红外音频信号转发器设计

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课程名称 模拟电子技术 设计题目 红外音频信号转发器设计 专 业 通信工程 班 级 学 号

姓 名 完成日期

课 程 设 计 任 务 书

设计题目：红外音频信号转发器设计 设计内容与要求：

设计内容：

通过红外线的传输，实现电视机、MP3等音频信号的近距离无线传输。要求在三米外，能够接收到红外信号，且能够清楚地听到声音。

要求：

1.完成总体电路设计； 2.完成各单元电路设计； 3.安装、调试电路； 4.测试电路性能指标。

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成绩：

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一、设计原理

红外线是可见光谱中位于红色光之外的光线，尽管肉眼看不到这种光线，但利用红外线发送和接收装置却可以发送和接收红外线信号，实施红外线通讯。利用红外线通讯无需连线，只需将两设备的红外线装置对正即可传输数据。红外线通讯方向性很强，适用于近距离的无线传输。

利用红外线来传送音频信号，这是一种红外线无线光通信电路。目前，这种通信方式主要应用于室内，如构成无绳电话及无绳耳机系统等。红外线的传输距离虽然不远，但应用于办公室和家庭已绰绰有余。由于可免去布线的麻烦，故它具有线光通信无法比拟的优点。 二、设计方案

设计框图如图1所示。 音频信号输入

音频信号输出 音频放大集成电路 图1 设计框图

音频信号红外转发器有发射和接收两部分构成，发射和接收部分均由12V稳压电源供电。

音频信号加在输入端上,经三极管放大电路放大，进行一级放大后驱动红外线发射二极管，使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。当被音频信号调制的红外光照射到红外接收管表面时，接收管将接收的经声音调制的红外光信号转换成电信号，即在接收管两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，该信号经过音频放大集成电路驱动扬声器发声。 三、单元电路设计

1、发射电路设计

设计的发射电路如图2所示。

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三极管放大电路 红外发射管 红外接收管 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告

VCC12VR143kohmR3C1 50%5kOhmKey = aVT1音频 信号音频信号源10uF R213kohmVD1VD2图2 发射电路

音频信号经三极管VT放大后推动红外发射管。由于发射管的发射强度与通过其电流成正比，所以VD1、VD2所发出的红外光，便受到音频信号的调制。为了防止失真，VD1、VD2要设一定的偏置。

2、接收电路设计

设计的接收电路如图3所示。

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图3 接收电路

接收电路采用一块音频放大集成电路LM386。当被音频信号调制的红外光照射到接收管时，在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，经C1耦合至放大电路，进行放大。

3、器件选择

(1)发射部分用到的元器件及相关参数 电容C1(10uF)

电阻R1(43K) R2（13K） R3（5K） 三极管VT8050 发射管 VD1 和VD2

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(2）接收部分用到的元器件及相关参数 电阻R1(36K) R2(10)

C2（50uF） C3(10uF) C4(10uF) C5(250uF) C6(0.05uF） C7(10uF) 音频 放大集成电路LM386 接收管VD

4、LM386工作原理 LM386引脚如图4所示。

图4 LM386引脚图

图中引脚2为反相输入端，3为同相输入端，引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端。如果在对增益要求不高时它可直接去掉，此时的增益内置为20.

LM386内部电路原理如图5所示

6增益设置R3I81电源I1接旁路电路7R4R5T10R6R7D35T2T3T5R1T6R7R24T4反相输入2T1同相输入3T7D2T8T9输出地

图5 LM386内部电路原理图

LM386内部电路原理图如图5所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三

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级放大电路。

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。 LM386小功率音频放大器是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20，但在1脚和8脚之间增加一个外界电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200.输入端以地位为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。 四、安装调试

1、器件引脚判断

(1)红外发光二极管极性判断

长引脚为正极，短引脚为负极。内部电极较宽较大。 (2)红外接收二极管极性判断

常见的红外接收二极管外观颜色呈黑色。识别引脚时，面对受光窗口，从左至右，分别为正极和负极。另外，在红外接收二极管的管体顶端有一个小斜切平面，通常带有此斜切平面一端的引脚为负极，另一端为正极。

