2018電賽f題無(wú)線(xiàn)話(huà)筒擴(kuò)音系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

隨著無(wú)線(xiàn)電子及通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)設(shè)備發(fā)送設(shè)備已經(jīng)變得十分普遍，而無(wú)線(xiàn)話(huà)筒因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,得到了廣泛的應(yīng)用。該裝置由信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)和信號(hào)接收系統(tǒng)組成，發(fā)射系統(tǒng)采用了調(diào)頻調(diào)制方式，提高了通信頻道帶寬和動(dòng)態(tài)范圍，拓展了通信距離。發(fā)送系統(tǒng)首先將聲音信號(hào)變?yōu)榈皖l電信號(hào)，然后通過(guò)高頻振蕩器調(diào)制，功率放大，最后經(jīng)過(guò)天線(xiàn)輻射出去；此部分頻率在范圍內(nèi)可調(diào)，且調(diào)整間隔為.接收部分首先由天線(xiàn)接收信號(hào),再進(jìn)行解調(diào),并功率放大,最后由揚(yáng)聲器輸出。系統(tǒng)在距離10m時(shí)可清晰通話(huà),具有較好的性能。本次項(xiàng)目我們制作兩支無(wú)線(xiàn)話(huà)筒的載波頻率可同時(shí)使用，手動(dòng)設(shè)置兩支話(huà)筒分別擴(kuò)音或混音擴(kuò)音。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)話(huà)筒 載波頻率 SP7021F 音頻混合

    本無(wú)線(xiàn)話(huà)筒擴(kuò)音系統(tǒng)主要由兩個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)構(gòu)成。發(fā)射機(jī)主要有一個(gè)采集放大電路，克拉潑(claap)電路，選頻電路以及三極管射極跟隨器組成。接收機(jī)的電路核心為單片收音機(jī)集成電路SC1088，主要包含F(xiàn)M信號(hào)輸入、本振調(diào)諧電路、中頻放大、限幅與鑒頻電路、功率放大電路構(gòu)成。系統(tǒng)的總體構(gòu)成圖如圖1-1所示。

（見(jiàn)附件）

    通過(guò)MIK（咪頭）與音頻輸入電路采集音頻信號(hào)，通過(guò)發(fā)射機(jī)的音頻放大電路將音頻信號(hào)進(jìn)行放大，之后音頻信號(hào)通過(guò)鎖環(huán)調(diào)制電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，最后通過(guò)高頻功率放大器將音頻信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送到接收機(jī)，接收機(jī)通過(guò)FM信號(hào)輸入電路接收信號(hào)，之后通過(guò)本振調(diào)諧電路穩(wěn)定接收發(fā)射機(jī)所發(fā)出的音頻信號(hào)，再送到鑒頻器檢出音頻信號(hào)，最后將信號(hào)通過(guò)功放電路從接出的喇叭放出。

在調(diào)頻接收機(jī)接收發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)部分我們提出以下方案：

方案一：利用改裝過(guò)的自動(dòng)調(diào)頻收音機(jī)作為調(diào)頻接收機(jī)。

方案二：利用改裝過(guò)的手動(dòng)調(diào)頻收音機(jī)作為調(diào)頻接收機(jī)。

    經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)頻改裝過(guò)的收音機(jī)在收到我們發(fā)射的聲音信號(hào)后存在許多干擾，不能鎖定發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻點(diǎn)。而手動(dòng)調(diào)頻機(jī)在找到我們發(fā)射的頻點(diǎn)后可以鎖定頻率，極大降低了信號(hào)干擾。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，我們選擇方案二。

在無(wú)線(xiàn)話(huà)筒頻率段區(qū)間可調(diào)我們共提出兩種方案：

方案一：使用FM發(fā)射器無(wú)線(xiàn)調(diào)頻發(fā)射器模塊進(jìn)行頻率調(diào)整。

方案二：利用克拉潑振蕩電路、自鎖開(kāi)關(guān)與射極跟隨器進(jìn)行選頻。

方案三：用BH1417芯片實(shí)現(xiàn)FM無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路與頻率調(diào)整。

  經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，第一種方案中，我們可以通過(guò)改變電感值的大小對(duì)頻道頻率進(jìn)行改變，可在連續(xù)可調(diào)，但不能達(dá)到調(diào)頻間隔為200KHZ。第二種方案中，我們通過(guò)試驗(yàn)后找到合適大小的電容阻值，我們可以直接通過(guò)自鎖按鍵對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)整，并且可實(shí)現(xiàn)頻率間隔為200KHZ。第三種方案中，根據(jù)BH1417本身特性可知，BH1417是適合大陸地區(qū)調(diào)頻廣播頻段，由并行數(shù)據(jù)端改變發(fā)射頻率，頻點(diǎn)分為低端和高端兩部分，每部分均可設(shè)置7個(gè)頻點(diǎn)，一共14個(gè)頻點(diǎn)，并且頻道頻率間隔是200kHz。方案二和方案三都滿(mǎn)足題目要求，由于題目中要求使用兩只無(wú)線(xiàn)話(huà)筒混音擴(kuò)音，所以我們同時(shí)使用方案二和方案三。

