延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 劉 斌 楊延寧 李小敏

無線語音放大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 劉 斌 楊延寧 李小敏

教學(xué)過程中常因?yàn)榻淌掖蟆W(xué)生多，老師的聲音傳播不到整個(gè)教室，坐在教室后面的學(xué)生聽不見教師聲音，從而影響了教學(xué)質(zhì)量。針對此問題設(shè)計(jì)了無線語音放大系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)分為兩部分，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。發(fā)射機(jī)主要由駐極體話筒和高頻三極管組成具有體積小、重量輕。接收機(jī)采用TDA7088T集成塊及雙通道低壓功率放大模塊CD2822組成，通過接收模塊和功率放大模塊將接收到的信號轉(zhuǎn)換為音頻信號并進(jìn)行放大，從而使整個(gè)教室都能聽教到師的聲音。

無線語音；音頻信號；接收模塊；放大系統(tǒng)；發(fā)射距離

1.引言

目前，在各級教學(xué)過程中，常常存在教室空間大、聽課學(xué)生多，老師的聲音傳播不到整個(gè)教室，尤其坐在教室后面的學(xué)生聽不見教師聲音，從而影響了課堂教學(xué)質(zhì)量，解決這個(gè)問題最常見的方法就是教師使用語音放大器。另一方面，在電子電路中，放大器在工作過程中，常常出現(xiàn)外界因素干擾了輸入信號，或者輸入信號是多頻率信號組成，對前者來說應(yīng)設(shè)法將干擾降低到足夠小，不影響信號的傳遞，而后者應(yīng)設(shè)法將多余的信號濾除，將需要的信號提取出來。人們常常需要一種既能放大語音信號又能降低外來噪聲的儀器[1]，語音放大電路即可滿足上述要求，為此，設(shè)計(jì)了一種無線語音放大器，采用單工通信方式，發(fā)射機(jī)主要由駐極體話筒MIC和高頻三極管組成，接收機(jī)主要由TDA7088T集成塊和雙通道低壓功率放大模塊CD2822組成。

2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

制作發(fā)射機(jī)的方案大同小異，通過話筒把聲音轉(zhuǎn)化成音頻電信號，再經(jīng)過低頻放大器放大后，采用調(diào)頻的方法，通過高頻振蕩器調(diào)制出高頻調(diào)制信號，并由天線以電磁波的形式發(fā)射，發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)總框圖

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路圖如圖2所示，由音頻放大部分、高頻振蕩部分和穩(wěn)壓部分三個(gè)部分組成[2]。MIC是駐極體話筒，能感應(yīng)到空氣中聲波的震動，并且將其轉(zhuǎn)化為電信號。R1是偏置電阻，為駐極體話筒MIC提供一定的直流偏壓，R1的阻值與話筒的可以靈敏度有關(guān)，阻值越大，話筒采集聲音的靈敏度越弱，阻值越小話筒的靈敏度越高。 R4、R5給Q1提供偏置電流。R6為發(fā)射極電阻，穩(wěn)定Q1的直流工作點(diǎn)；Q2、R7、C4、R8、C5、L1、C6、C7組成高頻振蕩電路，R7給Q2基極提供偏流，C5和L1振蕩回路，C4為反饋電容，R8起穩(wěn)定Q2直流工作點(diǎn)作用，C7為耦合電容；Q3、R9、R10、L2、C10、C11組成高頻功率放大電路。R9給功率管Q3提供基極電流，C10和L2放大調(diào)諧回路，和振蕩回路C5和L1調(diào)諧在同一頻點(diǎn)時(shí)獲得最大輸出功率，發(fā)射距離最遠(yuǎn)。C1是音頻信號耦合電容，將話筒感應(yīng)輸出的聲音信號傳遞到下一級。C2是Q9014的基極濾波電容，一方面，濾除高頻雜音，另一方面讓Q9014的高頻電位為0，Q9014是一個(gè)共基極放大電路。C13、C14是電源濾波電容，給交流信號提供回路，減小電源的交流內(nèi)阻。L3是高頻信號輸出耦合電容，目的是為了讓高頻信號變成無線電波輻射到天空中，長度最好等于無線電波頻率波長（或整數(shù)倍），這樣理論上可以使發(fā)射距離達(dá)到最遠(yuǎn)，聲音最為清晰，頻率f=c/λ[3]。

圖2 調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路圖

MIC駐極體話筒先將能夠接收到的聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐纛l電信號，經(jīng)電容C2耦合給三極管Q9014的基極進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)聲音頻率改變的時(shí)候，三極管的結(jié)電容會發(fā)生變化，導(dǎo)致震蕩頻率發(fā)生變化，完成頻率調(diào)制，即調(diào)頻，高頻調(diào)諧放大電路再通過電容C8耦合，對已調(diào)制的高頻信號進(jìn)行放大，再經(jīng)過C12、L3和天線向外發(fā)射高頻電磁波。

3.2 調(diào)頻接收機(jī)設(shè)計(jì)

