無(wú)線話筒電路分析與設(shè)計(jì)

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(jiǎn)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(wú)線耳機(jī)、電話無(wú)線錄音轉(zhuǎn)發(fā)、遙控、無(wú)線報(bào)警、監(jiān)聽(tīng)、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(gòu)到，且價(jià)格較高，假貨較多。筆者選用其他三極管實(shí)驗(yàn)，相對(duì)易購(gòu)的三極管C2053和C1970是相當(dāng)不錯(cuò)的，實(shí)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(huì)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(shí)際制作時(shí)，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(jià)的9018等，耗電會(huì)更少，也可參考《電子報(bào)》2000年第8期第五版(簡(jiǎn)易遠(yuǎn)距離無(wú)線調(diào)頻傳聲器)一文后稍作改動(dòng)。圖1介紹的單管發(fā)射機(jī)具有電路簡(jiǎn)單，輸出功率大，制作容易的特點(diǎn)，但是不便接高頻電纜將射頻信號(hào)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(dòng)時(shí)，頻漂現(xiàn)象很?chē)?yán)重，使本來(lái)收音正常的接收機(jī)聲音失真或無(wú)聲。若將本發(fā)射機(jī)作無(wú)線話筒使用，手捏天線時(shí)，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(jí)。電路中V1、C2--C6、R2、R3及L1組成電容三點(diǎn)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(hào)從L1的中心抽頭處輸出，再經(jīng)過(guò)C7耦合至V2放大，由C8和L2選出44~54MHz的二倍頻信號(hào)，即88-108MHz，，此信號(hào)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(shí)，電流約80-100mA。組成V3的三只3DG12可加上適當(dāng)?shù)纳崞?，以防過(guò)熱。制作時(shí)L1~L3用0.31mm漆包線在直徑3．5mm圓棒上單層平繞。

　　圖3為一種實(shí)用的50m調(diào)頻型無(wú)線耳機(jī)發(fā)射部分電路。該電路分為振蕩和信號(hào)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(diǎn)式振蕩器，頻率穩(wěn)定性好，長(zhǎng)時(shí)間工作不跑頻，實(shí)踐證明，業(yè)余情況下，采用該改進(jìn)型的電容三點(diǎn)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(wú)跑頻現(xiàn)象。振蕩器的頻率主要由L1和C2決定，通過(guò)微調(diào)L1，可以覆蓋88-108MHZ范圍。音頻信號(hào)經(jīng)R6、C11耦臺(tái)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(shí)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(guò)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(wú)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(hào)(即87~108MHz的信號(hào)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(hào)。頻率調(diào)制的過(guò)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(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(hào)較弱；可加上一級(jí)電壓放大電路。
由于1．5km調(diào)頻發(fā)射機(jī)(見(jiàn)圖1)采用電容三點(diǎn)式振蕩器，天線參數(shù)稍微變動(dòng)時(shí)，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(huì)帶來(lái)振蕩頻率的改變(一般情況下是振蕩頻率降低)，有時(shí)頻漂竟達(dá)0．2--1MHz。用作調(diào)頻廣播或遠(yuǎn)距離遙控報(bào)警時(shí)工作可靠性較差，但元件少，成本低，調(diào)試容易，適合初級(jí)愛(ài)好者作發(fā)射實(shí)驗(yàn)。2km
調(diào)頻發(fā)射機(jī)(見(jiàn)上期附圖2)采用振蕩、倍頻、功率放大三級(jí)電路，級(jí)間相對(duì)獨(dú)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(kāi)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(guò)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(guò)C7傳遞給C3、C4、L1、C5、C6、V1等組成的主振級(jí)，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(shí)驗(yàn)時(shí)可加強(qiáng)三極管的散熱，減小級(jí)間耦合，可將C9、C7的容量減小，同時(shí)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(wú)線耳機(jī)發(fā)射器，由于采用了改進(jìn)型電容三點(diǎn)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(wú)線耳機(jī)等保真度要求不是很高的場(chǎng)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(wú)線耳機(jī)時(shí)，調(diào)制的頻偏較LC振蕩器小得多，在用收音機(jī)收聽(tīng)時(shí)，音量較小，聲音不圓潤(rùn)，一般更適合頻偏較小的無(wú)繩電話及對(duì)講機(jī)等電路中。