通信原理 无线电调频对讲机 收音机 课程设计

通信原理课程设计

   2010 级  通信工程 专业 ******* 班级

题    目        无线电调频对讲机设计      

姓    名     ******    学号 **********    

指导教师         胡娟      闫利超         

2012年12月23日

1任务书

设计并制作一个无线对讲机，要求采用调频方式工作，调频收音机的工作频率在88~108MHZ，供电电压4.5V(用三节5号干电池供电),至少10米以上通话距离。

2设计方案选择

方案一：发射用调频无线话筒，接收采用集成电路KC538，其具有中频放大，鉴频和音频功率放大等功能。KC538中频放大器采用三极管差分放大器，固有增益高和调配抑制比好的特点。

方案二：采用集成电路UTC1800，它作为收音机接收专业集成电路，功放部分则采用D2822集成功放芯片，其具有体积小，外围元件少灵敏度高，性能稳定等优点。

方案选择：通过两种方案的比较，方案二的接收频率和工作电流都在要求范围内，具有良好的抗干扰能力，且主要应用高频电子线路与模拟电子技术中的低频放大和集成运放等知识，根据无线电信号的传输原理，将涉及分为发射部分和接受部分。并通过研究分析两个部分的原理框图，以及对高频放大电路、低频放大电路，混频电路、鉴频电路、天线等的分析研究，其较方案一具有简洁性，电路布局比较简单，所以最后选用方案二。

3  电路分析及其原理

电路分析：

   本实验大致分为两个模块，一是调频收音机，二是调频对讲机。下面分别介绍它们的原理。

（1）调频收音机

   收音机的基本功能就是把空中的无线电波转换成高频信号，这一切是有接收天线及相关元件来实现。然后解调，即把调制在高频载波上的音频信号分出来，常称作鉴频 实现这一功能的电路叫鉴频器（有芯片UTC1800实现）。最后鉴频出来的音频信号经放大来推动扬声器或耳机，既把声音恢复。

（2）调频对讲机

      发射机由音频(话筒)放大器，调频调制器，高频载波振荡器，高频放大器，高频功率放大器，天线匹配回路，发射天线组成。音频放大器，将话简送来的声音电信号进行放大，以达到一定的幅度，去控制频率调制器，实现频率调制。

   调频调制器中的变容管，其电容会随着其变容管两端电压的变化而改变。当变容管两端的电压变化是由音频信号控制时，其变容管的容量也将随着音频信号的变化发生改变。调制器中的变容管是高频载波振荡器组成中的一部分，其电容量发生改变时，高频载波的频率也作相应的变化，从而实现频率调制（载波调频）。     

电路原理：       

接收原理：调频信号由TX接收，经C9藕合到ICl的19脚内的混频电路。ICl第1脚内部为本机振荡电路，1脚为本振信号输入端，L4、C、C10、C11等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10.7MHz的中频信号，中频信号由ICI的7、8、9脚内电路进行中频放大，检波口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，经过静噪的音频信号从14脚输出藕合至12脚内的功放电路，第一次功率放大后的音频信号从11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

发射原理：变化着的声波被驻极体转换为变化着的电信号，经过Rl，R2、C1阻抗均衡后，由VT1进行调制放大。C2、C3、C4、C5、L1以及VT1集电极与发射极间的结电容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LC振荡电路及VT1调制放大的信号经C6耦合至发射管VT2进行高频放大后通过TX、C7向外发射调频信号。VT1为9018是振荡放大三极管。VT1为D40是专用发射管。

附硬件实现原理图及简要说明：

驻极体在此起到传感器的作用，将变化着的声波转化为变化着的电信号。VT1选用9018，他主要对信号进行调制放大，由R1、R2、C1进行阻抗均衡，C2、C3、C4、C5、L1以及VT1构成一个LC振荡电路，其等效电路如图所示：

UTC1800作为收音接收专用集成电路，调频信号经C9耦合到其I9脚内进行混频，本振信号进入1脚形成本机震荡电路，L4、C、C10、C11等元件构成成本的调谐回路。

