编号 0810109
毕业论文
（ 2012 届本科）
题 目： 无线调频话筒的设计与实现
学 院： 物理与机电工程学院
专 业： 物理学
作者姓名： 康建国
指导教师： 张志荣 职称： 副教授
完成日期： 2012 年 6 月 7 日
二○一二 年 六 月
目 录
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 ................................................ 1
河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 ................................................ 2
摘要： ................................................................................ 4
ABSTRACT ： ............................................................................ 4
1引言 ............................................................................. 5
1.1无线电技术及无线话筒 ........................................................... 5
1.2无线话筒的分类 ................................................................. 5
1.3无线话筒的发展 ................................................................. 6
1.4无线话筒的运用 ................................................................. 7
2. 设计任务与要求 ...................................................................... 8
2.1设计任务 ....................................................................... 8
2.2设计要求 ....................................................................... 8
2.3任务自评 ....................................................................... 8
3方案的选择与论证 ..................................................................... 8
3.1整体方案设计 ................................................................... 8
3.2具体方案的选择及确定 .......................................................... 11
3.3单元电路的调试与仿真 .......................................................... 14
4电路制作装配 ........................................................................ 18
4.1PCB 板的制作 .................................................................. 18
4.2电感的制作 .................................................................... 20
5调试仿真及结果分析 .................................................................. 21
5.1实物测试仿真 .................................................................. 21
5.2实物调试 ...................................................................... 22
5.3结果分析 ...................................................................... 22
6设计总结 ............................................................................ 23
参考文献 ............................................................................. 24
致 谢 .............................................................................. 25
河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 ............................................. 26
河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 ............................. 27
河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 ............................................... 28
河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 ............................................. 29
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师
的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：
二O 一二年六月九日
河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告
论文题目 无线调频话筒的设计与实现
物理与机
康建国 所属学院 电工程学
院
物理与机
张志荣 所在单位 电工程学
院 职称 副教授 专业 物理学 年级 四年级 学生姓名 指导教师 开题日期 2011.11.16
选题的根据：选题的理论、实际意义并综述有关本选题的研究动态和自己的见解
话筒在当前有着重要的作用，尤其在无线电技术的不断发展中，无线话筒已经取代了传统的有线话筒而被广泛运用。无线话筒是将音频信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，由天线辐射。通过接收器接收信号并在转换成音频信号就可以实现声音的远程传播。相比具有使用方便、美观大方的优点，在使用过程中不需要长长的电缆，摆脱了有线带来的不畅。现今随着科技的不断发展，无线话筒种类变多，功能也随之变强。一帮来看按照发射频率有FM 无线话筒和VHF 无线话筒，FM 无线话筒的工作原理是用普通FM 收音机接收，这一无线话筒的特点是系统简单，成本低廉，但是效果不佳，不能满足专业品质的要求。VHF 无线话筒又分为低频及高频段两类型，现在人们常常使用的是高频段的无线话筒，使用天线较短，甚至可以设计成隐藏式天线，方便，安全又美观，受电器的杂波干扰小，电路设计成熟，零件普及价格低廉，是现在最常用的无线话筒。按照无线话筒的振荡方式来看有石英锁定型无线话筒和相位锁定频率合成型无线话筒，前者是以石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，电路简单，成本低廉，是当今无线话筒的标准电路设计。但这种类型的话筒只有一个固定的频率去使用，因此无法改变或调整使用频率。后者则采用的是PLL （频率锁相环）的电路来设计的，避免无线话筒在使用中遇到其他讯号的干扰而无法使用，或为了同时使用多支话筒的场合，需要随时方便又快速的改变频道这一功能，是现今大多数话筒所采用的一种形式。在出于方便实用、电路简单以及价格低廉等方面，我设计了一个FM 无线调频话筒，能够在普通FM 收音机在100MHz 左右能有接收到音频信号。 论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：
本文描述了无线调频话筒设计原理和实现方法。通过Proteus 软件设计与仿真无线调频话筒电路图，通过Altium Designer做出PCB （印刷板电路）并制作PCB 电路板，最终完成电路的焊接与制作，并且通过进一步的调制。要求话筒能采集空间中的声音，通过放大调频后能够产生88—108MHz 的调频波，经过天线辐射后，能够使用普通调频收音机在90MHZ 频率左右，并且在大于10米的距离能够正常的接收。
论文进度安排和采取的主要措施：
2011.10.31－2011.12.1 明确设计任务，搜集整理有关文献资料；
2011.12.2－2011.12.20 完成开题报告
2011.12.21－2012.1.17 查阅文献，提出并论证设计方案；
2012.1.18－2012.2.26 利用Protel 等软件平台进行仿真调试；
2012.2.27－2012.4.30 硬件电路的焊接、调试及测试；
2012.5.1－2012.5.25 撰写设计论文；
2012.5.26－2012.6.8 完善不足，准备答辩。
主要参考资料和文献：
[1]刘泉. 通信电子线路[M]. 武汉：武汉理工大学出版社, 2002.
[2]方维, 高荔. 电路与电子学基础[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[3]徐国华. 模拟及数字电子技术实验教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2004.
[4]周南生, 张文敏. 晶体管电路设计[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[5]李祥臣，卢留生. 模拟电子技术教程[M]. 北京：北京清华大学出版社, 2005.
[6]康华光，陈大钦. 电子技术基础--模拟部分[M]. 武汉：华中理工大学出版社, 2004.
[7]李永平，董欣. 电路设计与实现[M]. 北京：国防工业出版社, 2005.
指导教师意见：
签 名： （亲笔签名）
年 月 日
教
研
室
意
见
负责人签名： 年 月 日学 院 意 见 负责人签名： 年 月 日
正 文
无线调频话筒的设计与实现
摘要：随着无线电技术的不断发展，无线话筒已经成为人们生活中所不可缺少的器件，有着极为广泛的应用。无线调频话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频功率放大与选频之后由天线辐射。本文描述了无线调频话筒的设计原理和实现方法。整个电路通过Proteus 软件平台进行仿真调试，通过Altium Designer软件做出PCB （印刷版电路）。使用普通调频收音机在90MHZ 频率左右，话筒中心50米范围内能正常接收。这一无线话筒具有电压低、受话灵敏、噪声低、制作简易电路简单、成本低等特点。可运用于教学，无线广播，助听器，及一些声控设备当中。
关键字：放大电路；调频电路；电容三点式振荡电路；PCB 板的制作
ABSTRACT ：With the development of wireless technology, wireless microphone has been an indispensable appliance in people’s daily life and has been used widely. The principle of wireless FM microphone is to transform the acoustic signals into the audio signals through the microphone and to change the output frequency of high frequency oscillator by changing the junction capacitance in order to produce FM wave radiated by the ante through the high-frequency amplification and frequency selection. This paper description the design principle of the wireless FM microphone and ways of realization. The entire circuit is sitnulated and debugged through the Proteus software platform and the PCB (printed version of the circuit) is made through the Altium Designer software. The use of ordinary FM radio at around 90MHz frequency can normally receive the signal within 50 meters of the center of the microphone. This wireless microphone has the following characteristics: low voltage, sensitive receiving, lower noise, simple making of the circuit and lower cost. It can be applied to the teaching, radio broadcast, hearing aids and some voice-activated devices.
