2018电赛f题无线话筒扩音系统设计报告

随着无线电子及通信技术的发展，无线设备发送设备已经变得十分普遍，而无线话筒因其结构简单、使用方便,得到了广泛的应用。该装置由信号发射系统和信号接收系统组成，发射系统采用了调频调制方式，提高了通信频道带宽和动态范围，拓展了通信距离。发送系统首先将声音信号变为低频电信号，然后通过高频振荡器调制，功率放大，最后经过天线辐射出去；此部分频率在范围内可调，且调整间隔为.接收部分首先由天线接收信号,再进行解调,并功率放大,最后由扬声器输出。系统在距离10m时可清晰通话,具有较好的性能。本次项目我们制作两支无线话筒的载波频率可同时使用，手动设置两支话筒分别扩音或混音扩音。

关键词： 无线话筒 载波频率 SP7021F 音频混合

    本无线话筒扩音系统主要由两个发射机和一个接收机构成。发射机主要有一个采集放大电路，克拉泼(claap)电路，选频电路以及三极管射极跟随器组成。接收机的电路核心为单片收音机集成电路SC1088，主要包含FM信号输入、本振调谐电路、中频放大、限幅与鉴频电路、功率放大电路构成。系统的总体构成图如图1-1所示。

（见附件）

    通过MIK（咪头）与音频输入电路采集音频信号，通过发射机的音频放大电路将音频信号进行放大，之后音频信号通过锁环调制电路对音频信号进行调制，最后通过高频功率放大器将音频信号进行放大，通过天线发送到接收机，接收机通过FM信号输入电路接收信号，之后通过本振调谐电路稳定接收发射机所发出的音频信号，再送到鉴频器检出音频信号，最后将信号通过功放电路从接出的喇叭放出。

在调频接收机接收发射信号实现部分我们提出以下方案：

方案一：利用改装过的自动调频收音机作为调频接收机。

方案二：利用改装过的手动调频收音机作为调频接收机。

    经过试验我们发现自动调频改装过的收音机在收到我们发射的声音信号后存在许多干扰，不能锁定发射机的发射频点。而手动调频机在找到我们发射的频点后可以锁定频率，极大降低了信号干扰。经过试验，我们选择方案二。

在无线话筒频率段区间可调我们共提出两种方案：

方案一：使用FM发射器无线调频发射器模块进行频率调整。

方案二：利用克拉泼振荡电路、自锁开关与射极跟随器进行选频。

方案三：用BH1417芯片实现FM无线发射电路与频率调整。

  经过试验我们发现，第一种方案中，我们可以通过改变电感值的大小对频道频率进行改变，可在连续可调，但不能达到调频间隔为200KHZ。第二种方案中，我们通过试验后找到合适大小的电容阻值，我们可以直接通过自锁按键对频率进行调整，并且可实现频率间隔为200KHZ。第三种方案中，根据BH1417本身特性可知，BH1417是适合大陆地区调频广播频段，由并行数据端改变发射频率，频点分为低端和高端两部分，每部分均可设置7个频点，一共14个频点，并且频道频率间隔是200kHz。方案二和方案三都满足题目要求，由于题目中要求使用两只无线话筒混音扩音，所以我们同时使用方案二和方案三。

本次我们方案二无线话筒的原理框图、电路原理图、PCB图和实物图分别如图2-1、图2-2、图2-3(a)和图2-3(b)所示。

首先，我们通过MIC（咪头）采集音频信号，再通过一级放大电路将声音信号进行放大，之后再通过克拉泼（Clapp）振荡电路对音频信号进行处理，将处理后的信号加到载波上然后通过调整C6,L1改变载波频率，通过频率计测量载波频率从而让发射机的声音在固定电台收到，通过调整自锁开关对应的电容达到调整频率间隔隔为200KHZ的目的。最后通过射极跟随器将处理过的音频信号经过放大通过天线发出。

我们的一级放大电路先通过C1进行滤波，在通过一个三级管对音频信号进行放大一级放大电路如图2-4所示。完整的Word格式文档51黑下载地址：

   我们的二级放大电路采用使用克拉泼(Clapp)振荡电路，该电路特点是在震荡回路中加一个与电感串接的小电容C3，并且满足因此回路总电容为，克拉泼震荡电路及其等效电路分别如图2-5,2-6所示。

