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詳析無線簡易話筒的電路設(shè)計

發(fā)布時間:2012-03-07

中心議題:

  • 介紹幾款容易制作成功的小功率發(fā)射電路
  • 單聲道調(diào)頻發(fā)射電路設(shè)計
解決方案:
  • 發(fā)射三極管多采用D40,D5O,2N3866等
  • 采用電容三點式振蕩器

本文較詳盡地介紹了頗有代表性的幾款業(yè)余情況下容易制作成功的88~108MHz調(diào)頻廣播范圍內(nèi)的小功率發(fā)射電路,其中有簡易的單管發(fā)射電路,也有采用集成電路的立體聲發(fā)射電路。主要用于調(diào)頻無線耳機(jī)、電話無線錄音轉(zhuǎn)發(fā)、遙控、無線報警、監(jiān)聽、數(shù)據(jù)傳輸及校園調(diào)頻廣播等。
單聲道調(diào)頻發(fā)射電路

圖1是較為經(jīng)典的1.5km單管調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路。電路中的關(guān)鍵元件是發(fā)射三極管,多采用D40,D5O,2N3866等。工作電流為60--80mA。但以上三極管難以購到,且價格較高,假貨較多。筆者選用其他三極管實驗,相對易購的三極管C2053和C1970是相當(dāng)不錯的,實際視距通信距離大于1.5km。筆者也曾將D40管換成普通三極管8050,工作電流有60--80mA,但發(fā)射距離達(dá)不到1.5km,若改換成9018等,工作電流更小,發(fā)射距離也更短,電路中除了發(fā)射三極管以外;線圈L1和電容C3的參數(shù)選擇較重要,若選擇不當(dāng)會不起振或工作頻率超出88--108MHz范圍。其中L1,L2可用0.31mm的漆包線在3.5mm左右的圓棒上單層平繞5匝及10匝,C3選用5-20pF的瓷介或滌綸可調(diào)電容。實際制作時,電容C5可省略,L2上也可換成10-100mH的普通電感線圈。若發(fā)射距離只要幾十米,那么可將電池電壓選擇為1.5-3V,并將D40管換成廉價的9018等,耗電會更少,也可參考《電子報》2000年第8期第五版(簡易遠(yuǎn)距離無線調(diào)頻傳聲器)一文后稍作改動。圖1介紹的單管發(fā)射機(jī)具有電路簡單,輸出功率大,制作容易的特點,但是不便接高頻電纜將射頻信號送至室外的發(fā)射天線,一般是將0.7--0.9m的拉桿天線直接連在C5上作發(fā)射的,由于多普勒效應(yīng),人在天線附近移動時,頻漂現(xiàn)象很嚴(yán)重,使本來收音正常的接收機(jī)聲音失真或無聲。若將本發(fā)射機(jī)作無線話筒使用,手捏天線時,頻漂有多嚴(yán)重就可想而知了。

圖2為2km調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路。本電路分為振蕩、倍頻、功率放大三級。電路中V1、C2--C6、R2、R3及L1組成電容三點式振蕩器,其振蕩頻率主要由C3、C4和L1的參數(shù)決定,其振蕩頻率為44~54MHz,該信號從L1的中心抽頭處輸出,再經(jīng)過C7耦合至V2放大,由C8和L2選出44~54MHz的二倍頻信號,即88-108MHz,,此信號由C9耦合至V3進(jìn)行功率放大,V3由3只3DGl2三極管并聯(lián)組成,可擴(kuò)大輸出功率。該電路正常工作時,電流約80-100mA。組成V3的三只3DG12可加上適當(dāng)?shù)纳崞?,以防過熱。制作時L1~L3用0.31mm漆包線在直徑3.5mm圓棒上單層平繞。


 

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圖3為一種實用的50m調(diào)頻型無線耳機(jī)發(fā)射部分電路。該電路分為振蕩和信號放大部分。L1、C2-C5、V1等組成與黑白電視機(jī)高頻頭本振電路類似的改進(jìn)型電容三點式振蕩器,頻率穩(wěn)定性好,長時間工作不跑頻,實踐證明,業(yè)余情況下,采用該改進(jìn)型的電容三點式振蕩器完全能勝任。筆者用電烙鐵直接烙焊V1的集電極數(shù)秒鐘后,在三極管的溫度很高的情況下,用普通收音機(jī)接收仍很正常,無跑頻現(xiàn)象。振蕩器的頻率主要由L1和C2決定,通過微調(diào)L1,可以覆蓋88-108MHZ范圍。音頻信號經(jīng)R6、C11耦臺至V1的基極,V1的e、b極間電容隨音頻電壓的變化而引起振蕩頻率的變化,實現(xiàn)頻率調(diào)制。該電路中L,~L3用0.31mm漆包線在中3.5mm圓棒上單層平繞。誦過調(diào)整L1匝間間距微調(diào)振蕩頻率,再微調(diào)L2、L3的匝間間距以諧振子振蕩頻率,獲得最大輸出功率。

