn)用板搭建并且獨(dú)立焊接電路。（

2、4） 調(diào)試電路使發(fā)射頻率在88mhz-108mhz之間。2、要求（1） 電路焊接符合要求，避免虛焊和錯(cuò)焊。（2） 無(wú)線話筒抗干擾能力強(qiáng)，頻率誤差0.5mhz。（3） 可以使用普通調(diào)頻收音機(jī)接收清晰的音頻信號(hào)，有效發(fā)射距離在5-10m。三、方案設(shè)計(jì)與論證1、設(shè)計(jì)方案 (1) 電壓3.0v，整機(jī)工作電流30-50ma；(2) 輸出頻率88-108mhz左右，可以使用普通調(diào)頻收音機(jī)接收；(3) 使用少量元件，三極管放大；(4) 接通電源的時(shí)候用小功率led燈給出指示。2、論證(1)方案一此方案是最初設(shè)計(jì)方案，但是模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)三極管輸入波形比較微弱，可能是電阻r2不合適的緣故，但是修改r2的阻值發(fā)現(xiàn)

3、變化不明顯，另外由于反饋電容器c3直接接在電源的正極，反饋效果不理想。(2)方案二此電路由晶體管vt1和vt2、電阻r2、電感l(wèi)、電容c2和c3等組成，其功能是產(chǎn)生高頻載波并進(jìn)行調(diào)制發(fā)射。l與c2構(gòu)成lc諧振回路，該回路具有選頻作用，兩個(gè)晶體管vt1、vt2的集電極與基極互相交叉連接，并與l、c2選頻回路組成高頻振蕩器。經(jīng)c1耦合過(guò)來(lái)的音頻信號(hào)加在vt1集電極(也就是vt2基極)，對(duì)高頻振蕩信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，調(diào)制后的調(diào)頻信號(hào)經(jīng)c3耦合至天線輻射出去。發(fā)射頻率取決于lc諧振回路諧振頻率，調(diào)節(jié)l或c2的大小即可改變發(fā)射頻率。此方案電路比較簡(jiǎn)單，在電路搭接的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)他的抗干擾能力差，特別是有人靠近

4、的時(shí)候，漂頻現(xiàn)象比較嚴(yán)重。(3)方案三c8是電源旁路電容。r1是mic的偏置提供話筒的靜態(tài)工作點(diǎn)。r1現(xiàn)mic構(gòu)成了拾音回路。c1、c2起聲音信號(hào)的耦合作用。r2、d1、d2組成限幅電路，防止話筒在近距離時(shí)輸入信號(hào)過(guò)大而失真嚴(yán)重。r3、r4用于提供q1的靜態(tài)工作點(diǎn)。c3、c4、c5、c6、l1、q1構(gòu)成振蕩、放大。c7將信號(hào)耦合到天線。天線則將已經(jīng)過(guò)調(diào)制的聲音信號(hào)發(fā)射出，本電路由3v供電，用兩只1.5v的電池即可。在對(duì)方案一論證修改的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)駐極體話筒易懂后就變成了方案三，實(shí)際上方案三在模擬的過(guò)程中已經(jīng)能得到非常好的調(diào)頻波了。(4)方案四高頻三極管c9018和電容c4、c2、c5組成一個(gè)

5、電容三點(diǎn)式的振蕩器，三極管集電極的負(fù)載c5、l1組成一個(gè)諧振器，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，根據(jù)圖中元件的參數(shù)發(fā)射頻率可以在88108mhz之間，正好覆蓋調(diào)頻收音機(jī)的接收頻率，通過(guò)調(diào)整l的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈l）可以方便地改變發(fā)射頻率，避開(kāi)調(diào)頻電臺(tái)。發(fā)射信號(hào)通過(guò)c4耦合到天線上再發(fā)射出去。r2是三極管的基極偏置電阻，給三極管提供一定的基極電流，使它工作在放大區(qū)，r1是直流反饋電阻，起到穩(wěn)定三極管工作點(diǎn)的作用。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過(guò)改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的，當(dāng)聲音電壓信號(hào)加到三極管的基極上時(shí)，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會(huì)隨著聲音電壓信號(hào)大小發(fā)生同步的變化，同時(shí)使