本次我們方案二無(wú)線(xiàn)話(huà)筒的原理框圖、電路原理圖、PCB圖和實(shí)物圖分別如圖2-1、圖2-2、圖2-3(a)和圖2-3(b)所示。

首先，我們通過(guò)MIC（咪頭）采集音頻信號(hào)，再通過(guò)一級(jí)放大電路將聲音信號(hào)進(jìn)行放大，之后再通過(guò)克拉潑（Clapp）振蕩電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理，將處理后的信號(hào)加到載波上然后通過(guò)調(diào)整C6,L1改變載波頻率，通過(guò)頻率計(jì)測(cè)量載波頻率從而讓發(fā)射機(jī)的聲音在固定電臺(tái)收到，通過(guò)調(diào)整自鎖開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的電容達(dá)到調(diào)整頻率間隔隔為200KHZ的目的。最后通過(guò)射極跟隨器將處理過(guò)的音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出。

我們的一級(jí)放大電路先通過(guò)C1進(jìn)行濾波，在通過(guò)一個(gè)三級(jí)管對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大一級(jí)放大電路如圖2-4所示。完整的Word格式文檔51黑下載地址：

   我們的二級(jí)放大電路采用使用克拉潑(Clapp)振蕩電路，該電路特點(diǎn)是在震蕩回路中加一個(gè)與電感串接的小電容C3，并且滿(mǎn)足因此回路總電容為，克拉潑震蕩電路及其等效電路分別如圖2-5,2-6所示。

由Claap等效電路我們可以得知和等效到L兩端的總電容增量為，其中，P1為折合到電感L兩端的接入系數(shù)；P2為折合到電感L兩端的接入系數(shù)。不穩(wěn)定電容相對(duì)總電容的變化量為，其中，因?yàn)镃3比C1和C2都小很多，故P1和P2可以同時(shí)減小，克拉潑電路的主要作用是固定頻率振蕩器。雖然改變了C3可以調(diào)節(jié)振蕩頻率，但也會(huì)引起P1和P2變化，這對(duì)電路是不利的。電路振蕩頻率的估算可近似用計(jì)算。

我們將調(diào)整頻率后的信號(hào)經(jīng)過(guò)射極跟隨器之后通過(guò)天線(xiàn)向外發(fā)出，設(shè)計(jì)跟隨器電路如圖2-7所示。信號(hào)從三級(jí)管積極輸入，從發(fā)射極輸出。其特點(diǎn)為輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大系數(shù)略低于1，因而從信號(hào)源索取的電流小且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)。

方案三：

發(fā)射機(jī)主要為基于BH1417F芯片的鎖相環(huán)調(diào)頻進(jìn)行信號(hào)發(fā)射，其主要分為音頻電路、鎖相環(huán)調(diào)制電路、高頻功率放大電路構(gòu)成，其電路圖分別如圖2-7、圖2-8、圖2-9所示。發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖和實(shí)物圖如圖2-10(a)和2-10(b)所示。

BH1417F芯片可工作在88MHZ~108MHZ頻段內(nèi)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由以下五個(gè)部分組成：音頻預(yù)處理電路（加重、限幅和低通濾波）、基頻產(chǎn)生電路（晶振、分頻）、鎖相環(huán)電路（相位檢測(cè)、鎖頻）、頻率設(shè)定電路（高低電平轉(zhuǎn)換）、調(diào)頻發(fā)射電路。外圍電路主要有拔碼開(kāi)關(guān)組成的頻率控制電路、壓控振蕩器組成的載波產(chǎn)生電路、定時(shí)器元件以及一些耦合電容。信號(hào)經(jīng)過(guò)解碼和鑒相后，由腳7輸出PLL振蕩器的控制信號(hào)VCO。此VCO控制外部的分立元件組成的高頻振蕩電路產(chǎn)生FM調(diào)頻的載波信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)達(dá)林頓三極管對(duì)腳5輸出的復(fù)合立體聲信號(hào)進(jìn)行FM頻率調(diào)制。調(diào)制后的信號(hào)通過(guò)腳9輸入到 BH1417F，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的射頻放大器放大后的射頻信號(hào)由腳11輸 出。輸出后的信號(hào)可以直接接到發(fā)射天線(xiàn)上進(jìn)行發(fā)射，或者輸入到射頻功率放大器進(jìn)行放大后發(fā)射，以擴(kuò)大發(fā)射距離。腳 13、14 需要外接7.6MHz的晶體振蕩器，提供給BH1417F內(nèi)部的鑒相、立體聲信號(hào)調(diào)制等部分所需要的穩(wěn)定時(shí)鐘。

