模电课程设计多路或双路双工对讲机设计与实现-

1、课程设计任务书学生姓名：XXX专业班级： 电信1102班指导教师：王绪国工作单位:信息工程学院题 目：多路（或双路）双工对讲机设计与实现初始条件:。电容、电阻、可选元件：扬声器，集成运放，集成功放（器件选择应满足技术指标）XA 十驾矗开并tI插 |6AHI1 Bl Cl1Al E1 ,11 c流电源电位器若干；或自选元器件。直 + 9V，或自选电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表等。要求完成的主要任务：（1 ）设计任务，鼓励自制稳压电源。根据技术指标和已知条件，完成对多路对讲机的设计、装配与调试,（2 ）设计要求 多路对讲机的电路框图如图，A1、B1和C1地址是控制讲话多路开关选通某一路扬声

2、器作为送话用，A2、B2和C2地址是控制听话多路开关选通某一路扬声器作为听话用。讲话扬声器通过讲话多路开关把信号送入放大系统，然后经过听话多路开关送入用作听话的扬声器，如果讲话扬声器和听话扬声器的功能互换时， 对应的地址也应互换。 在系统中讲话工作时， 在各路扬声器附近都有发光 二极管显示，说明系统有人使用，其他人暂时不能使用。当系统无人使用时，发光二极管灭，这时， 其他用户才可以使用系统对话。系统中还设置禁止使用端，在不使用对讲系统时，该禁止端使讲话多 路开关和听话多路开关停止工作。该系统扩展后可实现一一医院病房病员呼唤机。采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现双方异地有线通

3、话对讲：用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；工作可靠，效果良好。电源电压：+ 9V,功率：w 0.5W。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿 真实现系统功能。 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 选做：利用仿真软件的 PCB设计功能进行PCB设计。时间安排:1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。指导教师签名:系主任（或责任教师）签名:目录一、课程设计概述 01. 设计的目的及意义 02. 仿真软件 proteu

4、s ： 0二、设计内容及过程 21. 设计条件及要求 22. 整体电路设计及仿真电路 33. 电路中主要元器件介绍 43.1 运算放大器 UA741 43.2 音频集成功放 44. 各单元电路分析 54.1 电桥电路 54.2 前置放大电路 64.3 功率放大电路 7三、仿真过程及记录 81. 仿真数据记录 82. 仿真结果分析 13四 实际电路安装与调试 151.元件列表 152. 调试环节 15五心得体会 16参考文献 17一、课程设计概述1. 设计的目的及意义（1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是 的科学态度和勇于探索的创新精神。（2）锻炼学生自学软件的

5、能力及分析问题、解决问题的能力。（3）通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标 准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。（4）巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。（5）为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。2. 仿真软件proteus :在本次模电课程设计中，需要在装配实物图前进行仿真，仿真所用的软件是proteus。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机 与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是 目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟

6、模型仿真软件三合一的设计平台， 其处理器模型支持 8051、HC11 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 、AVR ARM 8086 和 MSP43C等，2010年又增加了 Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模 型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLA等多种编译器。1. proteus具有设计智能原理图的功能：丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰

7、；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT 等多种文档使用。2. proteus还具有完善的电路仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE文件自行设计仿真 器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼

8、真，如示波器、逻辑分析仪、信号发 生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探 头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大 小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工 作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行 一致性分析；、设计内容及过程1. 设计条件及要求（1）设计任务：根据技术指标和已知条件，完成多路对讲机的设计，装配与调试。（2）设计要求

9、： 采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现双方 异地有线通话对讲；用扬声器兼做喇叭和话筒，双向对讲，互不影响，工作可靠，效果 良好。电源电压：+9V,功率O.5W。根据选择的电路方案， 完成对确定方案电路的设计， 计算电路元件参数与原件选择、 并画出总体电路原理图,阐述基本原理。（ 3）可选原件：扬声器,集成运放,集成功放（期间选择应满足技术指标） 。电 容、电阻、电位若干；或自选元器件。直流电源 +9V，或其他可选电源。（ 4）可用仪器：示波器、万用表、毫伏表等。嘶R5 lOOMa 丄CZHRELOOk 丈Four5CTFOOT5G3T8kQ©5 220pF图2.2