Keywords: FM amplifier circuit; oscillation circuit; the PCB board production
1引言
1.1无线电技术及无线话筒
随着无线电技术的不断发展，无线话筒已经成为人们生活中所不可缺少的器件，无线话筒系统在广播、电影、戏剧和舞台制作以及公司、宗教和教育场所都是一个重要的组成部分。但是随着数以万计的无线电设备的使用以及用户对无线话筒系统需求的增加使广播频率变得拥挤，理解无线话筒系统的设计和操作的概念已经成为一个具有挑战性的问题。
由于可用的频谱越来越少，在北美DTV （数字电视）广播的出现使得无线系统的运行更加复杂困难。DTV 也同样出现在欧洲, 它已成为未来可能出现的频谱拥挤现象的另一标志. 。鉴于以上这些事实，随着无线话筒、内部通讯网络系统、耳内监听系统和其它应用在各类制作的无线电通讯设备的日益普及，对于无线系统扎实的，技术性理解需求是前所未有的。
1.2无线话筒的分类
无线话筒的分类方式很多，比方说根据发射使用频率分类或无线话筒的接收方式来分类等。
（1）按照发射使用频率分类
如果按照这一方式可以分为：①FM 无线话筒；②VHF 无线话筒
①FM 无线话筒：工作原理是利用FM 收音机来接收，这一无线话筒的特点是系统简单，成本低廉，但是现在已经被淘汰了，原因是使用效果不佳，不能满足专业品质的要求。
②VHF 无线话筒：这一无线话筒又可分为低频段和高频段两类型，现在人们常常使用的是高频段的无线话筒，高频段的无线话筒的特点是频率较高，使用天线较短，甚至可以设计成隐藏式天线，方便，安全又美观，且受电器的杂波干扰又大为减少，电路设计极为成熟，零件普及价格低廉，现在这样的无线话筒已经是当今市场上的热门机种。
（2）按照接收方式分类
按照这一方式分类通常分为两类：①自动选频接收无线话筒；② 非自动选频无线话筒
①自动选频接收无线话筒：这一话筒由于在电波传输中会产生“死角”的物理现象使接收机的声音输出产生断断续续或不稳定的缺点，为了解决这种缺陷，专业用的机种必须采用双天线及双调谐器的“自动选频接收”方式来改善。
②非自动选频无线话筒：这一话筒由于机型的电路设计复杂精密，装配较难，成本较高，一般低价的机型就没有采用自动选频的设计，所以也无法消除无线话筒在使用中产生声音中断的缺点。所以这样的一般不适合专业场合使用。
（3）按照无线话筒的振荡方式分类
按照这一方式通常也分为两类：①石英锁定；②相位锁定频率合成
①石英锁定的特点是以石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，电路简单，成本低廉，是当今无线话筒的标准电路设计。这种类型的话筒及接收机只能固定一个频率配对使用，因此无法改变或调整使用频率。
②相位锁定频率合成的特点：这一话筒是采用的是PLL （频率锁相环）的电路来设计的，避免无线话筒在使用中遇到其它信号的干扰而无法使用，或为了同时使用多支话筒的场合，具有随时方便又快速的改变频道这一功能。
1.3无线话筒的发展
无线话筒由一开始简易的一个无线调频发射器和无线调频接收器到现在的采用专门的PLL 技术，这期间大致经历了三个阶段。
（1）简易调频发射与接收
最初人们为了摆脱话筒线缆的羁绊，想到了类似于调频广播的发射和接收原理，通过话筒的换能原理及音频→调制→放大→发射过程，然后通过调频收音机或专用接收机接收然后放音。但是这种方式下的无线话筒的音质、稳定性、抗干扰能力均不能满足需求。
（2）石英振荡的调频发射与接收：
由于采用电子电路产生的RC 或LC 振荡，其振荡频率的稳定性受到环境的影响是很大的，所以频率也不可能很高，一般只能在200MHz ，在这样的频段，极易受到其它信号的干扰，此时便出现了采用石英振荡体的发射与接收电路。石英晶体的振荡频率是非常稳定的，由它组成的无线话筒发射与接收器，工作起来较为稳定，与此同时，其工作频率可在V 段（30MHZ-250MHZ ），U 段（200MHZ-1000MHZ ）内，外界对其干扰不严重，因此给无线话筒的使用带来了较好的效果。
但是在使用上，由于石英晶体的振荡频率是不可调的，因此对于一套无线话筒来讲，它的接收和发射频率是固定的，而且要求一一对应，十分的不方便，如果在某地刚好在这一频点上存在干扰，那么该无线话筒就无法使用了。
（3）采用PLL 接收的无线话筒：
PLL 是频率相位锁定环路的英文字头缩写，在无线话筒的发射接收中，采用频率
合成的方式，可以在一个频带内，满意地接收信号，在此频带内，还可以任意切换工作频道。理论上，在一个24MHZ 的频带内，如果以1MHZ 作为频道解析度，则可以切换25个频道；如果以125KHZ ，则可以切换193个频道，至于频道数的多少与接收机的频宽及频道解析度有关。
1.4无线话筒的运用
通信作为电信是从19世纪30年代开始的。面向21世纪的无线通信，无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用的发展更是一日千里。正是这些电路的基础，设计与调试发射电路能使我们快速步入电子设计的大门。
无线话筒在日常生活中的用途
（1）无线话筒：用户在唱歌、讲话或者表演时可以360度的任意转动和移动，不会有电线绊脚、扯后腿。
（2）无线广播：老师在讲课时进行现场转播，可以使更多的学生用收音机接收听课，大大的增加了听课人数。
（3）无线叫卖器：在街上推销商品时，用无线话筒叫卖具有一定新颖性，会收到比普通话筒好的广告效果。
（4）无线助听器：具有比较好的隐蔽性和安全性，可在远处用收音机耳机收听。
（5）无线报警器：实现一定距离的无人值守。例如可以在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。
（6）无线电子门铃：由于可无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还可以改装成无线对讲机。
（7）无线电子乐器：将口琴、二胡、吉它等乐器的声音用收音机接收，或用功放扩大播出，可更好欣赏音乐。
（8）电子助听器：通过调节收音机或者话筒的音量，将声音放大后再送入耳机，可以有效的改善老人听力。
（9）声控小彩灯：将大功率功放输出端的音箱改接成瓦数相当的6V,12V 汽车电灯泡，调节音量合造位置。
（10）小型广播电台:适合学校工厂等单位自行举办各种节目，可以播放音乐、新闻、通知等，用收音机听。
（12）电视伴音转发器：看电视时用耳机听可不影响别人睡觉，但是受耳机线长控制，本装置则可以不受此限制。
介于无线话筒在生活中的广泛用途，所以对无线话筒的研究以及设计都具有很重要的意义，可以使我们对电子设计产生很大的兴趣。所以这次论文我设计并制作了一款简易的FM 调频无线话筒，设计要求话筒采用调频的方式发射信号，要求频率稳定，发射距离较远，能满足短距离声音的无线传播。
2. 设计任务与要求
2.1设计任务
了解无线调频话筒的构成，并设计一小功率无线调频话筒。
2.2设计要求
（1）额定工作电压3V ，电流3~5mA。
（2）采用电抗管或变容二极管调频。
（3）发射频率在90MHz 左右，FM 收音机能稳定收听。
（4）接收距离不小于10米。
2.3任务自评
对于无线话筒来说，首先传输的声音音质要好，而好的音质是要求具有灵敏度高、调制线性好、频偏大、发射载波频率稳定；其次是发射距离要尽量远，这要求发射功率足够大。所以根据设计要求，本设计重点应在稳定频率的选定和发射距离两个性能指标上下功夫。还有本设计的一个难点就是PCB 板的制作，所以对于熟练的使用操作Altium Designer和PCB 板制作流程也是这次论文的一个重点。
3方案的选择与论证
3.1整体方案设计
无线话筒按调制方式可分为调频式和调幅式，由于调频式无线话筒具有通频带宽、动态范围大、传输距离远和抗干扰性强等特点，所以应用较多。我选择了设计并制作调频式无线话筒。调频无线话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，最终由天线辐射。初步设计框图如下：
通过对上面的整体方案分析，话筒我采用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音信号。对于低频音信号的放大我采用最常用的电压并联负反馈共发射极放大电路，具有稳定静态工作点的作用，又具有输出载波幅度稳定的特点。对于调频电路部分即高频振荡调制电路是本设计的一个重点，也是一个本次设计能否成功
的一个关键点。调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频，电抗管调频和变容二极管调频。晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性，但是价格比较的昂贵；电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比，要复杂一些。考虑到本设计任务要求中心频率的稳定性不高，所以我选择了电抗管调频电路，所谓电抗管，就是由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。它与普通的电抗元件不同，其参量可以随调制信号而变化。电抗管的放大器件可以是电子管、晶体管或场效应晶体管移相电路也有多种型式（如RC 或RL 移相网络）, 其作用是使放大管T1的输出阻抗具有一个电抗分量Xe ，当Xe 随输入信号变化时, 即可获得调频信号。电抗管调频器的缺点是振荡频率稳定度不高；频移也不能太大, 阻抗 Ze通常还具有电阻分量，这个分量也随输入信号而变化, 使振荡器产生寄生调幅。常见的电抗管调频电路主要有电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。
（1）电容三点式振荡器
图1 电容三点式振荡电路
电容三点式振荡器也称为“考毕兹”振荡器, 该种振荡器由电感和两个电容构成振荡回路, 由其中的一个电容提供正反馈。其工作过程是振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC 谐振回路，具有选频作用，当LC 谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出振荡频率为
f =
（1）
这种电路的优点是输出波形好、振荡频率可达90MHz 以上。缺点是调节频率时需同时调C1、C2 两个电容不方便。适宜于作固定的振荡器。
相比之下该电路较容易制作，由于其振荡频率可达到上90MHZ, 所以可以用来制作成无线电发射电路，可以用来制作无线话筒，对讲机等。放大管可以用高频管NPN9018。
（2）电感三点式振荡器
电感三点式振荡电路，又称“哈特莱”振荡电路。如图2中，L1、L2、C 组成谐振回路，L2兼作反馈网络, 通过耦合电容Cb 将L2上反馈电压送到三极管的基极。
图2电感三点式振荡电路
由交流通路看出, 谐振回路有三个端点与三极管的三个电极相连, 而且与发射极相接的是L1、
L2, 与基极相接的是L2、C 即满足“射同基反”的原则。因此电路必然满足相位平衡条件，其振荡频率计算参看公式2
当回路的Q 值较高时, 该电路（图3）的振荡频率基本上等于LC 回路的谐振频率
图3 谐振回路 图4负反馈电路
=f （2） 该电路的特点与变压器反馈式振荡电路（如图4）极为相似。必须指出它的输出波形较差, 这是由于反馈电压取自电感的两端, 而电感对高次谐波的阻抗较大, 不能将它短路, 从而使Uf 中含有较多的谐波分量。因此，输出波形中也就含有较多的高次谐波。用集成运放构成的电感三点式振荡电路如图所示, 不难证明其振荡频率为
（3） f =通过比较结合本电路的实际情况分析，我选择了电容三点式振荡器。
对于高频功率放大电路部分是本设计能否满足设计要求的一个重点。高频功率放大器，又称射频功率放大器，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，并且不干扰相邻信道的通信。在工作一般性原理上，它和其他放大器一样，都是在输入信号作用下，将直流电源转换为输出功率。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。考虑到本次设计的电路属于窄带高频放大电路，所以我采用的丙类高频放大器。其目的是增大发射功率，扩大发射距离，并且隔离了天线与振荡器，减小天线对振荡频率的影响。
