无线语音放大系统的设计

延安大学物理与电子信息学院 刘 斌 杨延宁 李小敏

无线语音放大系统的设计

延安大学物理与电子信息学院 刘 斌 杨延宁 李小敏

教学过程中常因为教室大、学生多，老师的声音传播不到整个教室，坐在教室后面的学生听不见教师声音，从而影响了教学质量。针对此问题设计了无线语音放大系统。本设计分为两部分，包括发射机和接收机。发射机主要由驻极体话筒和高频三极管组成具有体积小、重量轻。接收机采用TDA7088T集成块及双通道低压功率放大模块CD2822组成，通过接收模块和功率放大模块将接收到的信号转换为音频信号并进行放大，从而使整个教室都能听教到师的声音。

无线语音；音频信号；接收模块；放大系统；发射距离

1.引言

目前，在各级教学过程中，常常存在教室空间大、听课学生多，老师的声音传播不到整个教室，尤其坐在教室后面的学生听不见教师声音，从而影响了课堂教学质量，解决这个问题最常见的方法就是教师使用语音放大器。另一方面，在电子电路中，放大器在工作过程中，常常出现外界因素干扰了输入信号，或者输入信号是多频率信号组成，对前者来说应设法将干扰降低到足够小，不影响信号的传递，而后者应设法将多余的信号滤除，将需要的信号提取出来。人们常常需要一种既能放大语音信号又能降低外来噪声的仪器[1]，语音放大电路即可满足上述要求，为此，设计了一种无线语音放大器，采用单工通信方式，发射机主要由驻极体话筒MIC和高频三极管组成，接收机主要由TDA7088T集成块和双通道低压功率放大模块CD2822组成。

2.系统方案设计

制作发射机的方案大同小异，通过话筒把声音转化成音频电信号，再经过低频放大器放大后，采用调频的方法，通过高频振荡器调制出高频调制信号，并由天线以电磁波的形式发射，发射机设计总框图如图1所示。

图1 发射机设计总框图

3.系统设计

3.1 调频发射机设计

调频发射机电路图如图2所示，由音频放大部分、高频振荡部分和稳压部分三个部分组成[2]。MIC是驻极体话筒，能感应到空气中声波的震动，并且将其转化为电信号。R1是偏置电阻，为驻极体话筒MIC提供一定的直流偏压，R1的阻值与话筒的可以灵敏度有关，阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱，阻值越小话筒的灵敏度越高。 R4、R5给Q1提供偏置电流。R6为发射极电阻，稳定Q1的直流工作点；Q2、R7、C4、R8、C5、L1、C6、C7组成高频振荡电路，R7给Q2基极提供偏流，C5和L1振荡回路，C4为反馈电容，R8起稳定Q2直流工作点作用，C7为耦合电容；Q3、R9、R10、L2、C10、C11组成高频功率放大电路。R9给功率管Q3提供基极电流，C10和L2放大调谐回路，和振荡回路C5和L1调谐在同一频点时获得最大输出功率，发射距离最远。C1是音频信号耦合电容，将话筒感应输出的声音信号传递到下一级。C2是Q9014的基极滤波电容，一方面，滤除高频杂音，另一方面让Q9014的高频电位为0，Q9014是一个共基极放大电路。C13、C14是电源滤波电容，给交流信号提供回路，减小电源的交流内阻。L3是高频信号输出耦合电容，目的是为了让高频信号变成无线电波辐射到天空中，长度最好等于无线电波频率波长（或整数倍），这样理论上可以使发射距离达到最远，声音最为清晰，频率f=c/λ[3]。

图2 调频发射机电路图

MIC驻极体话筒先将能够接收到的声音信号转变为音频电信号，经电容C2耦合给三极管Q9014的基极进行调制，当声音频率改变的时候，三极管的结电容会发生变化，导致震荡频率发生变化，完成频率调制，即调频，高频调谐放大电路再通过电容C8耦合，对已调制的高频信号进行放大，再经过C12、L3和天线向外发射高频电磁波。

