调频收音对讲机设计

6 　　 调频收音/对讲机 2010.1 7 2010.1 《现代通信技术》课程 第一章 绪论 §1.1调频收音机概述 调频收音机主要用来接收调频制广播节目。其解调过程是用鉴频器对己调频高频信号进行解调，由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和和音频功率放大器组成。调频信号在传输过程中，由于各种干扰，使振幅产生起伏，为了消除干扰的影响，在鉴频器前，常用限幅器进行限幅，使调频信号恢复成等幅状态，电路结构见图4。调频收音机一般工作在超短波波段，其抗干扰能力强、噪声小、音频频带宽，音质比调幅收音机好。高保真收音机和立体声收音机都是调频收音机。调频波段都在超高频(VHF)波段，国际上规定为87～108 MHz。 广播电台播出节目是首先把声音通过话筒转换成音频电信号，经放大后被高频信号（载波）调制，这时高频载波信号的某一参量随着音频信号作相应的变化，使我们要传送的音频信号包含在高频载波信号之内，高频信号再经放大，然后高频电流流过天线时，形成无线电波向外发射，无线电波传播速度为3×108m/s，这种无线电波被收音机天线接收，然后经过放大、解调，还原为音频电信号，送入喇叭音圈中，引起纸盆相应的振动，就可以还原声音，即是声电转换传送——电声转换的过程。 图1为调幅超外差收音机的工作原理方框图，天线接收到的高频信号通过输入电路与收音机的本机振荡频率（其频率较外来高频信号高一个固定中频，我国中频规定为465KHZ）一起送入变频管内混合——变频，在变频级的负载回路（选频）产生一个新频率即通过差频产生的中频（实习图3-2中B处），中频只改变了载波的频率，原来的音频包络线并没有改变，中频信号可以更好地得到放大，中频信号经检波并滤除高频信号（实习图3-2中D处）。再经低放，功率放大后，推动扬声器发出声音。 　　本机工作原理简述，电路图2所示C1、B1组成天线输入回路。VT1、B2、B1、C组成变频级。VT1为变频管。初级线圈与C构成变频级负载。C1、B2组成本机振荡电路，C6为振荡耦合电路，VT2、VT3组成中频放大电路，2AP9为检波电路，R9为音量电位器（带电源开关），C16为高频耦合电容。 VT4、VT5为前置低频放大级、VT6、VT7组成乙类推挽功率放大器。R16、C21、C17为电源波波电路。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R12、R10、R11、R13、R17、R18为各级的直流偏置电阻。 §1.2 对讲机概述 1、发射部分： 锁相环和压控振荡器（VCO）产生发射的射频载波信号，经过缓冲放大，激励放大、功放，产生额定的射频功率，经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。 2、接收部分： 接收部分为二次变频超外差方式，从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，在经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器，得到人们所需的信息。 3、调制信号及调制电路： 人的话音通过麦克风转换成音频的电信号，音频信号通过放大电路、预加重电路及带通滤波器进入压控振荡器直接进行调制。 4、信令处理： CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制。接收鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器的输出。即如果与预置值相同，则打开扬声器，若不同，则关闭扬声器。 图3 简易调频对讲机原理图 电路如图3所示。三极管V和电感线圈L1、电容器C1、C2等组成电容三点式振荡电路，产生频率约为100MHz的载频信号。集成功放电路LM386和电容器C8、C9、C10、Cll等组成低频放大电路。扬声器BL兼作话筒使用。电路工作在接收状态时，将收／发转换开关置于“接收”位置，从天线ANT接收到的信号经三极管V、电感线圈L1、电容器C1、C2及高频阻流圈L2等组成的超再生检波电路进行检波。检波后的音频信号，经电容器C8耦合到低频放大器的输入端，经放大后由电容器Cll耦合推动扬声器BL发声。 电路工作在发信状态时，S2置于“发信”位置，由扬声器将话音变成电信号，经IC低频放大后，由输出耦合电容Cll、S2、R3、C4等将信号加到振荡管V的基极，使该管的bc结电容随着话音信号的变化而变化，而该管的bc结电容是并联在L1两端的，所以振荡电路的频率也随之变化，实现了调频的功能，并将已调波经电容器C3从天线发射出去。    V选用fT>=600MHz，B>=60的硅高频小功率管，如3DG80、3DG56等。