于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2或者1/4，以便在天线上产生驻波。在这里只需用一段导线代替就可以了。
3.2具体方案的选择及确定
方案一
电路如图5所示，该电路共有两部分组成，音频放大部分和高频振荡部分，主要由驻极体话筒和一只高频三极管9018组成。三极管外围元件L 、C4、C5等外围元件组成高频振荡电路。驻极体话筒MIC 将声音信号变成电信号，通过电解电容C1耦合到三极管的基极，对高频等幅振荡电压进行调制，经过调制的高频信号通过C6，由天线向外发射。R3、R4是三极管的直流偏置电阻R4组成直流负反馈电路，使得三极管的工作更加稳定。L 和C5决定振荡频率，f=1／2π，调整L 的匝数及间距可改变振荡频率。R1为驻极体话筒的供电电阻。
图5方案一参考图
方案二
该电路由三部分组成：音频放大部分、高频振荡部分及稳压部分。信号有话筒MIC 注入三极管VT1的基极，经VT1放大后的音频信号经C2耦合至高频振荡电路VT2基极，然后经天线发射出去。此电路的工作
图6 方案二参考图
频率在85-104MHZ 之间元件的选用，MIC 选用高灵敏的驻极体话筒，VT1为9013H ，β≥90，L1，L2用∮0.71mm 漆包线在普通圆珠笔上分别绕4匝和10匝，C4、C5、C6采用瓷片电容，误差±5%。三端稳压器用LM7806电源，用9V 电池，电路板可自制。若
想增大发射功率，可改变发射天线的长度，或将VT2发射管换成34D50三极管，R4电阻换成4.7K Ω，此时发射距离可再增加约100米。原理图6所示。
方案三
MIC 先将自然界的声音信号变成音频电信号, 经C2耦合给Q 的基极进行调制, 当有声音信号的时候, 三极管的结电容会发生变化→振荡频率发生变化, 完成频率调制, 即调频. 再经C8耦合给高频调谐放大电路对已调制的高频信号放大, 再通过C12、L3和天线向外发射频率随声音信号变化而变化的高频电磁波。
其中R1为话筒MIC 的偏置电阻, 一般在2kΩ-5.6kΩ选取,R4为集电极电阻.R5为基极电阻，给Q1提供偏置电流，R6为发射极电阻, 起稳定Q1直流工作点的作用；Q2、R7、R8、C4、C5、L1、C6、C7组成高频振荡电路,R7给Q2基极提供偏流,C5和L1振荡回路, 改变其值可以改变发射频率,C4为反馈电容,R8起稳定Q2直流工作点作用,C7是隔直流通交流电容；Q3、R9、R10、L2、C10、C11组成高频功率放大电路。R9给功率管Q3提供基极电流, C10和L2放大调谐回路, 和振荡回路C5和L1调谐在同一频点时获得最大输出功率, 发射距离最远。原理图如图7
图7 方案三参考图
方案比较
方案一相比比较简单，浅显易懂，电路连接简单，容易实现，使用元件较少由于电路没有加入高频功率放大电路，导致发射距离仅在3
米左右。其实用性价比较低，
创新性也不足，声音效果不好，不能满足设计的要求。
方案二是将低频放大电路与振荡电路分开，加入了稳压部分，使其发射性能更好。但是这个电路在实际制作中在调试过程中比较繁琐，使用器件不常用，难以找到，并且效果不佳。
方案三包括低频放大，调频以及功率放大电路，并且设计加入了选频电路，电路简单明了，容易实现，零件成本低。调试简单操作不烦琐，满足设计的要求。
最终我选择了方案三去设计。
3.3单元电路的调试与仿真
整个电路可以分为三部分：1音频信号的
输入及放大部分；2频率调制部分；3高频功
率放大及发射部分。
（1）音频信号的输入及放大部分
这一级电路由话筒，三极管Q1及其它元
件构成。话筒我采用的是驻极体小话筒，灵
敏度非常高，可以采集微弱的声音信号，筒
底部有两个接点，用两根粗铜丝焊牢在PCB
印制电路板上。驻极体话筒具有体积小、结
构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛
用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中，
属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻
抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个图8音频信号的输入放大部分
场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。其中放大电路我采用的是最常用的电压并联负反馈共发射极放大电路，三极管采用的9014。它是一种小电压, 小电流, 小信号的NPN 型硅，是一低噪声放大管，具有稳定静态工作点的作用，又具有输出载波幅度稳定的特点。R1为话筒MIC 的偏置电阻, 一般在2kΩ—5.6kΩ选取,R4为集电极电阻.R5为基极电阻, 给Q1提供偏置电流.R6为发射极电阻, 起稳定Q1直流工作点。基极偏置电阻R5连接在晶体管的集电极与基极之间, 利用集电极的电压确定基极偏置电流, 自动调节工作点，电路工作稳定可靠，灵敏度高。改变集电极电阻R4可调整电路增益，即可改变调制度，可防止过调制。最后放大的信号通过C3耦合到下一级，电路仿真图9
图9低频放大电路仿真图
其中上面线表示的是输入的波形，下面的线表示的是放大后的波形，可以很明显的观察该到该电路做了不失真的放大，说明这一级电路在理论上是可行的。
（2）频率调制部分
电路图如图10，该电路主要有三极管Q2、
电感L1及电容所组成的高频振荡电路，三极管
采用高频管9018，电感则是用漆包线绕制而成，
其中R7给Q2的基极提供偏置电流，C4为反馈
电容，电阻R8起稳定三极管Q2直流工作点作
用,C7起隔直流通交流的作用，略去Q2发射极
直流部分，其中Q2、L1、C5、C8为调频电路
电抗管，起到了调频的作用。其中由于电路系
统中变化的电流对系统供电电源里的电源内阻
起作用，从而导致电源向电路输出实际电压产
生抖动。所以会对电路有一定的影响，为了避
免电源的抖动，以获得稳定的供电电压的。所以加入一个退耦电容C9，
其作用是为了
图10调频电路
电路能够获得稳定的电压，一帮也叫电源去耦电容。
当放大的音频信号通过电容C3耦合到三极管的基极的时候，三级管的基极和发射极之间的电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三级管的发射频率发生变化，从而实现声音信号对振荡电路产生的高频信号进行调制，产生高频调谐波。当有信号通过L1和C5的时候通过改变电感L1的大小就可以改变输出频率的大小。可以通过改变电感L1线圈匝数的数量或线圈的长短，就可以实现对输入的调频信号的大小进行改变。最后调制后的信号通过C6耦合到下一级。
模拟通过输入频率为500Hz 的正弦波，因为人类正常的声音频率在500HZ 左右，通过观察，蓝色的波形表示的是调制前的波形，黄色则代表的是被调制后的波形，可以看出该电路明显起到了调频的作用，通过改变电感L1的大小可以看到输出波形也随之有所变化，说明该电路可行。我们的要求是输出的频率要在88——108MHz,所以由公式3-1可以知道要想改变频率的大小，自己要改变电感的大小就可以实现对频率的调节。
图11 调频电路仿真图
（3）高频功率放大及信号的发射
高频放大电路我同样采用的是共
射极放大电路，既具有稳定静态工作点
的作用，又具有输出载波幅度稳定的特
点，同时还有足够大的功率输出。此电
路同时也是一个选频放大电路，集电极
电感L2和电容C10组成选频回路，同
样谐振在90MHZ 处。C10和L2放大调
谐回路, 和振荡回路C5和L1调谐在同
一频点时获得最大输出功率, 发射距离
最远。与低频放大电路不同的是在这里
三极管我采用的是9018，因为9014的
特征频率很小，只有150MHz, 所以只能
运用于低频放大电路中，而相反的9018的特征频率在620MHz ，所以可以运用于高频电路中，其中R9为Q3提供偏置电流，R10为发射极电阻，C11为反馈电容，C12和L3 进一步组成一个选频回路，如果在和之前的调频在同一频点时能获得最大的输出功率，使得发射距离最远，这是在最后焊接电路时所添加的一部分。电路图如图12 图12高频功率放大电路
图13 高频功率放大电路仿真图
如图13是高频放大电路的仿真图，其上面波形表示的经第二部调频后的波形，下
面波形的则表示经过高频放大后的输出波形。通过仿真，可以确定该电路时可行的，
最后的输出波通过进一步选频之后由天线辐射出去。
于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2，以便在天线上产生驻波。如果载波频率为80MHz ，那么波长λ为
c 3×108≈=3.75m （4） λf 80MHz
式中，c 是电波的速度即是光的速度。计算得天线的长度为1.9m 。
但是，如果在实际的电路中接入1.9m 的天线，会发射很强的电波，有可能超出电波法，在这携带不方便，且外观难看，所以把天线的长度限制在30cm 的程度。
通过以上的设计与仿真，我最终确立了无线调频话筒的电路图如下：
图14 无线调频话筒电路图
整个电路中，外接电源电源电压用2节5号干电池，总电压为3V 。
4电路制作装配
4.1PCB 板的制作
在制作PCB 板式首先要注意，PCB 元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。如走线高频数字电路走线细一些、短一些好，但是太小又不利于进行焊烧，应尽量加大绝缘间距。大面积敷铜要用网格状的，以防止焊接时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑GND 的流向、大小。不能简单的用铜箔填充了事，而是需要去走线。元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检查与核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于进行制版，应该先做核对，后再进行后续工作。
基于这些要求，开始制作PCB 板，首先在Altium Designer软件中设计自己的电路图，如下图所示
图15 PCB 电路图
画出电路图（如图15）之后可以添加导入一个PCB 工程，来创建PCB 布线图，如果在导入过程中出现了错误则须重新检查原理电路图，重新生成网络表。成功导入之后就要对元件进行手动排列，再自动布线，生成的PCB 板电路图，如图16所示。
布线成功之后在生成电路PCB 图之后，在热装印上打印布线图并通过电熨斗将布线图转印在覆铜板上。之后用0.8mm 的钻头在所需放零件的地方打上小洞，最后用蓝色环保液腐蚀覆铜板就可以得到所需要的PCB 板。
图16 PCB 布线图
4.2电感的制作
由于本电路的设计中需要改变电感的大小来改变频率的大小，所以电路中所需要的电感是自己制作的。通过仿真我们已经知道电路中所需要的电感均在0.5uH 左右，所以通过公式空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D×N)/(3D+9W+10H)，（其中D 是线圈直径、N 是线圈匝数、H 是线圈高度、W 是线圈宽度 ）。可以知道电路中所需要的电感可以用线径0.5mm 的漆包线绕成线圈直径2mm 的线圈，绕4-5圈，由于电感需要改变，所以可以再焊接到电路中改变线圈的长度或者匝数。我是将0.5mm 的漆包线绕在圆珠笔芯上，均绕了5圈后抽去了笔芯，电感线圈的两个引出端要刮除表面上的绝缘漆，然后上好锡。
4.3电路的焊接
在焊接之前首先用万用表对各元件的质量和大小做一测量，之后按顺序摆放。焊接的顺序是电感线圈、电阻器、电容器、高频三极管、话筒、电池盒。将电阻器、电
容器等元件分类集中安装的目的是减少差错和防止元件的丢失。电感线圈的两个引出
端首先刮除表面上的绝缘漆，然后上好锡，插装时要贴近电路板并牢固焊接，如有虚焊，振荡会不稳定，工作也会不正常。
三极管尽可能最后安装的目的是尽量减少焊接中静电、热量对管子的损害，插装时注意极性同时尽量贴近电路板。驻极体话筒用两根导线焊接引出，焊接到电路时注意极性，连接话筒边缘的负极，将焊好线的话筒固定在电池架上。电池正极片和负极簧都插装在电池夹的相应处，并用红色、黑色导线分别焊接在正极片和负极簧上，并引出焊接到电路板上。
