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摘 要：发射机是一种用低频有效信号对高频载波信号进行调制，而后将其变为中心频率上具备一定带宽并且能经过天线发射的电磁波的装置。发射机依照调制方法可分为调频、调幅、调相和脉冲调制四大类。故该文要做的是以芯片BA1404为核心器件，设计一种发射频率为100 MHz的调频发射机。该调频发射机包括信息识别与提取电路，音频控制与调制电路，射频振荡和功率放大电路等部分，可将载波信号调制成调频波并发射出去。
关键词：调频;发射机;PCB设计;BA1404
中图分类号：TN934 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）06-0036-07
The Design of 100 MHz High Frequency Transmitter
XIONG Longyu
（School of Physics and Electronic Information，Anhui Normal University，Wuhu 241002，China）
Abstract：The transmitter is a device that modulates the high frequency carrier signal with low frequency effective signal，and then converts it into an electromagnetic wave device with a certain bandwidth at the central frequency and can be transmitted through the antenna. According to the modulation method，the transmitter can be divided into four categories：frequency modulation，amplitude modulation，phase modulation and pulse modulation. Therefore，taking the chip BA1404 as the core device，this paper designs a frequency-modulation transmitter with the emission frequency of 100 MHz. The frequency-modulation transmitter includes information recognition and extraction circuit，audio control and modulation circuit，radio frequency oscillation and power amplifier circuit and other parts，which can modulate carrier signal into frequency modulation wave and transmit it out.
Keywords：frequency modulation;transmitter;PCB design;BA1404
0 引 言
当今社会离不开信息通信，通信系统具有十分重要的作用。同时无线电技术在其中具有核心作用，发射机就是无线电技术应用的产物。发射机依照调制方法一般分为调幅，调频，调相和脉冲调制四大类。在我国，一般比较常见的是调频发射機，故本文要研究的就是调频发射机。调频发射机实际上就是调频广播电台发射机，它能通过无线传输的方式来传送广播电台发出的音频信号，其中就包括电台的语音或者音乐节目。在这个过程中，调频发射机能够将输入的音频信号以及高频的载波信号通过有效的低频信号来调制成调频波信号，然后再将调制后的高频载波信号通过射频功率放大器电路进行一系列的放大和激励，最终利用天线以电磁辐射的形式发射出去。调频发射机作为一种无线电技术应用的产物，其不受地理位置的限制和自然环境的影响，具有性价比高、施工便利、收听灵便和稳定性高等特点，广泛地应用于人们的生产生活等的小范围移动通信中，用于建设城市、乡镇和农村的无线广播通信系统。
1 调频发射机的设计
1.1 方案论证与选择
调频一共有两种实现方案，一种是间接型调频，另一种是直接型调频。对于直接型调频来说，顾名思义，就是利用可调制的信号直接地调节或控制高频振荡器的振荡频率，在这个过程中，调频信号的瞬时频率能按照调制信号的规律变化而相应地进行同步变化，所以直接型调频能通过高频振荡器频率的变化来直接地且未失真地反映出用于调频的调制信号的规律性变化。直接型调频按照高频振荡器的振荡信号波形分为针对正弦波的直接型调频和对于非正弦波的直接型调频（实际过程中非正弦波要处理成正弦波信号）。其中对于正弦波的直接型调频可采用电抗管组成振荡器谐振回路进行直接地调频或者采用变容二极管接入振荡器电路中进行直接地调频这两种方法来实现。对于间接型调频，由于调频和调相存在着某种联系，所以间接型调频就是利用调相间接地来得到调频信号。具体来说就是先对调制信号用积分器电路进行积分操作，然后将积分后的调制信号利用调相器电路进行调相，最终可以得到经过间接调频后的调频信号。间接型调频有三种方法，分别是向量法、时延法和相移法，直接型调频和间接型调频技术都有它们各自的优点和缺点。直接调频技术相比于间接调频的电子线路更加简单，且频偏更大，但同时也伴随着频率的稳定性相对较差。但考虑到电子线路的复杂程度，故本次设计采纳直接型调频的方案。但是振荡电路并不采用三点式电容或者电感电路，因为其频率很不稳定，且抗干扰性较差，调试也较为困难。这也是分立元件在高频电子线路中的劣势。所以综合考虑，本次系统硬件电路采取了以集成的电路芯片BA1404作为调频调制核心控制器件的设计方法。 1.2 工作原理总述
