组装调频无线话筒

【任务目标】

（1）了解无线电波的发射与接收、调制与解调；理解调频电路的工作过程。

（2）熟知该电路常用元器件的特性、参数、选配原则。

（3）熟悉发射机的工作框图及调频无线话筒的电路图，并明确工作框图与电路图的对应关系。

（4）掌握电路中各元器件的作用、参数要求、元器件代换的规则。

一、调频无线话筒的基本知识

（一）调频无线话筒的组成

一般调频无线话筒的组成框图如图6－1所示。

图6－1 调频无线话筒的组成

调制技术在手机中的应用简单而言就是将话音信息经过调制发射出去，再通过无线电波传给基站。基站也可以将语音等相关信息经过调制发射出去，最后，通过无线电波传给手机。比如，某人从广州到武汉出差，如果步行到目的地，则要花费很长的时间。若借助一个载体——乘坐火车或飞机等交通工具，则会很快到达目的地。低频信号能量小，不能由天线发射；高频信号能量大，可以由天线发射。同理，将所需传送的低频电信号 “装载”到“运输工具”即高频无线电波上，然后一起由发射天线发射出去，这样，可很快将装载有低频电信号的高频无线电波通过空间发送到目的地。

1.调制

1）概念

将低频电信号加到高频无线电波上一起发射出去，这个过程称为调制。被传送的低频电信号称为调制信号，运载低频电信号的高频无线电波称为载波，装置整体称为调制器。

2）分类

调制分为模拟调制和数字调制。模拟调制就是高频信号的幅度、频率、相位随着低频模拟信号的变化而发生变化；数字调制就是高频信号的幅度、频率、相位随着数字基带1信号或0信号的变化而发生变化。

在无线电广播中模拟调制常采用调幅或调频两种调制方式。数字调制分为ASK（幅度键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控），频移键控主要应用在寻呼机、无线电话、手机当中，应用范围极其广泛。

3）模拟调制中的调幅和调频

（1）调幅。高频信号的幅度随着低频信号的幅度变化而发生变化，将调制信号装载到载波上的过程称为调幅，装载着调制信号的载波称为调幅波，如图6－2所示。

（2）调频。高频信号的频率随着低频信号的频率变化而发生变化，将调制信号装载到载波上的过程称为调频，装载着调制信号的载波称为调频波，如图6－3所示。

图6－2 调幅波

2.解调

图 调频波

解调是调制的逆过程。上面在讲解调制的概念时涉及一个例子，即某人从广州到武汉出差，借助一个载体——乘坐火车或飞机等交通工具，则会很快到达目的地；如果将这个过程称为调制，则达到目的地后，某人从交通工具上下来的过程可以称为解调。

调制的目的是把话音等低频电信号放到高频信号上，装载着它们传送到目的地。到达目的地后，必须把低频电信号从高频 （载波）信号中分离出来。因此，解调就是将低频电信号从高频已调波信号中分离出来的过程。

不管是模拟调制还是数字调制，其逆过程统称为解调。具体而言，调制中调幅波的解调称为检波；调频波的解调称为鉴频。

（二）驻极体话筒的检测

驻极体话筒检测的具体操作如图6－4所示，可分为以下5步进行。

（1）将万用表置于欧姆挡，选取 “×100Ω”量程。

（2）红表笔接源极 （该极与金属外壳相连，很容易辨认），黑表笔接另一端的漏极。

（3）对着话筒吹气，如果质量好，万用表的指针应摆动。

（4）比较同类话筒，摆动幅度越大，话筒灵敏度越高。

（5）若在吹气时指针不动或用劲吹气时指针才有微小摆动，则表明话筒已经失效或灵敏度很低。

图6－4 驻极体话筒的检测

【注意】如果测试的是三端引线的驻极体话筒，只要先将源极与接地端焊接在一起，然后便可按上述同样的方法进行测试。

二、调频无线话筒基础电路

（一）电容三点式振荡电路

1.电容三点式振荡电路

电容三点式振荡电路如图6－5所示。图中Rb1、Rb2、Re、Ce、Cb分别为偏置电阻、旁路电容和隔直流电容。开始振荡时电路中的电阻决定静态工作点的位置；当振荡产生以后，由于晶体管的非线性，工作状态进入到截止区，电阻Re又起自偏压作用，从而限制和稳定了振荡的振幅。扼流电感Lc防止电源对回路旁路，也可以用一较大的电阻代替。

