一種優(yōu)化的無(wú)線音頻收發(fā)擴(kuò)音系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言

無(wú)線話筒擴(kuò)音系統(tǒng)主要由兩個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)構(gòu) 成。發(fā)射機(jī)主要由采集放大電路、克拉潑（clapp）電路、選頻電路以及三極管射極跟隨器組成。接收機(jī)的電路核心為單 片收音機(jī)集成電路 SC1088，主要包含 FM 信號(hào)輸入、本振 調(diào)諧電路、中頻放大、限幅與鑒頻電路、功率放大電路 [2]。 通過(guò) MIC（咪頭）與音頻輸入電路采集音頻信號(hào)，通過(guò)發(fā)射 機(jī)的音頻放大電路將音頻信號(hào)進(jìn)行放大，之后音頻信號(hào)通過(guò) 鎖環(huán)調(diào)制電路對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，最后通過(guò)高頻功率放大 器將音頻信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)天線發(fā)送到接收機(jī)，接收機(jī)通 過(guò) FM 信號(hào)輸入電路接收信號(hào)，之后通過(guò)本振調(diào)諧電路穩(wěn)定 接收發(fā)射機(jī)所發(fā)出的音頻信號(hào)，再送到鑒頻器檢出音頻信號(hào)， 最后將信號(hào)通過(guò)功放電路從喇叭放出。系統(tǒng)的總體構(gòu)成如 圖 1 所示。

1.2 無(wú)線話筒頻率段區(qū)間可調(diào)實(shí)現(xiàn)方案

利用克拉潑振蕩電路、自鎖開(kāi)關(guān)與射極跟隨器選頻。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后找到合適大小的電容阻值，我們可以直接通過(guò)自鎖按鍵對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)整，便可實(shí)現(xiàn) 200 kHz 頻率間隔及其他頻率間隔。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射機(jī)電路及其實(shí)現(xiàn)原理

無(wú)線話筒的原理如圖 2 所示。

（1）通過(guò) MIC（咪頭）采集音頻信號(hào)，再通過(guò)一級(jí)放大電路將聲音信號(hào)進(jìn)行放大。

3 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算

3.1 調(diào)頻接收機(jī)參數(shù)分析及設(shè)計(jì)

本部分選用的芯片為 SP7021F，使用 3 V 電壓供電，在信號(hào)處理部分選擇基于 LM386 的音頻功率放大電路與基于 LM324 的混擴(kuò)音電路。LM386 的主要參數(shù) ：電源電壓VCC=4 ～ 12 V，輸入電阻 Ri ≈ 50 kΩ，輸出電阻 Ro ≈ 1 Ω，放大倍數(shù)為 20 ～ 200 且可調(diào)，使用 104 瓷片電容作為輸入耦合電容，使用 1 000 μF 電容作為電源濾波電容，使用104 瓷片電容作為去耦電容，直流靜態(tài)電流為 4 mA[4]。借助LM324 的輸入電壓變化量與輸入電流變化量之比衡量運(yùn)放質(zhì)量 Ri Ui/Ii。分別在兩個(gè)輸入端口接入 200 Ω 電阻為運(yùn)放電路提供偏置電壓，兩個(gè)輸入端的輸入信號(hào)通過(guò)功放電路進(jìn)行疊加，最終通過(guò)音頻放大電路輸出。

3.2 無(wú)線話筒區(qū)間可調(diào)參數(shù)分析及設(shè)計(jì)

本部分音頻信號(hào)先通過(guò)一級(jí)放大電路，因此選用 22 nF電容對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，再通過(guò)克拉潑電路進(jìn)行二級(jí)放大，測(cè)定可滿足最小量檔值的電容，頻率為 200 kHz。測(cè)得電容值為 0.375 pF 時(shí)與頻率 200 kHz 最接近，故將 0.375 pF 作為200 kHz 頻率的一個(gè)量檔，之后自鎖開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的電容值以 2 倍速率遞增，通過(guò)調(diào)節(jié)電容值達(dá)到理想頻點(diǎn)。當(dāng)把與按鍵相接的電容全部斷開(kāi)后，調(diào)整載波頻率，使其達(dá)到 108 MHz，此時(shí)的頻率值即為最大值， 按下自鎖開(kāi)關(guān)， 并聯(lián)相應(yīng)200 kHz 量檔的電容，從而降低 200 kHz 頻率。在射極跟隨器部分，使用 100 kΩ 的基極電阻使其靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定在 1.5 V。

為了保證芯片正常鎖住頻點(diǎn)，系統(tǒng)使用壓控振蕩器。系統(tǒng)采用普通的磁芯可調(diào)式電感，電感量標(biāo)稱值為 30 ～ 60 nH，變?nèi)荻O管的電容隨偏置電壓的變化而改變，其極限范圍為7 ～ 35 pF。

4 系統(tǒng)測(cè)試方案及結(jié)果

4.1 測(cè)試環(huán)境

本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)環(huán)境為 Proteus8 和 DXP， 使用有50 MHz ～ 1.3 GHz 頻率計(jì)、信號(hào)發(fā)生器、示波器和直流穩(wěn)壓電源。為了使測(cè)試結(jié)果更明顯，在 88 ～ 108 MHz 范圍內(nèi)以 200 kHz 為間隔進(jìn)行測(cè)量。

4.2 測(cè)試過(guò)程

（1）無(wú)線話筒頻率調(diào)整測(cè)試

制作電路板后，在電路板上的電源接口接入 3 V 直流電，通過(guò)頻率計(jì)連接至發(fā)射機(jī)天線測(cè)得的無(wú)線話筒載波頻率可在88 ～ 108 MHz 間任意設(shè)定，頻道頻率間隔為 200 kHz，該頻率通過(guò)板子上的多個(gè)自鎖開(kāi)關(guān)選擇設(shè)定。

（2）調(diào)頻接收機(jī)測(cè)試

通過(guò)高頻頻率計(jì)對(duì)無(wú)線話筒的發(fā)射頻率進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定后將我們制作的接收機(jī)也調(diào)到相同頻率，之后由測(cè)試人員對(duì)無(wú)線話筒說(shuō)話，我們可以從接收機(jī)外界的喇叭清晰聽(tīng)到測(cè)試人員的說(shuō)話聲。

（3）通信距離測(cè)試

在室外空曠的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，一名實(shí)驗(yàn)人員在原地觀察接收機(jī)發(fā)聲，另一名實(shí)驗(yàn)人員攜帶發(fā)射機(jī)一邊遠(yuǎn)離發(fā)射機(jī)，