本次设计要做的实物是以芯片BA1404为核心调频控制器件，且中心发射频率为100 MHz（可以调节的）的调频发射机。该调频发射机包括信息的识别与提取电路，音频信号控制与调制电路，射频信号振荡器电路和高频信号。
功率放大电路等部分。对于此调频发射机，首先通过信息识别与采集电路对输入的音频信号（或者经过麦克风处理的语音信号）进行信号的识别与采集，接着将采集的音频信号或者语音信号经过外围电路的阻抗匹配和加重处理后再送入以BA1404为核心控制器件的音频与控制电路中进行立体声混合调制，而后输出的导频调制信号经过射频信号振荡电路完成调频操作，最后的调频信号通过以高频特性管S9018为核心元器件的高频功率放大电路进行功率上的放大和激励，并最终通过天线以电磁辐射的形式发射出去。该调频发射机的总电路设计框图，如图1所示。
1.3 芯片介绍
BA1404是一款由罗姆半导体集团公司设计制造的调频发射集成电路芯片。作为一款集成的电路芯片，BA1404在高频电子线路中具有很好的抗干扰性，能有效地弥补用传统的分立元器件设计出的调频电路容易频率不稳定的缺陷，BA1404主要由前置的音频信号放大器电路，调频调制器电路，立体声混合调制器电路和高频信号放大器电路等集成电路组成，故具有立体声混合调制、调频调制和高频信号功率放大等功能，并且其需要的外围元器件电路相对较少，相比于其他的调频集成电路芯片，BA1404能更加有效且更加简单地进行对音频信号的调制和对高频载波信号的调频。
1.3.1 BA1404功能和特性
BA1404采用了双列直插式的封装制作工艺，总共有18个外部引脚，其正常工作电压的范围为1.0 V～3.0 V，工作电压典型值为1.3 V;该芯片由前置的音频放大器（左声道音频信号放大器和右声道音频信号放大器），立体声混合调制器，缓冲放大激励电路，38 KHz振荡器电路，调频调制器及高频信号放大器等集成电路组成。集立体声混合调制、调频调制和高频信号功率放大电路功能于一身;其电路集成度较高，需要的外围元器件电路相对较少，具有饱和电压较低，功率损耗低和工作温度范围大的电路特性，最大耗散功率为495 mW，饱和静态电流为2.9 mA，且其抗干扰性较强;立体声音频信号放大系统中的左声道和右声道之间的隔离程度较高，其立体声隔离度的典型值为44 dB;射频信号输出端的饱和电压的典型值为595 mV。
1.3.2 引脚功能及工作原理
BA1404的内部结构框图如图2所示，由图可知BA1404由左声道音频信号放大器电路，右声道音频信号放大器电路，MPX（立体声混合调制器）电路，38 KHz振荡器电路，缓冲激励电路，高频放大器电路和射频振荡器电路等组成。
BA1404采取了18引脚的封装制作工艺，表1为BA1404的引脚功能表。由该引脚功能表可知，立体声音频信号经过外围电路处理后由1脚和18脚。
输入到前置的音频信号放大器电路中进行左声道和右声道的音频信号放大处理，然后在芯片内部经过立体声混合调制器电路，缓冲放大激励电路，调频调制器电路，高频信号振荡器电路和射频信号放大器电路等内部功能电路以及其他引脚所连接的外围电路进行系列的调频调制操作，并最终可由引脚7射频输出。
2 硬件电路设计原理
2.1 信息识别与提取电路
本电路部分主要使用音频插口来识别和采集声音或者语音信号，该音频插座可以直接插入音频传输线来连接外部多媒体设备，也可以插入有线麦克风或者话筒采集语音信号（物理声音通过有线麦克风或者话筒转换成的电平信号）如图3所示，音频信号能通过音频插口输入电路中。电路中的L1，L2和L3分别与音频插口的三个引脚串接，其中的L1接地，主要起到滤波作用，而L2和L3分别连接音频插口的右声道和左声道，不仅能起到滤波作用，而且还有利于降低信號的噪声干扰，增强防EMI效果，得到比较干净的语音或者音频信号，然后传送给后面的音频控制与调制电路做进一步地音频信号的处理与调频调制。
另外，如图4所示，与L2和L3分别串接的阻值均为10 kΩ的R2和R1可以在音频插口外插麦克风或者话筒时，能为该麦克风或者话筒提供一定的偏置电压。原理图中的LED一端与电阻R1和R2相连，另一端接地，其在电路中除了作为电源指示灯显示外，又由于LED具有单向导电性，其接地后可为芯片BA1404提供1 V左右的偏压，所以又具有稳压的作用。
2.2 音频控制与调制电路