該芯片具有如下特點(diǎn)：

• 將預(yù)加重電路、限幅電路、低通濾波電路一體化，使得音頻信號(hào)質(zhì)量較傳統(tǒng)芯片有較大提高。
• 使用了鎖相環(huán)鎖調(diào)頻電路與調(diào)頻發(fā)射電路一體化，使得發(fā)射頻率十分穩(wěn)定。
• 采用了4位撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行頻率設(shè)定，可設(shè)置14個(gè)頻點(diǎn)。（相鄰頻點(diǎn)間隔200KHZ）。
  

撥動(dòng)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)如表2-1所示。

接收機(jī)部分功能實(shí)現(xiàn)我們采用以SP7021F芯片為核心的電路，該芯片內(nèi)含高放、混頻、本振、二級(jí)有源中頻濾波器、中頻限幅放大器、鑒頻器、低頻器、低頻放大器、靜噪電路以及相關(guān)靜噪系統(tǒng)等，它具有單聲道FM收音機(jī)的全部功能。該芯片有如下特點(diǎn)：

• 由于SP7021F中頻頻率很低，可由內(nèi)電路兩級(jí)電路有源濾波器實(shí)現(xiàn)，在外電路總就取消了中周變壓器，簡(jiǎn)化了電路。
• 輸入回路不需要調(diào)諧，采用寬頻帶接收，通過(guò)改變本振調(diào)諧頻率來(lái)選擇電臺(tái)信號(hào)。
• 電路內(nèi)設(shè)有混頻、限幅中放、鑒頻、本振組成的頻率鎖相環(huán)電路，用來(lái)對(duì)中頻頻偏進(jìn)行壓縮，以滿(mǎn)足廣播信號(hào)的頻帶寬度。
• 電路內(nèi)設(shè)有相關(guān)靜噪系統(tǒng)及靜噪電路組成的降噪系統(tǒng)，可用于抑制無(wú)信號(hào)時(shí)，電源開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)以及接受弱信號(hào)時(shí)的噪聲，提高信噪比。
• 接收機(jī)原理電路圖\實(shí)物圖和原理框圖分別如圖如圖2-11(a)、圖2-11(b)和圖2-12所示。
  

我們使用LM386音頻功率放大器，其輸入端為差分放大器形式，輸出端由于采用OTL電路形式，輸出端靜態(tài)電壓被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，使得LM386特別適用于電池供電場(chǎng)合。我們使用規(guī)格為8Ω，0.5W的喇叭對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行播放，從而達(dá)到會(huì)場(chǎng)擴(kuò)音的效果。音頻功率放大電路與實(shí)物圖分別如圖2-13(a)和2-13(b)所示。

我們使用LM324四路運(yùn)算集成電路。LM324內(nèi)部集成了四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)放單元，四個(gè)獨(dú)立單元各自獨(dú)立工作，互不干擾。由于每個(gè)運(yùn)放單元中都集成電路都具有放大功能，所以使用運(yùn)放是不用考慮放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。我們使用其中兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)放單元將兩個(gè)不同頻率聲音信號(hào)進(jìn)行疊加，之后再通過(guò)一個(gè)獨(dú)立單元將信號(hào)合并，最后通過(guò)功放電路將信號(hào)放大，從而達(dá)到兩個(gè)無(wú)線(xiàn)話(huà)筒所發(fā)射出的聲音信號(hào)混音與擴(kuò)音的效果，我們的混音、擴(kuò)音電路圖與實(shí)物圖如圖2-14(a),圖2-14(b)所示。

  本系統(tǒng)包含有發(fā)射機(jī)與接收機(jī)，發(fā)射機(jī)載波頻段范圍為，最大頻偏為75KHZ，音頻信號(hào)帶寬為,天線(xiàn)長(zhǎng)度小于0.5米，頻道頻率間隔為200KHZ。接收機(jī)通信距離大于10米。8Ω負(fù)載下，最大輸出功率為0.5W。

本部分我們使用的芯片為SP7021F，該芯片工作電壓為,在我們使用的電路中我們使用了3V供電，在信號(hào)處理部分使用了基于LM386的音頻功率放大電路與基于LM324的混擴(kuò)音電路。我們使用的LM386主要參數(shù)如下：電源電壓,輸入電阻Ri50KΩ，輸出電阻r01Ω,放大倍數(shù)為可調(diào)，我們使用104瓷片電容為輸入耦合電容，使用1000uf作為電源濾波電容，使用104瓷片電容作為去耦電容，直流靜態(tài)電流4mA。我們通過(guò)對(duì)LM324的輸入電壓變化量與輸入電流變化量之比衡量運(yùn)放質(zhì)量。該運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)。分別在兩個(gè)輸入端口接入200Ω電阻為兩個(gè)運(yùn)放電路提供偏置電壓，兩個(gè)輸入端的輸入信號(hào)通過(guò)功放電路進(jìn)行疊加，最終通過(guò)音頻放大電路輸出。

