调频发射.docx
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调频发射
1.软件介绍
Multisim是加拿大图像交互技术公司(InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路行为进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
Multisim10概述:
(1)通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路
(2)通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为
(3)借助高级电路分析,理解基本设计特征
(4)通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试
(5)通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短上市时间
NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借NIMultisim,您可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。
借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器,您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证,从而缩短建模循环。
与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成,完善了具有强大技术的设计流程,从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。
2.设计内容
图1设计方框图
(1)根据本次课设题目在网上寻找相关资料,并找到相关的原理图,适当改变原理图中元件的相关参数。
(2)购买原理图中的相关元件进行识别和测试。
包括各类电阻、电容、二极管、话筒、天线的数值、质量、电器性能的准确判断,尤其注意三极管选用高频三极管9018,电容器尽量选择聚丙烯电容。
上网了解调频原理和相关资料;
(3)根据原理图在万用板上布线,焊接电路,完成调试工作(重点是电路噪音要小,而且电路的调频信号尽量要在90MHz左右。
有可能存在电路不能正常工作的检测)。
(4)用Multisim绘制本次实验用的原理图,设计内容方框图,编写此次的设计实验报告书,相关的心得体会。
3.理论分析
3.1准备知识
(1)话筒
驻极体话筒如图4所示,上面有防尘网的一面是受话面。
话筒底部有两个接点:
与金属外壳相连的是负接点,使用中应接地或接电源;四周悬空的是正接点,接信号端。
制作时,用两截直径1.5mm、长10mm左右的粗铜丝,焊牢在话筒底部的两个接点上,既是引线,又作支架。
然后将其焊入电路板左端相应位置,话筒的受话面应指向左端,井与电路板平面平。
下图是话筒的图示:
图2话筒
(2)高频振荡原理
自激振荡器的一种。
由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。
因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。
三点式振荡器又分为电容三点式和电感三点式,那么下面就比较这两种的区别。
电容三点式:
反馈电压中高次谐波分量很小,因而输出波形好,接近正弦波。
反馈系数因与回路电容有关,如果用该变回路的方法来调整震荡频率,必将改变反馈系数,从而影响起震。
电感三点式:
便于用改变电容的方法来调整震荡频率,而不会影响反馈系数,但是反馈电压中高次谐波分量比较多,输出波形差。
图3电容三点式振荡电路
(3)天线
天线(antenna)是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。
在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。
广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。
此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。
一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。
3.2语音信号输入
由驻极体话筒BM、负载电阻R1和耦合电容C1等组成,其功能是拾取声音转换为电信号并进行音频放大。
驻极体话筒内部有一个场效应管作信号放大,因此拾音灵敏度较高,输出音频信号较大。
声音信号引起的驻极体话筒内部场效应管漏极电流的变化,通过负载电阻R1得到相应的电压信号,经耦合电容C1输出至高频振荡电路。
或者直接采用将播放器输出的声音电信号直接通过电阻和耦合电容输入到高频振荡电路。
声音采集信号原理图如下图示:
图2声音信号输入
3.2高频振荡电路
由晶体管Q1、电阻R1、电感L、电容C2和C3等组成,其功能是产生高频载波并进行调制发射。
L与C2构成LC谐振回路,该回路具有选频作用,晶体管Q1的集电极与基极连接,并与L、C2选频回路组成高频振荡器。
经C耦合过来的音频信号加在Q1集电极,对高频振荡信号进行频率调制,调制后的调频信号经C7耦合至天线辐射出去。
发射频率取决于LC谐振回路谐振频率,调节L或C2的大小即可改变发射频率。
高频振荡电路原理图如下:
图3高频振荡原理图
3.3高频信号发射部分
由耦合电容C7将高频信号输入到天线,然后经过天线发射出去,由于课设要求的发射距离为3米,所以选用的天线长度为30厘米左右的,根据高频电子技术的理论知识也可以算出最小的天线距离为30厘米左右。
信号发射电路原理如图所示:
图4高频信号发射原理图
3.4整机工作原理
下面的图就是调频无线话筒的电路图,电路非常简洁,没有多余的器件。
高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器,对于初学者我们暂时不要去琢磨电容三点式的具体工作原理,我们只要知道这种电路结构就是一个高频振荡器就可以。
三极管集电极的负载C4、L组成一个谐振器,谐振频率就是调频话筒的发射频率,根据图中元件的参数发射频率可以在88~108MHZ之间,正好覆盖调频收音机的接收频率,通过调整L的数值(拉伸或者压缩线圈L)可以方便地改变发射频率,避开调频电台。
发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。