如图5所示，容量均为1 μF的有极性电容C1和C2可作为耦合电容，有利于阻断直流信号，传递交流信号，即所谓的隔直通交，还可以在高频电子线路中滤去低频电流信号，提供高频电流信号通路，即所谓的隔低频通高频。RP1和RP2可作为可变电阻与有极性电容C1和C2分别串联，在实际电路中，RP1和RP2用的是一个6脚电位器代替。该电位器可通过控制电平信号的电流大小间接地控制音频或者语音信号的音量大小。再由图5可知，与RP1串联的C3和R3构成了RC并联回路（与RP2串联的C3和R4亦构成RC串联回路），该并联回路与其后的有极性电容串联对传输的电流信号继续进行滤波，主要滤去低频信号，使得更加干净的高频信号通过电路。而且两RC并联回路还具有预加重的作用，满足时间常数t=RC的预加重电路有利于补偿高频信号分量在传输过程中的较大损耗和衰减，以保证调频发射机的频率特性和调频广播收音机的频率特性保持一致。
图5属于音频控制与调制部分电路中的音频控制电路，下面介绍其中的立体声调制部分电路如图6所示。
从图中，我们能看出来立体声音频信号经过音频控制电路进行滤波和预加重等一列阻抗匹配的操作后由BA1404的引脚1与18输入并进行左右声道地的音频信号的放大，然后将放大后的左右音频信号由引脚 2 连接外围的滤波有极性电容C13再接地完成对于音频放大器的偏置（引脚3名称为AFGND，即为音频放大器的接地端）同时经过前置放大器的音频信号进入MPX（立体声混合调制器）中进行立体声混合调制操作。引脚16和17可用于调节左声道和右声道音频信号的平衡。其中要注意的是为了简化电路并且能够保证左、右两个声道的具有较高的隔离度，立体声混合调制器（MPX）电路的外围引脚16和17可悬空而不接任何电阻、电容或者电感等元件。左右双声道复合信号经过立体声混合调制器调制后，再经过芯片内部电路的缓冲和放大以及激励然后由引脚14输出。 2.3 射频信号振荡电路
如图7所示，立体声混合调制电路需要足够的振荡信号用于对左右声道音频放大信号进行混合编码，所以引脚4外围接滤波电容并接地用作BA1404中的38 KHz的振荡器的偏置。然后引脚5和6分别接入38 KHz晶振和滤波电容C17并形成回路。综上所述，引脚4、5和引脚6的外围电路元器件和内部的38 KHz振荡器构成了完整的可以起振的38 KHz振荡器回路。该振荡器回路可产生38 KHz的振荡信号，再经过缓冲、放大和激励后一部分传送给立体声混合调制器电路用于起振，另一部分送往二分之一分频电路进行，然后经过电路分频产生频率为 19 KHz的振荡信号，该信号具有单一的频率特性，可由引脚13输出。引脚13外围串接的电阻R6和电容C16构成了一个选频网络，引脚14串接电阻R5和有极性电容C15也构成选频网络，并且两外围电路形成回路最终构成双RC匹配网络（具有选频滤波的作用）由引脚14输出的经过立体声混合调制编码的左右声道音频放大信号和由13引脚输出的二分之一分频信号。
经过该选频网络回路进行合成，然后将混合后的信号馈送给引脚12。引脚12为调制信号的输入端。其连接的是芯片内部集成的射频振荡器电路（主要起FM调制器作用）。复送到引脚12的合成的调制信号进入该射频振荡电路中对内部的高频振荡器进行一系列的载波调频和调制操作。集成的射频振荡器电路外围引脚为9和10引脚，两引脚连接的外围电路元器件和内部的射频振荡器电路构成了OSC谐振网络，并且两引脚直接通过电容C23连接，其中9引脚接入滤波电容C19并串接引脚8（射频放大器的输入端），将经过调制后的调频信号通过引脚8馈送给内部集成的射频信号放大器进行第一级的射频功率的放大，并且可由引脚7输出。引脚10外围连接LC振荡回路，该振荡回路可对由引脚10输出的射频振荡信号进行谐振。对于LC谐振回路来讲，其谐振频率即为发射频率。所以该电路中的电感与电容对回路中的发射频率起到决定性作用，LC谐振回路的频率计算公式为f=1/（2π），其中电容C的单位为F，电感L的单位为H。引脚10连接的LC振荡回路由电感L4、电容C20和可变电容CV1相互并联所构成。所以该射频振荡的中心频率由LC并联回路所决定。在实际电路中，可变电容为双联型可调电容，通过调节双联型可变电容可以控制该调频电路的发射频率。根据双联型可调电容的调节范围，该电路能实现88 MHz～108 MHz范围内的连续可调节。故本课程设计要研究的一种100 MHz的调频发射机完全可以满足其要求。另外为了控制引脚7输出的射频放大信号与引脚10经过LC谐振回路后的射频振蕩信号保持同步以获得最大的射频信号输出功率。双联型可变电容另一联CV2和电感L5以及电容C20A构成另一个LC并联谐振回路用于连接引脚7和引脚10的LC并联谐振回路。实际电路中，可以看成引脚10的LC谐振回路和引脚7的LC并联回路耦合，然后共同构成一个大的LC网络。所以双联可调电容在电路中具有重要作用。一方面可变电容的一端CV1可通过调节自身的电容值来改变LC谐振回路的总电容进而达到调节调频电路的发射频率的目的，另一方面双联可变电容另一端CV2同时改变以保证7引脚上连接的LC振荡回路与其本机振荡信号的频率特性变化保持一定的同步，并且此时引脚7和引脚10输出的射频振荡信号经过外围大LC谐振回路亦是保持同步然后馈送给功率放大电路用作进一步的功率上的放大和激励。
另外，引脚15为芯片BA1404的电源端，其外围连接3 V左右的供电电源，实际电路中用两节7号电池串联。同时该引脚外围连接有极性电容C9和电容C10、C11、C12并联接地如图8所示，该电路主要是构成选频网络，对电源信号进行较为有效的滤波。
2.4 功率放大电路