L1用0.8mm漆包线平绕6圈，内径为6mm，然后拉长成间距1mm的空心线圈。L2用0.lmm漆包线在1/8W、100K电阻上绕l00圈而成。C1、C2、C3选用云母或高频瓷介电容。S2选用四刀二位拨动开关。BL选用直径为5cm的电动式喇叭。天线用0.8米拉杆天线（作无线话筒时可用同样长度的多股软线代替）。电源采用9V叠层电池。两部对讲机元器件参数应尽量一致。 调试时，先将S2置于“接收”位置，这时扬声器应有较大的噪声。用手摸一下三极管外壳噪声消失说明接收电路工作基本正常。然后将S2置于“发信”位置，取一台调频收音机放在附近，接收频率调到100MHz左右，这时收音机中应有较大的啸叫声，拉开约10米距离啸叫声消失，对准话筒发话，在收音机中应能听到清晰、宏亮的声音。若无声音或音小，可调整收音机的频率。待两部对讲机进行完上述调试后，进行互通试验，适当调整L1的间距使收、发信都能统一到同一个频率上。当与本地电台频率重叠时，需更换谐振电容C1，防止互相干扰，影响正常使用。 第二章 课程设计总体要求 §2.1 课程设计目的 通过本次课程设计,运用已学的课程知识,根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试,对《现代通信技术》课程中涉及的芯片结构、控制原理、硬件和编程等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及撰写能力等方面有显著提高。 §2.2 课程设计题目及设计要求 1、题目： 调频收音/对讲机 2、设计要求：调频收音/对讲机 利用实验系统的资源来设计制作一个“调频收音/对讲机”。 工作流程如下： （1） 系统电路分析; （2） 电路原器件焊接装配; （3） 电路调试以及预先设定指标。 §2.3课题设计具体内容及要求 课程设计任务及工作量的要求（包括课程设计说明书，图纸，实物样品等要求） 根据任务书要求，在教师的指导下，独立完成设计，根据各模块功能，运用相关知识完成各模块的详细设计，调试及测试。 1、硬件制作 （1） 原理图设计要符合项目的工作原理,根据电路图合理选择电阻、电容等相关元件； （2） 焊接正确,无虚焊; （3） 了解该系统设计的一般步骤和调试; 2、系统调试 （1） 接受机调试：打开电源开关,将音量开至最大,再细调双联,这时可以收到广播电台信号； （2） 发射机调试：打开发射部分开关，拉开距离对着驻极体讲话，声音无失真； 3、设计报告 每位同学要上交一份完整的课程设计报告（统一用A4纸打印）。课程设计报告的具体要求见附件1（现代通信技术课程设计报告的要求）和附件2（现代通信技术课程设计实习报告书写格式规范）。 4、结束 完成设计任务后，由指导教师进行验收。验收过程中，接受指导老师对综合应用能力和实验能力的提问考察。 5、其他 （1） 独立完成现代通信技术课程设计的各项内容； （2） 文明课程设计，保持课程设计场所卫生、工作台面整洁; （3） 正确使用实验仪器设备; （4） 注意用电安全; 第三章 总体方案 §3.1 收音机接收方案 调频信号由 TX 接收，经C9 藕合到 IC1 的19 脚内的混频电路，元件构成本振的调谐回路。在ICl内部混频后的信号经低通滤波器后得到l0.7 MHz的中频信号，中频信号由IC1 的7、8、9脚内电路进行中频放大、检波，7、8、9脚外接的电容为高频滤波电容，此时，中频信号频率仍然是变化的，经过鉴频后变成变化的电压。10脚外接电容为鉴频电路的滤波电容、这个变化的电压就是音频信号，经过静噪的音频信号从14脚输出耦合至12脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从 ll 脚输出，经过 R10、C25 、RP，耦合至IC2进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音。 §3.2 对讲机发射方案 变化着的声波被驻极体转换为变化着的电信号，经过 R1、R2、C1阻抗均衡后，由VT1进行调制放大。C2、C3、C4、C5、Ll以及 VTl 集电极与发射极之间的结电容Cce构成一个LC振荡电路，在调频电路中，很小的电容变化也会引起很大的频率变化。当电信号变化时，相应的Cce也会有变化，这样频率就会有变化，就达到了调频的目的。经过VT1调制放大的信号经 C6 耦合至发射管VT2通过 TX、C7向外发射调频信号。VT1为9018是振荡放大三极管，VT2为D40是专用发射管。 第四章 原理框图 4.1电路原理框图 下图为HX1800的电路原理图: 4.2对讲机印刷板电路 图 4-2 对讲机印刷电路图 第五章 系统模块详细设计与调试 5.1 HX1800工作原理 5.1.1装配说明 本套见用的核心芯片为D1800,它作为收音机接受专用集成电路，功放部分选用D2822。