图5整机工作原理图
这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的,当声音电压信号加到三极管的基极上时,三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化,同时使三极管的发射频率发生变化,实现频率调制。
R4是V1的基极偏置电阻,给三极管提供一定的基极电流,使V1工作在放大区,R5直流反馈电阻,起到稳定三极管工作点的作用。
这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容实现调频的,当声音电压信号加到三极管的基极上时,三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化,同进使三极管的发射频率发生变化,实现频率调制。
话筒MIC可以采集外界的声音信号,这里我们用的是驻极体小话筒,灵敏度非常高,可以采集微弱的声音,同时这种话筒工作时必须要有直流的偏压才能工作,电阻R3可以提供一定的直流偏压,R3的阻值越大,话筒采集声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极,电路中D1和D2两个二极管反向并联,主要起一个双向限幅的功能,二极管的导通电压只有0.7V,如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流,这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间,过强的声音信号会使三极管过调制,产生声音失真基甚至无法正常工作。
CK是外部信号输出插座,可以将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源通过专用的连接线引入调频发射机,外部声音信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。
所以这个套件不但可以做一个无线话筒,而且还可以做一个电视机无线耳机使用。
电路中发光二极管D3用来指示工作状态,当调频话筒得电作时就会点亮,R6是发光二极管的限流电阻。
C8、C9是电源滤波电容,因为大电容一般采用卷绕工艺制作。
电路中K1和K2其实是一个开关,它有三个不同的位置,拨到最左边时断开,做无线转发器,因为无线转发器使用是话筒不起作用,但是话筒会消耗一定的静态电流,所以断开K2可以降低耗电、延长电池的寿命。
4.电路焊接及实物
(1)声音拾取部分焊接:
注意声音拾取部分用的是声电转换原理,直接声音信号转变成电信号,而且要注意话筒焊接时候的正负极不要焊接反了;
(2)高频振荡电路焊接:
注意三极管选的是高频三极管9018,而且最好选择放大倍数在100以上的,本实验选择的是172倍的放大;而且实验中用的电感是自己绕的,所以要注意参数的调整;高频电路中,电容器选择的都是小电容;注意电容器的旁路作用;
(3)信号发射部分焊接:
选择的是30厘米的天线,根据发射距离为3米的要求,可以选择较小的天线,以减小成本;
实物焊接如图:
图6实物焊接图
5.调试与故障检测
调试步骤:
(1)接电源。
根据电路的设计要求,用的是3V的电压,但是为了实验的方便和考虑调试的简易选择的是用两节干电池;电源的滤波必须要做好,特别是在这样的高频实物的焊接和仿真中;
(2)输入声音信号。
由于本次实验设计的是调频无线话筒,根据原理的设计可以知道,此次的实物的焊接声音输入有两种方式,一种是直接的声音信号,另一种是播放器输出的电信号。
为了调试的方便,我选择的是第二种方式,直接用MP3输出的声音信号输入到电路中;
(3)声音接收。
打开FM收音机,调节收音机的接收信号的频率,不断调整收音机的接收方向,直到能够挺清楚播放的音乐。
当接收到的声音与某电台的声音干扰时候,适当调节电感线圈的长度,直到声音清晰为止,此次实验做成的频率为84.3MHz。
当遇到无论怎么调整收音机的接收角度和频率都收不到播放的声音信号时,那就因该查看电路的焊接是不是出了问题了,当原理图焊接没出问题,就应该考虑适当改变电感线圈的长度了,这样微调电路的振荡频率,使其能够在收音机的接收信号的频率范围之内。
6.设计总结
电路非常简洁,没有多余的器件。
高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器,对于初学者我们暂时不要去琢磨电容三点式的具体工作原理,我们只要知道这种电路结构就是一个高频振荡器就可以。
三极管集电极的负载C4、L组成一个谐振器,谐振频率就是调频话筒的发射频率,根据元件的参数发射频率可以在88~108MHz之间,正好覆盖调频收音机的接收频率,通过调整L的数值(拉伸或者压缩线圈L)可以方便地改变发射频率,避开调频电台。
发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。
本电路结构简单,易于实现,成本较低,可以作为测量登记表中的一个模块,提高登记表的准确性和灵敏性。
7.心得体会
通过对各元器件的引脚功能、真值表的分析、并设计其原理图,且利用电子电路计算机进行仿真使得学习研究电子技术变得更加简单、直观,学习效果进一步提高,带动了学习的积极性。
通过学习使自己对课本上的知识能够应用于实际,使得理论与实际相结合,加深了对课本上知识的理解,并能够利用到图书馆查阅资料,增加了许多课本以外的知识,且实习也锻炼了我个人的动手能力,通过书写电子密码锁论文同时也锻炼了我的文字表达能力。
在设计过程中,我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神,每天的固定时间,老师都来给我们指导,使我们少走弯路,顺利完成实习任务,请允许我向你们致意崇高的敬意!
参考文献
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高等教育出版社,1998
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华中理工大出版社,2004
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中国电力出版社,2005
[4]沈任元,吴勇.数字电子技术基础[M].北京:
机械工业出版社,2001
[5]陈松.高频实用电路[M].南京:
东南大学出版社,2006.6
[6]张庆双.实用电子电路200例[M].北京:
机械工业出版社,2003
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