一种优化的无线音频收发扩音系统设计

0 引 言

无线话筒扩音系统主要由两个发射机和一个接收机构 成。发射机主要由采集放大电路、克拉泼（clapp）电路、选频电路以及三极管射极跟随器组成。接收机的电路核心为单 片收音机集成电路 SC1088，主要包含 FM 信号输入、本振 调谐电路、中频放大、限幅与鉴频电路、功率放大电路 [2]。 通过 MIC（咪头）与音频输入电路采集音频信号，通过发射 机的音频放大电路将音频信号进行放大，之后音频信号通过 锁环调制电路对音频信号进行调制，最后通过高频功率放大 器将音频信号进行放大，通过天线发送到接收机，接收机通 过 FM 信号输入电路接收信号，之后通过本振调谐电路稳定 接收发射机所发出的音频信号，再送到鉴频器检出音频信号， 最后将信号通过功放电路从喇叭放出。系统的总体构成如 图 1 所示。

1.2 无线话筒频率段区间可调实现方案

利用克拉泼振荡电路、自锁开关与射极跟随器选频。经过试验后找到合适大小的电容阻值，我们可以直接通过自锁按键对频率进行调整，便可实现 200 kHz 频率间隔及其他频率间隔。

2 硬件电路设计

2.1 发射机电路及其实现原理

无线话筒的原理如图 2 所示。

（1）通过 MIC（咪头）采集音频信号，再通过一级放大电路将声音信号进行放大。

3 系统理论分析与计算

3.1 调频接收机参数分析及设计

本部分选用的芯片为 SP7021F，使用 3 V 电压供电，在信号处理部分选择基于 LM386 的音频功率放大电路与基于 LM324 的混扩音电路。LM386 的主要参数 ：电源电压VCC=4 ～ 12 V，输入电阻 Ri ≈ 50 kΩ，输出电阻 Ro ≈ 1 Ω，放大倍数为 20 ～ 200 且可调，使用 104 瓷片电容作为输入耦合电容，使用 1 000 μF 电容作为电源滤波电容，使用104 瓷片电容作为去耦电容，直流静态电流为 4 mA[4]。借助LM324 的输入电压变化量与输入电流变化量之比衡量运放质量 Ri Ui/Ii。分别在两个输入端口接入 200 Ω 电阻为运放电路提供偏置电压，两个输入端的输入信号通过功放电路进行叠加，最终通过音频放大电路输出。

3.2 无线话筒区间可调参数分析及设计

本部分音频信号先通过一级放大电路，因此选用 22 nF电容对信号进行滤波，再通过克拉泼电路进行二级放大，测定可满足最小量档值的电容，频率为 200 kHz。测得电容值为 0.375 pF 时与频率 200 kHz 最接近，故将 0.375 pF 作为200 kHz 频率的一个量档，之后自锁开关对应的电容值以 2 倍速率递增，通过调节电容值达到理想频点。当把与按键相接的电容全部断开后，调整载波频率，使其达到 108 MHz，此时的频率值即为最大值， 按下自锁开关， 并联相应200 kHz 量档的电容，从而降低 200 kHz 频率。在射极跟随器部分，使用 100 kΩ 的基极电阻使其静态工作点稳定在 1.5 V。

为了保证芯片正常锁住频点，系统使用压控振荡器。系统采用普通的磁芯可调式电感，电感量标称值为 30 ～ 60 nH，变容二极管的电容随偏置电压的变化而改变，其极限范围为7 ～ 35 pF。

4 系统测试方案及结果

4.1 测试环境

本项目的开发环境为 Proteus8 和 DXP， 使用有50 MHz ～ 1.3 GHz 频率计、信号发生器、示波器和直流稳压电源。为了使测试结果更明显，在 88 ～ 108 MHz 范围内以 200 kHz 为间隔进行测量。

4.2 测试过程

（1）无线话筒频率调整测试

制作电路板后，在电路板上的电源接口接入 3 V 直流电，通过频率计连接至发射机天线测得的无线话筒载波频率可在88 ～ 108 MHz 间任意设定，频道频率间隔为 200 kHz，该频率通过板子上的多个自锁开关选择设定。

（2）调频接收机测试

通过高频频率计对无线话筒的发射频率进行测定，测定后将我们制作的接收机也调到相同频率，之后由测试人员对无线话筒说话，我们可以从接收机外界的喇叭清晰听到测试人员的说话声。

（3）通信距离测试

在室外空旷的区域进行测量，一名实验人员在原地观察接收机发声，另一名实验人员携带发射机一边远离发射机，