调频发射机高频实训论文.docx
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调频发射机高频实训论文
摘 要
在现代通信系统中,对讲机是一种近距离的,简单的无线传输通信工具,由于它不需要中转站的地面交换机的支持,就可以进行有效的移动通信,因此深受人们欢迎。
目前,它广泛应用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。
调频对讲机是通过调节频率使一组对讲机的接受频率和发射频率与另一组对讲机的发射频率和接受频率相同,从而实现对讲功能的无线通信工具。
本调频发射机,以集成芯片BA1404为核心,主要有FM调频发射电路,音频功放电路,直流稳压电源电路、话筒放大器电路、调制信号放大、功率放大、天线、功放输出模块组成。
本电路采用了模块化的思想,使得设计思路非常明晰。
关键词:
发射机;调频;无线;单工
Abstract
Inmoderncommunicationsystems,radioisashort-range,wirelesscommunicationstoolsimplybecauseitdoesnotrequireatransitpointonthegroundtosupporttheswitch,itcanbeaneffectivemobilecommunications,soinpopularity.Currently,itiswidelyusedinproduction,security,fieldengineeringandotherfieldsofsmall-scaleprojectsinmobilecommunications.FMradioissetbyadjustingthefrequencyofthereceivedradiofrequencyandtransmitradiofrequencyandtheothergroupreceivedthesamefrequencyandtransmitfrequency,enablingwirelesscommunicationtoolsintercomfunction.
TheFMtransmitter,integratedchipsBA1404withthecore,themainFMtransmittercircuit,audioamplifiercircuit,DCpowersupplycircuit,microphoneamplifiercircuit,themodulationsignalamplifier,poweramplifier,antenna,poweramplifieroutputmodule.Thiscircuitusesamodularthinking,makingdesignideasveryclear.
Keywords:
transmitter;FM;wireless;simplex.
目 录
引言
近年来,随着无线通信的进步,无线调频接收机也在飞速地发展。
作为一个适用性非常广泛的技术,无线调频接收机的用途覆盖了无线电通信、电视广播、无线电广播、雷达定位、遥测遥控、卫星通信以及蜂窝移动通信系统等各个领域。
市售收音机一般只能接收88~108MHz调频广播,频带窄、灵敏度低,只能用于简单接收,不能满足使用需求。
本文介绍的发射机机可发射88M~108M范围内的调频信号,可用于广播、电视、对讲机等,用途较广,有一定的实用性。
其电路按通信发射机和收音机电路综合设计,具有高灵敏度、高稳定性等优点。
1实训任务及要求
调频发射机首先将音频信号和高频载波调制为调频波,使高频载波的频率随音频信号发生变化,再对所产生的高频信号进行放大,激励,功放和一系列的阻抗匹配,使信号输出到天线,发送出去的装置.高频信号的产生现在有频率合成,PLL等方式.现在我国的商业调频广播的频率范围为88~108MHZ,校园为76~87MHZ,西方国家为70~90MHZ。
1.1实训内容
1)学习发射机的装配与调试。
2)提高对整机电路图与电路板图的识读能力。
3)掌握发射机生产工艺流程,提高焊接与装配工艺水平。
4)通过发射机组装、调试、检修,使学生提高故障分析能力和动手能力,为更高端的家用电子产品维修打下坚实的理论和实践基础。