2.克拉泼电路

上述电容三点式振荡电路虽然有电路简单、振荡的频率范围宽、波形好的优点，在许多场合得到应用，但若从提高振荡器的频率稳定性看，还存在一些有待克服的缺点。由于振荡器的频率基本上取决于回路的谐振频率，凡是能够引起谐振回路的谐振频率变化的因素，都会引起振荡频率的变化。在电容三点式振荡器中，由于晶体管极间电容 （主要是结电容）直接和回路元件L、C1、C2并联，而结电容又随温度、电压、电流变化而不稳定，因此减小晶体管的输入、输出电容对频率稳定度的影响仍是一个必须解决的问题，于是出现了改进型的电容三点式振荡电路——克拉泼电路，电路如图6－6所示。

克拉泼电路是一实用电路，其特点是在回路中增加了一只与L串联的电容Co，Co与L的串联电路在振荡频率上等效为一只电感，整个电路仍属于电容三点式电路。由图可以看出，电容C1和C2只是整个谐振回路的一部分，或者说晶体管以部分接入的方式与回路连接，这样就减弱了晶体管与回路的耦合。当C1和C2的串联电容大于或远大于Co时，振荡回路的总电容C≈Co。相比之下，C1和C2对振荡频率的影响大大减小，而晶体管的结电容Cce、Cbe又都直接并在C1和C2上，只影响C1和C2，不影响Co。可见Co越小，晶体管极间电容对回路的影响就越小。于是，振荡频率为

图6－5 电容三点式振荡电路

图6－6 电容三点式振荡改进电路——克拉泼电路

可见克拉泼电路的振荡频率几乎与C1、C2无关，克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式电路要好。经理论分析，克拉泼电路亦存在以下几项缺点。

（1）如果C1、C2过大，则振荡幅度会过低。

（2）当减小Co以提高振荡频率时，振荡幅度显著下降，但当Co减到一定程度时，可能停振，因此振荡频率的提高可能受到限制。

（3）通常LC振荡器都是波段工作的，常用可变电容来改变其振荡频率，在克拉泼电路中Co就是可变电容器。当改变Co时，会使振荡器在波段范围内振荡的幅度变化也大，使所调波段范围内输出信号的幅度不平稳，因此可以调节的频率范围 （也称频率覆盖）不够宽。

3.电容三点式振荡功能验证的要求

（1）电路连接要可靠，引线要尽量短；为了便于测试，电路的输入、输出和重要测试点应焊有便于与仪器测试夹连接的接线柱。

（2）为了提高测量数据精度，信号源、频率计、示波器、毫伏表等仪器一般要经过几分钟的预热后，才能进行测量；仪器在使用中尽量不要关闭电源，以减少开启电源对仪器内部电路的冲击，使仪器处于最佳的热稳定状态；振荡电路通电后也需要经过一段时间才会稳定；当毫伏表空闲时可将两测试夹及时短接，以保护表头，尽量不频繁采用将量程转换至大量程的方法保护表头；使用示波器时，光迹亮度要适中，当示波器空闲时应将光迹亮度调暗。

（3）实训中，要逐渐树立职业意识。要求测量操作规范，读取数据精确。注意理论联系实际，提高专业素质。

（4）实训中要注意人身安全、仪器设备安全，一旦发现安全方面的异常情况应及时断电，并向实习指导老师报告。

4.验证电容三点式振荡电路功能

（1）按如图6－7所示连接电路，检查无误后通电。将集电极电流调节到0.3mA左右，用示波器观察VT发射极 （测试点TP），若有正弦波产生，则表明电路已经振荡；若没有正弦波产生，则表明电路没有振荡，此时应检查谐振回路及其各元器件是否连接正确，检查交流通路电容Cb是否连接完好，若元器件损坏可用同规格型号的元器件代换。若振荡波形有畸形，则可微调电位器RP消除。

图6－7 电容三点式振荡电路

（2）电路振荡正常后，按表6－1的要求，用示波器测量正弦波的幅度和周期，用频率计测量正弦波的频率和周期，比较用示波器和频率计读出的周期，分析误差原因，以提高使用示波器测量时间的读数精度。

