音频信号红外转发器.docx

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音频信号红外转发器

《电子技术》课程设计报告

课题：

音频信号红外转发器

班级电气1087学号

学生姓名

专业电气信息类

学院电子与电气工程学院

指导教师电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2010年6月

音频信号红外转发

1．设计目的

电子技术课程设计是电子信息工程系三个专业的公共课程设计，是模拟电子技术、数字电子技术课程结束后进行的教学环节。

其目的是：

1.培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力；

2．学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试；

3．进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等；

4．培养学生的创新能力。

2．设计要求

1．输入为电视中音频信号或者收音机、Mp3等的音频信号（注：

可以直接从喇叭两端接线，或者用耳机把信号引出来）；

2．在三米外，能够接收到红外信号，且能够清楚地听到声音；

3．必须有主要单元电路和元器件参数计算、选择；

4．画出总体设计电路图；

5．安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。

焊接完毕后应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；

6．调试电路；

7．电路性能指标测试；

8．提交格式上符合要求，内容完整的设计报告。

3．总体设计

红外线是可见光谱中位于红色光之外的光线，尽管肉眼看不到这种光线，但利用红外线发送和接收装置却可以发送和接收红外线信号，实施红外线通讯。

利用红外线通讯无需连线，只需将两设备的红外线装置对正即可传输数据。

红外线通讯方向性很强，适用于近距离的无线传输。

利用红外线来传送音频信号，这是一种红外线无线光通信电路。

目前，这种通信方式主要应用于室内，如构成无绳电话及无绳耳机系统等。

红外线的传输距离虽然不远，但应用于办公室和家庭已绰绰有余。

由于可免去布线的麻烦，故它具有线光通信无法比拟的优点。

本设计方案为Mp3伴音红外转发器，它具有结构简单、易于制作、无干扰、噪声低等优点。

3.1制作流程图

图1设计总框图

发射部分由6V稳压电源提供，音频信号经过鉴频后，由BJT放大后通过红外发射管发射，调节可变电阻可调节基级电流，控制发射功率，但发射功率不能调过大，以免烧坏BJT或二极管。

3.2原理图

图2音频信号红外转发器原理图

该转发器由发射和接收两部分构成。

图1（a）为发射部分电路原理。

鉴频后的伴音（音频）信号经三极管VT放大后推动红外发射管。

由于发射管的发射强度与通过其电流成正比，所以VD1、VD2所发出的红外光，便受到音频信号的调制。

为了防止失真，VD1、VD2要设一定的偏置。

图1（b）是接收部分原理图。

其电路采用一块音频放大集成电路LM386。

VD为红外线接收管。

当被音频信号调制的红外光照射到VD时，在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，经C1耦合至IC，进行放大。

由于IC具有功率放大作用。

C2，C3，C6，C7是滤波电容（C6和C7还具有防止旧电池啸叫失真的功能）

R1是偏置电阻

C1和C5耦合电容还具有隔直的作用

C3是旁路电容

C4是高频旁路电容，具有改善声道使低音丰满的功效

LM386是音频功率放大器

CK是耳机插孔

3.3元器件选择

3.3.1元器件类型

发射部分：

电容：

C1（4.7uF）滤波电容，C2（100uF），C3（0.01uF）

电阻：

R1（10KΩ）偏置电阻，R2（100Ω），R3（1KΩ）

三极管：

VT8050中功率管

发射管：

VD1，VD2

接收部分：

电容：

C1（0.22uF），C2（10uF），C3（100uF），C4（0.1uF），C5（100uF），C6（0.1uF），C7（100uF）

其中C1和C5是耦合电容，起隔直的作用；C3是旁路电容；C4是高频信号中的高频分量的旁路电容，起改善音质的作用。

电阻：

R4（620KΩ）

音频集成功放：

LM386

接收管：

VD

SE303型红外线发光二极管（VD1，VD2），PH302型红外线接收管（VD），2SC8050型NPN中功率三极管，RJ-1/4型金属膜电阻器，CD11-16V型电解电容期，CD11-10V型电解电容器，CT1型瓷片电容器，6V和6V直流电源。

3.3.2器件选择注意事项

VT1选用2SC8050型NPN中功率三极管，要求电流放大系数大于100，PCM =300mW，ICM=500mA.

VD1，VD2选用SE303型红外线发光二极管，VD选用PH302型红外线接收管（不要选用光电二极管，以免受干扰，影响接受效果）。

R1到R3选用RJ-1/4W型金属膜电阻器，R2的功率不小于1/4W.

C1，C2选用CD11-16V型电解电容器，C5-C8，C10都选用CD11-10V型电解电容器，C3，C4，C9选用CT1型瓷片电容器。

发射部分采用6V直流稳压电源，接受部分采用6V直流稳压电源。

4．单元电路设计

4.1特性

静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电电路

工作电压范围宽：

4-12V或者5-18V

外围元件少

电压增益可调:

20-200

低失真度

4.2LM386引脚图及相关说明

LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

LM386的功能

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

图3LM386的引脚图

图中引脚2为反相输入端，3为同相输入端，引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端。

如果在对增益要求不高时它可直接去掉，此时的增益内置为20.