电阻器和电解电容器采用卧式安装，并靠近电路板。瓷片电容立式安装，也需靠近电路板。
5调试仿真及结果分析
5.1实物测试仿真
图17音频信号放大 图18功率放大
图19实物图 图20整体仿真图
将话筒正负极接在示波器上，对着话筒说话，可以看到示波器上有信号输入，并且大小随着声音的大小在改变。说明话筒输入部分电路正常。
对振荡电路的检测：将话筒短路，将示波器接到振荡电路，可以检测到该电路已经起振，频率在72MHz 左右，且频率显示不太稳定，
之后我取下电感并减少一圈重新
装上测得频率达到86.5MHz ，满足发射的要求。
对音频放大测试，图17为音频信号放大的测试仿真电路，由测试观察知道该电路实际可行。图18为高频功率放大测试仿真电路，有波形知道该电路实际可行。
实物图如图19所示，测试图如图20所示，其中测试图中上面的波形是接在话筒上所显示的波形，既话筒将声音信号转化成的初始电信号，观察到其平率在430HZ 。下面的信号是接在天线上所测出的信号。当改变话筒前声音的大小时，可以观察到有话筒转化的初始信号的大小在改变，并且由天线辐射的信号也在随初始信号的改变而改变，输入的信号对输出的信号起到了调制的作用，并且观察到输出的频率近似在85MHz 左右。
通过实物检测仿真，确定电路是正确的，可以满足设计的要求。 5.2实物调试
将焊接好的无线话筒的电源开关置于“关”的位置，将万用表置于“10mA”档，两表笔接到电源开关的两端，可测量电路的总电流，如在10mA 左右则电路基本正常，电流过大或过小(甚至为0) 都不正常，检查电路板上有无错焊、虚焊、短路等现象，并及时予以排除。
打开收音机(置于FM 段) ，然后手持话筒，一边对话筒讲话一边调收台旋钮(或选频键) 直到收音机中传出自己的声音为止。上述步骤分别在80MHz 、88MHz 、98MHz 、108MHz 附近调试，这样即使无线话筒发射频率存在较大偏差，收音机也能够收到。
如果在整个频段(即80—108MHZ)仍收不到自己的声音则仔细拨动振荡线圈L1，拨动时只需拉开或缩小线圈每匝之间的距离，调整时应仔细。若调整线圈的松紧仍不奏效则应将电感L1取下来增加一匝或者减少一匝(因电子元件参数的影响) ，重新焊上后继续上述调整。
经过检查，电路没有出现焊接及元件的错误，我按照上面的调试方式，通过改变电感L1的长短，最后在85.2MHz 的位置能在收音机里面清楚的收到声音。经过测试，在20米内可以收到，满足设计要求。 5.3结果分析
本次设计的重点是高频振荡部分，我采用电容三点式振荡电路，简单可靠，起振容易，但最后测试结果显示频率在85MHz —87MHz 之间不停的抖动，频率不稳定，分析应该有以下的原因：PCB 的布线不好，寄生参数大，缺少对频率的控制手段；周围环境干扰严重；元器件质量不好，电阻、电容的特性参数（比如温度漂移）不理想。
功率放大电路虽然达到我们的设计目标，但是抗干扰等功能仍然有影响，毕竟这是用较少的一些分立元件组成的一个高频电路。
通过调试发现天线距离选频回路越近时，收音机的接收效果越好。但是由于我的电路板已经焊接完毕，所以没有做改变。
经测试我还发现，将电源等有源元件与其他元件分开距离较大摆放时，接受的效果较好，频率较稳定，抗干扰能力能变强，频率抖动不大。为此我们选择了将天线与电源分在两边摆放。
6设计总结
本次论文我设计并制作了一款简易的无线调频话筒，通过对资料的查阅和老师的指导，我完成了电路的设计，并合适的选择了电路，并通过仿真测试，确保了电路的准确，最终制作了PCB 电路板，且完成了实物的焊接组装，并对实物进行了测试，在20m 的范围内能够在FM 调频话筒在86MHz 的频率点上能收听到清楚的声音。
本次毕业设计，不仅使我复习、巩固和加深理解了大学时期所学专业课程的理论知识，并使理论与实践进一步结合，同时，也使理论知识更加系统化，实用化。在老师精心辅导的帮助下，我学到了很多知识，也顺利的完成了这次论文的设计与实现。在此过程中，由于要广泛的搜集资料，我查阅了多方文献并访问了很多专业网站，使我对国内外电子产业的发展趋势以及一些比较前沿的学术领域有了进一步的了解，为以后的学习和工作提供了便利，指明了方向。同时，也提高了自己综合分析问题和解决问题的能力，培养了自己刻苦钻研、勇于攻坚的精神和认真负责、实事求是的科学态度，为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。
参考文献
[1]刘泉. 通信电子线路[M]. 武汉：武汉理工大学出版社, 2002. [2]方维, 高荔. 电路与电子学基础[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[3]徐国华. 模拟及数字电子技术实验教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2004. [4]周南生, 张文敏. 晶体管电路设计[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[5]李祥臣，卢留生. 模拟电子技术教程[M]. 北京：北京清华大学出版社, 2005. [6]康华光，陈大钦. 电子技术基础--模拟部分[M]. 武汉：华中理工大学出版社, 2004. [7]李永平，董欣. 电路设计与实现[M]. 北京：国防工业出版社, 2005. [8]方厚辉，谢胜暑. 电子技术[M]. 北京：中国水利水电出版社, 2005. [9]徐晓光. 电子技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2004.
[10]谢自美. 电子线路设计实验[M] 武汉：华中科技大学出版社, 2000. [11]邹华跃. 数字集成电路基础学习参考[R] 南京：南京大学出版社, 2001.
致 谢
本篇论文是在张志荣老师的悉心指导下完成的。值此论文完成之际，特向导师致以诚挚的感激和无尽的敬意！
在本文的完成过程中，始终得到物电学院实验室老师的热情帮助和指导。从论文选题到课题研究到论文完成，都有他们的一份辛勤汗水。在此谨向他们表示诚挚的谢意和感激之情。
在课题研究中，得到了许多电信老师和同学的关心和帮助。与他们进行了多次有益的探讨和学术交流，得到了许多启发。对于他们的支持和帮助表示真诚的感谢。
河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表
学院：_物理与机电工程学院__ 专业：__电子信息科学与技术_ 教师姓名
张志荣
职称
副教授
学历
研究生
拟选论文（设计）题目 选题内容与要求：
无线调频话筒的设计与实现
采用晶体管或集成电路设计完成一无线话筒。 基本要求：
1）额定工作电压3V ，电流3~5mA。 2）采用电抗管或变容二极管调频。
3）发射频率在100MHz 左右，FM 收音机能稳定收听。 4）接收距离不小于10米。 发挥部分：
1）进一步增大接收距离。 2）尽可能降低功耗。 3）其它。
教研室（研究所、中心）负责人审查意见：
签字： 年 月 日 学院审核意见：
学院（章） 年 月 日
注：本表按选题填写，每题一页，由学院存档。
河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表
论文题目 无线调频话筒的设计与实现
物理与机电工程学院 物理与机电工程学院
学生姓名 康建国 所属学院专业 物理学 年级 四年级
指导教师 张志荣 所在单位职称 副教授 学历 研究生
指导时间 指导地点实验室 2011.12.1
实验室
指 导 内 容
选题
题目审批表的指导与填写 开题报告的指导与填写 振荡电路的选择进行指导 整体电路的设计进行指导 放大电路的选择进行指导 电路的仿真测试进行指导
PCB 板制作 实物的焊接进行指导 实物的测试及论文初稿进行指导
对论文格式进行指导 进一步对论文格式进行指导 答辩PPT 的制作进行指导
论文预答辩
学生签名
备 注
实验室 2012.3.6 2.12.3.13 2012.3.20 2012.3.27 2012.4.10 2012.4.18 2012.4.25 2012.5.5 2012.5.20 2012.6.2 2012.6.7
实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室
备注：如果是几个导师联合指导，可加行填写导师信息；可加附页。
河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表
毕业论文指导教师评定成绩（本页由指导教师手写）
评审基元
评审要素
目的明确 符合要求 理论意义或 实际价值
评审内涵
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和综合训练的基本要求
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值 题目规模适当
满分 实评分
5 5 5 5 5 10 10 10 5 5 15 10 5 5
选题质量20%
选题恰当
难易度适中
查阅文献 资料能力 综合运用 知识能力
能力水平40%
研究方案的 设计能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果，并恰当运用
能运用所学专业知识分析、研究和阐述问题；论文内容有适当的深度、广度和难度 整体思路清晰；研究方案合理可行
研究方法和手能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、段的运用能力 实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息 外文应用 能力 文题相符 写作水平
论文质量40%
写作规范 论文篇幅
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平 较好地完成论文选题的目的要求
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅
符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准 符合学校文件要求
成果的理论或
成果富有一定的理论深度和实际运用价值
实际价值 成绩
指导教师评审意见：
指导教师签名：
评定等级
河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表
论文题目 无线调频话筒的设计与实现
学生姓名 张志荣 所属
学院 物理与电机工程学
院 专业 物理学 年级 四年级
答辩情况记录（包括自述、主要问题、回答、专家点评等内容）：
答辩会议秘书：
年 月 日
答辩小组意见：
主席：
年 月 日
学院答辩委员会意见：
答辩委员会主任：
年 月 日
备注：此表在答辩前由学生填好表头并打印提交学院答辩小组，答辩时由秘书填好答辩情况记录并签字，之后返还学生与论文一起提交学院办公室。
29
答辩成绩
编号 0810109
毕业论文
（ 2012 届本科）
题 目： 无线调频话筒的设计与实现
学 院： 物理与机电工程学院
专 业： 物理学
作者姓名： 康建国
指导教师： 张志荣 职称： 副教授
完成日期： 2012 年 6 月 7 日
二○一二 年 六 月
目 录
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 ................................................ 1
河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 ................................................ 2
摘要： ................................................................................ 4