（3）由于电路的工作频率较高，并考虑到电路输出阻抗的因素，为了提高测量精度，故推荐使用一根探头轮换接示波器和频率计的方法进行测量，探头衰减置11，即用示波器测量时将探头接至示波器，用频率计测量时将该探头接至频率计。

（4）测量电路 （暂不接R），按表6－1的内容测量。

表6－1 电容三点式振荡电路测量表

（5）谐振回路电感L两端并联R＝20kΩ的电阻器，按表6－2的内容测量。

表6－2 电容三点式振荡电路测量表

（6）研究克拉泼电路的特点，按表6－3的内容测量（Co＝15pF）。

表6－3 克拉泼电路测量表

（7）按表6－4的内容测量（Co＝15p F，改变电源电压）。

表6－4 克拉泼电路测量表

（8）电源电压调回12V，谐振回路电感L换成455kHz谐振体，组成石英晶体 （并联）振荡器，按表6－5的内容测量电路谐振频率。

表6－5 石英晶体振荡器测量表

（二）调频电路

1.压控振荡器直接调频电路

直接调频电路是利用调制信号直接控制振荡器的频率而实现调频的。压控振荡器（VCO）的特点是瞬时频率随外加控制电压的变化而变化。压控振荡器的输出信号即为调频信号。在压控振荡器中，最常用的压控元件是压控变容二极管，也可以采用由晶体管及场效应管等放大器件组成的电抗管作为等效压控电容或压控电感。

压控振荡器直接调频的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得相对较大的频偏；其主要缺点是调频过程中会导致载频 （FM的中心频率）偏移，频率稳定性较差。通常需要采用自动频率控制电路来克服载频的偏移。

2.变容二极管

半导体二极管具有PN结，PN结具有电容效应，包括扩散电容与势垒电容效应。当PN结正偏时，扩散电容起主要作用；当PN结反偏时，势垒电容起主要作用。为了充分利用PN结的电容，PN结必须工作在反向偏置状态。采用特殊制作工艺可使二极管的势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大的变化。这样就制成了专用的变容二极管或MOS （金属－氧化物－半导体）变容二极管。变容二极管的结电容变化曲线如图6－8所示。

图6－8 变容二极管的结电容变化曲线

在如图6－8所示曲线中，CJ为变容二极管结电容；UR为加在变容二极管上的反向电压；UQ为加在变容二极管上的反向静态（直流）电压，CJQ为与UQ对应的结电容；u R（t）为单一频率调制信号。

3.实际的变容二极管调频电路

实际的变容二极管调频电路如图6－9所示。

图6－9 变容二极管的直接调频电路

振荡器由克拉泼电路构成，克拉泼电路中的Co换成了变容二极管D，调制电路由电阻分压电路构成，调节A点电位，即可确定载波中心频率，加入幅度适当的调制信号，调频电路即可输出调频信号。

4.调频电路组装工艺要求

（1）电路连接要可靠，引线要尽量短；为了便于测试，电路的输入、输出和重要测试点应焊有便于与仪器测试夹连接的接线柱。

（2）实训中，为了提高测量数据精度，信号源、频率计、示波器、毫伏表等仪器一般要经过几分钟的预热后，才能进行测量；仪器在使用时尽量不要关闭电源，以减少开启电源对仪器内部电路的冲击，使仪器处于最佳的热稳定状态；振荡电路通电后也需要经过一段时间才会稳定；当毫伏表空闲时可将两测试夹及时短接，以保护表头，尽量不频繁采用将量程转换至大量程的方法保护表头；使用示波器时，光迹亮度要适中，当示波器空闲时应将光迹亮度调暗。

