基于無線電設備技術領域的一種新型電碼訓練器設計研究

75610部隊 羅德祥 陳正榕

重慶觀訊科技有限公司 劉 宏

本文針對基于無線電設備技術領域的一種新型電碼訓練器的設計進行了研究，重點研究了總體硬件功能框架，電碼觸發(fā)單元、音頻振蕩單元、音頻功率放大單元、整流和穩(wěn)壓電源等的電路設計及實施案例。研究表明：本設計通過選用與非門的底電容特性和振蕩電容C8的結合，使得新型電碼訓練器播報聲音頻率便于計算可控，并提供穩(wěn)定可靠的音頻振蕩輸出信號源，既降低了對音頻功率放大單元的性能要求，又可進一步降低新型電碼訓練器的生產(chǎn)制造成本；另還可增加音頻振蕩頻率調(diào)節(jié)顯示電路和LED顯示屏，用于調(diào)節(jié)顯示播報聲音頻率大小，便于統(tǒng)計掌握每一名報務員的聽力特征，對受訓報務員實施針對性培訓。這種新型電碼訓練器設計技術可在無線電設備技術領域推廣應用，有助于提升無線電設備性能及報務員訓練水平，具有普遍推廣性和實用價值。

報務員，全稱“無線電報務員”，又稱“無線電員”，習稱“電報員”，在海員中是指船上無線電通信和無線電導航設備的負責人，僅接受船長（和政委）的領導。在已裝備全球海上遇險與安全系統(tǒng)（GMDSS）設備的船上，凡持有一級或二級無線電電子證書、普通操作員證書、限用操作員證書之一的船員，都可在證書限定的航區(qū)和業(yè)務范圍內(nèi)管理和操作GMDSS設備從事無線電通信。報務員培訓是報務員訓練的重要組成部分，其中收、發(fā)報訓練是報務員培訓的主要訓練課目，用的教學時間也最長；當前，報務員收、發(fā)報訓練普遍使用舊款電碼訓練器進行，其生成的聲音頻率過高，使得報務員在訓練時不易辨別清楚，導致提升報務員訓練水平難度較大。

1 設計方案

針對現(xiàn)有技術中所存在的不足，為解決舊款電碼訓練器聲音頻率過高的問題，提升報務員訓練水平，新型電碼訓練器主要采用以下設計思路：通過選用與非門的底電容特性和振蕩電容C8的結合，使得電碼訓練器播報聲音頻率便于計算可控，降低對功放單元的性能要求，并進一步降低電碼訓練器的生產(chǎn)制造成本。具體設計方案如下：

1.1 硬件功能框架

如圖1所示，新型電碼訓練器的硬件功能框架主要由金屬外殼、電碼觸發(fā)單元、音頻振蕩單元、音頻功率放大單元、整流電源和穩(wěn)壓電源等模塊組成。

1.2 電路設計

如圖2所示，新型電碼訓練器的電路主要由電碼觸發(fā)單元、音頻振蕩單元、音頻功率放大單元、整流電源、穩(wěn)壓電源等模塊電路連接構成。

圖1 新型電碼訓練器硬件功能框架圖

（1）電碼觸發(fā)單元電路

如圖3所示，由晶體管Q2、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電鍵DJ1和電鍵狀態(tài)指示電路組成。其中電鍵狀態(tài)指示電路由晶體管Q3、電阻R18、指示燈組成。

電路連接：由晶體管Q2的發(fā)射極與基極之間連接有電阻R14，晶體管Q2的基極通過電阻R15連接有電鍵DJ1，晶體管Q2的集電極串聯(lián)電阻R16后接地；晶體管Q2的集電極作為電碼觸發(fā)單元的輸出端，連接音頻振蕩單元U2C的10腳；晶體管Q3的集電極還連接有電鍵狀態(tài)指示電路；電鍵狀態(tài)指示電路包括晶體管Q3，晶體管Q3的集電極串聯(lián)LED燈（1）后連接穩(wěn)壓電源（8V）；晶體管Q3的發(fā)射極串聯(lián)電阻R18后接地。