ABSTRACT ： ............................................................................ 4
1引言 ............................................................................. 5
1.1无线电技术及无线话筒 ........................................................... 5
1.2无线话筒的分类 ................................................................. 5
1.3无线话筒的发展 ................................................................. 6
1.4无线话筒的运用 ................................................................. 7
2. 设计任务与要求 ...................................................................... 8
2.1设计任务 ....................................................................... 8
2.2设计要求 ....................................................................... 8
2.3任务自评 ....................................................................... 8
3方案的选择与论证 ..................................................................... 8
3.1整体方案设计 ................................................................... 8
3.2具体方案的选择及确定 .......................................................... 11
3.3单元电路的调试与仿真 .......................................................... 14
4电路制作装配 ........................................................................ 18
4.1PCB 板的制作 .................................................................. 18
4.2电感的制作 .................................................................... 20
5调试仿真及结果分析 .................................................................. 21
5.1实物测试仿真 .................................................................. 21
5.2实物调试 ...................................................................... 22
5.3结果分析 ...................................................................... 22
6设计总结 ............................................................................ 23
参考文献 ............................................................................. 24
致 谢 .............................................................................. 25
河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 ............................................. 26
河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 ............................. 27
河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 ............................................... 28
河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 ............................................. 29
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师
的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：
二O 一二年六月九日
河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告
论文题目 无线调频话筒的设计与实现
物理与机
康建国 所属学院 电工程学
院
物理与机
张志荣 所在单位 电工程学
院 职称 副教授 专业 物理学 年级 四年级 学生姓名 指导教师 开题日期 2011.11.16
选题的根据：选题的理论、实际意义并综述有关本选题的研究动态和自己的见解
话筒在当前有着重要的作用，尤其在无线电技术的不断发展中，无线话筒已经取代了传统的有线话筒而被广泛运用。无线话筒是将音频信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，由天线辐射。通过接收器接收信号并在转换成音频信号就可以实现声音的远程传播。相比具有使用方便、美观大方的优点，在使用过程中不需要长长的电缆，摆脱了有线带来的不畅。现今随着科技的不断发展，无线话筒种类变多，功能也随之变强。一帮来看按照发射频率有FM 无线话筒和VHF 无线话筒，FM 无线话筒的工作原理是用普通FM 收音机接收，这一无线话筒的特点是系统简单，成本低廉，但是效果不佳，不能满足专业品质的要求。VHF 无线话筒又分为低频及高频段两类型，现在人们常常使用的是高频段的无线话筒，使用天线较短，甚至可以设计成隐藏式天线，方便，安全又美观，受电器的杂波干扰小，电路设计成熟，零件普及价格低廉，是现在最常用的无线话筒。按照无线话筒的振荡方式来看有石英锁定型无线话筒和相位锁定频率合成型无线话筒，前者是以石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，电路简单，成本低廉，是当今无线话筒的标准电路设计。但这种类型的话筒只有一个固定的频率去使用，因此无法改变或调整使用频率。后者则采用的是PLL （频率锁相环）的电路来设计的，避免无线话筒在使用中遇到其他讯号的干扰而无法使用，或为了同时使用多支话筒的场合，需要随时方便又快速的改变频道这一功能，是现今大多数话筒所采用的一种形式。在出于方便实用、电路简单以及价格低廉等方面，我设计了一个FM 无线调频话筒，能够在普通FM 收音机在100MHz 左右能有接收到音频信号。 论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：
本文描述了无线调频话筒设计原理和实现方法。通过Proteus 软件设计与仿真无线调频话筒电路图，通过Altium Designer做出PCB （印刷板电路）并制作PCB 电路板，最终完成电路的焊接与制作，并且通过进一步的调制。要求话筒能采集空间中的声音，通过放大调频后能够产生88—108MHz 的调频波，经过天线辐射后，能够使用普通调频收音机在90MHZ 频率左右，并且在大于10米的距离能够正常的接收。
论文进度安排和采取的主要措施：
2011.10.31－2011.12.1 明确设计任务，搜集整理有关文献资料；
2011.12.2－2011.12.20 完成开题报告
2011.12.21－2012.1.17 查阅文献，提出并论证设计方案；
2012.1.18－2012.2.26 利用Protel 等软件平台进行仿真调试；
2012.2.27－2012.4.30 硬件电路的焊接、调试及测试；
2012.5.1－2012.5.25 撰写设计论文；
2012.5.26－2012.6.8 完善不足，准备答辩。
主要参考资料和文献：
[1]刘泉. 通信电子线路[M]. 武汉：武汉理工大学出版社, 2002.
[2]方维, 高荔. 电路与电子学基础[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[3]徐国华. 模拟及数字电子技术实验教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2004.
[4]周南生, 张文敏. 晶体管电路设计[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[5]李祥臣，卢留生. 模拟电子技术教程[M]. 北京：北京清华大学出版社, 2005.
[6]康华光，陈大钦. 电子技术基础--模拟部分[M]. 武汉：华中理工大学出版社, 2004.
[7]李永平，董欣. 电路设计与实现[M]. 北京：国防工业出版社, 2005.
指导教师意见：
签 名： （亲笔签名）
年 月 日
教
研
室
意
见
负责人签名： 年 月 日学 院 意 见 负责人签名： 年 月 日
正 文
无线调频话筒的设计与实现
摘要：随着无线电技术的不断发展，无线话筒已经成为人们生活中所不可缺少的器件，有着极为广泛的应用。无线调频话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频功率放大与选频之后由天线辐射。本文描述了无线调频话筒的设计原理和实现方法。整个电路通过Proteus 软件平台进行仿真调试，通过Altium Designer软件做出PCB （印刷版电路）。使用普通调频收音机在90MHZ 频率左右，话筒中心50米范围内能正常接收。这一无线话筒具有电压低、受话灵敏、噪声低、制作简易电路简单、成本低等特点。可运用于教学，无线广播，助听器，及一些声控设备当中。
关键字：放大电路；调频电路；电容三点式振荡电路；PCB 板的制作