如图9所示，采用了以三极管S9018为核心元器件的共射极放大电路构成高频信号功率放大电路。其中三极管S9018是一种具有高频特性的NPN型硅管，三极管具有非常好的电流放大作用，尤其是S9018这种具有高频特性的硅管，在高频电子线路中具有低噪声特征、高功率放大倍数、大动态调节范围和较为理想的电流电压特性等特点，广泛应用于调频发射电路和高频信号功率放大电路等。该功率放大电路中的S9018高频管的基极通过电容C24与引脚7连接构成输入端，同时该三极管的集电极通过偏置电阻R9与自身的基极相连接，通过电感L6与电源开关连接，最后通过电容C29与音频插口连接作为输出端，然后发射机接地，构成了共射极放大电路。该电路可将引脚7输出的射频放大信号做进一步的功率上的放大，即为第二次的功率放大，以便能使该调频发射机的发射距离变得更远，不至于由于距离传输而损耗殆尽。其中要注意的是该调频电路的天线发射是通过将第二次功率放大后的射频信号通过电容C29耦合到音频信号插口上实现的。所以插入音频插口的音频传输线或者有线麦克风话筒可以替代发射天线的作用。并且与电感L6相连的由C26、C27和C28三个电容并联接地构成的电路亦是起到选频滤波的作用。
3 整体系统电路与调试
该调频发射机包括信息的识别与提取电路，音频控制与调制电路，射频信号振荡电路和高频信号功率放大电路等部分，如图10、11所示，为系统整体原理图和PCB图。
3.1 制作与调试过程
经过方案的论证与选择，局部电路的设计后，最后进行该调频发射机的制作与调试，具体步骤为：
（1）运用软件Altium Designer画出该调频发射机的系统整体电路原理图和PCB图。
（2）利用调频发射机的电路原理图和PCB图制作相应的实物印刷电路板。
（3）将购买的元器件焊接在所制作的印刷电路板上，注意芯片BA1404和双联可调电容CV在焊接的过程中速度一定要快。其他元器件的焊接也要按照金工实习的要求来进行。 （4）PCB板焊接完成后准备一个领夹式的有线麦克风、一部手机、一台调频收音机和两节七号干电池。
（5）将领夹式有线麦克风的插头插入板子上的音频插口中，然后装入两节七号电池，打开开关，此时电路板上的LED灯亮起红光。
（6）将手机扬声器对准麦克风的呼麦处，然后播放音乐或者音频。
（7）将准备的调频收音机进行调节，直到调频收音机能收到和手机播放音乐比较类似的声音信号，然后继续调节收音机，直到能收到较为清晰的声音。
3.2 调试结果分析
经过上述的制作与调试过程，便能测出本调频发射机原始的发射频率为99.8 MHz，由于该调频发射机能在88 MHz～ 108 MHz的范围内连续性可调，所以调节双联可调电容便能调节出调频范围内所需要的中心发射频率。本次毕业设计要设计的是一种中心发射频率为100 MHz的调频发射机。所以采用控制变量的调试方法，继续对调频发射机的发射频率进行调节。先将调频收音机调到100 MHz，再调节调频发射机的双联可变电容（左右微微旋转试探电路板的发射频率），直到调频收音机出现“沙沙”声。然后继续微调双联可变电容，调到调频收音机能较为清晰地收到音频信号。此时若继续调节可调电容，却无法提高收到的音频信号的清晰度，这是因为此时达到电容调节的临界点，若要用于调试的调频收音机能更加清晰地获取调频发射机发射的调频信号，可以调节电位器来控制输入调频发射机的音频信号的音质。（调节电位器可改变音频信号音量大小，调节到合适的阻值能抑制信号失真，使得传输信号的音质最佳）多次调试，最终调频收音机能收到清晰的与手机播放的音乐同步的音频信号。此时调频发射机的发射频率便是100 MHz，完全满足本文要研究的设计的要求，测试实物图如图12、13所示。
4 结 论
作为通信系统的代表产物之一，调频发射机在人们日常的生产生活中起到了重要作用。其中，大型的调频发射机多用于广播电台调频发射语音或者音乐节目。而小型调频发射机主要用作对讲机应用于日常生活的小范围通信中。
本文要研究的是一种中心发射频率为100 MHz的调频发射机，主要从以下几个方面進行对其进行分析、论证以及实现：
（1）进行方案的论证与选择。本设计采用的是直接型调频的方案，且由于三点式振荡电路等分立元件电路的频率特性不稳定，容易产生失真，所以采用集成的BA1404芯片用作调频调制的核心控制器件。
（2）参考BA1404的内部结构和外部引脚功能，并参考相关文献，设计出系统整体电路，该调频电路包括信息的识别与提取电路，音频控制与调制电路，射频信号振荡电路和功率放大电路等部分。
（3）利用软件Altium Designer画出该调频发射机的系统整体电路原理图和PCB图，然后按照该调频发射机的电路原理图和PCB图制作出相应的实物印刷电路板，最后将准备的元器件按照金工实习的要去焊接到实物电路板上。
（4）对调频发射机进行调试，并将准备的调频收音机用作于调试的接收机。经过不断地依次调试调频收音机，调频发射机上的双联型可调电容和六联型可调电位器，最终完成100 MHz调频发射机的中心发射频率要求。
由于笔者正处于本科学习阶段，储备知识和实践能力相对有限，再加上准备的时间不足等原因，对调频发射机的学习和理解必定有着不足之处，本次设计的实物调试还没有达到非常理想的结果，笔者后续还会对该调频发射机作进一步地研究，并对其加以改良以达到更加理想的实物调试效果。
参考文献：
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[3] 朱永辉.BA1404调频立体声发射芯片的原理与应用 [J].国外电子元器件，2000（4）：10-11.