聲表振子已廣泛用于各種無(wú)線遙控及無(wú)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(gòu)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(bào))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(jí)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(guò)外接撥碼開(kāi)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(jiàn)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(gè)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(lái)自音源的立體聲音頻信號(hào)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(hào)從IC的第14腳輸出，后與第13腳上的導(dǎo)頻信號(hào)通過(guò)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(hào)進(jìn)入IC的12腳，對(duì)比的⑧、⑨、⑩腳，C20--C22及髓組成的電容三點(diǎn)式振蕩器進(jìn)行調(diào)頻，IC的⑩腳上已調(diào)制的射頻信號(hào)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(shí)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(shí)的確很難購(gòu)得38kHz的專用晶體，所以在無(wú)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(gè)38kHz振蕩器，該38kHz信號(hào)經(jīng)過(guò)R8、C10送人IC第⑤腳。制作時(shí)，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(shí)注意引腳的連接不要搞錯(cuò)，③腳接地，②腳接V1的發(fā)射極，①腳為反饋和輸出腳。通過(guò)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(hào)。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?yàn)榇善娙莸姆€(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(diǎn)式振蕩器，所以頻率的穩(wěn)定性較差，于是本電路不用原來(lái)的高頻振蕩器，改用外接頻率較穩(wěn)的改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器的方法，可滿足業(yè)余調(diào)頻廣播和調(diào)頻無(wú)線耳機(jī)的要求。如ZN-2001型調(diào)頻立體聲無(wú)線耳機(jī)的發(fā)射部分就采用了改進(jìn)后的電容三點(diǎn)式振蕩電路。立體聲復(fù)合信號(hào)經(jīng)V2電壓放大后，通過(guò)C26、R14直接加在V3基極實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。其特點(diǎn)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(kāi)當(dāng)?shù)卣{(diào)頻廣播電臺(tái)的頻率。該機(jī)另一特點(diǎn)是：電路板上巳留有1--5W功率擴(kuò)展部分，如校園廣播時(shí)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(wú)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(hào)將產(chǎn)生自身干擾；造成聲者失真，有交流聲或無(wú)聲，所以一定要通過(guò)50歐專用的通信電纜將射頻信號(hào)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(cè)器調(diào)整各級(jí)諧振狀態(tài)。將射頻檢測(cè)器的輸入端（1k電阻的一端)先接在前級(jí)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(cè)器輸出端的電壓最高，然后按同樣的方法逐級(jí)向后級(jí)調(diào)整，再檢測(cè)天線端，最后統(tǒng)調(diào)各級(jí)電感線圈，使輸出電壓最高，即告完成。與紅外無(wú)線耳機(jī)相比，調(diào)頻立體聲無(wú)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(wú)立體聲功能，所以調(diào)頻立體聲無(wú)線耳機(jī)更適用，欣賞音樂(lè)時(shí)，更悅耳動(dòng)聽(tīng)。若安裝了室外天線，即使很微弱的射頻信號(hào)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(tái)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(jiǎn)易，效率較高的垂直極化天線。由于人在移動(dòng)時(shí)用耳機(jī)線兼作收音機(jī)天線收音時(shí)，耳機(jī)線是垂直的；汽車(chē)收音機(jī)的天線也近似垂直，所以垂直極化更適合移動(dòng)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(zhǎng)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(gè)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(chǎng)合傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，所以可以參考田7的電路，增設(shè)幾個(gè)元件即可實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的無(wú)線數(shù)字化傳輸。