6、三極管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。駐極體話筒可以采集外界的聲音信號(hào)，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音，同時(shí)這種話筒工作時(shí)必須要有直流偏壓才能工作，電阻r3可以提供一定的直流偏壓，r2的阻值越大，話筒采集聲音的靈敏度越弱。電阻越小話筒的靈敏度越高，話筒采集到的交流聲音信號(hào)通過(guò)c6耦合后送到三極管的基極。電路中k是一個(gè)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)可以控制電路的接入與斷開(kāi)，降低耗電、延長(zhǎng)電池的壽命。在方案一和方案三的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了方案四。(5) 方案論證綜述 在電路原理上：上述幾個(gè)方案無(wú)一例外地采用了超高頻三極管進(jìn)行放大，使用lc震蕩，直接調(diào)制。 在電路復(fù)雜程度上以上幾個(gè)電路中電路元件都不超過(guò)20，

7、但是真正易于焊接實(shí)現(xiàn)的、最方便的電路是方案四。 在電路功能上方案四增加了電路工作led指示燈，讓使用哪個(gè)更加方便。綜上所述，方案四是最終方案。四、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、元器件的選擇1、單元電路設(shè)計(jì)(1)音頻收集模塊一個(gè)無(wú)線話筒，則音頻信號(hào)的收集是必不可少的。本電路中考慮到需要做一個(gè)小巧的無(wú)線話筒，因而直接采用的是駐極體小話筒mic，它靈敏度極高。據(jù)介紹，甚至手表的嘀嗒的聲音也可以被它收集到。話筒采集到的交流聲音信號(hào)通過(guò)c2耦合和r2匹配后送到三極管的基極。另外，駐極體話筒內(nèi)實(shí)際藏有一枚fet，可視之為一級(jí)，fet將話筒前振膜之電容變化放大，這就是駐極體話筒很靈敏的原因。圖4.1.1 音頻收集

8、模塊 (2) 音頻放大模塊這個(gè)模塊是對(duì)所收集到的音頻信號(hào)進(jìn)行無(wú)失真地放大，為下面的調(diào)制做準(zhǔn)備。因?yàn)樵谧匀画h(huán)境中，由于諸多因素，所收集到的聲音（即音頻信號(hào)）都經(jīng)過(guò)了很多的干擾，因此其所攜帶的能量都是很微弱的，為了使其能夠正常的進(jìn)入調(diào)制模塊來(lái)與本振進(jìn)行調(diào)制，需要將其音頻信號(hào)來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯髞?lái)達(dá)到相關(guān)匹配。另一方面，這個(gè)無(wú)線話筒也是一個(gè)調(diào)頻發(fā)射機(jī)，發(fā)出的信號(hào)又要經(jīng)過(guò)大自然的無(wú)數(shù)干擾才會(huì)得到接收，若原始信號(hào)的能量就不夠強(qiáng)烈，那么接收端的信號(hào)就無(wú)從談起了。所以只有對(duì)其原始的音頻信號(hào)進(jìn)行充分放大，達(dá)到相應(yīng)要求之后，再發(fā)射出去。接收端才能夠正常進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)原始的音頻信號(hào)。這里的音頻放大模塊采取的是基本的三極