对讲的发射部分采用两级放大电路，第一级为振荡兼放大电路：第二级为发射部分，采用9018三极管使发射效率和对讲距离大大提高。它具有造型美观、体积小、外围元件少、灵敏度极高、性能稳定、耗电省、输出功率大等优点。只要按要求装配无误，装好后稍加调试即可收到电台，无需统调，是电子技术改进更新的理想套件。它既能收到电台又能相互对讲，不断激发了学生的好奇心。收音机的参数：调频波段88MHZ～108MHZ；工作电源电压范围2.5V~5V；静态电流13.5mA；信噪比>80dB；谐波失真<0.8％；输出功率≥350mA。 发射机工作电流：18mA，对讲距离50～100米。 5.1.2 电路原理 1、收音机(或接收)部分原理： 调频信号由 TX 接收，经C9 藕合到 IC1 的19 脚内的混频电路，元件构成本振的调谐回路。在ICl内部混频后的信号经低通滤波器后得到l0.7 MHz的中频信号，中频信号由IC1 的7、8、9脚内电路进行中频放大、检波，7、8、9脚外接的电容为高频滤波电容，此时，中频信号频率仍然是变化的，经过鉴频后变成变化的电压。10脚外接电容为鉴频电路的滤波电容、这个变化的电压就是音频信号，经过静噪的音频信号从14脚输出耦合至12脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从 ll 脚输出，经过 R10、C25 、RP，耦合至IC2进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音。 2、对讲发射部分原理： 变化着的声波被驻极体转换为变化着的电信号，经过 R1、R2、C1阻抗均衡后，由VT1进行调制放大。C2、C3、C4、C5、Ll以及 VTl 集电极与发射极之间的结电容Cce构成一个LC振荡电路，在调频电路中，很小的电容变化也会引起很大的频率变化。当电信号变化时，相应的Cce也会有变化，这样频率就会有变化，就达到了调频的目的。经过VT1调制放大的信号经 C6 耦合至9018三极管VT2通过 TX、C7向外发射调频信号。VT1为9018是振荡放大三极管，VT2为9018是专用发射管。 5.1.3 芯片概述 本套件采用了D1800和D2822这两种芯片，它们的内部结构如图3和图4所示。核心芯片为 D1800，它作为收音接收专用集成电路，功放部分选用D2822。对讲的发射部分采用两级放大电路，第一级为振荡兼放大电路；第二级为发射部分，采用专用的发射管使发射效率和对讲距离大大提高。它具有造型美观、体积小、外围元件少、灵敏度极高、性能稳定、耗电省、输出功率大等优点。只要按要求装配无误, 装好后稍加调试即可收到电台，无需统调，是电子技术改进更新的理想套件。它既能收到电台又能相互对讲。 图5-1 D1800内部框图及静态参考电压 图5-2 D2822方框图及静态电压参考值 棕 红 橙 黄 绿 兰 紫 灰 白 黑 金 银 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5％ 10％ 图5-3 电阻值计算示意图 5.2 HX1800安装过程 5.2.1焊接与安装 一般先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。应按如下步骤进行焊接 : (l) 清查元器件的质量，并及时更换不合格的元件； (2) 确定元件的安装方式，由孔距决定，并对照电路图核对电路板 ； (3) 将元器件弯曲成形，本电路所有的电阻( 除 Rl2 外)均采用立式插装 ,尽量将字符置于易观察的位置 , 字符应从左到右，从上到下。以便于以后检查，将元件脚上锡，以便于焊接 ； (4) 插装。应对照电路图对号插装, 有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等； (5) 焊接。各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路。其中耳机插座、三极管等焊接时要快 , 以免烫坏 : (6) 悍后剪去多余引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查 ,并确认无误后方可通电。 5.2.2安装提示 (l) 发光二极管应焊在印制板反面，对比好高度和孔位再焊接； (2) 由于本电路工作频率较高，安装时请尽量紧贴线路板，以免高频衰减而造成对讲距离缩短 ； (3) 焊接前应先将双联用螺丝上好，并剪去双联拔盘圆周内多余高出的引脚再焊接； (4) Jl可以用剪下的多余元件脚代替 ,TX 的引线用粗软线连接； (5) 为了防止集成电路被烫坏，套件中配备了集成电路插座 ,22脚插座由一个 14 脚插座和一个 8 脚插座组成，请务必要焊上； (6) 耳机插座上的脚要插好，否则后盖可能会盖不紧； (7) 按钮开关Kl 外壳上端的脚要焊接起来，以保证 VD 的正极与电源负极连通。 