3.2 调频接收机设计

接收机主要由TDA7088T集成块及功率放大模块CD2822组成。

TDA7088T采用16脚双列扁平封装，是轻触式调频单片集成电路[4]，包含了天线接收、振荡器、混频器、中频放大器、中频滤波器、鉴频器、低频静噪电路、音频输出等功能。电路的中频频率设计为70kHz。

CD2822功率放大器采用8脚双列封装，工作电压为1.8-7V，具有失真度小、功率增益大的特点。

接收机采用外接天线，将天线感应到的调频信号从TDA7088T集成块P11送入混频电路，与本地振荡混频后产生70kHz的中频信号。发射机将发射信号发出，由接收机天线接收，然后送入集成块TDA7088T的P11和P12，P11和P12上的电感、电容构成了输入回路（带通滤波器）。P1上的C7为静噪电容，作用是能够在调谐过程中将本振与其他频率差为70kHz时产生的噪声去掉，P8与P9间电容C13是耦合电容，进行级间耦合，P6与P8间的C12为中频反馈电容，起中和作用，P7上的C6为低通滤波电容，滤除高于70kHz的干扰信号，P15上的C8为滤波电容，滤除频率过高或过低的信号，P16为AFC自动频率控制输出端，起锁定和微调频率作用[5]。接收机总电路如图3所示。

图3 接收机总电路图

4.调试

采用调频收音机来调试发射机，用本地FM广播来调试接收机。先调试接收机，用一个直流电源接到P16上调接收机的频率覆盖，将直流电源电压调到Vcc-0.1V的电压值上（如接收机所用的电源Vcc=6V则调到6-0.1=5.9V），调节可调电感使接收机能够收到87.5MHz的信号，然后把直流电源的电压调到Vcc-1.6V的电压值附近，只要能收到108MHz的信号就说明可以接收到信号。频率覆盖调好后，去掉直流电源，即组装调试完毕，因此只要发射机的频率在此范围内，都可用这款接收机。再来调试发射机，不断敲击话筒，同时从小往大不断调节收音机的接收频率，仔细听，当听到传来咚咚的敲击声时，可以确定，此时收音机接收的频率就是发射机发射的频率，如果收音机已从小到大旋转完毕，说明发射机的发射频率过大或是过小，调整发射机上的可调电阻和可调电感，再次从小到大调节收音机，直到能够听到声音。适当调节收音机的音量、调谐按钮，直到声音最清晰、距离又最远为止。

5.总结

分析了无线语音放大系统在教学中的重要性，对无线语音放大系统的原理和实现进行了细论述，介绍了集成块TDA7088T和低压功率放大块CD2822的内部结构和各管脚功能，对整体的硬件电路进行了设计，并且对设计的电路进行了分析。无线语音放大系统不仅仅能应用在教学方面，也可用作简单的广播和收音机。如果想要更远的发射距离，需要增长发射机的天线，并且适当升高发射机的电源电压。由于发射机的发射频率在接收机的接收范围内，可以收到发射机去所发出的频率并且转化为声音，所以可以作为语音教学系统。

[1]胡斌．元器件及实用电路[M]．北京电子工业出版社,2007年7月．

[2]黄智伟．无线数字收发电路设计[M]．北京电子工业出版社,2004．

[3]蔡晓艳．语音放大电路的设计与实现[J]．通信与信息技术信号处理,2014,7(5)．

[4]杨跃华．掩膜型语音电路及其制作方法[J]．电子世界,1996,(11)：26-27．

[5]全刘辉．带语音识别的家居无线控制系统[J]．电子世界,2016,(07)：55-56．

延安大学引导项目（YD201616-02）；延安大学2016年继续教育教学改革研究专项科研计划（重点项目）（YDJZ2016-08）；陕西省高水平大学学科建设专项研究基金（NO．2015SXTS02）；2016延安大学校级大学生创新训练项目（D2016109）。

刘斌（1985—），男，陕西延安人，硕士，助教，研究方向：电子与通信技术。