ABSTRACT ：With the development of wireless technology, wireless microphone has been an indispensable appliance in people’s daily life and has been used widely. The principle of wireless FM microphone is to transform the acoustic signals into the audio signals through the microphone and to change the output frequency of high frequency oscillator by changing the junction capacitance in order to produce FM wave radiated by the ante through the high-frequency amplification and frequency selection. This paper description the design principle of the wireless FM microphone and ways of realization. The entire circuit is sitnulated and debugged through the Proteus software platform and the PCB (printed version of the circuit) is made through the Altium Designer software. The use of ordinary FM radio at around 90MHz frequency can normally receive the signal within 50 meters of the center of the microphone. This wireless microphone has the following characteristics: low voltage, sensitive receiving, lower noise, simple making of the circuit and lower cost. It can be applied to the teaching, radio broadcast, hearing aids and some voice-activated devices.
Keywords: FM amplifier circuit; oscillation circuit; the PCB board production
1引言
1.1无线电技术及无线话筒
随着无线电技术的不断发展，无线话筒已经成为人们生活中所不可缺少的器件，无线话筒系统在广播、电影、戏剧和舞台制作以及公司、宗教和教育场所都是一个重要的组成部分。但是随着数以万计的无线电设备的使用以及用户对无线话筒系统需求的增加使广播频率变得拥挤，理解无线话筒系统的设计和操作的概念已经成为一个具有挑战性的问题。
由于可用的频谱越来越少，在北美DTV （数字电视）广播的出现使得无线系统的运行更加复杂困难。DTV 也同样出现在欧洲, 它已成为未来可能出现的频谱拥挤现象的另一标志. 。鉴于以上这些事实，随着无线话筒、内部通讯网络系统、耳内监听系统和其它应用在各类制作的无线电通讯设备的日益普及，对于无线系统扎实的，技术性理解需求是前所未有的。
1.2无线话筒的分类
无线话筒的分类方式很多，比方说根据发射使用频率分类或无线话筒的接收方式来分类等。
（1）按照发射使用频率分类
如果按照这一方式可以分为：①FM 无线话筒；②VHF 无线话筒
①FM 无线话筒：工作原理是利用FM 收音机来接收，这一无线话筒的特点是系统简单，成本低廉，但是现在已经被淘汰了，原因是使用效果不佳，不能满足专业品质的要求。
②VHF 无线话筒：这一无线话筒又可分为低频段和高频段两类型，现在人们常常使用的是高频段的无线话筒，高频段的无线话筒的特点是频率较高，使用天线较短，甚至可以设计成隐藏式天线，方便，安全又美观，且受电器的杂波干扰又大为减少，电路设计极为成熟，零件普及价格低廉，现在这样的无线话筒已经是当今市场上的热门机种。
（2）按照接收方式分类
按照这一方式分类通常分为两类：①自动选频接收无线话筒；② 非自动选频无线话筒
①自动选频接收无线话筒：这一话筒由于在电波传输中会产生“死角”的物理现象使接收机的声音输出产生断断续续或不稳定的缺点，为了解决这种缺陷，专业用的机种必须采用双天线及双调谐器的“自动选频接收”方式来改善。
②非自动选频无线话筒：这一话筒由于机型的电路设计复杂精密，装配较难，成本较高，一般低价的机型就没有采用自动选频的设计，所以也无法消除无线话筒在使用中产生声音中断的缺点。所以这样的一般不适合专业场合使用。
（3）按照无线话筒的振荡方式分类
按照这一方式通常也分为两类：①石英锁定；②相位锁定频率合成
①石英锁定的特点是以石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，电路简单，成本低廉，是当今无线话筒的标准电路设计。这种类型的话筒及接收机只能固定一个频率配对使用，因此无法改变或调整使用频率。
②相位锁定频率合成的特点：这一话筒是采用的是PLL （频率锁相环）的电路来设计的，避免无线话筒在使用中遇到其它信号的干扰而无法使用，或为了同时使用多支话筒的场合，具有随时方便又快速的改变频道这一功能。
1.3无线话筒的发展
无线话筒由一开始简易的一个无线调频发射器和无线调频接收器到现在的采用专门的PLL 技术，这期间大致经历了三个阶段。
（1）简易调频发射与接收
最初人们为了摆脱话筒线缆的羁绊，想到了类似于调频广播的发射和接收原理，通过话筒的换能原理及音频→调制→放大→发射过程，然后通过调频收音机或专用接收机接收然后放音。但是这种方式下的无线话筒的音质、稳定性、抗干扰能力均不能满足需求。
（2）石英振荡的调频发射与接收：
由于采用电子电路产生的RC 或LC 振荡，其振荡频率的稳定性受到环境的影响是很大的，所以频率也不可能很高，一般只能在200MHz ，在这样的频段，极易受到其它信号的干扰，此时便出现了采用石英振荡体的发射与接收电路。石英晶体的振荡频率是非常稳定的，由它组成的无线话筒发射与接收器，工作起来较为稳定，与此同时，其工作频率可在V 段（30MHZ-250MHZ ），U 段（200MHZ-1000MHZ ）内，外界对其干扰不严重，因此给无线话筒的使用带来了较好的效果。
但是在使用上，由于石英晶体的振荡频率是不可调的，因此对于一套无线话筒来讲，它的接收和发射频率是固定的，而且要求一一对应，十分的不方便，如果在某地刚好在这一频点上存在干扰，那么该无线话筒就无法使用了。
（3）采用PLL 接收的无线话筒：
PLL 是频率相位锁定环路的英文字头缩写，在无线话筒的发射接收中，采用频率
合成的方式，可以在一个频带内，满意地接收信号，在此频带内，还可以任意切换工作频道。理论上，在一个24MHZ 的频带内，如果以1MHZ 作为频道解析度，则可以切换25个频道；如果以125KHZ ，则可以切换193个频道，至于频道数的多少与接收机的频宽及频道解析度有关。
1.4无线话筒的运用
通信作为电信是从19世纪30年代开始的。面向21世纪的无线通信，无线通信的系统组成、信道特性、调制与编码、接入技术、网络技术、抗衰落与抗干扰技术以及无线通信的新技术和新应用的发展更是一日千里。正是这些电路的基础，设计与调试发射电路能使我们快速步入电子设计的大门。
无线话筒在日常生活中的用途
（1）无线话筒：用户在唱歌、讲话或者表演时可以360度的任意转动和移动，不会有电线绊脚、扯后腿。
（2）无线广播：老师在讲课时进行现场转播，可以使更多的学生用收音机接收听课，大大的增加了听课人数。
（3）无线叫卖器：在街上推销商品时，用无线话筒叫卖具有一定新颖性，会收到比普通话筒好的广告效果。
（4）无线助听器：具有比较好的隐蔽性和安全性，可在远处用收音机耳机收听。
（5）无线报警器：实现一定距离的无人值守。例如可以在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。
（6）无线电子门铃：由于可无线传播声音，因此也可以无线传播门铃声音，配对还可以改装成无线对讲机。
（7）无线电子乐器：将口琴、二胡、吉它等乐器的声音用收音机接收，或用功放扩大播出，可更好欣赏音乐。
（8）电子助听器：通过调节收音机或者话筒的音量，将声音放大后再送入耳机，可以有效的改善老人听力。
（9）声控小彩灯：将大功率功放输出端的音箱改接成瓦数相当的6V,12V 汽车电灯泡，调节音量合造位置。
（10）小型广播电台:适合学校工厂等单位自行举办各种节目，可以播放音乐、新闻、通知等，用收音机听。
（12）电视伴音转发器：看电视时用耳机听可不影响别人睡觉，但是受耳机线长控制，本装置则可以不受此限制。
介于无线话筒在生活中的广泛用途，所以对无线话筒的研究以及设计都具有很重要的意义，可以使我们对电子设计产生很大的兴趣。所以这次论文我设计并制作了一款简易的FM 调频无线话筒，设计要求话筒采用调频的方式发射信号，要求频率稳定，发射距离较远，能满足短距离声音的无线传播。
2. 设计任务与要求
2.1设计任务
了解无线调频话筒的构成，并设计一小功率无线调频话筒。
2.2设计要求
（1）额定工作电压3V ，电流3~5mA。
（2）采用电抗管或变容二极管调频。
（3）发射频率在90MHz 左右，FM 收音机能稳定收听。
（4）接收距离不小于10米。
2.3任务自评
对于无线话筒来说，首先传输的声音音质要好，而好的音质是要求具有灵敏度高、调制线性好、频偏大、发射载波频率稳定；其次是发射距离要尽量远，这要求发射功率足够大。所以根据设计要求，本设计重点应在稳定频率的选定和发射距离两个性能指标上下功夫。还有本设计的一个难点就是PCB 板的制作，所以对于熟练的使用操作Altium Designer和PCB 板制作流程也是这次论文的一个重点。
3方案的选择与论证
3.1整体方案设计
无线话筒按调制方式可分为调频式和调幅式，由于调频式无线话筒具有通频带宽、动态范围大、传输距离远和抗干扰性强等特点，所以应用较多。我选择了设计并制作调频式无线话筒。调频无线话筒的原理是将声波信号通过麦克风转化为音频电信号，通过改变结电容来改变高频振荡器的输出频率，产生调频波，通过高频放大与选频，最终由天线辐射。初步设计框图如下：
通过对上面的整体方案分析，话筒我采用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音信号。对于低频音信号的放大我采用最常用的电压并联负反馈共发射极放大电路，具有稳定静态工作点的作用，又具有输出载波幅度稳定的特点。对于调频电路部分即高频振荡调制电路是本设计的一个重点，也是一个本次设计能否成功
的一个关键点。调频振荡器的电路形式主要有晶体振荡器直接调频，电抗管调频和变容二极管调频。晶体振荡器直接调频电路的优点是提高了振荡器中心频率的稳定性，但是价格比较的昂贵；电抗管调频电路与变容二极管调频电路相比，要复杂一些。考虑到本设计任务要求中心频率的稳定性不高，所以我选择了电抗管调频电路，所谓电抗管，就是由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。它与普通的电抗元件不同，其参量可以随调制信号而变化。电抗管的放大器件可以是电子管、晶体管或场效应晶体管移相电路也有多种型式（如RC 或RL 移相网络）, 其作用是使放大管T1的输出阻抗具有一个电抗分量Xe ，当Xe 随输入信号变化时, 即可获得调频信号。电抗管调频器的缺点是振荡频率稳定度不高；频移也不能太大, 阻抗 Ze通常还具有电阻分量，这个分量也随输入信号而变化, 使振荡器产生寄生调幅。常见的电抗管调频电路主要有电容三点式振荡器和电感三点式振荡器。
（1）电容三点式振荡器
图1 电容三点式振荡电路
电容三点式振荡器也称为“考毕兹”振荡器, 该种振荡器由电感和两个电容构成振荡回路, 由其中的一个电容提供正反馈。其工作过程是振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC 谐振回路，具有选频作用，当LC 谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出振荡频率为
f =
（1）
这种电路的优点是输出波形好、振荡频率可达90MHz 以上。缺点是调节频率时需同时调C1、C2 两个电容不方便。适宜于作固定的振荡器。
相比之下该电路较容易制作，由于其振荡频率可达到上90MHZ, 所以可以用来制作成无线电发射电路，可以用来制作无线话筒，对讲机等。放大管可以用高频管NPN9018。
（2）电感三点式振荡器
电感三点式振荡电路，又称“哈特莱”振荡电路。如图2中，L1、L2、C 组成谐振回路，L2兼作反馈网络, 通过耦合电容Cb 将L2上反馈电压送到三极管的基极。
图2电感三点式振荡电路
由交流通路看出, 谐振回路有三个端点与三极管的三个电极相连, 而且与发射极相接的是L1、