（2）音頻振蕩單元電路

如圖4所示，由反向觸發(fā)單元、第二與非門U2B、第三與非門U2C、第四與非門U2D和高電平生成電路組成；通過選用與非門的底電容特性和振蕩電容C8的結合，使得電碼訓練器播報聲音頻率便于計算可控。其中反向觸發(fā)單元由第一與非門U2A、電阻R3和電位計R5組成；高電平生成電路由晶體管Q1和電源VCC組成。

電路連接：第三與非門（U2C）的第一輸入端（10）連接電碼觸發(fā)單元信號輸出端；第三與非門（U2C）的第二輸入端（9）連接高電平生成電路的輸出端（Q1的發(fā)射極）；第三與非門（U2C）的輸出端（8）連接第二與非門（U2B）和第四與非門（U2D）的輸入端；第二與非門（U2B）的輸出端（6）連接反向觸發(fā)單元的輸入端，第一與非門U2A的輸入端（1、2）作為反向觸發(fā)單元的輸入端；第一與非門U2A的輸出端（3）依次串聯(lián)電阻R3和電位計電阻R5，從而降低了計算難度，電位計電阻R5的輸出端（2）作為反向觸發(fā)單元的輸出端；反向觸發(fā)單元的輸出端連接高電平生成電路的觸發(fā)控制端（Q1的基極）；高電平生成電路的輸出端（Q1的發(fā)射極）串聯(lián)限流電阻R8后接地；高電平生成電路的觸發(fā)控制端（Q1的基極）與第二與非門（U2B）輸出端（6）之間串聯(lián)振蕩電容C8；第四與非門（U2D）的輸出端（11）作為音頻振蕩電路的輸出端，連接音頻功率放大單元的輸入端（隔離電容C12）；晶體管Q1的集電極接入穩(wěn)壓電源（5V）。其中，電位計電阻R5用于調(diào)節(jié)振蕩電容C8的充放電頻率，進而控制第四與非門（U2D）輸出的信號頻率大小，從而降低播報聲音頻率的計算難度。

（3）音頻功率放大單元電路

如圖4、圖5所示，由集成芯片U3、電容C9-12、電阻R4、R6-7、R9-12、音量調(diào)節(jié)電阻R13、耳機插座和揚聲器等組成。

圖2 新型電碼訓練器電路連接總圖

圖3 電碼觸發(fā)單元模塊電路圖

電路連接：依次串聯(lián)隔離電容C12、電阻R12、音量調(diào)節(jié)電阻R13、電容C10、電阻R7、集成芯片U3（7）和揚聲器，耳機與揚聲器并聯(lián)；集成芯片U3（VDD、ABD腳）接入穩(wěn)壓電源（8V、5V）。其中，音量調(diào)節(jié)電阻R13用于調(diào)節(jié)通過隔離電容C12的信號大小，進而調(diào)節(jié)輸入集成芯片U3（7）的信號大小，再經(jīng)集成芯片U3對輸入信號進行功率放大處理后輸出至揚聲器和耳機，最終實現(xiàn)揚聲器和耳機播報聲音清晰的目的，從而降低對音頻功率放大單元的性能要求。

圖4 音頻振蕩單元模塊電路圖

圖5 音頻功率放大單元模塊電路圖

圖6 整流電源模塊電路圖

圖7 穩(wěn)壓電源模塊電路原理圖

（4）電源電路

包括整流電源電路（即橋式整流電容濾波電路）和穩(wěn)壓電源電路，整流電源電路輸出端連接穩(wěn)壓電源電路。

電路連接：如圖6所示，整流電源電路，由鎮(zhèn)流橋D1、降壓穩(wěn)壓器U1、電容C1-4、電阻1-2、電感L1、二極管D2等組成；其中鎮(zhèn)流橋D1的輸出端連接降壓穩(wěn)壓器U1后進行輸出；電感L1、電容C4和電容C5作為整流電源電路輸出端的濾波器件。

