原创 【博客大赛】远距离FM无线话筒的设计

摘 要

本文设计制作了一个具有话筒放大、FM调频、倍频、与功率放大等部分的无线话筒，该话筒采用4.5V电源供电，有效发射距离1000米，载波为100MHZ实测为99.6MHZ，音质清晰，无明显失真。

第1章 设计要求及方案确定

1、设计要求

利用所学的高频电子技术知识及常用的电子元器件设计制作一个性能较优异的远距离调频无线话筒。要求如下：

l 频率范围：99MHz—108MHz 

l 工作电压：3.6V –4.5V 

l 发射半径：大于1000米  

l 测试条件：4.5V电压，普通收音机接收。

2、方案确定

    根据设计要求来看，本设计重点应在音质和发射距离两个性能指标上下功夫。而对于无线话筒来说，好的音质是要求具有灵敏度高、调制线性好、频偏大、发射载波频率稳定；发射距离远是要求发射功率足够大。简单的调频发射电路虽然制作简单调试容易，但其性能指标远远达不到此设计要求；因此，我们设计了话筒放大电路来提高灵敏度，采用变容二极管直接调频电路来实现好的调制线性，采取倍频的方法来实现增大频偏，和采用高频功率放大电路来实现远距离的发射，同时也提高了发射载波频率的稳定性。其系统框图，如图1所示。电路原理图，如图2所示。

图1  远距离无线话筒系统框图

图2  远距离无线话筒电路原理图

第2章 原理分析

1、 低频放大器

低频放大器如图3所示，由话筒B1、晶体三极管Q1及其它元件组成。                            话筒B1拾取的声音信号经C3耦合到三极管Q1的基极，放大后由集电极输出，再经电容C2耦合并经电容C9滤除高频干扰噪声后经电阻R10送到FM振荡调制器去实现调频。          图3  低频放大器

2、FM振荡/调制器

图4  FM振荡调制电路

点是输出波形好，频率稳定，其等效电路如图5所示。音频调制信号加在与电感串接的变容二极管D2上，改变变容二极管的电容值，可实现频率调制。

图4中变容二极管的静态直流电压是利用发光二极管D1的正向电压来实现的，这样做的好处是：一是可作为 电路正常工作时的指示，二是具有稳压           图5  FM振荡调制器等效电路

作用，再加上电容C4的滤波作用，使得变容二极管在动态时只受到音频调制信号的影响，提高了输出载波频率的稳定性。

电容C5既是电容三点式振荡电路中Q2的集电极交流“地”的通路，同时与电阻R11组成本级电源退耦电路，提高了电路的工作稳定性。

3、倍频器

倍频电路重画如图6所示，是一个典型的单调谐选频放大电路，电容C10和电感L2组成选频回路；调节电感L2的磁芯，使其谐振在25MHZ  FM调频输入信号的4倍频点即100MHZ处，即可实现倍频功能，从而增大了相对频偏，选频放大后的信号由电感L2的次级输        图6   倍频电路

出到功率放大级。电阻R12为直流负反馈电阻有稳定静态工作点的作用，电容C6为倍频管Q3发射极交流旁路电容，电阻R11为电源退耦电阻。

4、功率放大器

功率放大器如图7所示，由三极管Q4、电感L3、电容C13和C14等组成。电路形式仍然采用电压并联负反馈共发射极放大电路，既具有稳定             图7   功率放大器

静态工作点的作用，又具有输出载波幅度稳定的特点，同时还有足够大的功率输出。此电路同时也是一个选频放大电路，集电极电感L3和电容C13、C14组成选频回路，同样谐振在100MHZ处。放大后的高频调频波信号由天线以电磁波的形式发射出去。

图中，电容C7为功率放大电路提供高频交流接“地”通路，开关S1为整机电源开关。电源BT1采用三节5号电池，整机工作电压为4.5V。

                   第3章 电路制作与装配

                    图8   整机装配实物图

第四章 电路调试

1、 FM振荡/调制电路的调试

如图9所示，将频谱分析仪的探头接到Q2的发射极，并将频谱分析仪的中心频率调至在25MHZ，如图10所示；然后，缓慢调节L1的磁芯，使FM振荡/调制器输出的25MHZ载波频率信号移到频谱分析仪的垂直中心线位置。如图10所示。

图9   FM振荡频率调节

图10  中心频率调整

2、 倍频电路的调试

如图11所示，将频谱分析仪的探头接至L2的次级，并将频谱分析仪的中心频率调到FM振荡频率的四倍频处即100MHZ点，然后调节L2倍器选频回路的磁芯，使其四倍频100MHZ载波幅度达到最大，见图12所示。

图11  倍频电路调试

图12  倍频电路调试

3、 功率放大电路调试

电路连接如图13所示，将频谱分析仪的探头接至功率放大发射天线处，调节功率放大器选频回路的磁芯，同样使其100MHZ载波频率幅度达到最大，此时的幅度已至频谱分析仪的满格位置。如图14所示。

图13  功率放大器调试