接收機(jī)主要由TDA7088T集成塊及功率放大模塊CD2822組成。

TDA7088T采用16腳雙列扁平封裝，是輕觸式調(diào)頻單片集成電路[4]，包含了天線接收、振蕩器、混頻器、中頻放大器、中頻濾波器、鑒頻器、低頻靜噪電路、音頻輸出等功能。電路的中頻頻率設(shè)計(jì)為70kHz。

CD2822功率放大器采用8腳雙列封裝，工作電壓為1.8-7V，具有失真度小、功率增益大的特點(diǎn)。

接收機(jī)采用外接天線，將天線感應(yīng)到的調(diào)頻信號從TDA7088T集成塊P11送入混頻電路，與本地振蕩混頻后產(chǎn)生70kHz的中頻信號。發(fā)射機(jī)將發(fā)射信號發(fā)出，由接收機(jī)天線接收，然后送入集成塊TDA7088T的P11和P12，P11和P12上的電感、電容構(gòu)成了輸入回路（帶通濾波器）。P1上的C7為靜噪電容，作用是能夠在調(diào)諧過程中將本振與其他頻率差為70kHz時(shí)產(chǎn)生的噪聲去掉，P8與P9間電容C13是耦合電容，進(jìn)行級間耦合，P6與P8間的C12為中頻反饋電容，起中和作用，P7上的C6為低通濾波電容，濾除高于70kHz的干擾信號，P15上的C8為濾波電容，濾除頻率過高或過低的信號，P16為AFC自動頻率控制輸出端，起鎖定和微調(diào)頻率作用[5]。接收機(jī)總電路如圖3所示。

圖3 接收機(jī)總電路圖

4.調(diào)試

采用調(diào)頻收音機(jī)來調(diào)試發(fā)射機(jī)，用本地FM廣播來調(diào)試接收機(jī)。先調(diào)試接收機(jī)，用一個(gè)直流電源接到P16上調(diào)接收機(jī)的頻率覆蓋，將直流電源電壓調(diào)到Vcc-0.1V的電壓值上（如接收機(jī)所用的電源Vcc=6V則調(diào)到6-0.1=5.9V），調(diào)節(jié)可調(diào)電感使接收機(jī)能夠收到87.5MHz的信號，然后把直流電源的電壓調(diào)到Vcc-1.6V的電壓值附近，只要能收到108MHz的信號就說明可以接收到信號。頻率覆蓋調(diào)好后，去掉直流電源，即組裝調(diào)試完畢，因此只要發(fā)射機(jī)的頻率在此范圍內(nèi)，都可用這款接收機(jī)。再來調(diào)試發(fā)射機(jī)，不斷敲擊話筒，同時(shí)從小往大不斷調(diào)節(jié)收音機(jī)的接收頻率，仔細(xì)聽，當(dāng)聽到傳來咚咚的敲擊聲時(shí)，可以確定，此時(shí)收音機(jī)接收的頻率就是發(fā)射機(jī)發(fā)射的頻率，如果收音機(jī)已從小到大旋轉(zhuǎn)完畢，說明發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率過大或是過小，調(diào)整發(fā)射機(jī)上的可調(diào)電阻和可調(diào)電感，再次從小到大調(diào)節(jié)收音機(jī)，直到能夠聽到聲音。適當(dāng)調(diào)節(jié)收音機(jī)的音量、調(diào)諧按鈕，直到聲音最清晰、距離又最遠(yuǎn)為止。

5.總結(jié)

分析了無線語音放大系統(tǒng)在教學(xué)中的重要性，對無線語音放大系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了細(xì)論述，介紹了集成塊TDA7088T和低壓功率放大塊CD2822的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各管腳功能，對整體的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了分析。無線語音放大系統(tǒng)不僅僅能應(yīng)用在教學(xué)方面，也可用作簡單的廣播和收音機(jī)。如果想要更遠(yuǎn)的發(fā)射距離，需要增長發(fā)射機(jī)的天線，并且適當(dāng)升高發(fā)射機(jī)的電源電壓。由于發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率在接收機(jī)的接收范圍內(nèi)，可以收到發(fā)射機(jī)去所發(fā)出的頻率并且轉(zhuǎn)化為聲音，所以可以作為語音教學(xué)系統(tǒng)。

[1]胡斌．元器件及實(shí)用電路[M]．北京電子工業(yè)出版社,2007年7月．

[2]黃智偉．無線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)[M]．北京電子工業(yè)出版社,2004．

[3]蔡曉艷．語音放大電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．通信與信息技術(shù)信號處理,2014,7(5)．

[4]楊躍華．掩膜型語音電路及其制作方法[J]．電子世界,1996,(11)：26-27．

[5]全劉輝．帶語音識別的家居無線控制系統(tǒng)[J]．電子世界,2016,(07)：55-56．

延安大學(xué)引導(dǎo)項(xiàng)目（YD201616-02）；延安大學(xué)2016年繼續(xù)教育教學(xué)改革研究專項(xiàng)科研計(jì)劃（重點(diǎn)項(xiàng)目）（YDJZ2016-08）；陜西省高水平大學(xué)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)研究基金（NO．2015SXTS02）；2016延安大學(xué)校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（D2016109）。

劉斌（1985—），男，陜西延安人，碩士，助教，研究方向：電子與通信技術(shù)。