D2822作为功放电路的核心芯片，主要是对音频信号进行第二次功率放大，推动扬声器发出声音。VT2为D40，是专用发射管，可用9018替换。

设计原理框图如下：

4   所需用的设备、仪器

  在实验中用到的设备有电烙铁、螺丝刀、钳子等。用到的仪器有万用表、示波器。所用元件如下：

 本套件采用了UTC1800和D2822这两种芯片，他们的内部结构如下图所示，核心芯片为UTC1800，他作为收音接收专用集成电路，功放部分采用D2822，对讲机的发射部分采用两级放大电路，第一级为震荡兼放大电路，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互相对讲。

D2822芯片

D2822集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但可以满足一般的听觉要求了，且有电路简单、音质好、电压范围窄等特点，是业余制作小功放的较佳选择

UTC1800芯片

5  设计步骤

1、接到课程设计的题目首先根据自己以前所学的知识进行构思。

   对讲机肯定包括发射和接收两部分，要求的调频单工无线对讲机，我想起了以前做的调频方式做的无线话筒的电路。发射机由音频(话筒)放大器，调频调制器，高频载波振荡器，高频放大器，高频功率放大器，天线匹配回路，发射天线组成。音频放大器，将话简送来的声音电信号进行放大，以达到一定的幅度，去控制频率调制器，实现频率调制。调频调制器中的变容管，其电容量会随着其变容管两端电压的变化而改变。当变容管两端的电压变化是由音频信号控制时，其变容管的容量也将随着音频信号的变化发生改变。调制器中的变容管是高频载波振荡器组成中的一部分，其电容量发生改变时，高频载波的频率也作相应的变化，从而实现频率调制。载频信号我用我学过的电容三点式震荡电路产生。同时三极管的结电容Cce作为变化电容。从而实现调制功能。

在接收部分用了一个UTC1800进行混频、中放、鉴频、静噪、放大实现解调功能，再用D2822进行功率放大驱动喇叭发声。

2、根据自己的构思查找资料，确定实验方案。

考虑到性价比电路的复杂程度等，我采用了接收部分用集成电路来设计，这样可以提高接收到信号的性能，同时可以增加对讲距离。

3、根据查找的资料以及以前设计的电路作为参考进行电路设计，电路设计在第三部分已经给出。

4、根据所设计的硬件电路采购所需元件。

6  焊接与安装

1. 焊接步骤

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：

（1）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R12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，从上倒下。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）焊后剪去多余引脚，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。

2.注意事项

（1）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）焊接前应先将双联电容用螺丝上好，并剪去双联拨盘圆周内多余高出的引脚再焊接；

（4）J1可以用剪下的多余的元件脚代替，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，请务必焊上；

（6）耳机插座上的脚要插好，否则后盖可能会盖不紧；

（7）线路板请用两粒直径为2×5的自攻螺丝固定；

（8）按钮开关K1外壳上端的脚要焊接起来，以保证VD的正极欲地可靠的接触。

 焊接电阻时要注意保持使电阻和电路板之间留有一定的间距，以保持电阻有一定的散热空间。

电容：

    电容器是本电路中应用量最大，而且使用种类最多的元件。本次对讲机所有的电容主要是瓷片电容、电解电容、双联电容三种电容器。每种电容的电量均标注在电容器表面上。

    电解电容，一般容量范围是1～4700uF.

    瓷片电容，一般容量范围是100pF～0.82uF.