LM386电源电压4—12V，音频功率0.5W，LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mV，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。

它的典型输入阻抗为50K.

图4LM386内部电路原理图

LM386内部电路原理图如上图所示。

与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。

使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。

第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。

二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。

电路由单电源供电，故为OTL电路。

输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

LM386小功率音频放大器是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。

为使外围元件最少,电压增益内置为20，但在1脚和8脚之间增加一个外界电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200.输入端以地位为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。

4.3集成功率放大电路的主要性能指标

集成功率放大电路的主要性能指标除最大输出功率外，还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽、输入阻抗、输入偏置电流、总谐波失真等。

LM386-1和LM386-3的电源电压为4~12V，LM386-4的电源电压为5~18V.因此，对于同一负载，当电源电压不同时，最大输出功率的数值将不同。

已知电源的静态电流（可查阅手册）和负载电流最大值（通过最大输出功率和负载可求出），可求出电源的功耗，从而得到转换效率。

4.4电路工作原理

音频信号红外转发器由发射器和接收器两部分组成，发射部分如图2所示，声音信号从发射器A,B端引入，发射器引入的声音音频信号经过C1耦合至VT1进行一级放大后驱动红外线发射二极管VD1,VD2发光，声音信号的变化引起VD1,VD2的发光强度受声音信号强弱的调制。

C1是发射器的核心；当伴音信号加在图中的A、B点时，经耦合电容C1（4.7μ）的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由8050的放大作用，驱动两红外发光管。

使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。

接收器由光电转换、电源（有滤波电路）、耳机插孔及音频放大器四大部分组成。

经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换为变化规律和音频信号相同的电信号，相当于经过耦合电容C2（0.22μ）隔直作用后，再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号,其Vbe约0.7V，每只红外发光管的正向压降均为1.15V，发射功率都小于100mW，将两只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。

此外，由于红外发光管的辐射角度有限，因此在设计电路板时需将作用区有叠加地排列。

电路如图2所示，该电路采用一块音频信号放大集成电路LM386进行功率放大，VD为红外线信号接收器，当被音频信号调制的红外光照射到VD3表面时，VD将接收的经声音调制的红外光信号转换成电信号，即在VD两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，该信号经过C9耦合至LM386进行功率放大后驱动扬声器发声。

5．调试

将发射器与接受器的电子元器件两块印刷电路板上，安装时调节发射部分三极管VT1的静态电流在30mA左右，接收部分只要安装无误，不需要调试即可工作，发射部分可以安装在电视机内部，由机内6V电源供电。

信号输入端接到音量电位器的两端即可。

对于采用集成电路的直流音量控制的电视机，可以将A、B两端接到喇叭的两端。

不过要增加一只开关，将喇叭关断（也可利用耳机输出插孔），调节音量电位器，使其转发距离最远（3-4米）并且不失真。

图5发射管的排列图

红外线发光二极管VD1,VD2在安装时，要考虑其辐射区范围，由于红外发射管的辐射角一般在60度左右，所以安装时要使它们的辐射空间范围有一部分重叠，如图5所示。

发射部分、接收部分经调试后，都没有出现什么错误，即可发射音频信号并在3米远处接收到信号，只是接收到的信号声中有一些杂音。

另外,调试的过程中还发现，在使用该音频信号红外转发器时最好将日光灯关闭，否则可能会有干扰杂音出现。

6．电路测试及测试结果

将发射部分和接收部分分别接上+6V电源，再接上音频信号，其发射管和接收管距离大约3米左右，通过耳机听到音质较好的音频信号。

7．设计总结

通过本次课程设计，我的收获很大，学会了运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题，同时对于设计中出现的问题能积极的去思考、解决。

这次课程设计的课题是《音频信号红外转发器》，我搞清楚了音频信号红外转发器的基本工作原理，同时对它的主要元件LM386的特性和内部结构有了更深刻的理解，这是能够按期完成课程设计的一个重要因素。

这次的课题是自己动手制作的，使我的焊接技术有了一定的提高，还学会了用万用表检查电路的连接情况和调试电路。

总的来说，这次的课程设计对我实践能力和创新能力的提高有很大的帮助，希望以后有更多的机会参加课程设计！

8．参考文献

1．赵淑范，王宪伟电子技术试验与课程设计北京：

清华大学出版社，2006

2．刘修文实用电子电路设计制作北京：

中国电力出版社，2005

3．陈大钦电子技术基础试验（第二版）北京：

高等教育出版社，2000

4．高吉祥电子技术基础试验与课程设计北京：

电子工业出版社，2002

5．苏长赞电视伴音红外转发器电子世界，1995

6．李清泉红外线转发器的制作[J]家用电器科技，1995.3