（3）实训中，要逐渐树立职业意识。要求测量操作规范，读取数据精确。注意理论联系实际，提高专业素质。

（4）实训中要注意人身安全和仪器设备安全，一旦发现安全方面的异常情况应及时断电并向实习指导老师报告。

5.调频电路功能验证

（1）按如图6－10所示连接电路，检查无误后通电。

（2）调节RV使集电极电流IC＝0.3mA；调节RP调制电路分压点A。

（3）用示波器观测TP点，若有振荡波形，则说明振荡电路工作正常，若无振荡波形，则说明振荡电路有故障，需要排除。若正弦波有畸形，则可调节RP消除。

（4）振荡电路产生的正弦波正常后，用频率计测量其振荡频率，该频率就是调频电路的中心频率（载波频率），记作f0。

（5）按表6－6的内容进行测试，调节RP使UA在0.5～5.5V内变化，记录每一个电压值对应的振荡频率。

图6－10 实训用变容二极管的直接调频电路

表6－6 调频电路测量表

（6）根据表6－6的测量数据，在U－f坐标中绘制U－f曲线，如图6－11所示。频率轴的刻度要根据实测频率确定，以方便绘制U－f曲线。

（7）观测调频波。将UA调为3V，将函数信号接入电路，作为调制信号，将调制信号分别置为方波、三角波、正弦波，信号幅度适当，频率可在几百到几千赫兹范围内调节。用示波器观察输出的调频波，画出用方波、三角波、正弦波调制的调频波 （各画一个），并说明各波形的特点。

图6－11 U－f曲线

（8）观察调频产生的寄生调幅现象。在观察调频电路输出的调频波时，如果将示波器的扫描时间调节到较慢挡 （ms/div）时，会观察到调频波的包络是起伏的，不是等幅波，有调幅现象，这就是寄生调幅现象。变容管直接调频电路有寄生调幅现象是其缺点之一，而且电路本身无法克服这种现象，必须在调频之后加一级限幅电路才能消除。

三、调频无线话筒的整机电路分析与装配

（一）电路分析

调频无线话筒的整机电路如图6－12所示。高频三极管VT和电容C3、C5、C6组成一个电容三点式的高频振荡器。三极管集电极的负载C4、L组成一个谐振器，谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元器件的参数可知发射频率可以在88～108MHz之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L的数值 （拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。

图6－12 调频无线话筒的整机电路

R4是VT的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使VT工作在放大区，R5是直流反馈电阻，起到稳定三极管工作点的作用。

这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间的电容来实现调频，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间的电容会随着声音电压信号大小的变化同步发生变化，同时使三极管的发射频率发生变化，从而实现频率调制。

话筒MIC可以采集外界的声音信号，这里所用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音，同时这种话筒工作时必须要有直流偏压才能工作，电阻R3可以提供一定的直流偏压，R3的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱；阻值越小，灵敏度越高。话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极，电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起双向限幅的作用。二极管的导通电压只有0.7V，如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度被限制在±0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。

CK是外部信号输入插座，可以将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源通过专用的连接线引入调频发射机，外部声音信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。所以此套件不但可以应用于无线话筒的制作，还可以应用于电视机无线耳机的制作。

电路中发光二极管D3用来指示工作状态，当调频话筒通电工作时LED就会被点亮，R6是发光二极管的限流电阻。C8、C9是电源滤波电容，因为大电容一般采用卷绕工艺制作而成，所以等效电感比较大，并联一个小电容C8可以使电源的高频内阻降低，此电路非常常见。电路中开关K1和K2有3个不同的开关组合方式，当K1、K2同时断开时，为断开电源（电池），当K1、K2同时闭合时，电路接通电源作为调频话筒使用，中间位置——K1闭合、K2断开，电路闭合无线转发器使用，因为当电路作为无线转发器使用时话筒不起作用，但是话筒会消耗一定的静态电流，所以断开K2可以降低耗电、延长电池的寿命。

（二）电路装配

电路各元器件参数如表6－7所示。

表6－7 电路各元器件参数表

1.筛选元器件

参照元器件参数表用万用表对元器件进行质量检测。

2.装配调频无线话筒

准备一块PCB电路板。如果没有做好的电路板，也可用万用电路板代替。

（1）电阻、二极管均水平安装，贴紧电路板。电阻的色环方向应该一致。

（2）三极管采用直立式安装，底面离印制板 （5±1）mm。

（3）电解电容器要尽量插到底，元件底面离印制板不能大于4mm。

（4）外接插孔要尽量插到底，不能倾斜，三只脚均需焊接。

（5）插件装配美观、均匀、端正、整齐、不能歪斜，要高矮有序。

（6）根据提供的元器件参数选择元器件，在电路板上设计元器件布局。处理元器件引脚并焊接电路。所有插入焊片孔的元器件引线及导线均采用直脚焊，剪脚留头距焊面应为（1±0.5）mm，焊点要求圆滑、光亮，防止虚焊、搭焊和散锡。