由Claap等效电路我们可以得知和等效到L两端的总电容增量为，其中，P1为折合到电感L两端的接入系数；P2为折合到电感L两端的接入系数。不稳定电容相对总电容的变化量为，其中，因为C3比C1和C2都小很多，故P1和P2可以同时减小，克拉泼电路的主要作用是固定频率振荡器。虽然改变了C3可以调节振荡频率，但也会引起P1和P2变化，这对电路是不利的。电路振荡频率的估算可近似用计算。

我们将调整频率后的信号经过射极跟随器之后通过天线向外发出，设计跟随器电路如图2-7所示。信号从三级管积极输入，从发射极输出。其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大系数略低于1，因而从信号源索取的电流小且带负载能力强。

方案三：

发射机主要为基于BH1417F芯片的锁相环调频进行信号发射，其主要分为音频电路、锁相环调制电路、高频功率放大电路构成，其电路图分别如图2-7、图2-8、图2-9所示。发射机结构框图和实物图如图2-10(a)和2-10(b)所示。

BH1417F芯片可工作在88MHZ~108MHZ频段内，其内部结构由以下五个部分组成：音频预处理电路（加重、限幅和低通滤波）、基频产生电路（晶振、分频）、锁相环电路（相位检测、锁频）、频率设定电路（高低电平转换）、调频发射电路。外围电路主要有拔码开关组成的频率控制电路、压控振荡器组成的载波产生电路、定时器元件以及一些耦合电容。信号经过解码和鉴相后，由脚7输出PLL振荡器的控制信号VCO。此VCO控制外部的分立元件组成的高频振荡电路产生FM调频的载波信号，并通过一个达林顿三极管对脚5输出的复合立体声信号进行FM频率调制。调制后的信号通过脚9输入到 BH1417F，经过内部的射频放大器放大后的射频信号由脚11输 出。输出后的信号可以直接接到发射天线上进行发射，或者输入到射频功率放大器进行放大后发射，以扩大发射距离。脚 13、14 需要外接7.6MHz的晶体振荡器，提供给BH1417F内部的鉴相、立体声信号调制等部分所需要的稳定时钟。

该芯片具有如下特点：

• 将预加重电路、限幅电路、低通滤波电路一体化，使得音频信号质量较传统芯片有较大提高。
• 使用了锁相环锁调频电路与调频发射电路一体化，使得发射频率十分稳定。
• 采用了4位拨码开关进行频率设定，可设置14个频点。（相邻频点间隔200KHZ）。
  

拨动开关对应频点如表2-1所示。

接收机部分功能实现我们采用以SP7021F芯片为核心的电路，该芯片内含高放、混频、本振、二级有源中频滤波器、中频限幅放大器、鉴频器、低频器、低频放大器、静噪电路以及相关静噪系统等，它具有单声道FM收音机的全部功能。该芯片有如下特点：

• 由于SP7021F中频频率很低，可由内电路两级电路有源滤波器实现，在外电路总就取消了中周变压器，简化了电路。
• 输入回路不需要调谐，采用宽频带接收，通过改变本振调谐频率来选择电台信号。
• 电路内设有混频、限幅中放、鉴频、本振组成的频率锁相环电路，用来对中频频偏进行压缩，以满足广播信号的频带宽度。
• 电路内设有相关静噪系统及静噪电路组成的降噪系统，可用于抑制无信号时，电源开关转换时以及接受弱信号时的噪声，提高信噪比。
• 接收机原理电路图\实物图和原理框图分别如图如图2-11(a)、图2-11(b)和图2-12所示。
  

我们使用LM386音频功率放大器，其输入端为差分放大器形式，输出端由于采用OTL电路形式，输出端静态电压被自动偏置到电源电压的一半，使得LM386特别适用于电池供电场合。我们使用规格为8Ω，0.5W的喇叭对放大后的信号进行播放，从而达到会场扩音的效果。音频功率放大电路与实物图分别如图2-13(a)和2-13(b)所示。

我们使用LM324四路运算集成电路。LM324内部集成了四个独立的运放单元，四个独立单元各自独立工作，互不干扰。由于每个运放单元中都集成电路都具有放大功能，所以使用运放是不用考虑放大器的静态工作点。我们使用其中两个独立运放单元将两个不同频率声音信号进行叠加，之后再通过一个独立单元将信号合并，最后通过功放电路将信号放大，从而达到两个无线话筒所发射出的声音信号混音与扩音的效果，我们的混音、扩音电路图与实物图如图2-14(a),图2-14(b)所示。