圖4為晶振式發(fā)射機(jī)電路。電路中J.、VD1、L1、C3~C5、V1組成晶體振蕩電路。由于石英晶體J的頻率穩(wěn)定性好,受溫度影響也較小,所以廣泛用于無繩電話及AV調(diào)制器中。Vl是29~36MHz晶體振蕩三極管,發(fā)射極輸出含有豐富的諧波成分,經(jīng)V2放大后,在集電極由C7、L2構(gòu)成諧振于88-108MHz的網(wǎng)絡(luò)選出3倍頻信號(即87~108MHz的信號最強(qiáng)),再經(jīng)V3放大;L3、C9選頻后得到較理想的調(diào)頻頻段信號。頻率調(diào)制的過程是這樣的,音頻電壓的變化引起VD1極間電容的變化;由于VD1與晶體J串聯(lián),晶體的振藩頻率也發(fā)生微小的變化,經(jīng)三倍頻后,頻偏是29-36MHz晶體頻偏的3倍。實際應(yīng)用時,為獲得合適的調(diào)制度,可選擇調(diào)制頻偏較大的石英晶體或陶瓷振子,也可以采用電路稍復(fù)雜的6-12倍頻電路。若輸入的音頻信號較弱;可加上一級電壓放大電路。

由于1.5km調(diào)頻發(fā)射機(jī)(見圖1)采用電容三點式振蕩器,天線參數(shù)稍微變動時,都將發(fā)生跑頻現(xiàn)象,再則,由于是單管自激振蕩發(fā)射,工作電流較大,當(dāng)工作數(shù)秒鐘至數(shù)分鐘后,三極管的溫度升高引起極間電容發(fā)生變化,也會帶來振蕩頻率的改變(一般情況下是振蕩頻率降低),有時頻漂竟達(dá)0.2--1MHz。用作調(diào)頻廣播或遠(yuǎn)距離遙控報警時工作可靠性較差,但元件少,成本低,調(diào)試容易,適合初級愛好者作發(fā)射實驗。2km調(diào)頻發(fā)射機(jī)(見上期附圖2)采用振蕩、倍頻、功率放大三級電路,級間相對獨立,頻率的穩(wěn)定度優(yōu)于單管自激振蕩發(fā)射的1.5km發(fā)射機(jī),但開機(jī)數(shù)分鐘后,仍有0.2-0.4MHz的頻漂,這主要是由于V3的工作電流較大,溫升高,引起極間電容發(fā)生變化,此變化通過C9引起C8與L2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生變化,加之V2溫度升高后也引起C8與L2組成的諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生變化,此變化通過C7傳遞給C3、C4、L1、C5、C6、V1等組成的主振級,最終使振蕩頻率也發(fā)生變化(一般情況下也是振蕩頻率降低),實驗時可加強(qiáng)三極管的散熱,減小級間耦合,可將C9、C7的容量減小,同時選擇受溫度影響較小的晶體管、電阻、電容等,但頻漂仍較嚴(yán)重。上期附圖3所示的無線耳機(jī)發(fā)射器,由于采用了改進(jìn)型電容三點式振蕩器,較圖1、圖2所示的發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定,在電視無線耳機(jī)等保真度要求不是很高的場合很適宜。上期附圖4所示的晶體振蕩式發(fā)射機(jī)由于采用了晶體,所以頻率穩(wěn)定性很好,但應(yīng)用于調(diào)頻廣播和無線耳機(jī)時,調(diào)制的頻偏較LC振蕩器小得多,在用收音機(jī)收聽時,音量較小,聲音不圓潤,一般更適合頻偏較小的無繩電話及對講機(jī)等電路中。聲表振子已廣泛用于各種無線遙控及無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的發(fā)射機(jī)中,但頻率在88~108MHz的聲表振子難以購到,而各種性能優(yōu)秀的頻率合成的發(fā)射機(jī)制作比較麻煩,有興趣者可參考(電子報)2000年第41期第五版(TGF-10型調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)數(shù)字頻率合成器調(diào)制單元電路剖析)一文,該廣播級發(fā)射機(jī)采用通用的摩托羅拉頻率合成器專用芯片MCl45152P作為核心,通過外接撥碼開關(guān)可獲得84~108MHz的高穩(wěn)定度頻率。調(diào)頻立體聲發(fā)射機(jī)(電路見圖5)本電路的核心器件為立體聲專用芯片BAl404。