[4] 张肃文.高频电子线路：第4版 [M].北京：高等教育出版社，2004.
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[9] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础：第4版 [M].北京：高等教育出版社，2006.
[10] 熊俊俏.高频电子线路 [M].北京：人民邮电出版社，2013：357.
作者简介：熊龙雨（2000—），男，汉族，安徽六安人，本科，研究方向：电子信息工程。
关键词：调频;发射机;PCB设计;BA1404
中图分类号：TN934 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）06-0036-07
The Design of 100 MHz High Frequency Transmitter
XIONG Longyu
（School of Physics and Electronic Information，Anhui Normal University，Wuhu 241002，China）
Abstract：The transmitter is a device that modulates the high frequency carrier signal with low frequency effective signal，and then converts it into an electromagnetic wave device with a certain bandwidth at the central frequency and can be transmitted through the antenna. According to the modulation method，the transmitter can be divided into four categories：frequency modulation，amplitude modulation，phase modulation and pulse modulation. Therefore，taking the chip BA1404 as the core device，this paper designs a frequency-modulation transmitter with the emission frequency of 100 MHz. The frequency-modulation transmitter includes information recognition and extraction circuit，audio control and modulation circuit，radio frequency oscillation and power amplifier circuit and other parts，which can modulate carrier signal into frequency modulation wave and transmit it out.
Keywords：frequency modulation;transmitter;PCB design;BA1404
0 引 言
当今社会离不开信息通信，通信系统具有十分重要的作用。同时无线电技术在其中具有核心作用，发射机就是无线电技术应用的产物。发射机依照调制方法一般分为调幅，调频，调相和脉冲调制四大类。在我国，一般比较常见的是调频发射機，故本文要研究的就是调频发射机。调频发射机实际上就是调频广播电台发射机，它能通过无线传输的方式来传送广播电台发出的音频信号，其中就包括电台的语音或者音乐节目。在这个过程中，调频发射机能够将输入的音频信号以及高频的载波信号通过有效的低频信号来调制成调频波信号，然后再将调制后的高频载波信号通过射频功率放大器电路进行一系列的放大和激励，最终利用天线以电磁辐射的形式发射出去。调频发射机作为一种无线电技术应用的产物，其不受地理位置的限制和自然环境的影响，具有性价比高、施工便利、收听灵便和稳定性高等特点，广泛地应用于人们的生产生活等的小范围移动通信中，用于建设城市、乡镇和农村的无线广播通信系统。
1 调频发射机的设计
1.1 方案论证与选择
调频一共有两种实现方案，一种是间接型调频，另一种是直接型调频。对于直接型调频来说，顾名思义，就是利用可调制的信号直接地调节或控制高频振荡器的振荡频率，在这个过程中，调频信号的瞬时频率能按照调制信号的规律变化而相应地进行同步变化，所以直接型调频能通过高频振荡器频率的变化来直接地且未失真地反映出用于调频的调制信号的规律性变化。直接型调频按照高频振荡器的振荡信号波形分为针对正弦波的直接型调频和对于非正弦波的直接型调频（实际过程中非正弦波要处理成正弦波信号）。其中对于正弦波的直接型调频可采用电抗管组成振荡器谐振回路进行直接地调频或者采用变容二极管接入振荡器电路中进行直接地调频这两种方法来实现。对于间接型调频，由于调频和调相存在着某种联系，所以间接型调频就是利用调相间接地来得到调频信号。具体来说就是先对调制信号用积分器电路进行积分操作，然后将积分后的调制信号利用调相器电路进行调相，最终可以得到经过间接调频后的调频信号。间接型调频有三种方法，分别是向量法、时延法和相移法，直接型调频和间接型调频技术都有它们各自的优点和缺点。直接调频技术相比于间接调频的电子线路更加简单，且频偏更大，但同时也伴随着频率的稳定性相对较差。但考虑到电子线路的复杂程度，故本次设计采纳直接型调频的方案。但是振荡电路并不采用三点式电容或者电感电路，因为其频率很不稳定，且抗干扰性较差，调试也较为困难。这也是分立元件在高频电子线路中的劣势。所以综合考虑，本次系统硬件电路采取了以集成的电路芯片BA1404作为调频调制核心控制器件的设计方法。 1.2 工作原理总述
