簡易調頻監聽器及信號發射裝置製作

概述

竊聽器,英文爲“BUG”,和“臭蟲”是同一個詞。竊聽器可實現監聽功能,不妨稱之爲監聽器,結構上基本上是由傳聲器和發射機組成,也許再加上一副錄音機。
傳聲器的種類多種多樣,五花八門,但它們的基本功能都是相同的,即蒐集音波並把它們轉變爲電脈衝。
袖珍監聽器可以經過僞裝,放在一個地方,或利用電話機一類的東西預先暗藏起來。它有着高度的靈敏性,能夠被隱藏在房間內電話接線匣裏、散熱器後面、吊燈的蓋罩裏,或者空氣調節器的導管裏。故可將之安置在嬰孩房、閘門或走廊通道,監視實際情況,此外亦可當作爲夜間安放裝置。
本項目通過製作一個小型調頻信號發射器實現袖珍監聽器製作。由於電路需要的零件十分之少,故可將之安放在一個火柴盒(或者可樂罐)裏,作爲監聽器。十分適合初學者,電路簡單易制,造價低廉。
信號接收可以用一部普通的FM收音機實現。

工作原理

不需外加輸入信號,便能自行產生輸出信號的電路稱爲振盪器。
按照產生的波形,振盪器可以分爲正弦波振盪器和非正弦波振盪器。
按照產生振盪的工作原理,振盪器分爲反饋式振盪器和負阻式振盪器。
所謂反饋式振盪器,就是利用正反饋原理構成的振盪器,是目前使用最廣泛的一類振盪器。
所謂負阻式振盪器,就是利用正反饋有負阻特徵的器件構成的振盪器,在這類電路中,負阻所起的作用,是將振盪器迴路的正阻抵消以維持等幅振盪。
反饋式振盪電路,有變壓器反饋式振盪電路,電感三點式振盪,電容三點式振盪電路和石英晶體振盪電路等。本次設計我們採用的是電容三點式振盪電路。
在這裏插入圖片描述
圖1.電路原理圖
圖1所示電路原理圖已經用了多年,名稱也一直在變化:無線麥克風、調頻監聽器、煙盒信號發射器、單一晶體管發射器、低功率信號發射器……
該信號發射器靈敏度相對較高,覆蓋範圍大概在百米左右。
通過圖1中各元器件參數的仿真實驗,初步確定信號發射器發射頻率可以在75~125MHz之間,正好覆蓋調頻收音機的接收頻率。
電路可見分兩級,一級音頻放大器和一級RF振盪器。
音頻放大電路可以採集外界的聲音信號。這裏我們用的是駐極體咪頭,靈敏度非常高,可以採集微弱的聲音。
駐極體咪頭MIC內實際藏有一枚FET,也可將之視爲一級。FET將話筒前振膜電容變化放大,這就是駐極休咪頭很靈敏的原因。
駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點,廣泛用於盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中,屬於最常用的電容話筒。
由於其輸入和輸出阻抗很高,所以要在這種話筒外殼內設置一個場效應管作爲阻抗轉換器,爲此駐極體電容式話筒工作時必須要有直流偏壓才能工作,電阻R6可以提供一定的直流偏壓。R6的阻值越大,話筒採集聲音的靈敏度越弱。電阻越小話筒的靈敏度越高,話筒採集到的交流聲音信號通過C5耦合和R7匹配後送到三極管Q1的基極.
電路中D1和D2兩個二極管反向並聯,主要起一個雙向限幅的功能,二極管的導通電壓只有0.7V,如果信號電壓超過0.7V就會被二極管導通分流,這樣可以確保聲音信號的幅度可以限制在正負0.7V之間,過強的聲音信號會使三極管Q1過調製,產生聲音失真甚至無法正常工作。
通過調整L1的數值(拉伸或者壓縮線圈L1)或者調整可調電容C2可以方便地改變發射頻率,避開調頻電臺。發射信號通過C4耦合到天線上再發射出去。由於發射距離百米以內,因此天線一般選擇10cm以內的粗導線即可。
電阻R1是三極管Q1的基極偏置電阻,給三極管提供一定的基極電流,使Q1工作在放大區,R2是直流反饋電阻,起到穩定三極管工作點的作用。
高頻三極管Q1和電容C1、C3、C6組成一個電容三點式振盪器。電路中基極和集電極均採取並聯饋電方式。
三極管集電極的負載C2、L1組成一個諧振器,諧振頻率就是調頻話筒的發射頻率。
這種調頻話筒的調頻原理是通過改變三極管的基極和發射極之間電容來實現調頻的。當聲音電壓信號加到三極管的基極上時,三極管的基極和發射極之間電容會隨着聲音電壓信號大小發生同步的變化,同時使三極管的發射頻率發生變化,實現頻率調製。