本部分我們的音頻信號(hào)先通過(guò)一級(jí)放大電路，在此我們使用電容對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)克拉潑電路進(jìn)行二級(jí)放大，先測(cè)定可以滿(mǎn)足最小量檔值電容大小，即200KHZ。測(cè)得電容值為時(shí)與200KHZ最接近，所以把作為200KHZ的一個(gè)量檔，之后的自鎖開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的電容值以2倍遞增，通過(guò)調(diào)節(jié)這些電容值就可達(dá)到想要的頻點(diǎn)，由于電容并聯(lián)會(huì)降低頻率，當(dāng)把與按鍵相接的電容全斷開(kāi)后，調(diào)整載波頻率，使其達(dá)到108MHZ，此時(shí)的頻率值即為最大值，通過(guò)按下自鎖開(kāi)關(guān)，即并聯(lián)了相應(yīng)200KHZ量檔的電容，從而每次降低200KHZ頻率。在射極跟隨器部分，我們使用100KΩ的基極電阻使其靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定在1.5V。

方案三：

本部分我們采用BH1417芯片可工作在87~108MHZ，該芯片工作溫度范圍在-40℃~+85℃，我們所制作的無(wú)線(xiàn)話(huà)筒模塊其電源需使用9V的優(yōu)質(zhì)直流穩(wěn)壓電源，以消除由電源帶來(lái)的交流背景噪音，且電源電壓不能超過(guò)12V。通過(guò)外接7.6MHZ晶振通過(guò)改變C35的電容值與電感L2的匝數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)我們確定接收高段頻率時(shí)電感為3匝，接收低端頻率時(shí)可適當(dāng)增加相鄰線(xiàn)圈的間隔�？煞謩e使模塊在低頻段和高頻段工作穩(wěn)定。部分電路如圖3-1所示。

為了使保證芯片正常鎖住頻點(diǎn)，我們使用了壓控振蕩器，壓控振蕩器原理電路圖如圖3-2所示。圖中L采用普通的磁芯可調(diào)式電感，電感量標(biāo)稱(chēng)值為(30 nH～60nH)；變?nèi)荻�極管的電容隨偏置電壓的變化而改變，其極限范圍為(7pF～35pF)。為了保證電路的穩(wěn)定性，C2與C3值不能相差太大，這里假定C2取51pF，C3范圍取為7 pF～35pF。下面確定C1的值。由式(1)、式(2) 可知電感L、電容C3均取最小值時(shí)，壓控振蕩器取得最大振蕩頻率，反之，取得最小頻率。

          （1）

             （2）

         （3）

              其中，C2，C3串接后電容范圍為：，將L、C3的極限值代入式(3)，整理后有：

上式中C1的單位是pF。計(jì)算得：。于是C1值可取47pF。

在本次項(xiàng)目中我們的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Proteus 8 和DXP ，我們使用了頻率計(jì)，信號(hào)發(fā)生器，示波器和直流穩(wěn)壓電源。

     通過(guò)高頻頻率計(jì)對(duì)無(wú)線(xiàn)話(huà)筒的發(fā)射頻率進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定后將我們制作的接收機(jī)也調(diào)到相同頻率，之后由測(cè)試人員對(duì)無(wú)線(xiàn)話(huà)筒說(shuō)話(huà)，我們可以從接收機(jī)外界的喇叭清晰聽(tīng)到測(cè)試人員的說(shuō)話(huà)聲。

方案二測(cè)試結(jié)果及過(guò)程：

制作電路板后，在電路板上的電源接口接入3V直流電，通過(guò)頻率計(jì)連接在發(fā)射機(jī)天線(xiàn)上測(cè)得無(wú)線(xiàn)話(huà)筒載波頻率可以在間任意設(shè)定，頻道頻率間隔200KHz，該頻率通過(guò)板子上的多個(gè)自鎖開(kāi)關(guān)選擇設(shè)定。

方案三測(cè)試結(jié)果及過(guò)程：

電路元器件焊接完成后我們對(duì)電源口接入9V直流電源，將天線(xiàn)口與地相接，利用高頻頻率計(jì)對(duì)輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)相應(yīng)的頻率進(jìn)行記錄。

我們經(jīng)過(guò)多次測(cè)試得到如下數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果如表4-1所示。

• 方案二測(cè)試結(jié)果及分析
  

表4-1所示。