本次设计要做的实物是以芯片BA1404为核心调频控制器件，且中心发射频率为100 MHz（可以调节的）的调频发射机。该调频发射机包括信息的识别与提取电路，音频信号控制与调制电路，射频信号振荡器电路和高频信号。
功率放大电路等部分。对于此调频发射机，首先通过信息识别与采集电路对输入的音频信号（或者经过麦克风处理的语音信号）进行信号的识别与采集，接着将采集的音频信号或者语音信号经过外围电路的阻抗匹配和加重处理后再送入以BA1404为核心控制器件的音频与控制电路中进行立体声混合调制，而后输出的导频调制信号经过射频信号振荡电路完成调频操作，最后的调频信号通过以高频特性管S9018为核心元器件的高频功率放大电路进行功率上的放大和激励，并最终通过天线以电磁辐射的形式发射出去。该调频发射机的总电路设计框图，如图1所示。
1.3 芯片介绍
BA1404是一款由罗姆半导体集团公司设计制造的调频发射集成电路芯片。作为一款集成的电路芯片，BA1404在高频电子线路中具有很好的抗干扰性，能有效地弥补用传统的分立元器件设计出的调频电路容易频率不稳定的缺陷，BA1404主要由前置的音频信号放大器电路，调频调制器电路，立体声混合调制器电路和高频信号放大器电路等集成电路组成，故具有立体声混合调制、调频调制和高频信号功率放大等功能，并且其需要的外围元器件电路相对较少，相比于其他的调频集成电路芯片，BA1404能更加有效且更加简单地进行对音频信号的调制和对高频载波信号的调频。
1.3.1 BA1404功能和特性
BA1404采用了双列直插式的封装制作工艺，总共有18个外部引脚，其正常工作电压的范围为1.0 V～3.0 V，工作电压典型值为1.3 V;该芯片由前置的音频放大器（左声道音频信号放大器和右声道音频信号放大器），立体声混合调制器，缓冲放大激励电路，38 KHz振荡器电路，调频调制器及高频信号放大器等集成电路组成。集立体声混合调制、调频调制和高频信号功率放大电路功能于一身;其电路集成度较高，需要的外围元器件电路相对较少，具有饱和电压较低，功率损耗低和工作温度范围大的电路特性，最大耗散功率为495 mW，饱和静态电流为2.9 mA，且其抗干扰性较强;立体声音频信号放大系统中的左声道和右声道之间的隔离程度较高，其立体声隔离度的典型值为44 dB;射频信号输出端的饱和电压的典型值为595 mV。
1.3.2 引脚功能及工作原理
BA1404的内部结构框图如图2所示，由图可知BA1404由左声道音频信号放大器电路，右声道音频信号放大器电路，MPX（立体声混合调制器）电路，38 KHz振荡器电路，缓冲激励电路，高频放大器电路和射频振荡器电路等组成。
BA1404采取了18引脚的封装制作工艺，表1为BA1404的引脚功能表。由该引脚功能表可知，立体声音频信号经过外围电路处理后由1脚和18脚。
输入到前置的音频信号放大器电路中进行左声道和右声道的音频信号放大处理，然后在芯片内部经过立体声混合调制器电路，缓冲放大激励电路，调频调制器电路，高频信号振荡器电路和射频信号放大器电路等内部功能电路以及其他引脚所连接的外围电路进行系列的调频调制操作，并最终可由引脚7射频输出。
2 硬件电路设计原理
2.1 信息识别与提取电路
本电路部分主要使用音频插口来识别和采集声音或者语音信号，该音频插座可以直接插入音频传输线来连接外部多媒体设备，也可以插入有线麦克风或者话筒采集语音信号（物理声音通过有线麦克风或者话筒转换成的电平信号）如图3所示，音频信号能通过音频插口输入电路中。电路中的L1，L2和L3分别与音频插口的三个引脚串接，其中的L1接地，主要起到滤波作用，而L2和L3分别连接音频插口的右声道和左声道，不仅能起到滤波作用，而且还有利于降低信號的噪声干扰，增强防EMI效果，得到比较干净的语音或者音频信号，然后传送给后面的音频控制与调制电路做进一步地音频信号的处理与调频调制。
另外，如图4所示，与L2和L3分别串接的阻值均为10 kΩ的R2和R1可以在音频插口外插麦克风或者话筒时，能为该麦克风或者话筒提供一定的偏置电压。原理图中的LED一端与电阻R1和R2相连，另一端接地，其在电路中除了作为电源指示灯显示外，又由于LED具有单向导电性，其接地后可为芯片BA1404提供1 V左右的偏压，所以又具有稳压的作用。
2.2 音频控制与调制电路