L2, 与基极相接的是L2、C 即满足“射同基反”的原则。因此电路必然满足相位平衡条件，其振荡频率计算参看公式2
当回路的Q 值较高时, 该电路（图3）的振荡频率基本上等于LC 回路的谐振频率
图3 谐振回路 图4负反馈电路
=f （2） 该电路的特点与变压器反馈式振荡电路（如图4）极为相似。必须指出它的输出波形较差, 这是由于反馈电压取自电感的两端, 而电感对高次谐波的阻抗较大, 不能将它短路, 从而使Uf 中含有较多的谐波分量。因此，输出波形中也就含有较多的高次谐波。用集成运放构成的电感三点式振荡电路如图所示, 不难证明其振荡频率为
（3） f =通过比较结合本电路的实际情况分析，我选择了电容三点式振荡器。
对于高频功率放大电路部分是本设计能否满足设计要求的一个重点。高频功率放大器，又称射频功率放大器，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，并且不干扰相邻信道的通信。在工作一般性原理上，它和其他放大器一样，都是在输入信号作用下，将直流电源转换为输出功率。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。考虑到本次设计的电路属于窄带高频放大电路，所以我采用的丙类高频放大器。其目的是增大发射功率，扩大发射距离，并且隔离了天线与振荡器，减小天线对振荡频率的影响。
于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2或者1/4，以便在天线上产生驻波。在这里只需用一段导线代替就可以了。
3.2具体方案的选择及确定
方案一
电路如图5所示，该电路共有两部分组成，音频放大部分和高频振荡部分，主要由驻极体话筒和一只高频三极管9018组成。三极管外围元件L 、C4、C5等外围元件组成高频振荡电路。驻极体话筒MIC 将声音信号变成电信号，通过电解电容C1耦合到三极管的基极，对高频等幅振荡电压进行调制，经过调制的高频信号通过C6，由天线向外发射。R3、R4是三极管的直流偏置电阻R4组成直流负反馈电路，使得三极管的工作更加稳定。L 和C5决定振荡频率，f=1／2π，调整L 的匝数及间距可改变振荡频率。R1为驻极体话筒的供电电阻。
图5方案一参考图
方案二
该电路由三部分组成：音频放大部分、高频振荡部分及稳压部分。信号有话筒MIC 注入三极管VT1的基极，经VT1放大后的音频信号经C2耦合至高频振荡电路VT2基极，然后经天线发射出去。此电路的工作
图6 方案二参考图
频率在85-104MHZ 之间元件的选用，MIC 选用高灵敏的驻极体话筒，VT1为9013H ，β≥90，L1，L2用∮0.71mm 漆包线在普通圆珠笔上分别绕4匝和10匝，C4、C5、C6采用瓷片电容，误差±5%。三端稳压器用LM7806电源，用9V 电池，电路板可自制。若
想增大发射功率，可改变发射天线的长度，或将VT2发射管换成34D50三极管，R4电阻换成4.7K Ω，此时发射距离可再增加约100米。原理图6所示。
方案三
MIC 先将自然界的声音信号变成音频电信号, 经C2耦合给Q 的基极进行调制, 当有声音信号的时候, 三极管的结电容会发生变化→振荡频率发生变化, 完成频率调制, 即调频. 再经C8耦合给高频调谐放大电路对已调制的高频信号放大, 再通过C12、L3和天线向外发射频率随声音信号变化而变化的高频电磁波。
其中R1为话筒MIC 的偏置电阻, 一般在2kΩ-5.6kΩ选取,R4为集电极电阻.R5为基极电阻，给Q1提供偏置电流，R6为发射极电阻, 起稳定Q1直流工作点的作用；Q2、R7、R8、C4、C5、L1、C6、C7组成高频振荡电路,R7给Q2基极提供偏流,C5和L1振荡回路, 改变其值可以改变发射频率,C4为反馈电容,R8起稳定Q2直流工作点作用,C7是隔直流通交流电容；Q3、R9、R10、L2、C10、C11组成高频功率放大电路。R9给功率管Q3提供基极电流, C10和L2放大调谐回路, 和振荡回路C5和L1调谐在同一频点时获得最大输出功率, 发射距离最远。原理图如图7
图7 方案三参考图
方案比较
方案一相比比较简单，浅显易懂，电路连接简单，容易实现，使用元件较少由于电路没有加入高频功率放大电路，导致发射距离仅在3
米左右。其实用性价比较低，
创新性也不足，声音效果不好，不能满足设计的要求。
方案二是将低频放大电路与振荡电路分开，加入了稳压部分，使其发射性能更好。但是这个电路在实际制作中在调试过程中比较繁琐，使用器件不常用，难以找到，并且效果不佳。
方案三包括低频放大，调频以及功率放大电路，并且设计加入了选频电路，电路简单明了，容易实现，零件成本低。调试简单操作不烦琐，满足设计的要求。
最终我选择了方案三去设计。
3.3单元电路的调试与仿真
整个电路可以分为三部分：1音频信号的
输入及放大部分；2频率调制部分；3高频功
率放大及发射部分。
（1）音频信号的输入及放大部分
这一级电路由话筒，三极管Q1及其它元
件构成。话筒我采用的是驻极体小话筒，灵
敏度非常高，可以采集微弱的声音信号，筒
底部有两个接点，用两根粗铜丝焊牢在PCB
印制电路板上。驻极体话筒具有体积小、结
构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛
用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中，
属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻
抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个图8音频信号的输入放大部分
场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。其中放大电路我采用的是最常用的电压并联负反馈共发射极放大电路，三极管采用的9014。它是一种小电压, 小电流, 小信号的NPN 型硅，是一低噪声放大管，具有稳定静态工作点的作用，又具有输出载波幅度稳定的特点。R1为话筒MIC 的偏置电阻, 一般在2kΩ—5.6kΩ选取,R4为集电极电阻.R5为基极电阻, 给Q1提供偏置电流.R6为发射极电阻, 起稳定Q1直流工作点。基极偏置电阻R5连接在晶体管的集电极与基极之间, 利用集电极的电压确定基极偏置电流, 自动调节工作点，电路工作稳定可靠，灵敏度高。改变集电极电阻R4可调整电路增益，即可改变调制度，可防止过调制。最后放大的信号通过C3耦合到下一级，电路仿真图9
图9低频放大电路仿真图
其中上面线表示的是输入的波形，下面的线表示的是放大后的波形，可以很明显的观察该到该电路做了不失真的放大，说明这一级电路在理论上是可行的。
（2）频率调制部分
电路图如图10，该电路主要有三极管Q2、
电感L1及电容所组成的高频振荡电路，三极管
采用高频管9018，电感则是用漆包线绕制而成，
其中R7给Q2的基极提供偏置电流，C4为反馈
电容，电阻R8起稳定三极管Q2直流工作点作
用,C7起隔直流通交流的作用，略去Q2发射极
直流部分，其中Q2、L1、C5、C8为调频电路
电抗管，起到了调频的作用。其中由于电路系
统中变化的电流对系统供电电源里的电源内阻
起作用，从而导致电源向电路输出实际电压产
生抖动。所以会对电路有一定的影响，为了避
免电源的抖动，以获得稳定的供电电压的。所以加入一个退耦电容C9，
其作用是为了
图10调频电路
电路能够获得稳定的电压，一帮也叫电源去耦电容。
当放大的音频信号通过电容C3耦合到三极管的基极的时候，三级管的基极和发射极之间的电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三级管的发射频率发生变化，从而实现声音信号对振荡电路产生的高频信号进行调制，产生高频调谐波。当有信号通过L1和C5的时候通过改变电感L1的大小就可以改变输出频率的大小。可以通过改变电感L1线圈匝数的数量或线圈的长短，就可以实现对输入的调频信号的大小进行改变。最后调制后的信号通过C6耦合到下一级。
模拟通过输入频率为500Hz 的正弦波，因为人类正常的声音频率在500HZ 左右，通过观察，蓝色的波形表示的是调制前的波形，黄色则代表的是被调制后的波形，可以看出该电路明显起到了调频的作用，通过改变电感L1的大小可以看到输出波形也随之有所变化，说明该电路可行。我们的要求是输出的频率要在88——108MHz,所以由公式3-1可以知道要想改变频率的大小，自己要改变电感的大小就可以实现对频率的调节。
图11 调频电路仿真图
（3）高频功率放大及信号的发射
高频放大电路我同样采用的是共
射极放大电路，既具有稳定静态工作点
的作用，又具有输出载波幅度稳定的特
点，同时还有足够大的功率输出。此电
路同时也是一个选频放大电路，集电极
电感L2和电容C10组成选频回路，同
样谐振在90MHZ 处。C10和L2放大调
谐回路, 和振荡回路C5和L1调谐在同
一频点时获得最大输出功率, 发射距离
最远。与低频放大电路不同的是在这里
三极管我采用的是9018，因为9014的
特征频率很小，只有150MHz, 所以只能
运用于低频放大电路中，而相反的9018的特征频率在620MHz ，所以可以运用于高频电路中，其中R9为Q3提供偏置电流，R10为发射极电阻，C11为反馈电容，C12和L3 进一步组成一个选频回路，如果在和之前的调频在同一频点时能获得最大的输出功率，使得发射距离最远，这是在最后焊接电路时所添加的一部分。电路图如图12 图12高频功率放大电路
图13 高频功率放大电路仿真图
如图13是高频放大电路的仿真图，其上面波形表示的经第二部调频后的波形，下
面波形的则表示经过高频放大后的输出波形。通过仿真，可以确定该电路时可行的，
最后的输出波通过进一步选频之后由天线辐射出去。
于天线来说，只须设置一根电线（线状天线）。一般天线的长度设定为电波波长的1/2，以便在天线上产生驻波。如果载波频率为80MHz ，那么波长λ为
c 3×108≈=3.75m （4） λf 80MHz
式中，c 是电波的速度即是光的速度。计算得天线的长度为1.9m 。
但是，如果在实际的电路中接入1.9m 的天线，会发射很强的电波，有可能超出电波法，在这携带不方便，且外观难看，所以把天线的长度限制在30cm 的程度。
通过以上的设计与仿真，我最终确立了无线调频话筒的电路图如下：
图14 无线调频话筒电路图
整个电路中，外接电源电源电压用2节5号干电池，总电压为3V 。
4电路制作装配
4.1PCB 板的制作
在制作PCB 板式首先要注意，PCB 元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。如走线高频数字电路走线细一些、短一些好，但是太小又不利于进行焊烧，应尽量加大绝缘间距。大面积敷铜要用网格状的，以防止焊接时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑GND 的流向、大小。不能简单的用铜箔填充了事，而是需要去走线。元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检查与核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于进行制版，应该先做核对，后再进行后续工作。
基于这些要求，开始制作PCB 板，首先在Altium Designer软件中设计自己的电路图，如下图所示
图15 PCB 电路图
画出电路图（如图15）之后可以添加导入一个PCB 工程，来创建PCB 布线图，如果在导入过程中出现了错误则须重新检查原理电路图，重新生成网络表。成功导入之后就要对元件进行手动排列，再自动布线，生成的PCB 板电路图，如图16所示。
布线成功之后在生成电路PCB 图之后，在热装印上打印布线图并通过电熨斗将布线图转印在覆铜板上。之后用0.8mm 的钻头在所需放零件的地方打上小洞，最后用蓝色环保液腐蚀覆铜板就可以得到所需要的PCB 板。
图16 PCB 布线图
4.2电感的制作