5)掌握手工电烙铁的焊接技术,能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。
6)能按照PCB图焊接元件,掌握发射机的调试方法,组装一台半成成品发射机的工艺流程。
1.2实训基本要求
1)学习并掌握发射机的工作原理;
2)焊接质量要求比较高;
3)制作、调试一台较简单调频发射机;
4)发射频率范围:
88MHz~108MHz。
2发射机原理概述
2.1系统硬件主要芯片概述及功能介绍
2.1.1主要芯片BA1404
BA1404是日本东洋公司出品的一款很经典的立体声调频发射集成电路,其工作电压范围1-3V,该电路是由FM立体声混合器、38KHZ振荡器、FM调制器和高频放大器组成的单片集成电路。
BA1404的内部电路图如图2.1-1所示。
图2.1-1BA1404的内部电路图
其引脚功能如表2.1.1所示:
表2.1.1BA1404引脚功能表
引脚
说明
说明
引脚
1
右声道输入
左声道输入
18
2
音频放大器偏置
声道平衡
17
3
音频放大器地GND
声道平衡
16
4
38K晶振偏置
VCC
15
5
38K晶振
(1)
双声道复合信号输出端
14
6
38K晶振
(2)
导频信号输出端
13
7
射频放大器输出
调制信号输入端
12
8
射频放大器地GND
基准参考电压(用于改变变容管电容量)
11
9
射频振荡器网络
射频振荡器网络
10
2.1.2BA1404功能介绍
BA1404主要由前置音频放大器(AMP),立体声调制器(MPX),FM调制器及射频放大器组成。
立体声前置级分别为两个声道的音频放大器。
输入为0.5mV时,增益高达37dB,频带宽度为19kHz。
如输入信号中存在频率高于19kHz的成分,则必须在输入端加一个低通滤波器,否则两个声道的分离度会下降。
在立体声调制组,振荡器输出的38kHz信号于立体声调制。
通常在16、17脚接一可调电阻,以获得最佳的通道分离度。
立体声混合信号(MPX输出信号)与导频输出信号(PILOTOUT)合成后的调制信号通过12脚进入射频振荡器并对载波进行FM调制,经射频放大后输出射频信号,射频信号的典型值在600mV左右。
BA1404内部还提供了一个参考电压单元VREF。
设计者可以利用这个电压信号改变外接变容二极管的电容值,继而改变载波的振荡频率。
因此,只要控制一个电阻的分压值就可以达到改变发射频率的目的,这是比较独特的设计。
2.1.3主要芯片BA1404的特点
1)采用低电压、低功耗设计,电压在1~3V之间,典型值为1.25V,最大功耗500mW,静态电流为3mA;
2)将立体声调制、FM调制、射频放大电路集成在一个芯片上;
3)所需外围元件少;
4)两声道分离度高,典型值为45dB;
5)输入阻抗为540Ω(fin=1kHz),输入增益为37dB(Vin=0.5mV);
6)典型射频输出电压为600mV。
2.2发射机工作原理
2.2.1发射机工作原理框图
发射机工作原理框图如图2.2-2所示。
图2.2-2发射机工作原理框图
2.2.2发射机工作原理介绍
发信电路包括:
话筒音频放大、调制、缓冲放大、选频、发射功放等部分。
发信时,话音经过话筒,将声音信号转换为电信号。
然后经过音频放大器将其放大,再用其进行调频,使载波信号的频率按调制信号规律变化。
之后已调信号经过缓冲放大器,进入选频电路,选出所需要的谐波信号。
最后经过高频放大器进行信号放大后由天线发射出去。
2.2.3设计电路原理图
本设计的电路图如图2.2-3所示:
图2.2-3设计电路原理图
2.2.4部分电路功能原理介绍
1)电源电路介绍
直流稳压电源是一种将交流电转化为输出电压的直流电压装置,它需要变压、整流、滤波、稳压等部分组成,本文用78S05将+9v的电池电压稳压成+5V并且用电容进行滤波。
2)振荡器电路介绍
主要由电容器和电感器组成的LC回路,通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。
