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[资源共享] DIY小型通信系统——FM发射机电台

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发表于 2019-5-6 18:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
下面先来看一下要求:
利用通信原理和高频电子线路的相关知识,来完成对输入的语音信号的调频,然后通过解调利用耳机接收该语音信号。
通过本课程设计,使学生对通信系统的整体结构及配置有全面的了解。训练学生的动手实践能力,   培养学生具体问题的能力。让学生通过本课程设计,熟悉基本通信系统单元的设计方法和工作原理,尤其是调频和解调原理。对学生进行基本技能训练,例如组成系统、调试、查阅资料、绘图、编写说明书等;使学生理论联系实际,提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
总体要求:
1. 思路清晰,给出整体设计框图,画出整机原理图;
2. 给出具体设计思路,画出单元电路,并进行电路设计中相关元件值的计算;
3. 用仿真软件对系统进行仿真,验证设计结果,并将其打印出图纸;
4. 编写设计说明书;
5. 说明书和所有图纸要求用计算机打印。具体电路指标:
1. 发射机功率 PA 3 10mW ,负载电阻 RL = 75W ;
2. 开阔地传播距离 S > 100m
3. 发射机工作频率 fc = 88MHz - 108MHz
4. 调频信号幅度U Lm = 1V 时,最大频偏Dfm = 20kHz
5. 接收机工作频率 fc ' = 88MHz - 108MHz
6. 输出平均功率 PO = 0.25W (负载电阻 R = 8W );
7. 接收灵敏度g = 10uV
我们这次要根据以上要求做出一个小功率FM发射电台。最后做出的实物如下图所示:
1.png 2.png

2.1 调频发射机的原理框图设计
这里采用直接调频方式,实现 FM 调频发射机,其系统框图如图 2.1 所示,它由语音、音频信号处理、振荡调频、滤波和直流稳压电源等部分组成。
3.png

2.1 调频发射机系统框图
若调制信号为uW(t) ,载波信号为
uC (t) = UCM cos(wCt) = UCM cos(2πfCt) ,
根据调频的定义,调频信号的瞬时角频率w(t) 为:


w(t) =wC + KfuW(t) =wC + Dw(t)
其中UCM  ——为载波信号的振幅;
fC ——为载波频率中心频率;
Kf   ——为调制灵敏度,其物理意义是单位调制信号电压所引起的角频率偏移值,单位是
rad / (s ×V )
wC  ——载波信号角频率;
Dw(t) ——瞬时角频偏,简称角频偏,是瞬时角频率相对于载波角频率的偏移。调频信号的瞬时相位j(t) 为:
j(t) = òw(t)dt= ò[wC + Kfu W(t)]dt=wC + Kf òu W(t)dt=wC + Dj(t)
其中Dj(t) = Kf òuW(t)dt——瞬时相位偏移,简称相偏。
上式说明,调频信号的瞬时相位包含两部分,第一部分是由载波信号频率对应的相移wCt ,第二部分是由调制信号引起的相移Dj(t) = Kf òuW(t)dt
因此,调频波的数学表达式为:
uFM (t) = UCM cos[wCt + Kf  òu W(t)dt]
对于调频信号来说,如果调制信号uW(t) 是一个随机信号,则调频波的解析表达式很难写出来,因为其中有对随机信号的积分运算。
3、硬件电路设计与仿真
3.1 信号识别与提取电路
本系统使用驻极体话筒和音频插座提取声音和语音信号,如图 3.1 所示。HiFi 为音频插座,当没有音频线插入时,2、3 号接口短接在一起4、5 号接口短接在一起,此时可以使用驻极体话筒输入语音信号;当有音频线插入时2、3 号接口断开,4、5 号接口断开, 音频信号通过 25 号输入音频信号。实现了输入信号的的自动识别切换,无需手动切换驻极体话筒和音频输入。
驻极体话筒薄膜上分布有自由电荷,当驻极体膜片遇到声波振动时,就会引起驻极体薄膜振动而产生位移,改变了电容两极板之间的距离,从而引起电容的容量发生变化,也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化,由于驻极体上的电荷数始终保持恒定,根据公式 Q=CU,所以当 C 变化时必然引起电容器两端电压 U 的变化,从而输出电信号,实现声-电的变换;


音频输入接口 2、5 口分别连接音频插头的左声道和右声道,音频信号通过左右声道传入电路。
R1 为调节驻极体话筒灵敏度的电阻,电阻增大,灵敏度降低,电阻减小,灵敏度提高, 但是此电阻并不是越大越好,也不是越小越好,一般选取阻值 10K-22K 最佳。R2、R3 可以消除信号直流分量,得到比较干净的语音、音频信号,C1 为耦合电容。

1.png
3.1 信号识别与提取电路原理图
3.1 音频放大电

本系统使用 9014 三极管搭建分压式单管共射极放大电路,如图 3.2 所示,本电路实际上是通过发射极电流的负反馈作用来牵制集电极电流的变化,使静态工作点 Q 保持稳定 所以也称为电流负反馈式工作点稳定电路。信号经过耦合电容 C1 传到三极管 Q1 的基极,        实现音频信号的放大。因为音频放大电路有分立元件组成,使放大电路工作在放大区,必须找到合适的静态工作点。
2.png
3.2 音频放大电路原理图
测量放大器的静态工作点,首先在输入信号Ui  =0 的情况下进行,即将放大器输入端与地端短接,然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表,分别测量晶体管的集电极电流
Ic 以及各电极对地的电位UBQ  UCQ  UEQ  。一般实验中,为了避免断开集电极,所以采用
测量电压UEQ  UCQ  然后算出Ic 的方法。
静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如果静态工作点偏高,则容易产生饱和失真;如果静态工作点偏低,则容易产生截止失真。为了更好的调试出静态工作点,本次设计使用 Multisim 软件对电路仿真。音频放大电路 Multisim 仿真图如图 3.3 所示。选定工作点以后还必须进行动态调试,检查输出电压的大小和波形是否满足要求,如果不满足,则应该调节静态工作点的位置。
3.png

1.png
实际调试过程中发现输入峰峰值电压超过 400mV 时波形才开始失真,而实际中输入的语音、音频信号的峰峰值不会超过 30mV。声音信号的频率范围为 300Hz-3400Hz,音频信号的频率范围在 20Hz-20kHz,当输入幅度一定且合适时,输入信号的频率高于 1MHz 时波形也无失真现象。
1、9014三极管放大电路(Multisim仿真).rar (176.79 KB, 下载次数: 0)
2.png
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2.png


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测评达人

发表于 2019-5-6 20:38 | 显示全部楼层
通信系统总是比较有趣的,就是现在研究的人少了。


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宇宙尘埃

发表于 2019-5-7 09:29 | 显示全部楼层
谢谢分享!


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