如圖7所示，穩(wěn)壓電源電路包括芯片VR1，芯片VR1的輸入端連接降壓穩(wěn)壓器U1的輸出端2腳，穩(wěn)壓電源電路連接高電平生成電路、音頻功率放大單元和反向觸發(fā)單元的供電端。芯片VR1的輸入端連接降壓穩(wěn)壓器U1的輸出端2腳，芯片VR1的輸出端分別連接電碼觸發(fā)單元Q2的發(fā)射極、音頻振蕩單元Q1的集電極和C7、音頻功率放大單元R4和R6，并為其提供穩(wěn)壓電源（5V）。

2 實施案例研究

下面結合上述新型電碼訓練器的結構及電路圖例對設計方案實施案例進行研究。

選用電子元器件型號。其中與非門U2（A、B、C、D）的型號選用SN74LS00D、振蕩電容C8的型號選用100nF（104）10%50V、集成芯片U3的型號選用HT8693_Y、降壓穩(wěn)壓器U1的型號選用LM2596SX-5.0/NOPB、芯片VR1的型號選用78L05G-AB3-R。通過采用上述型號電子元器件，可降低電碼訓練器的生產(chǎn)制造成本。

當電鍵DJ1原始狀態(tài)時，為斷開狀態(tài)，晶體管Q2截止，晶體管Q2集電極輸出低電平，接入接口ZT的LED燈滅，第三與非門U2C輸入端（9、10）都為低，輸出高電平，第二與非門U2B和第四與非門U2D輸出低電平，第一與非門U2A輸出高電平，通過振蕩電容C8的充電一段時間，晶體管Q1導通，第三與非門U2C的9腳為高電平，等待10腳電平變化。

當電鍵DJ1導通時，電鍵DJ1接地，晶體管Q2導通，晶體管Q2集電極輸出高電平，接入接口ZT的LED燈亮；同時引起第三與非門U2C的10腳變高，從而使振蕩電容C8放電；由于與非門的充電電容很小，振蕩電容C8的充放電頻率大于電鍵DJ1的信號頻率，采用振蕩電容C8作為音頻振蕩單元第四與非門U2D輸出信號頻率的主要控制因素，同時通過調(diào)節(jié)電位計電阻R5的阻值大小，從而調(diào)節(jié)振蕩電容C8的充放電頻率大小，進而控制第四與非門U2D輸出的信號頻率大小，從而降低了播報聲音頻率的計算難度；再通過調(diào)節(jié)音量調(diào)節(jié)電阻R13的阻值大小，從而調(diào)節(jié)通過隔離電容C12的信號大小，進而調(diào)節(jié)輸入集成芯片U3（7）的信號大小，再經(jīng)集成芯片U3對輸入信號進行功率放大處理后輸出至揚聲器和耳機，最終實現(xiàn)揚聲器和耳機播報聲音清晰的目的，從而降低了對音頻功率放大單元的性能要求。

說明：上述實施案例僅用以說明本新型電碼訓練器設計方案的可行性而非限制，盡管參照較佳實施案例對本設計方案進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本設計方案進行修改或者等同替換，而不脫離本設計方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本設計方案的設計范圍當中。

結論：相比于現(xiàn)有技術，新型電碼訓練器具有如下有益效果：本設計方案通過選用與非門的底電容特性和振蕩電容C8的結合，使得新型電碼訓練器播報聲音頻率便于計算可控，并提供穩(wěn)定可靠的音頻振蕩輸出信號源，既降低了對音頻功率放大單元的性能要求，又可進一步降低新型電碼訓練器的生產(chǎn)制造成本；另還可增加音頻振蕩頻率調(diào)節(jié)顯示電路和LED顯示屏，用于調(diào)節(jié)顯示播報聲音頻率大小，便于統(tǒng)計掌握每一名報務員的聽力特征，對受訓報務員實施針對性培訓。這種新型電碼訓練器設計技術可在無線電設備技術領域推廣應用，有助于提升無線電設備性能及報務員訓練水平，具有普遍推廣性和實用價值。