要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路,LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器,很多应用石英晶体的石英晶体振荡器,还有用集成运放组成的LC振荡器。
由于器件不可能参数完全一致,因此在上电的瞬间两个三极管的状态就发生了变化,这个变化由于正反馈的作用越来越强烈,导致到达一个暂稳态。
暂稳态期间另一个三极管经电容逐步充电后导通或者截止,状态发生翻转,到达另一个暂稳态。
这样周而复始形成振荡。
本文使用集成芯片内部的振荡电路。
3)调制器的原理介绍
调制器的原理图如图2.2-4所示,因为开关K负载并联,故称为并联调制器。
工作过程如下,若在O-T/2时间内K断开,则A点取得电平UmA,若在(T/2)-T时间内K接通,则A点接地。
以后随着开关K周期的通断动作,在A点将得到一脉动的直流电压UA,UA可以分解为直流分量UAO和交流分量UA-O,经过隔直流电容C后,UAO降落在电容器上,而交流分UA-被送到负载RL上去,即UO=UA-O。
本文的调制器已经集成在BA1404。
图2.2-4调制器的原理图
4)高频功率放大器介绍
高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知,放大器可以按照电流导通角的不同,分为甲类(导通角=360度)、乙类(导通角=180度)、甲乙类(导通角=180度~360度)。
其特点是向负载提供信号功率的放大器,通常称为功率放大器。
功率放大器工作时,信号电压和电流的幅度都比较大,因此具有许多不同于小信号放大器的特点。
下面介绍丙类谐振功率放大器。
丙类谐振功率放大电路如图2.2-5所示。
图2.2-5丙类谐振功率放大电路
丙类谐振功放的工作原理,ui→uBE→iB→iC→uCui为余弦电压,可表示为ui=UimCOSωct,
则:
uBE=VBB+ui=VBB+UimCOSωct根据三极管的转移特性可得到集电极电流iC,为余弦脉冲波,如图2.2-6所示:
图2.2-6iC波形
5)音频放大电路分析与介绍
下面介绍如图2.2-7单管共射放大电路。
图2.2-7单管共射放大电路
各元器件的作用:
GB——基极电源。
通过偏置电阻Rb,保证发射结正偏。
GC——集电极电源。
通过集电极电阻RC,保证集电结反偏。
Rb——偏置电阻。
保证由基极电源GB向基极提供一个合适的基极电流。
Rc——集电极电阻。
将三极管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化。
C1、C2——耦合电容。
防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响;同时保证交流信号顺利地传输。
即“隔直通交”。
放大电路的工作特点,
(1)为了不失真地放大信号,放大器必须设置合适的静态工作点。
(2)共射极放大器对输入的信号电压具有放大和倒相作用。
(3)在交流放大器中同时存在着直流分量和交流分量两种成分。
直流分量反映的是直流通路的情况;交流分量反映的是交流通路的情况。
3硬件安装与调试
3.1发射机硬件安装
检测元件、晶体管,用晶体管图示仪检测晶体管(它们的主要参数:
如β、BUcE0等)应符合设计要求。
对要求自己绕制的电感线圈,可用高频电感电容测量仪测量电感量。
对要求的电路进行元器件的焊接、安装,要求安装整齐,焊点光滑、无焊、错焊。
焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热,烙铁头与焊盘的平面最好成45°夹角,等待焊金属上升至焊接温度时,再加焊锡丝。
被焊金属未经预热,而将焊锡直接加在烙铁头上,使焊锡直接滴在焊接部位,这种焊接方法常常会导致虚焊。
插件元件焊接的步骤:
1)插入,将插件元件插入电路板标示位置过孔中,与电路板紧贴至无缝为止。
如未与电路板贴紧,在重复焊接时焊盘高温易使焊盘损伤或脱落,物流过程中也可导致焊盘损伤或脱落。
2)预热,烙铁与元件引脚、焊盘接触,同时预热焊盘与元件引脚,而不是仅仅预热元件,此过程约需1秒钟时间。
3)加焊锡,焊锡加焊盘上(而不是仅仅加在元件引脚上),待焊盘温度上升到使焊锡丝熔化的温度,焊锡就自动熔化。
4)加适量的焊锡,然后先拿开焊锡丝。