9、管甲類的放大。r2=10k是三極管的基極偏置電阻，給三極管提供電流，使其三極管始終工作在甲類無(wú)失真的放大狀態(tài)，達(dá)到最好的放大效果。r1=30o是直流反饋電阻，是穩(wěn)定三極管的工作狀態(tài)。圖4.1.2 音頻放大模塊(3)載波振蕩模塊一個(gè)調(diào)頻信號(hào)發(fā)射機(jī)，載波振蕩（即俗稱本振）模塊更是必不可少的。根據(jù)電磁場(chǎng)理論可以知道，通過(guò)天線發(fā)射的信號(hào)需要與天線匹配，即天線的長(zhǎng)度要大于信號(hào)波長(zhǎng)的四分之一。而音頻信號(hào)的頻帶是20hz至20khz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍是15至15000km。制造出巨大的天線是不合適的，所以我們需要一個(gè)高頻載波來(lái)將我們的音頻信息“裝載”上去，再進(jìn)行發(fā)送?；谶@樣的理論基礎(chǔ)，我設(shè)計(jì)的是高頻三極管與

10、c2、c3、c5所構(gòu)成的一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器。通過(guò)調(diào)整l的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈l）可以方便地改變發(fā)射頻率圖4.1.3 音頻放大模塊(4) 直接調(diào)制模塊將已經(jīng)放大的音頻相關(guān)信號(hào)和載波振蕩產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)進(jìn)行疊加，發(fā)射信號(hào)通過(guò)c4耦合到天線上再發(fā)射出去。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過(guò)改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的，當(dāng)聲音電壓信號(hào)加到三極管的基極上時(shí)，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會(huì)隨著聲音電壓信號(hào)大小發(fā)生同步的變化，同時(shí)使三極管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。圖4.1.4 音頻放大模塊(6) 電源及控制模塊電源選用兩節(jié)干電池，為了在不使用的時(shí)候節(jié)省電能，使用了一個(gè)開(kāi)關(guān)，為了在打開(kāi)開(kāi)

11、關(guān)的時(shí)候讓使用者知道電路已經(jīng)接通使用紅色led指示燈指示。2、元件參數(shù)的確定(1)計(jì)算制作電感元件參數(shù)的選擇最主要是lc選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇。選擇發(fā)射頻率為100mhz，選擇一個(gè)標(biāo)稱值30p的瓷片電容，由公式計(jì)算得出l=0.08452uh.最后繞制了一個(gè)骨架直徑3mm，漆包線直徑0.8mm，6圈的線圈。(2)三極管的選擇由于發(fā)射頻率是100mhz左右，因此選用超高頻小功率三極管c9018,c9018 結(jié)構(gòu)：npn集電極-發(fā)射極電壓 15v集電極-基電壓 30v射極-基極電壓 5v集電極電流 0.05a耗散功率 0.4w結(jié)溫 150特怔頻率 平均 620mhz(3)其他元件的選擇普通駐極體話筒輸出阻抗

12、為2k,音頻信號(hào)范圍在20-20000hz范圍內(nèi)，人聲音頻率范圍在300-1000hz。容抗公式：zc=1/(2fc)，那么電容范圍在0.265uf-0.079uf,因此c1選擇0.1uf，即瓷片電容104。電源電壓為兩節(jié)普通干電池，e=3v。五、總原理圖及工作原理1、電路原理框圖圖5.1 無(wú)線話筒原理框圖無(wú)線話筒相當(dāng)于一個(gè)無(wú)線調(diào)頻發(fā)射機(jī)。它主要包括音頻收集，音頻放大，載波振蕩，調(diào)制電路，還有天線發(fā)射幾部分。2、原理圖圖5.2 無(wú)線話筒原理框圖3、工作原理上面的就是調(diào)頻無(wú)線話筒的電路圖。高頻三極管c9018和電容c4、c2、c5組成一個(gè)電容三點(diǎn)式的振蕩器，三極管集電極的負(fù)載c5、l1組成一個(gè)諧

