FM无线麦克风的设计和制作

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FM无线麦克风的设计和制作

FM无线麦克风的设计

    为了达到频率稳定化,使用陶瓷振荡器
    FM无线麦克风为利用声音改变振荡频率,以达到将声音传送出去的目的。此在无线状态下所传送出去的信号,可以利用FM调谐器等接收之。
    大多数的FM无线麦克风为使用LC振荡电路。但是,LC振荡电路容易受到电源电压的变动或温度变化的影响,而使频率变动。
    一般地,电源电压虽然可以比较容易稳定化,但是,仍然有温度变化的存在。结果,还是会使LC振荡的频率发生变动。
    此种方法所制作的FM无线麦克风,在每次使用时,必须与接收机的接收稳率重新对齐。也即是必须调谐。
    为了避免每次都需要重新调整接收,可以使用振荡频率的频率稳定度较佳的陶瓷振荡器。
    陶瓷振荡器的性能与晶体相似。图4所示的为陶瓷振荡器的电气特性。图(a)为等效电路,图(b)为电抗特性。
振荡频率发生电抗为电感性的fs与fp之间

 
图4 陶瓷振荡器的构造

    在陶瓷振荡器的电感性领域fs~fp晶体的电感性领域fs~fp的数十倍。因此,在做频率调变(FM)时,使用陶瓷振荡器较容易取得高的调变度或者说“响度”、“拾音灵敏度”等。

    所制作的无线电麦克风的概要
    图5所示的为此次所制作的无线电麦克风的方块图,表1所示的为FM无线麦克风的设计规格。接收机为可以使用FM调谐器,因此,其接收频率为在76MHz~90MHz之间。

表1 待制作的无线麦克风的电气指标规格
(可以使用一般的FM收音机接收,但是,为了避免违反无线电波法,其使用范围只在室内使用。其特征为频率变动小。)  
 
传送频率  FM传送频带
76MHz~90MHz
电波型式  FM
可能的传输距离  20m
频率偏移  ±75kHz
电源电压   DC306V~6V
电池内藏
频率漂移  ±20KHz以内

 
图5 FM无线麦克风的方块图
(由于陶瓷振荡器的种类较少,在此使用较容易取得的12MHz,因此,需要使用7倍频电路。)

    为了避免违反电波法,此次所制作的通话传送距离最长为20m,其频率偏移(由于频率调变所产生的频率变化宽幅)与FM广播台同样是±75kHz。
    电源为使用镍镉电池或一般的干电池(3个或4个),工作原理电压范围约为3.6V~6V。考虑到FM调谐器的选择性,在此设定频率变动为±20kHz以内。


    利用振荡电路做频率调变
    图6所示的为可以形成频率调变的振荡电路的构成。此一振荡电路的基本为如图(a)所示,此为第3章3-4节所示的无调整振荡电路。
    在此使用陶瓷振荡器CSA12.0MX(村田制作所)串联可变电容二极管1SV50,直接将调变信号加在此,可以改变可变电容二极管的静电电容量,达到FM调变的目的。
    为了易于了解频率调变的工作原理,将无调整振荡电路用图(b)的等效电路表示。

 
图6 频率调变电路的构成
(为了能使电路容易起振,使用fT较高的晶体管。利用可变电容二极管,直接构成FM调变电路。)

    陶瓷振荡器为在电感性的领域工作原理,因此,振荡电路可以视为线圈(电感)工作原理。
    虽然串联有可变电容二极管的静电电容,但是,由于陶瓷振荡器的电感量很大,因此,陶瓷振荡器与可变电容二极管的全体还是以线圈形态(电感)工作原理。
    但是,此一线圈的电感量会因为可变电容二极管的静电容量而变化,因此,改变加在可变电容二极上的电压,也可以改变振荡频率。
    但是,即使陶瓷振荡器的振璗频率再高,也不会高于30MHz,无法直接振荡为FM广播频带的76MHz~90MHz。在此为在12MHz振荡,再7倍频成为84MHz。
    在无调整振荡电路的输出并没有连接谐振电路,因此,无调整振荡电路的输出波形不会成为漂亮的波形,而是包含有高谐波成分的失真波形。但是,由于使用其7倍的高频率,因此,其波形稍有失真也不会有太大影响。