5)焊后加热,拿开焊锡丝后,不要立即拿走烙铁,继续加热使焊锡完成润湿和扩散两个过程,直到是焊点最明亮时再拿开烙铁,不应有毛刺和空隙。
6)冷却,在冷却过程中不要移动插件元件。
电烙铁使用注意事项:
电烙铁温度升高后,首先应将烙铁尖点上薄薄的一层焊锡,避免烙铁尖因氧化而不沾锡。
使用过程中,烙铁尖表面应一直保持有薄薄的焊锡层,多余的焊锡可轻轻甩在烙铁架上,或用一块湿布(湿海绵)擦拭一下。
暂时不用时,应将电烙铁温度调至最低。
3.2发射机硬件调试
1)先检查印刷电路板和焊接情况,应无短路和虚、假焊现象。
然后可接通电源。
2)打开收音机,拉出收音机天线,波段开关置于FM波段,(频率范围为88兆赫至108兆赫)。
3)慢慢转动收音机调谐旋钮,调到收音机收到信号声为止。
若收音机在调谐范围内收不到信号,可拉伸或压缩线圈L2,改变其宽度,再仔细调谐收音机直至收音机收到清晰的信号。
然后逐渐拉开无线话筒和收音机间的距离,直到距离在8~10m时,仍能收到清晰信号为止。
如果在整个频段(88MHz~108MHz)都收不到自己的声音,或者收到声音效果不好(不清晰或者与某一电台重叠),说明发射频率不合适,可以小心拨动振荡线圈L3,增大或减小每匝之间的距离,然后重新搜台。
如果还不行,则应拆下线圈L,改变其匝数后焊上再试,直到效果满意为止。
注意在调试中无线话筒发射频率应避开调频波段内的广播电台的频率,以免产生干扰。
4)发射频率:
102.2MHz。
5)使用距离:
大于10M。
6)使用条件:
9V电源,使用环境空间开阔,干扰少的地方。
7)刚开始调试的时候,用收音机接收一直没有收到发射信号。
后来用万用表测量发现芯片1404管脚无电压显示,找老师跟换啦芯片后结果收到啦信号调节L3在重新收台使声音信号更清晰。
但是有效接收距离只有1M多。
接着我调节L2的电感,可是无论怎么调都无法使有效距离增加。
经过多番调试无果后,决定换电感L2.跟换啦电感之后有效距离的问题解决。
4结论
经过这次实训,对电路的分析能力有了很大的提高。
在调试过程中,同学们之间相互切磋学习,对于理论的理解、对于实践的掌握、对于实际的应用的经验得到较多的积累。
对电子信息工程专业更加热爱,为以后更进一步的学习和实践,打下了结实的基础。
一、近距离使用时,特别拾取强度较高的信号时,收音机存在严重的啸叫声或失真。
这是由于音频放大级增益很高,同时配用的驻极体话筒又具有较高的拾音灵敏度所引起。
二、用AIN接口输入音源信号时,收音机输出声音小且伴有交流声。
原因之一:
由于使用了滤波效果差的整流电源所引起,但若改用电池供电仍不能解决问题,就可能是因为高频信号过强,干扰音源(如CD、Walkma等)中的放大电路,致使输出音频受到污染所致,可通过以下方法改善:
1,尽量缩短音频输入引线;2,在发射机与音源二条连线中各串联一个10uH高频电感;3,对音源进行屏蔽隔离;4,最直接而有效的方法应是减小输出功率或缩短发射天线,在近距离传输且需要保真度较高的场合下可考虑使用此法。
三、不起振或振荡弱;此故障表现在用收音机在整个波段内接收不到静噪声,输出功率小,若能保证元件的质量,以下步骤可助你排除故障:
1,在CC两端并联一个7pF电容(注意:
该电容不可过大,否则你会发现调制失效);2,调振荡级偏置电阻;3,改变C6容量一试,如果上述方法不能解决,也有可能是元件布局不合理引起,可重新对电路板进行布线。
四、发射距离近:
这类问题除了常见的天线放置不当、接收收灵敏度低、使用环境有高大建筑物等原因外,另一方面是由于振荡弱所引起,故仍有必要参考上述的操作增加晶体振荡器输出强度。
还有一原因可能是倍频器工作频率并非调在收音机接收范围内,实际上收音机接收到的只是微弱的谐波信号,其表现在虽然场强计示数较大但有效发射距离很小,不到100米(正常条件下,配合良好的收音机,开阔地有效距离约为800米)。
对于无频率测量仪器的爱好者来说,要解决这类问题,除谐振电感,电容应严格按照以上参数选用外,有时还需要读者的一份细心和耐心,相信自己,经过多次的调整后,你是会解决所有困难的。
本次实训操作多,容量大,对我们习惯和技能要求高,对我们素质的发展有着相当重要的作用,所以我们应该认真听讲,仔细操作,来不得半点懈怠;在操作前应该认真的学习理论知识以便更好的指导实践,之后应该继续思考以把理论与实际更好的结合。