  本系统包含有发射机与接收机，发射机载波频段范围为，最大频偏为75KHZ，音频信号带宽为,天线长度小于0.5米，频道频率间隔为200KHZ。接收机通信距离大于10米。8Ω负载下，最大输出功率为0.5W。

本部分我们使用的芯片为SP7021F，该芯片工作电压为,在我们使用的电路中我们使用了3V供电，在信号处理部分使用了基于LM386的音频功率放大电路与基于LM324的混扩音电路。我们使用的LM386主要参数如下：电源电压,输入电阻Ri50KΩ，输出电阻r01Ω,放大倍数为可调，我们使用104瓷片电容为输入耦合电容，使用1000uf作为电源滤波电容，使用104瓷片电容作为去耦电容，直流静态电流4mA。我们通过对LM324的输入电压变化量与输入电流变化量之比衡量运放质量。该运算放大器的开环差模电压放大倍数。分别在两个输入端口接入200Ω电阻为两个运放电路提供偏置电压，两个输入端的输入信号通过功放电路进行叠加，最终通过音频放大电路输出。

本部分我们的音频信号先通过一级放大电路，在此我们使用电容对信号进行滤波，再通过克拉泼电路进行二级放大，先测定可以满足最小量档值电容大小，即200KHZ。测得电容值为时与200KHZ最接近，所以把作为200KHZ的一个量档，之后的自锁开关对应的电容值以2倍递增，通过调节这些电容值就可达到想要的频点，由于电容并联会降低频率，当把与按键相接的电容全断开后，调整载波频率，使其达到108MHZ，此时的频率值即为最大值，通过按下自锁开关，即并联了相应200KHZ量档的电容，从而每次降低200KHZ频率。在射极跟随器部分，我们使用100KΩ的基极电阻使其静态工作点稳定在1.5V。

方案三：

本部分我们采用BH1417芯片可工作在87~108MHZ，该芯片工作温度范围在-40℃~+85℃，我们所制作的无线话筒模块其电源需使用9V的优质直流稳压电源，以消除由电源带来的交流背景噪音，且电源电压不能超过12V。通过外接7.6MHZ晶振通过改变C35的电容值与电感L2的匝数，根据实验我们确定接收高段频率时电感为3匝，接收低端频率时可适当增加相邻线圈的间隔。可分别使模块在低频段和高频段工作稳定。部分电路如图3-1所示。

为了使保证芯片正常锁住频点，我们使用了压控振荡器，压控振荡器原理电路图如图3-2所示。图中L采用普通的磁芯可调式电感，电感量标称值为(30 nH～60nH)；变容二极管的电容随偏置电压的变化而改变，其极限范围为(7pF～35pF)。为了保证电路的稳定性，C2与C3值不能相差太大，这里假定C2取51pF，C3范围取为7 pF～35pF。下面确定C1的值。由式(1)、式(2) 可知电感L、电容C3均取最小值时，压控振荡器取得最大振荡频率，反之，取得最小频率。

          （1）

             （2）

         （3）

              其中，C2，C3串接后电容范围为：，将L、C3的极限值代入式(3)，整理后有：

上式中C1的单位是pF。计算得：。于是C1值可取47pF。

在本次项目中我们的开发环境为Proteus 8 和DXP ，我们使用了频率计，信号发生器，示波器和直流稳压电源。

     通过高频频率计对无线话筒的发射频率进行测定，测定后将我们制作的接收机也调到相同频率，之后由测试人员对无线话筒说话，我们可以从接收机外界的喇叭清晰听到测试人员的说话声。

方案二测试结果及过程：

制作电路板后，在电路板上的电源接口接入3V直流电，通过频率计连接在发射机天线上测得无线话筒载波频率可以在间任意设定，频道频率间隔200KHz，该频率通过板子上的多个自锁开关选择设定。

方案三测试结果及过程：

电路元器件焊接完成后我们对电源口接入9V直流电源，将天线口与地相接，利用高频频率计对输出频率进行检测，通过拨动拨码开关对相应的频率进行记录。

我们经过多次测试得到如下数据。测试结果如表4-1所示。

• 方案二测试结果及分析
  

表4-1所示。