由于本电路的设计中需要改变电感的大小来改变频率的大小，所以电路中所需要的电感是自己制作的。通过仿真我们已经知道电路中所需要的电感均在0.5uH 左右，所以通过公式空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D×N)/(3D+9W+10H)，（其中D 是线圈直径、N 是线圈匝数、H 是线圈高度、W 是线圈宽度 ）。可以知道电路中所需要的电感可以用线径0.5mm 的漆包线绕成线圈直径2mm 的线圈，绕4-5圈，由于电感需要改变，所以可以再焊接到电路中改变线圈的长度或者匝数。我是将0.5mm 的漆包线绕在圆珠笔芯上，均绕了5圈后抽去了笔芯，电感线圈的两个引出端要刮除表面上的绝缘漆，然后上好锡。
4.3电路的焊接
在焊接之前首先用万用表对各元件的质量和大小做一测量，之后按顺序摆放。焊接的顺序是电感线圈、电阻器、电容器、高频三极管、话筒、电池盒。将电阻器、电
容器等元件分类集中安装的目的是减少差错和防止元件的丢失。电感线圈的两个引出
端首先刮除表面上的绝缘漆，然后上好锡，插装时要贴近电路板并牢固焊接，如有虚焊，振荡会不稳定，工作也会不正常。
三极管尽可能最后安装的目的是尽量减少焊接中静电、热量对管子的损害，插装时注意极性同时尽量贴近电路板。驻极体话筒用两根导线焊接引出，焊接到电路时注意极性，连接话筒边缘的负极，将焊好线的话筒固定在电池架上。电池正极片和负极簧都插装在电池夹的相应处，并用红色、黑色导线分别焊接在正极片和负极簧上，并引出焊接到电路板上。
电阻器和电解电容器采用卧式安装，并靠近电路板。瓷片电容立式安装，也需靠近电路板。
5调试仿真及结果分析
5.1实物测试仿真
图17音频信号放大 图18功率放大
图19实物图 图20整体仿真图
将话筒正负极接在示波器上，对着话筒说话，可以看到示波器上有信号输入，并且大小随着声音的大小在改变。说明话筒输入部分电路正常。
对振荡电路的检测：将话筒短路，将示波器接到振荡电路，可以检测到该电路已经起振，频率在72MHz 左右，且频率显示不太稳定，
之后我取下电感并减少一圈重新
装上测得频率达到86.5MHz ，满足发射的要求。
对音频放大测试，图17为音频信号放大的测试仿真电路，由测试观察知道该电路实际可行。图18为高频功率放大测试仿真电路，有波形知道该电路实际可行。
实物图如图19所示，测试图如图20所示，其中测试图中上面的波形是接在话筒上所显示的波形，既话筒将声音信号转化成的初始电信号，观察到其平率在430HZ 。下面的信号是接在天线上所测出的信号。当改变话筒前声音的大小时，可以观察到有话筒转化的初始信号的大小在改变，并且由天线辐射的信号也在随初始信号的改变而改变，输入的信号对输出的信号起到了调制的作用，并且观察到输出的频率近似在85MHz 左右。
通过实物检测仿真，确定电路是正确的，可以满足设计的要求。 5.2实物调试
将焊接好的无线话筒的电源开关置于“关”的位置，将万用表置于“10mA”档，两表笔接到电源开关的两端，可测量电路的总电流，如在10mA 左右则电路基本正常，电流过大或过小(甚至为0) 都不正常，检查电路板上有无错焊、虚焊、短路等现象，并及时予以排除。
打开收音机(置于FM 段) ，然后手持话筒，一边对话筒讲话一边调收台旋钮(或选频键) 直到收音机中传出自己的声音为止。上述步骤分别在80MHz 、88MHz 、98MHz 、108MHz 附近调试，这样即使无线话筒发射频率存在较大偏差，收音机也能够收到。
如果在整个频段(即80—108MHZ)仍收不到自己的声音则仔细拨动振荡线圈L1，拨动时只需拉开或缩小线圈每匝之间的距离，调整时应仔细。若调整线圈的松紧仍不奏效则应将电感L1取下来增加一匝或者减少一匝(因电子元件参数的影响) ，重新焊上后继续上述调整。
经过检查，电路没有出现焊接及元件的错误，我按照上面的调试方式，通过改变电感L1的长短，最后在85.2MHz 的位置能在收音机里面清楚的收到声音。经过测试，在20米内可以收到，满足设计要求。 5.3结果分析
本次设计的重点是高频振荡部分，我采用电容三点式振荡电路，简单可靠，起振容易，但最后测试结果显示频率在85MHz —87MHz 之间不停的抖动，频率不稳定，分析应该有以下的原因：PCB 的布线不好，寄生参数大，缺少对频率的控制手段；周围环境干扰严重；元器件质量不好，电阻、电容的特性参数（比如温度漂移）不理想。
功率放大电路虽然达到我们的设计目标，但是抗干扰等功能仍然有影响，毕竟这是用较少的一些分立元件组成的一个高频电路。
通过调试发现天线距离选频回路越近时，收音机的接收效果越好。但是由于我的电路板已经焊接完毕，所以没有做改变。
经测试我还发现，将电源等有源元件与其他元件分开距离较大摆放时，接受的效果较好，频率较稳定，抗干扰能力能变强，频率抖动不大。为此我们选择了将天线与电源分在两边摆放。
6设计总结
本次论文我设计并制作了一款简易的无线调频话筒，通过对资料的查阅和老师的指导，我完成了电路的设计，并合适的选择了电路，并通过仿真测试，确保了电路的准确，最终制作了PCB 电路板，且完成了实物的焊接组装，并对实物进行了测试，在20m 的范围内能够在FM 调频话筒在86MHz 的频率点上能收听到清楚的声音。
本次毕业设计，不仅使我复习、巩固和加深理解了大学时期所学专业课程的理论知识，并使理论与实践进一步结合，同时，也使理论知识更加系统化，实用化。在老师精心辅导的帮助下，我学到了很多知识，也顺利的完成了这次论文的设计与实现。在此过程中，由于要广泛的搜集资料，我查阅了多方文献并访问了很多专业网站，使我对国内外电子产业的发展趋势以及一些比较前沿的学术领域有了进一步的了解，为以后的学习和工作提供了便利，指明了方向。同时，也提高了自己综合分析问题和解决问题的能力，培养了自己刻苦钻研、勇于攻坚的精神和认真负责、实事求是的科学态度，为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。
参考文献
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[3]徐国华. 模拟及数字电子技术实验教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2004. [4]周南生, 张文敏. 晶体管电路设计[M]. 北京：科学出版社, 2004.
[5]李祥臣，卢留生. 模拟电子技术教程[M]. 北京：北京清华大学出版社, 2005. [6]康华光，陈大钦. 电子技术基础--模拟部分[M]. 武汉：华中理工大学出版社, 2004. [7]李永平，董欣. 电路设计与实现[M]. 北京：国防工业出版社, 2005. [8]方厚辉，谢胜暑. 电子技术[M]. 北京：中国水利水电出版社, 2005. [9]徐晓光. 电子技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2004.
[10]谢自美. 电子线路设计实验[M] 武汉：华中科技大学出版社, 2000. [11]邹华跃. 数字集成电路基础学习参考[R] 南京：南京大学出版社, 2001.
致 谢
本篇论文是在张志荣老师的悉心指导下完成的。值此论文完成之际，特向导师致以诚挚的感激和无尽的敬意！
在本文的完成过程中，始终得到物电学院实验室老师的热情帮助和指导。从论文选题到课题研究到论文完成，都有他们的一份辛勤汗水。在此谨向他们表示诚挚的谢意和感激之情。
在课题研究中，得到了许多电信老师和同学的关心和帮助。与他们进行了多次有益的探讨和学术交流，得到了许多启发。对于他们的支持和帮助表示真诚的感谢。
河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表
学院：_物理与机电工程学院__ 专业：__电子信息科学与技术_ 教师姓名
张志荣
职称
副教授
学历
研究生
拟选论文（设计）题目 选题内容与要求：
无线调频话筒的设计与实现
采用晶体管或集成电路设计完成一无线话筒。 基本要求：
1）额定工作电压3V ，电流3~5mA。 2）采用电抗管或变容二极管调频。
3）发射频率在100MHz 左右，FM 收音机能稳定收听。 4）接收距离不小于10米。 发挥部分：
1）进一步增大接收距离。 2）尽可能降低功耗。 3）其它。
教研室（研究所、中心）负责人审查意见：
签字： 年 月 日 学院审核意见：
学院（章） 年 月 日
注：本表按选题填写，每题一页，由学院存档。
河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表
论文题目 无线调频话筒的设计与实现
物理与机电工程学院 物理与机电工程学院
学生姓名 康建国 所属学院专业 物理学 年级 四年级
指导教师 张志荣 所在单位职称 副教授 学历 研究生
指导时间 指导地点实验室 2011.12.1
实验室
指 导 内 容
选题
题目审批表的指导与填写 开题报告的指导与填写 振荡电路的选择进行指导 整体电路的设计进行指导 放大电路的选择进行指导 电路的仿真测试进行指导
PCB 板制作 实物的焊接进行指导 实物的测试及论文初稿进行指导
对论文格式进行指导 进一步对论文格式进行指导 答辩PPT 的制作进行指导
论文预答辩
学生签名
备 注
实验室 2012.3.6 2.12.3.13 2012.3.20 2012.3.27 2012.4.10 2012.4.18 2012.4.25 2012.5.5 2012.5.20 2012.6.2 2012.6.7
实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室 实验室
备注：如果是几个导师联合指导，可加行填写导师信息；可加附页。
河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表
毕业论文指导教师评定成绩（本页由指导教师手写）
评审基元
评审要素
目的明确 符合要求 理论意义或 实际价值
评审内涵
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和综合训练的基本要求
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值 题目规模适当
满分 实评分
5 5 5 5 5 10 10 10 5 5 15 10 5 5
选题质量20%
选题恰当
难易度适中
查阅文献 资料能力 综合运用 知识能力
能力水平40%
研究方案的 设计能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果，并恰当运用
能运用所学专业知识分析、研究和阐述问题；论文内容有适当的深度、广度和难度 整体思路清晰；研究方案合理可行
研究方法和手能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、段的运用能力 实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息 外文应用 能力 文题相符 写作水平
论文质量40%
写作规范 论文篇幅
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平 较好地完成论文选题的目的要求
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅
符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准 符合学校文件要求
成果的理论或
成果富有一定的理论深度和实际运用价值
实际价值 成绩
指导教师评审意见：
指导教师签名：
评定等级
河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表
论文题目 无线调频话筒的设计与实现
学生姓名 张志荣 所属
学院 物理与电机工程学
院 专业 物理学 年级 四年级
答辩情况记录（包括自述、主要问题、回答、专家点评等内容）：
答辩会议秘书：
年 月 日
答辩小组意见：
主席：
年 月 日
学院答辩委员会意见：
答辩委员会主任：
年 月 日
备注：此表在答辩前由学生填好表头并打印提交学院答辩小组，答辩时由秘书填好答辩情况记录并签字，之后返还学生与论文一起提交学院办公室。
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答辩成绩