例如，有一电容，标注值为10N，它的实际容量应为0.01uF(1N=1000pF),同时也可标注为103，它的前两位为有效数，第三位数为有效零位数，即103=10000pF,它和10N是等价的。

电容在焊接前，必须用万用表测量，以保证电容没有出现短路故障。

焊接电容时，一般要求紧靠电路板焊接。

电感：

在焊接电感时，应注意尽量减少加热时间，以免造成电感内部高温开路损害。

二极管：

本次对讲机应用的二极管有：

1.发光二极管

2.开关二极管

二极管在焊接前，必须用万用表测量，确认性能良好后才能焊接。

由于二极管属于PN结器件，它的结温一般不允许超过175℃，否则将造成损坏，所以焊接时要注意尽量减少加热时间，一般不得大于10s。

三极管：

三极管是电路中各级放大器、稳压器的主要器件。本次对讲机应用的三极管有：

高频三极管9018

发射管D40

三极管的内部结构和二极管相似，也是由硅材料的PN结组成。所以在三极管安装焊接时，和二极管的要求相同，不得长时间加热，以免损坏管子。安装时三极管应和电路板保持一定的距离。

7  测试与调整

元器件以及连接导线全部焊接完后，经过认真仔细的检查后可通电调试（注意最好不要用充电电池）：（1）收音（或接收）部分的调整：首先用万用表100mA电流档（其他档也行，只要>=50mA档即可）的正负表笔分别跨接在地和K的GB之间，这是的读数应在10～15mA左右，这是打开电源开关K，并将音量开至最大，再细调双联，这是应收得到广播电台，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拨动L4的松紧度。当L4拨松时，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（旋转跳台拨盘）。

   （2）发射部分的调整：首先将一台标准的调频收音机的频率指示调在100MHz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跳台旋钮，知道消除失真，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。

8  系统电路性能指标测试结果

音频信号

载波：正弦波   频率：87.7MHz

接收信号

本振信号

解调信号

9   焊接、调试中遇到的问题，解决的方法

   由于前期准备工作做得比较好，以及前几次课程设计的实践，所以本次课程设计在焊接中没有遇到任何困难。

   焊接完成检查无误后进行通电调试，收音机调试很顺利，调节双联立刻就接收到电台了。在调试对讲接收功能时，遇到了麻烦，调节双联一直收不到对讲信号，原来是因为调节双联速度过快，后来就细条，突然听到“哨叫”声，我知道频率就在这频率附近，有稍微调了一下终于接收到了。再调另一个的收音机时，得到的电台信号一直不好，声音不清晰，伴有杂音，刚开始认为是电路的问题，就检查电路，结果没有检查出问题，突然我想起在听收音机时有时当电源电量不足时也会有这种现象，于是我换了三节新电池，结果声音真的清晰了。就这样解决了所有的问题，调试成功。

10   收获、体会和改进设计的建议

    通过对调频对讲机的安装与调试，我对所学过的高频电路电路原理知识及各单元电路的电路形式，各电路间的耦合方式及信号传送波形和结果，有更深入的了解。同时，也对以前所学过的各类型模拟单元电路的工作原理、电路形式、调试方式、测量技术、整机电路统调技巧等方面知识得到全面的、系统的训练。为今后从事本专业工作奠定了坚实的技术基础。

    在接收发射系统调试实验中我亦受益匪浅，在模块实验的基础上掌握调频接收机组成原理和调频发射机整机组成原理，培养了解决实际问题的能力。通过这次课程设计让我更好的掌握了常用元器件的识别和测试。更加深刻地理解课本知识。 在此次做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限和自身的不足，并且学会了对所找内容的取舍及分析。总之，从中我们学习到了如何解决遇到的困难，更进一步地熟悉了调制与解调及掌握了接收机发射机的工作原理和具体的使用方法，增强了对实验的思考能力.培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。万事开头难，初次碰到难免感到无从下手，但在不懈的坚持和努力下，相信自己一定会成功。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向高手请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

    在最关键的焊接安装调试阶段。虽然我们之前有过焊接无线话筒的经验，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。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预先期望的功能。

    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。在这短短一周多的课程设计过程中，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我们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。

    虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

      在这里，我要感谢在一起不断努力的同学们，还有就是不断给我们参考和意见的胡老师、闫老师，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，更让我们懂得了团队精神的重要性。

指导教师评语