很多調(diào)頻立體聲模塊均將BAl404和外圍元件封裝在一個塑料或金屬外殼內(nèi)制成,只露出電源輸入、音頻輸入、射頻輸出引線,只要了解BAl404以后,就知道調(diào)頻立體聲模塊內(nèi)部是怎么一回事了。來自音源的立體聲音頻信號經(jīng)R1、R2、R5、C1、C3、C5(R4、R3、R6、C2、C4、C6)組成的網(wǎng)絡(luò)耦合到BAl404。經(jīng)IC內(nèi)部左(右)聲道放大,再進(jìn)行平衡調(diào)制,調(diào)制后的復(fù)合信號從IC的第14腳輸出,后與第13腳上的導(dǎo)頻信號通過B9、C15,B10、C16、C17構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行混頻,混頻后的復(fù)合信號進(jìn)入IC的12腳,對比的⑧、⑨、⑩腳,C20--C22及髓組成的電容三點式振蕩器進(jìn)行調(diào)頻,IC的⑩腳上已調(diào)制的射頻信號經(jīng)內(nèi)部放大后從第⑦腳輸出,經(jīng)C18、L2選頻后送至天線TXl。要實現(xiàn)調(diào)頻立體聲,BAl404的⑤、⑥腳需外接38kHz晶體,但業(yè)余制作時的確很難購得38kHz的專用晶體,所以在無該晶體的情況下,可以參考虛線內(nèi)的電路,用分立元件制作一個38kHz振蕩器,該38kHz信號經(jīng)過R8、C10送人IC第⑤腳。制作時,Ll可用收音機(jī)中頻變壓器ITF—2—1、TTF-2-2或TFF-2-9等,同時注意引腳的連接不要搞錯,③腳接地,②腳接V1的發(fā)射極,①腳為反饋和輸出腳。通過調(diào)整其磁芯可以獲得頻率較穩(wěn)定、幅度足夠高的38kHz信號。

特別值得注意的是,C8宜選0.33uF的滌綸電容,不宜選擇瓷片電容,因為瓷片電容的穩(wěn)定性較差,容易出現(xiàn)振蕩頻率不穩(wěn),調(diào)頻立體聲工作不正常的現(xiàn)象。由于BAl404的高頻蕩是電容三點式振蕩器,所以頻率的穩(wěn)定性較差,于是本電路不用原來的高頻振蕩器,改用外接頻率較穩(wěn)的改進(jìn)型電容三點式振蕩器的方法,可滿足業(yè)余調(diào)頻廣播和調(diào)頻無線耳機(jī)的要求。如ZN-2001型調(diào)頻立體聲無線耳機(jī)的發(fā)射部分就采用了改進(jìn)后的電容三點式振蕩電路。立體聲復(fù)合信號經(jīng)V2電壓放大后,通過C26、R14直接加在V3基極實現(xiàn)頻率調(diào)制。其特點是根據(jù)用戶需要,可以用螺絲刀在機(jī)殼外調(diào)整L4的電感量,使其能在88~108MHz范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié),避開當(dāng)?shù)卣{(diào)頻廣播電臺的頻率。該機(jī)另一特點是:電路板上巳留有1--5W功率擴(kuò)展部分,如校園廣播時就可將該部分的元件裝上,調(diào)試后即可投入使用。但值得注意的是,若該無線耳機(jī)在增加功率后,仍然采用機(jī)上的鞭狀天線發(fā)射;則強(qiáng)烈的射頻信號將產(chǎn)生自身干擾;造成聲者失真,有交流聲或無聲,所以一定要通過50歐專用的通信電纜將射頻信號在室外發(fā)射。在裝調(diào)功率擴(kuò)展部分射,可以用如圖5所示的射頻檢測器調(diào)整各級諧振狀態(tài)。將射頻檢測器的輸入端(1k電阻的一端)先接在前級放大三極管的集電極,調(diào)整集電極上的電感線圈,使射頻檢測器輸出端的電壓最高,然后按同樣的方法逐級向后級調(diào)整,再檢測天線端,最后統(tǒng)調(diào)各級電感線圈,使輸出電壓最高,即告完成。與紅外無線耳機(jī)相比,調(diào)頻立體聲無線耳機(jī)的主機(jī)(發(fā)射機(jī))與接收機(jī)之間可以隔著墻壁正常使用,而紅外線耳機(jī)則不能。另外,普通紅外線耳機(jī)無立體聲功能,所以調(diào)頻立體聲無線耳機(jī)更適用,欣賞音樂時,更悅耳動聽。若安裝了室外天線,即使很微弱的射頻信號也能傳很遠(yuǎn),所以制作一副良好的天線比單純提高發(fā)射功率有效得多。制作一副水平極化、全向發(fā)射的天線比較麻煩,且一般的調(diào)頻廣播電臺也采用水平極化方式,為了不產(chǎn)生干擾,所以筆者在此為讀者介紹一種組裝簡易,效率較高的垂直極化天線。由于人在移動時用耳機(jī)線兼作收音機(jī)天線收音時,耳機(jī)線是垂直的;汽車收音機(jī)的天線也近似垂直,所以垂直極化更適合移動接收。

該天線采用通信機(jī)專用的50歐傘狀天線,如圖6所示,天線座上有4根或7根振子,每根長約0.75m,垂直的一根為發(fā)射天線的主振子,斜著向下的3根或6根振子共同組成模擬地,它們之間的角度是均勻的,主振子與組成模擬地的各振子之間的角度也按要求固定了,整個天線的阻抗為50歐,10MHz帶寬內(nèi)增益約2dB,駐波小于1.2。許多場合傳輸?shù)氖菙?shù)字信號,所以可以參考田7的電路,增設(shè)幾個元件即可實現(xiàn)發(fā)射機(jī)的無線數(shù)字化傳輸。

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