(3)三极管电极判断 三极管引脚如图6所示。

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图6 三极管引脚

手拿三极管，平面对准自己，从左向右数依次为e，b，c，即发射极、基极、集电极。

(4)音频线插头、插孔电极判断

TRS（大三芯），用于平衡信号（此时功能与卡农插一样），或者用于不平衡的立体声信号，比如耳机。TS（大二芯），用于单声道信号。

2、发射电路的安装

先在一块电路板上安装发射部分的器件，找到图中所需元件【电容C1(10uF)、 电阻R1(43K) 、R2（13K）、R3（5K）、VD1、VD2、VT1】分辨清楚三极管VT1的引脚为基极（b），集电极（c），发射极（e）以及红外管的正负端。然后，按照发射电路图焊接连线，电源与音频输入保持适当距离，接线时，裸露的线不要靠在一起以免造成短接，接线时线要横平竖直。

3、接收电路的安装

再在另一电路板上安装接收部分的器件，同样找到图中所需元件，按照接收电路图焊接连线，注意电容的正负端，音频放大集成电路各引脚所接器件，注意不要弄错了引脚位置，接线时同样注意裸露的线不要靠在一起以免造成短接，接线时仍然要横平竖直。

4、调试及出现的问题

(1)调节工作台上的两个直流稳压电源，一个调节为12V,一个调节为6V。 将制作好的实物的发射部分接电源的两根导线接在电源为12V的正负极两端，将接收接电源的两根导线接在电源为6V的正负极两端，并将做成的实物 A和B代表的导线接至收音机耳机的两根信号引出线上，以在A和B两端最先产生音频信号，在发射部分线路板的耳机插口处塞上耳机。

(2)用手机照明灯照射两个红外发射二极管看发射管是否发光。

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(3)按这样连接好线路后，发射部分调节可变电阻 R1使VT的静态电流在30mA左右，先使发射管和接收管靠近，调频收音机，看是否能通过耳机听到清晰的声音；然后将发射管和接收管逐渐远离左右，若仍能清楚的听到声音却不失真，证明能够接收到红外信号。

(4)接收部分只要安装无误，不需调试即可工作。此外应保证红外发射管的辐射角一般在60度左右，所以安装时要使它们的辐射要有一部分重迭,以实现转发距离不小于3m。

(5)如果听不到声音首先应检查电路是否接错，如果接错应进行拆焊，然后根据原理图将焊错的元器件正确的焊接到电路板上, 同时应注意二极管的正负极有没有接反，三极管的各个管脚有没有接错等，然后用万用表逐个认真细致的检测各焊点的电流情况，看有没有出现虚焊和元器件损坏现象。注意焊接时不能将芯片插入LM386，焊接好调试前再插入，以免焊接时损坏内部功能。调试的过程中还发现，在使用该音频信号红外转发器时最好将日光灯关闭，否则可能会有干扰杂音出现。 五、测试结果

安装实物电路图如图7所示。

图7 接收电路（左）和发射电路（右）

将发射部分和接收部分分别接上+12V和+12V电源，再接上音频信号。发射电路由于焊接点过大导致器件损坏，接收部分由于焊接时将芯片插入LM386导致芯片损坏，未能听到声音。经调换合适的元器件后，接收管与发射管正常工作，最终听到声音。

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六、心得体会

对这一课程的设计，使我了解音频红外转发器发射部分与接收部分的工作原理。当伴音信号加载发射器两端时，经耦合电容的隔直作用后会在三极管的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，再由三极管的放大作用，驱动两红外发光管。使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转化为变化规律和音频信号相同的电信号，相当于经过耦合电容隔直作用后，再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号。

进一步搞清楚了三极管中功率管的作用和音频放大集成电路LM386的作用。 将自己设计的电路在电板上焊接成实物，使我更加熟练掌握在电工实习和电子实习中学到的电焊技术。

按照原理图将各元件逐个焊接上去的同时注意用导线连接某些必要的焊点，同时注意避免出现接错、漏接、虚焊的问题，最后对实物图进行分步调试以实现能够接受到红外信号且能够清楚地听到声音这一目的。在这一过程中，我提高了自己的动手操作能力。 七、参考文献

[1]赵淑范，王宪伟.电子技术试验与课程设计[M].北京：清华大学出版社，2006 [2]刘修文.实用电子电路设计制作[M].北京：中国电力出版社，2005 [3]陈大钦.电子技术基础试验（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2000 [4]高吉祥.电子技术基础试验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002 [5]华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京：清华电子出版社，2006

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1co3.html