10、.1双工对讲机原始电路图2.整体电路设计及仿真电路图222替换原件后的对讲机仿真电路的一方3. 电路中主要元器件介绍3.1运算放大器UA741uA741M，uA741I，uA741C （单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用。这类单片硅 集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有 广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位3_27、U3415UA741图2.3.1UA741引脚图UA741各引脚和工作说明：1和5脚为偏置（调零端），2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出, 7接电源。3.2音频集成功放LM386是美国国家半导体公司生

11、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脚之间增加一只外接电阻和 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。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。LM386的引脚图:U3图2.3.2 LM386的引脚图LM386的外形和引脚的排列如右图所示。引脚 2为反相输入端，3为同相输入端；引 脚5为输

12、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10卩F。4. 各单元电路分析4.1电桥电路图2.4.1电桥电路（左图为proteus仿真图，右图为原理图）分析电桥原理图：如图241的电桥电路所示，扬声器（R2）与电阻Ri （8Q）, R3 （10kQ） ,R4（10k Q） 组成电桥电路。由于电桥电阻远小于差动放大器的输入电阻，故差动放大器对电桥的负 载效应可以不考虑。电桥的输出电压 V2-Vi= V3-V3,式中$ = R/R, R是扬声2R R 24（12）器部讲话时的等效电阻（8Q） , 4R是对准扬声器讲话时的电阻变化量。当 4R

13、很小， 即S很小时，V?- V = V3S /4可见差动放大器的输出信号与扬声器电阻相对变化率成 正比。当自方对准扬声器讲话时， Rm 0，电桥失去平衡，V?- ViM 0，该信号经过前 置放大电路电压放大，再经音频功率放大，传输到对方扬声器去，即对方就可听见自 方的讲话声音。因此此时，对方没有对准扬声器讲话，故对方 R= 0,电桥输出信号为零，或者说对方的差动放大器输出信号为零，所以不会干扰自方讲话。反之亦然， 这就实现了双工对讲互不影响的作用。图中扬声器兼作话筒和喇叭。R15上方的1K电阻以及+9V电源是用来给扬声器提供偏置电压的。4.2前置放大电路图2.4.2前置放大电路（左图为prot

14、eus仿真图，右图为原理图）前置放大电路原理分析：F007即UA741通用型集成运放，它是一种具有高开环增益，高输入电压范围，有内部频率补偿，高共模抑制比，有短路保护，不会出现阻塞且便于失调电压调零等特点的 高性能集成运放。UA741 的 7号引脚和4号引脚为偏置端，接入正负9V的电源。1号和5号引脚为调 零端。UA741的两个输入端 各接由100K的电阻R5 R6, 方面是配合反馈电阻1M来 决定输出的电压的表达式，事实上，由于它们满足一定比例关系，增益放大的倍数是不 变的。另一方面，为了保证运算放大器的两个差动输入端处于平衡工作状态，避免输入 偏流产生附加的差动输入电压。采用差动输入的方式

15、，运算放大器工作于线性区，线性电路的叠加原理适用于此处， 即可求出V1和V2分别作用时V0的结果，然后利用叠加原理，得出V1和V2同时作用的 结果。D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。RV1为滑动变阻器，作用是用来调节进入音频功率放大级的信号大小。即调节音量 大小。4.3功率放大电路+ 12V-i C1C2R88LSI图 2.4.3 功率放大电路（左图为 proteus 仿真图，右图为原理图） 功率放大电路原理分析：原电路图中，音频功率放大电路采用5G37,但由于仿真软件中无此元件。所以proteus 采用 LM386 电路， LM386 为低电压音频功率放大器。如图5.左图所示为L

16、M386夕卜围器件最少的连接方式，其内置电压增益为 20倍。若 在其 1 号引脚和 8 号引脚间接入电阻和电容可将其电压增益提高。采用该连接方式，最小失真率为 %0.2。C4为4.7uF为退耦电容，所谓退耦即防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电 路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。换言之，退耦电容能够有效地消除 电路网络之间的寄生耦合。退耦滤波电容的取值通常为 4.7-200uF ，退耦压差越大，电 容的取值应该越大。7 号引脚所接为旁路电容，它可将混有高频信号和低频信号的交流信号中的高频成 分旁路掉的电容。C2为隔直传交电容，R2为8欧的电阻将其看做扬声器，观察其输出波形。三、