FM无线麦克风的制作

      图9所示的为所制作的FM无线麦克风的电路构成。图10所示的为印刷电路基板的零件配置图与印刷铜箔图样。

      无线麦克风的完成品其外形愈小愈好,但是,考虑到制作的方便,决定大小约为20mm×100mm。
      电源可以使用3.6V,50mAh的镍镉电池,装设在基板上,利用AC Adaptor的DC6V~9V的输出电压充电。因此,在基板上设有充电端子。

 
 
图10 FM无线麦克风的印刷电路基板

      电源也可以使用干电池,例如,使用3个单4号或单5号的干电池串联。此时的电源电压虽然为4.5V,但是,电路的数值并不需要做变更。
      要注意的是一般干电池是不能充电的,因此,不能与充电用的AC Adaptor连接。

        调整无线麦克风的输出位准
        对于无线麦克风的调整,可以使用附有位准电平表(Level Meter)的FM接收机。
      输出位准的调整是使用调整用起子(driver)调整L1。此调整用起子不能为金属材质,可以使用塑料材质,将其前端削成可以插入L1铁芯内调整。
        调整为如图11所示,慢慢旋转L1铁芯,使FM调谐器的调谐电表(Tuning Meter)指示为最大。

 
(如果在调整时,找不到谐振点则可以将Cx改用7pF或12pF看看。)
 

      正确的调整点位置应该如图(a)所示。如果为图(b)所示的铁芯位置,线圈的电感量为最大,可能还找不到谐振点。此时,可以将谐振电路的Cx10pF电容改用12pF或15pF。
      图(c)的位置,铁芯已外露,会使线圈内的初级圈与次级圈的结合变弱。应该还是要将铁芯调整在线圈盒子内。

        调变度舆频率的调整
      使用FM调谐器接收,觉得调变度不适当时,可以调整低频率放大用晶体管Tr1的集极电阻Rco声音太小,调变度不足时,可以将Rc值增大,声音过大失真,调变度太大时,可以将Rc值减小。
      如果所传送的频率与使用地区的FM广播电台频率有重叠现象时,可以将无线麦克风的振荡频率偏离些。
      图13所示的为加在可变电容二极管上的电压与振荡频率的关系。振荡频率由发光二极管的顺方向电压1.8V决定,振荡频率约为85.1MHz。
 
图13 可变电容二极管的电压与振荡频率
(将12MHz的陶磁振荡器7倍频成为84MHz,由于此一元件的电感量领域很宽,振荡频率约在85MHz附近。)  
      如果要改变振荡频率,可以如图14所示,将发光二极管取下,利用切换二极管的顺方向电压。
      例如,使用2个切换用二极管(Switching diode)1S1588串联,其顺方向电压约为1.2V,便可以使其振荡频率成为85.0MHz(参照图13),此变更前低了100kHz。以避免与FM广播电台重叠。
      如果需要再做细微调整时,可以如图(b)所示,利用VR调整。

 
(无线麦克风的振荡频率与使用地区的广播电台有重叠现象时,可以改变可变电容二极管的电压,以使频率偏离。)


        所制作的FM无线麦克风的特性

        ▲经过时间:频率变动特性
      图l5所示的为将电源ON后,随着时间的经过,测试其频率变动的情形。

 
(电源ON后,经过5分钟,频率约变动4kHz。但是规格为±75kHz以内,没有什么问题。)

      在将电源SW ON后5分钟,振荡频率会增高约4KHz。可是,在5分钟至30分钟之间,则仅变化约lKHz,此仍然符合实用性。

        ▲电源电压:频率变动特性
        图16所示的为电源电压变化时,频率变化的情形。振荡频率在电源电压为3.6V时为85.125MHz,在4.1V时为85.11MHz。也即是,由电源电压所产生的频率变动率为20KHz/1V。

 
(此所使用的镍镉电池的电压变动不会超过1V,因此,不必担心频率变动的问题。)

        设计规格要求的频率漂移为20KHz,但是,只要将电源电压的变动抑制在±0.5V以内,便没有什么问题。
      如此所制作的FM无线麦克风的通话距离虽然可以达到20~30m,但是,由于电路的误差,并不能达到此一距离。
      如果要再延伸通话距离时,可以在FM调谐器前追加第2章2-2所制作的[使用FET的高频率放大器]。

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