13、振器，諧振頻率就是調(diào)頻話筒的發(fā)射頻率，根據(jù)圖中元件的參數(shù)發(fā)射頻率可以在88108mhz之間，正好覆蓋調(diào)頻收音機(jī)的接收頻率，通過(guò)調(diào)整l的數(shù)值（拉伸或者壓縮線圈l）可以方便地改變發(fā)射頻率，避開(kāi)調(diào)頻電臺(tái)。發(fā)射信號(hào)通過(guò)c4耦合到天線上再發(fā)射出去。r2是三極管的基極偏置電阻，給三極管提供一定的基極電流，使它工作在放大區(qū)，r1是直流反饋電阻，起到穩(wěn)定三極管工作點(diǎn)的作用。這種調(diào)頻話筒的調(diào)頻原理是通過(guò)改變?nèi)龢O管的基極和發(fā)射極之間電容來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的，當(dāng)聲音電壓信號(hào)加到三極管的基極上時(shí)，三極管的基極和發(fā)射極之間電容會(huì)隨著聲音電壓信號(hào)大小發(fā)生同步的變化，同時(shí)使三極管的發(fā)射頻率發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。駐極體話筒可以采集

14、外界的聲音信號(hào)，靈敏度非常高，可以采集微弱的聲音，同時(shí)這種話筒工作時(shí)必須要有直流偏壓才能工作，電阻r3可以提供一定的直流偏壓，r2的阻值越大，話筒采集聲音的靈敏度越弱。電阻越小話筒的靈敏度越高，話筒采集到的交流聲音信號(hào)通過(guò)c6耦合后送到三極管的基極。電路中k是一個(gè)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)可以控制電路的接入與斷開(kāi)，降低耗電、延長(zhǎng)電池的壽命。電路還提供了一個(gè)電路工作led指示燈。六、元器件清單名 稱型 號(hào)/規(guī) 格 數(shù) 量備 注話筒普通駐極體話筒1只電阻r12001只電阻r210k1只電阻r31201只電阻r4100k1只瓷片電容c218pf1只瓷片電容c3,c4,c530pf3只瓷片電容c510pf1只瓷片電容

15、c6100000pf1只瓷片電容c710000pf1只三極管90181只細(xì)直導(dǎo)線20cm若干條漆包線0.8mm 長(zhǎng)20cm1條七、安裝與調(diào)試1、安裝此次設(shè)計(jì)的實(shí)物用到的元件比較少，使用的是萬(wàn)用印刷電路板，焊接之前設(shè)計(jì)了一套元件插接方案，所以焊接的時(shí)候直接按照?qǐng)D示搭接方案直接焊接所以很順利完成。2、調(diào)試把fm收音機(jī)的電源和音量打開(kāi)，將頻率調(diào)在100mhz左右無(wú)電臺(tái)的地方。給無(wú)線話筒電路板通上電源，對(duì)準(zhǔn)收音機(jī)，用無(wú)感螺絲刀調(diào)節(jié)振蕩線圈l1的稀疏（線圈匝間距離），直到收音機(jī)傳出尖叫聲。再慢慢移開(kāi)話筒和收音機(jī)距離，同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)收音機(jī)（或者話筒板）的音量、調(diào)諧旋鈕，直到聲音最清晰、距離又最遠(yuǎn)為止。3、實(shí)

16、驗(yàn)效果發(fā)現(xiàn)在105.2mhz的時(shí)候效果最好，發(fā)射距離在無(wú)障礙物時(shí)達(dá)到10m。八、性能測(cè)試與分析1、實(shí)物測(cè)試采用電容三點(diǎn)式，簡(jiǎn)單可靠，起振容易。但一級(jí)放大電路雖然達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)，但是抗干擾等功能仍然有印象，畢竟這是用較少的一些分立元件組成的一個(gè)高頻電路。我們將r1偏置電阻的阻值減小使其對(duì)接收靈敏度提高，經(jīng)測(cè)試，達(dá)到15.20m的聲音信號(hào)仍能正常接收（溫度：20.0），而且這是在有很多電磁干擾的環(huán)境下進(jìn)行的測(cè)試，測(cè)試效果良好。天線輸出距離選頻回路較遠(yuǎn)，由于板子已經(jīng)焊好，我們使用面包板進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)天線距離選頻回路越近時(shí)，收音機(jī)的接收效果越好。經(jīng)測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，將電源等有源元件與其他元件分開(kāi)距離較大