凡事不可操之过急,静下心来认真的思考,谨慎的处理好动手与动脑的有效结合既互相的促进。
此次的实训大大的提高了我们的动手能力与运用所学知识解决实际问题的素质,为以后的实践积累了宝贵的经验。
使我们进一步的认识到:
实际≠理论,它们之间还有一定的距离,但它们之间有一座无形的桥,那就是思考与动手。
这也进一步的告诫我们:
知识≠能力,它们之间也有着一个鸿沟,但并不是不可逾越的。
这也就更进一步间接的告诉我们理论联系实际。
总而言之,我们的实践能力还很欠缺,尤其表现在理论与实际联系的素质。
主要的原因可能是思考的少以至眼界不是十分的开阔,进一步的导致在实践的过程中敢想而不敢做,敢做了又表现的力不从心。
谢辞
首先,感谢信息与通信学院为我们电子信息工程学生提供了一次实训学习的平台。
在硬件方面,学院提供了很好的实训平台,并且为学生免费提供大量需使用的电子元件,为能够成功完成这次实训创造了很好的条件。
还要感谢老师,老师们轮流值班,为学生提供帮助,让同学们很感动,在电路出现问题的时候,老师们像平常一样耐心的讲解电路并指导解决,让我们受益匪浅。
并借次机会,感谢两位老师来对我们的关心、帮助和鼓励。
在每个学期的实验课上和整个实训过程中对我们严格要求,耐心地、专业地指导,反复为我们讲解要点,给与我们极大的启发、帮助以及鼓励,使我们顺利的完成了每次实验课程以及这次的实训。
参考文献
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化学工业出版社,2007.
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电子工业出版社,2001.
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[4]曹才开,高频电子线路原理与实践,湖南:
中南大学出版社,2010.
[5]何连成.调频同步广播网的理论、工程实现与策划[J].广播与电视技术,2007
(1).
附录
调频发射机元件清单:
序号
Parttype
Designator
Footprint
Description
1
15T
L1
AXIAL0.4
色环电感10u
2
5T
L2
L-1
可调线绕电感
3
5.5T
L3
L-1
4
38KHZ
Y1
RAD0.1
晶振
5
78LS05
U2
78105
三端稳压芯片
6
+9V
+
FD
9
9V
J2
SIP4
4PIN接插件
7
9013
Q1
9018
三极管
8
9013
Q4
TO-92C
三极管
9
9018
Q3
9018
三极管
10
9018
Q2
9018
三极管
11
Audioin
J1
SPEAK
音频输入
12
BA1404
U1
DIP18
集成块
13
IN4007
D2
DIODE0.2
二极管
14
LED
D1
LED
发光二极管
15
MIC
MK1
MIC1
麦克风
16
88M-108M
E1
SIP1-TESET
天线
序号
电阻
位置
瓷片电容
位置
1
56K
R1
102
C1
2
56K
R2
102
C2
3
51
R3
102
C3
4
47K
R4
102
C4
5
47K
R5
104
C5
6
47K
R6
102
C6
7
27K
R7
102
C7
8
470
R8
102
C8
9
100K
R9
22P
C28
10
680
R10
22P
C18
11
22K
R11
22P
C21
12
10K
R12
22P
C20
13
10K
R13
22P
C19
14
5.6K
R14
22P
C24
15
150
R15
10P
C26
16
10K
R16
10P
C27
17
68K
R17
104
C29
18
1K
R18
104
C13
19
电解电容
104
C14
20
10UF
C22
104
C15
21
10UF
C10
56P
C23
22
10UF
C11
23
10UF
C31
24
10UF
C9
25
10UF
C12
26
10UF
C30
27
10UF
C17
28
10UF
C16
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