17、仿真过程及记录1. 仿真数据记录（ 1） 激励源参数： 25mV,f=1KHz信号源曲线：为一正弦曲线，如图 3-1 所示。信号源幅值为 5mV。HF-iLecChannel CClKMiihl B Channel D图3.1.1输入信号经UA741前置放大后的曲线如图（7）所示:i gi taX OsciLloscop eAjjiIoO»-Sho80 U Acg JISours*Channel CChadiMlB Chdtrii&l D图3.1.3经UA741前置放大后的曲线10mV，由波形可以看出，信号经过前置放大端后，输出得到放大。输入波形幅值为输出波形幅值为48.00

18、mV,所以Ui的有效值为7.07mV，输出Uo1的有效值为33.94mV放大倍数 Av=Uo1/Ui=4.80倍。:r -1 7(3)RV处于中点处经过滑变后的信号:Hill二JJJAulaOne-ShatCursorsCliaimel B国卩一 JIChannel D图3.1.4 RV处于中点处经过滑变后的信号输出波形(4) RV处于中点处经过LM386放大的波形:Chounl <T冒=_一 鴛丁1需5Clidimel D图3.1.5 RV处于中点处经过LM386放大的信号输出波形(5)调节音量大小后的曲线如图3.1.8: 当滑动变阻器向上滑动至最上端即音量调到最大时对应的输出波形:m

19、iChannel CL日网->-W1-DC&Channel IBChannelD图 3.1.6 RV由波形可见，这时信号已明显失真。 音量为50%寸对应的输出波形:WilHorizLevelClkuniel B图3.1.7 RV处于中点处输出波形 音量最小时对应的输出波形:o.oas o mvalull.2IU3ihiwl IraaPoaita dnChannel CSource 日C DOnShot mSourceb CmillPosititmPoaibonInwertkwert I3LevelRosjEIdhOFF图3.1.10 RV处于最低点处输出波形2.仿真结果分析由交流

20、毫伏表示数及波形可以看出，信号经过前置放大端后，输出得到放大。输入波形幅值为10mV输出波形幅值为48.00mV,放大倍数Av=Uo1/Ui=4.80倍。当滑变处在中央时，监测输入输出波形。Uo的幅值为48mV经过滑动变阻器后的Ui的幅值为11.50mV,进入音频功率放大电路的信号 Ui的幅值为23mV,所以经过LM386 放大后的音频U的幅值为475mV放大倍数为Av=Uo/Ui=475mV/23mV=20.65咅，与理论 值20倍相差不大，属于误差范围内。经过电容滤波最终信号的幅值为252.5mV,所以放大倍数为Av=252.5mV/10mv=25.25倍，此时滑动变阻器在中点。当滑动变阻

21、器处于最大 值时，最终输出波形的幅值为337.5mV，不过故事波形已失真，最终放大倍数为Av=337.5mV/10mV=33.75倍。输出功率的计算：在输出端放置电压探针和电流探针如图所示:SPEAKER06000320 nuF图3-8喇叭的电压与电流仿真结果如图（13）所示，最大电压出现在 Vmax=0.191057V lmax=0.023882A,Pmax=0.191057*0.023882A=0.004563W,满足输出功率小于等于 0.5W。四.实际电路安装与调试1. 元件列表元件名称数量（个）元件名称数量（个）运放UA7412二极管4运放LM3862电容1uF2电阻1K2电容4.7u

22、F2电阻10K4电容10uF2电阻100k4电容250uF2电阻1M4喇叭2电阻8欧4麦克风2滑动变阻器10K22. 调试环节 检查电路及电源电压检查电路元器件是否接错，注意晶体管管脚、 二极管方向、电解电容极性是否接对、 焊接点是否牢固等，检查电路无误，再测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。一 切正常之后方可接通电源开始调试实验。 静态调试先不接输入信号，测量各级晶体管静态工作点。检测运放的正负输入端以及输出端, 测量各个节点的电压与理论值相比较，在误差允许范围内数据合理后再接入输入信号。 动态调试接输入信号，各级电路的输出端应有相应的信号输出。线性放大电路不应有非线性 失真；波形产生及变换电路的输出波形也应符合设计要求。调试时，可由前级开始逐级 向右检测，这样容易找出故障点，及时调整改进。 指标测试电路能正常工作之后，即可进行技术指标测试。根据设计要求。逐个测试指标完成情况五心得体会作为一名电子信息工程的学生，能够参加这次模拟电子技术的课程设计，我感到非 常幸运。因为通过这次课程设计，不仅让我提高了自己独立思考、动手的能力，而且让 我对课本上的理论知识有了更深的理解。另外，通过这次实践，也让我结识并初步掌握 了又一款强大的仿真软件 proteus ，这让我有一种小小的成