17、擺放時(shí)，接受的效果較好，頻率較穩(wěn)定，抗干擾能力提高近20%，頻率抖動(dòng)不大。為此我們選擇了將天線與電源分在兩邊擺放。2、計(jì)算機(jī)模擬首先multism中畫(huà)出所需電路圖(1) 模擬話筒發(fā)出的聲音信號(hào)(2) 濾波電容器后面的聲音可以看出，濾波電容對(duì)音頻信號(hào)的作用，他沒(méi)有改變波形。當(dāng)改變?yōu)V波電容器的值的時(shí)候信號(hào)發(fā)生很大的變形。(3) 已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)可以看出，音頻信號(hào)已經(jīng)被調(diào)制，但是調(diào)頻波形受到音頻信號(hào)干擾發(fā)生變形。當(dāng)改變反饋電容的值的時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)發(fā)生改變九、遇到的問(wèn)題及解決1、遇到的問(wèn)題由于電路比較簡(jiǎn)單，電感線圈為手動(dòng)繞制，抗干擾能力有限，在用收碰觸電路的時(shí)候跑頻很嚴(yán)重，這主要是在有導(dǎo)體接近線圈

18、的時(shí)候線圈的感抗容易變化。電路的發(fā)射距離比較近。2、解決的方法對(duì)于電路抗容易受干擾的問(wèn)題，用了一個(gè)金屬殼將電感線圈罩住，電路抗干擾的能力明顯增強(qiáng)，后來(lái)給電路選用了一個(gè)塑料殼，制成了一個(gè)真正意義上的無(wú)線發(fā)射器，向?qū)χv機(jī)一樣拿著可以說(shuō)話不再出現(xiàn)頻率變動(dòng)情況，問(wèn)題得到解決。對(duì)于電路發(fā)射距離近的問(wèn)題采用了適當(dāng)增加瓷片電容器c2的阻值和適當(dāng)選取電路中電阻阻值的方法的燒少許改善。十、設(shè)計(jì)電路可能的改進(jìn)措施1、首先是發(fā)射功率由于受到三極管的限制，此無(wú)線發(fā)射器的發(fā)射功率（反映在發(fā)射距離上）有限，可以改用發(fā)射功率大的三極管增加發(fā)射功率使發(fā)射距離大大增加，可以使用的三極管有2n3866、c2053、c1970，8

19、050。2、電路板此次實(shí)驗(yàn)使用的是萬(wàn)用電路板使用的時(shí)候難免會(huì)有電路連接不可使的情況，可以使用設(shè)計(jì)印制電路板十一、結(jié)論與心得每一個(gè)電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者都有電子制作的經(jīng)歷，從開(kāi)始時(shí)的不斷失敗到逐漸得心應(yīng)手，到最后的設(shè)計(jì)制作成功，其中的滋味是沒(méi)有制作經(jīng)歷的人所無(wú)法領(lǐng)會(huì)的。通過(guò)這次實(shí)踐，通過(guò)組裝、調(diào)試制作套件使我們快速步入電子設(shè)計(jì)的大門(mén)。制作過(guò)程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過(guò)程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來(lái)，不能急躁，在電腦上調(diào)試考驗(yàn)了我們的操作水平，而焊功更考驗(yàn)了我們的動(dòng)手能力。焊盤(pán)很小，焊時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)虛焊甚至可能造成焊盤(pán)銅片脫落的后果。焊功不好還有可能影響整個(gè)電路的穩(wěn)定性，可能造成中心頻率不穩(wěn)定，部分技術(shù)指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，才真正意識(shí)到我們只有通過(guò)勤奮的努力，才能夠真正體會(huì)到科技帶給人類的幸福。在整個(gè)電路課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷地在遇到問(wèn)題和解決問(wèn)題之中盤(pán)旋。例如在