如图5所示，容量均为1 μF的有极性电容C1和C2可作为耦合电容，有利于阻断直流信号，传递交流信号，即所谓的隔直通交，还可以在高频电子线路中滤去低频电流信号，提供高频电流信号通路，即所谓的隔低频通高频。RP1和RP2可作为可变电阻与有极性电容C1和C2分别串联，在实际电路中，RP1和RP2用的是一个6脚电位器代替。该电位器可通过控制电平信号的电流大小间接地控制音频或者语音信号的音量大小。再由图5可知，与RP1串联的C3和R3构成了RC并联回路（与RP2串联的C3和R4亦构成RC串联回路），该并联回路与其后的有极性电容串联对传输的电流信号继续进行滤波，主要滤去低频信号，使得更加干净的高频信号通过电路。而且两RC并联回路还具有预加重的作用，满足时间常数t=RC的预加重电路有利于补偿高频信号分量在传输过程中的较大损耗和衰减，以保证调频发射机的频率特性和调频广播收音机的频率特性保持一致。
图5属于音频控制与调制部分电路中的音频控制电路，下面介绍其中的立体声调制部分电路如图6所示。
从图中，我们能看出来立体声音频信号经过音频控制电路进行滤波和预加重等一列阻抗匹配的操作后由BA1404的引脚1与18输入并进行左右声道地的音频信号的放大，然后将放大后的左右音频信号由引脚 2 连接外围的滤波有极性电容C13再接地完成对于音频放大器的偏置（引脚3名称为AFGND，即为音频放大器的接地端）同时经过前置放大器的音频信号进入MPX（立体声混合调制器）中进行立体声混合调制操作。引脚16和17可用于调节左声道和右声道音频信号的平衡。其中要注意的是为了简化电路并且能够保证左、右两个声道的具有较高的隔离度，立体声混合调制器（MPX）电路的外围引脚16和17可悬空而不接任何电阻、电容或者电感等元件。左右双声道复合信号经过立体声混合调制器调制后，再经过芯片内部电路的缓冲和放大以及激励然后由引脚14输出。 2.3 射频信号振荡电路
如图7所示，立体声混合调制电路需要足够的振荡信号用于对左右声道音频放大信号进行混合编码，所以引脚4外围接滤波电容并接地用作BA1404中的38 KHz的振荡器的偏置。然后引脚5和6分别接入38 KHz晶振和滤波电容C17并形成回路。综上所述，引脚4、5和引脚6的外围电路元器件和内部的38 KHz振荡器构成了完整的可以起振的38 KHz振荡器回路。该振荡器回路可产生38 KHz的振荡信号，再经过缓冲、放大和激励后一部分传送给立体声混合调制器电路用于起振，另一部分送往二分之一分频电路进行，然后经过电路分频产生频率为 19 KHz的振荡信号，该信号具有单一的频率特性，可由引脚13输出。引脚13外围串接的电阻R6和电容C16构成了一个选频网络，引脚14串接电阻R5和有极性电容C15也构成选频网络，并且两外围电路形成回路最终构成双RC匹配网络（具有选频滤波的作用）由引脚14输出的经过立体声混合调制编码的左右声道音频放大信号和由13引脚输出的二分之一分频信号。
经过该选频网络回路进行合成，然后将混合后的信号馈送给引脚12。引脚12为调制信号的输入端。其连接的是芯片内部集成的射频振荡器电路（主要起FM调制器作用）。复送到引脚12的合成的调制信号进入该射频振荡电路中对内部的高频振荡器进行一系列的载波调频和调制操作。集成的射频振荡器电路外围引脚为9和10引脚，两引脚连接的外围电路元器件和内部的射频振荡器电路构成了OSC谐振网络，并且两引脚直接通过电容C23连接，其中9引脚接入滤波电容C19并串接引脚8（射频放大器的输入端），将经过调制后的调频信号通过引脚8馈送给内部集成的射频信号放大器进行第一级的射频功率的放大，并且可由引脚7输出。引脚10外围连接LC振荡回路，该振荡回路可对由引脚10输出的射频振荡信号进行谐振。对于LC谐振回路来讲，其谐振频率即为发射频率。所以该电路中的电感与电容对回路中的发射频率起到决定性作用，LC谐振回路的频率计算公式为f=1/（2π），其中电容C的单位为F，电感L的单位为H。引脚10连接的LC振荡回路由电感L4、电容C20和可变电容CV1相互并联所构成。所以该射频振荡的中心频率由LC并联回路所决定。在实际电路中，可变电容为双联型可调电容，通过调节双联型可变电容可以控制该调频电路的发射频率。根据双联型可调电容的调节范围，该电路能实现88 MHz～108 MHz范围内的连续可调节。故本课程设计要研究的一种100 MHz的调频发射机完全可以满足其要求。另外为了控制引脚7输出的射频放大信号与引脚10经过LC谐振回路后的射频振蕩信号保持同步以获得最大的射频信号输出功率。双联型可变电容另一联CV2和电感L5以及电容C20A构成另一个LC并联谐振回路用于连接引脚7和引脚10的LC并联谐振回路。实际电路中，可以看成引脚10的LC谐振回路和引脚7的LC并联回路耦合，然后共同构成一个大的LC网络。所以双联可调电容在电路中具有重要作用。一方面可变电容的一端CV1可通过调节自身的电容值来改变LC谐振回路的总电容进而达到调节调频电路的发射频率的目的，另一方面双联可变电容另一端CV2同时改变以保证7引脚上连接的LC振荡回路与其本机振荡信号的频率特性变化保持一定的同步，并且此时引脚7和引脚10输出的射频振荡信号经过外围大LC谐振回路亦是保持同步然后馈送给功率放大电路用作进一步的功率上的放大和激励。
另外，引脚15为芯片BA1404的电源端，其外围连接3 V左右的供电电源，实际电路中用两节7号电池串联。同时该引脚外围连接有极性电容C9和电容C10、C11、C12并联接地如图8所示，该电路主要是构成选频网络，对电源信号进行较为有效的滤波。
2.4 功率放大电路