5.2.3测试与调整 元器件以及连接导线全部悍接完后，经过认真仔细检查后即可通电调试: (l) 收音 ( 或接收)部分的调整 :首先用万用表100mA 电流档 ( 其它挡也行，只要≥50mA 档即可)的正负表笔分别跨接在地和 K 的 GB 之间，这时的读数应在 10--I5mA左右，这时打开电源开关 K, 并将音量开至最大，再细调双联，这时应收得到广播电台，若还收不到应检查有没有元件装错，印刷电路板有没有短路或开路，有没有焊接质量不高，而导致短路或开路等，还可以试换一下IC1，本机只要装配无误可实现一装即响。排除故障后找一台标准的调频收音机 , 分别在低端和高端收一个电台，并调整被调收音机 L4 的松紧度，使被调收音机也能收到这两个电台，那么这台被调收音机的频率覆盖就调好了。如果在低端收不到这个电台，说明应减少 L4 的匝数，在高端收不到这个电台，说明应增加 L4 的匝数，直至这两个电台都能收到为止。调整时注意请用无感起子或牙签、牙刷柄 ( 处理后)拔动 L4的松紧度。当 L4 拔松时，这时的频率就增高，反之则降低，注意调整前请将频率指示标牌贴好，使整个圆弧数值都能在前盖的小孔内看得见〈旋转调台拔盘〉。 (2) 发射 ( 或对讲)部分的调整：首先将一台标准的调频收音机的频率指示调在10OMHz左右，然后将被调的发射部分的开关 K1按下，并调节 L1的松紧度， 使标准收音机有啸叫，若没有啸叫则可将距离拉开 0.2-0.5米左右，直到有啸叫声为止，然后再拉开距离对着驻极体讲话，若有失真，则可调整标准收音机的调台旋钮，直到消除失真，还可以调整L2和L3的松紧度 ，使距离拉得更开， 信号更稳定。若要实现对讲，请再装一台本套件并按同样的方法进行调整，对讲频率可以自己定，如 88MHz、98MHz、108MHz……这样可以实现互相保密也不至相互干扰。 第六章 设计总结 这是我们第二次经历课程设计这样的大型作业了。根据第一次的经验，我们先去图书馆或上网搜集调频原理、调频收音原理、对讲机原理。坦白的说，这一次相对上一次已经熟练了许多，因为在上学期的嵌入式学习的实验环节中，我们做过类似的实验，所以就感觉做这一设计会比较容易一些。 实验初段，我们搜集资料到的一些资料，经过整理和筛选，拟定出基本的电路图框架和设计方向。方案拟订之后，指导老师王永明给了我们一些小提示，包括了整个系统的大致原理框图，然后我们经过对比，进一步确立课程设计的具体后续内容。之后，用Word文档正式的整理出来第一份调频收音机/对讲机原理报告和原理图样。 之后是电脑绘图。我们根据先前拟订的原理图样，使用PEOTEL工具开始绘制图样。这一环节相对比较轻松，因为我们之前有电子CAD的绘图排版经验，不出半天我们就基本完成了绘图。 然后到了最关键的焊接安装调试阶段。虽然我们之前有过焊接万用表的经验，但我们也不能粗心大意，因为焊接就是考验我们的耐心和细心。我们先是根据图样，正确读取各元电阻的阻值，排定各原件的位置，以免错焊与漏焊。随后从小的原件，如电阻、电容开始一个一个小心的焊接元器件。尽管万般小心，我仍将一个二极管焊错了正负极。还好经过改正，纠正了错误。就这样经过了一天的努力和不断调试，一个收音对讲机成品基本完成。剩下的只有一些调试工作，经过老师的指导，我们制作的收音对讲机都能基本实现事先期望的功能。 就这样实验进入了尾声，在剩余的时间里，我们主要是查一些资料以便我们更详细的了解实验原理，完成最后的学习报告。在这短短两周的课程设计过程中，我们收获的不仅仅是一个收音对讲成品，更重要的学会了解决问题的方法和探索问题的途径，我们收获了信心，这对于即将踏上工作的应届毕业生是十分宝贵了一份经历，我想凭借这这几年学到的知识和认真踏实的为人处事态度，我们一定会在未来的工作生涯中崭露头角，为学校争光，更为了报答父母这么多年来的辛苦栽培。 在这里，我要感谢在一起不断努力的同学门，还有就是不断给我们参考和意见的王老师、陶老师和徐老师等指导老师们，是你们让我们可以顺利的完成这一课程设计，并且让我们学到了许多在书本上学不到的知识和遇到问题是所需的逻辑思维能力和团队协作精神。 第七章 参考文献 文献： [1] 袁建平. 卫星定位导航基础［Ｍ］.西安：西北工业大学出版社，1999年。 [2] 李棠之.通信电子线路. 电子工业出版社，2001年。 [3] 孙蓓、忠义. 电子工艺实训基础.化学工业出版社，2007年。 [4] 刘进军.卫星电视技术［Ｍ］.北京：国防工业出版社，2008年。 [5] 王京玲.数字卫星广播系统北京［Ｍ］：北京广播学院出版社，2000年。 [6] 卫星电视地球接收站测量方法天线测量. 中国标准出版社，1998年。 图4-1 直流电机速度检测器框图 6