音频信号红外转发器电路

杜铭源 2014-08-07

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音频信号红外转发器电路

设计要求

1输入为电视中音频信号或者收音机、MP3等的音频信号。注：可以直接从喇叭两端接线，或者用耳机把信号引出来。

2在三米外，能够接收到红外信号；且能够清楚地听到声音。

3必须有主要单元电路和元器件参数计算、选择；

4画出总体设计电路图；

5安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；

6调试电路；

7电路性能指标测试；

8提交格式上符合要求，内容完整的设计报告

3 总体设计

3.1电路原理

此电路设计是根据转发和接收器的原理，即可现无方向性接收，若配制多太接收器，还可多人同时接收。此原理采用红外线作为传输媒介，可以避免无线电波的干扰。

该转发器由发射和接收两部分构成。

图1(a)为发射部分电路原理。鉴频后的伴音（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。

图1(b)是接收部分原理图。其电路采用一块音频放大集成电路LM386。VD为红外线接收管。当被音频信号调制的红外光照射到VD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IC，进行放大。由于IC具有功率放大作用，所以可同时供1－4副耳机收听。

3.2主要元器件

3.2.1发射部分用到的元器件及相关参数

耦合电容C1(4.7uF) C2(100uF) 旁路电容C3(0.01uF)

偏置电阻R1*(51K) 电阻R2(100)

三极管VT8050

发射管VD1和VD2

注：三极管VT应选用8050中功率管， PCM=300mW, ICM=500mA； R2的功率不小于1/4W；因为调试时是要求三极管VT的静态电流为30mA左右的，则R1应选用可调电阻；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有一部分重迭。

3.2.2 接收部分用到的元器件及相关参数

电阻R1′(520K) 电阻R1′′(100K)

C1(0.22uF) C2(10uF) C3(100uF)

旁路电容C4(0.1uF) 耦合电容C5(100uF)

电容 C6(0.1uF) 电容C7(100uF)

音频放大集成电路LM386

接收管VD

注：因为电子元器件中没有电阻为 620 K的电阻，所以在焊接电路时要用到将电阻分别为550K的电阻和100K的电阻串联以构成 620K的电阻；VD为红外线接收管，它不能用光二极管，以防止可见光干扰影响接收的效果；此外应选用音频放大集成电路LM386 以实现音频信号的转化。

3.3 LM386的功能

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

3.3.1 LM386内部电路

LM386内部电路原理图如图2所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。

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。

3.3.2 LM386的引脚图

LM386的外形和引脚的排列如下图3所示。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；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。

3.3.3 集成功率放大电路的主要性能指标

集成功率放大电路的主要性能指标除最大输出功率外，还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽、输入阻抗、输入偏置电流、总谐波失真等。

静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。
工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。
外围元件少。
电压增益可调,20-200。
低失真度。

LM386电源电压4--12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。

4单元电路设计

4.1发射部分的设计

C1是发射器的核心；当伴音信号加在图1中的A、B点时，经耦合电容C1（4.7μ）的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由8050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。由于每只红外发光管的正向压降均为1.15V，发射功率都小于100mW，将两只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。此外，由于红外发光管的辐射角度有限，因此在设计电路板时需将作用区有叠加地排列。发射部分原理图如图4示。

4．2 接收部分的设计

接收器由光电转换、电源、耳机插孔及音频放大器四大部分组成，接收器电路如图5所示。经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换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C2（0.22μ）隔直作用后，再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号。接收部分原理图如图5示。

5调试

1.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。

2.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。

3. 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。

4.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至3米左右，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。

5.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。

6 电路测试及测试结果

将发射部分和接收部分分别接上+12V和+6V电源，再接上音频信号，其发射管和接收管距离大约3米左右，通过耳机听到音质较好的音频信号。

7设计总结

对这一课程的设计，使我了解了音频红外转发器发射部分与接收部分的工作原理。当伴音信号加在图中的A、B点时，经耦合电容C1（4.7μ）的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由8050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换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C2（0.22μ）隔直作用后，再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号。