如图9所示，采用了以三极管S9018为核心元器件的共射极放大电路构成高频信号功率放大电路。其中三极管S9018是一种具有高频特性的NPN型硅管，三极管具有非常好的电流放大作用，尤其是S9018这种具有高频特性的硅管，在高频电子线路中具有低噪声特征、高功率放大倍数、大动态调节范围和较为理想的电流电压特性等特点，广泛应用于调频发射电路和高频信号功率放大电路等。该功率放大电路中的S9018高频管的基极通过电容C24与引脚7连接构成输入端，同时该三极管的集电极通过偏置电阻R9与自身的基极相连接，通过电感L6与电源开关连接，最后通过电容C29与音频插口连接作为输出端，然后发射机接地，构成了共射极放大电路。该电路可将引脚7输出的射频放大信号做进一步的功率上的放大，即为第二次的功率放大，以便能使该调频发射机的发射距离变得更远，不至于由于距离传输而损耗殆尽。其中要注意的是该调频电路的天线发射是通过将第二次功率放大后的射频信号通过电容C29耦合到音频信号插口上实现的。所以插入音频插口的音频传输线或者有线麦克风话筒可以替代发射天线的作用。并且与电感L6相连的由C26、C27和C28三个电容并联接地构成的电路亦是起到选频滤波的作用。
3 整体系统电路与调试
该调频发射机包括信息的识别与提取电路，音频控制与调制电路，射频信号振荡电路和高频信号功率放大电路等部分，如图10、11所示，为系统整体原理图和PCB图。
3.1 制作与调试过程
经过方案的论证与选择，局部电路的设计后，最后进行该调频发射机的制作与调试，具体步骤为：
（1）运用软件Altium Designer画出该调频发射机的系统整体电路原理图和PCB图。
（2）利用调频发射机的电路原理图和PCB图制作相应的实物印刷电路板。
（3）将购买的元器件焊接在所制作的印刷电路板上，注意芯片BA1404和双联可调电容CV在焊接的过程中速度一定要快。其他元器件的焊接也要按照金工实习的要求来进行。 （4）PCB板焊接完成后准备一个领夹式的有线麦克风、一部手机、一台调频收音机和两节七号干电池。
（5）将领夹式有线麦克风的插头插入板子上的音频插口中，然后装入两节七号电池，打开开关，此时电路板上的LED灯亮起红光。
（6）将手机扬声器对准麦克风的呼麦处，然后播放音乐或者音频。
（7）将准备的调频收音机进行调节，直到调频收音机能收到和手机播放音乐比较类似的声音信号，然后继续调节收音机，直到能收到较为清晰的声音。
3.2 调试结果分析
经过上述的制作与调试过程，便能测出本调频发射机原始的发射频率为99.8 MHz，由于该调频发射机能在88 MHz～ 108 MHz的范围内连续性可调，所以调节双联可调电容便能调节出调频范围内所需要的中心发射频率。本次毕业设计要设计的是一种中心发射频率为100 MHz的调频发射机。所以采用控制变量的调试方法，继续对调频发射机的发射频率进行调节。先将调频收音机调到100 MHz，再调节调频发射机的双联可变电容（左右微微旋转试探电路板的发射频率），直到调频收音机出现“沙沙”声。然后继续微调双联可变电容，调到调频收音机能较为清晰地收到音频信号。此时若继续调节可调电容，却无法提高收到的音频信号的清晰度，这是因为此时达到电容调节的临界点，若要用于调试的调频收音机能更加清晰地获取调频发射机发射的调频信号，可以调节电位器来控制输入调频发射机的音频信号的音质。（调节电位器可改变音频信号音量大小，调节到合适的阻值能抑制信号失真，使得传输信号的音质最佳）多次调试，最终调频收音机能收到清晰的与手机播放的音乐同步的音频信号。此时调频发射机的发射频率便是100 MHz，完全满足本文要研究的设计的要求，测试实物图如图12、13所示。
4 结 论
作为通信系统的代表产物之一，调频发射机在人们日常的生产生活中起到了重要作用。其中，大型的调频发射机多用于广播电台调频发射语音或者音乐节目。而小型调频发射机主要用作对讲机应用于日常生活的小范围通信中。
本文要研究的是一种中心发射频率为100 MHz的调频发射机，主要从以下几个方面進行对其进行分析、论证以及实现：
（1）进行方案的论证与选择。本设计采用的是直接型调频的方案，且由于三点式振荡电路等分立元件电路的频率特性不稳定，容易产生失真，所以采用集成的BA1404芯片用作调频调制的核心控制器件。
（2）参考BA1404的内部结构和外部引脚功能，并参考相关文献，设计出系统整体电路，该调频电路包括信息的识别与提取电路，音频控制与调制电路，射频信号振荡电路和功率放大电路等部分。
（3）利用软件Altium Designer画出该调频发射机的系统整体电路原理图和PCB图，然后按照该调频发射机的电路原理图和PCB图制作出相应的实物印刷电路板，最后将准备的元器件按照金工实习的要去焊接到实物电路板上。
（4）对调频发射机进行调试，并将准备的调频收音机用作于调试的接收机。经过不断地依次调试调频收音机，调频发射机上的双联型可调电容和六联型可调电位器，最终完成100 MHz调频发射机的中心发射频率要求。
由于笔者正处于本科学习阶段，储备知识和实践能力相对有限，再加上准备的时间不足等原因，对调频发射机的学习和理解必定有着不足之处，本次设计的实物调试还没有达到非常理想的结果，笔者后续还会对该调频发射机作进一步地研究，并对其加以改良以达到更加理想的实物调试效果。
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作者简介：熊龙雨（2000—），男，汉族，安徽六安人，本科，研究方向：电子信息工程。