問題及解決方案


手纏螺旋線圈電感易形變、抗干擾能力弱,易發生頻率漂移。
解決方法:手纏螺旋線圈電感製作時選擇較粗的漆包線,在直徑較小(5-8mm)的鐵釘上繞制8-12圈即可。繞制完成後在螺旋線圈外圍塗硅膠並裹一層鋁膜,可起到固定作用,防止發生機械形變,並能起到屏蔽干擾信號的作用(鋁膜可通過裁剪一小塊可樂罐實現)
調節發射頻率建議通過調節電容C2實現。調節電感也可實現調頻功能,但相對複雜,需製作插入磁芯的電感,通過調節磁芯位置實現調頻。
駐極體咪頭採音效果不佳。
解決方法:駐極體電容式咪頭工作時必須要有直流偏壓才能工作,電阻R6可以提供一定的直流偏壓。因此R6不能省略,若採用定值電阻,可以嘗試並聯電阻或換爲可調電阻,方便調試。
不足
音源採集方式單一,下一步嘗試接入3.5mm音頻座。
屏蔽措單一,容易被幹擾。


附錄


截面爲單層螺旋型線圈的電感計算方法

在這裏插入圖片描述
圖2. 單層螺旋型線圈
如圖2所示單層螺旋型線圈電感計算公式如下:
L=(kμN^2 S)/l
其中:
L:螺旋型線圈的電感 [H] ;l:螺旋型線圈的長度 [m] ;
N:螺旋型線圈的匝數 ;S:螺旋型線圈的截面積 [m^2] ,S=πR^2;
μ_r:螺旋型線圈內部磁芯的相對導磁率 [H/m]
k:螺旋型線圈長岡係數(由2R/l 決定,見表1)
上式用來計算空心線圈的電感,μ_r=μ_0=1,計算結果比較準確。當線圈內部有磁芯時,磁芯的相對導磁率μ_r=μ/μ_0,即:有磁芯線圈的電感是空心線圈電感的μ_r倍。
在這裏插入圖片描述
表1:螺旋型線圈長岡係數
磁導率μ等於磁介質中磁感應強度B的微分與磁場強度H的微分之比,即
μ=dB/dH
通常使用的是磁介質的相對磁導率μ_r,其定義爲磁導率μ與真空磁導率μ_0之比,即
μ_r=μ/μ_0
對於順磁質μ_r>1;對於抗磁質μ_r<1,但兩者的μ_r都與1相差無幾 。在大多數情況下,導體的相對磁導率等於1。在鐵磁質中,B與 H 的關係是非線性的磁滯回線,μr不是常量,與H有關,其數值遠大於1。
例如,如果空氣(非磁性材料)的相對磁導率是1,則鐵氧體的相對磁導率爲10,000,即當比較時,通過磁性材料的磁通密度是空氣的10,000倍。鑄鐵爲200-400;硅鋼片爲7000-10000;鎳鋅鐵氧體爲10~1000。
通過上述公式通過計算機計算可得如下數據:(見下頁)
線圈直徑、疏密程度均影響電感值。


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                                    禾灮·小楊
                                   2018.09.25
                                   

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