模拟电子技术课程设计双工对讲机设计

1、课程设计说明书课程名称：模拟电子技术课程设计题 目：双工对讲机设计学生姓名： 专 业：电子信息科学与技术班 级：学 号：指导教师：日 期：2012 年V2 月21日双工对讲机设计一、设计任务与要求1、元件采用集成运放和集成功放及电阻、电容等，实现甲、乙双方异地有线通话对 讲功能；2、用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；3、电源电压选用+9V,输出功率0. 5W工作可靠，效果良好；4、设计电路所需的直流稳压电源（即+9V电源）。二、方案设计与论证总体设计思路：本次课程设计课题为双工对讲机设计，根据设计任务与要求可知道 本次设计主要采用扬声器兼作话筒和喇叭作为人音频信号的采集接受转换装置，

2、通过集 成运放及电阻、电容等构成对微弱声音信号的前置放大电路，对信号进行适当的放大， 再由集成功放及电阻、电容等构成功率放大电路对经前置放大的音频信号进行功率放 大，然后推动扬声器工作，从而实现异地双方的有线通话。本次设计整体参考原理电路 框图如下图1所示：由上面框图知实现对讲的关键是将声音信号变换为电信号，经过放大、传输后推动 扬声器发出声音，其为又将电信号还原成声音信号输出，供对方接收（听）。方案一：设计可采用电桥构成测量电路，扬声器（8Q电阻）与三个电阻构成平衡电 桥，对由扬声器产生的微弱信号进行测量，电桥的对称两端取输出电压作为前置放大器 的差动输入信号，即引到集成运放 UA741进行

3、电压放大，然后再经集成运放 LM386进行 功率放大，推动扬声器工作。方案二：整个系统电路全部采用集成运放，接收部分采用超外差接收方式。用专用 收音接收芯片D1800ffi集成功放D2822以及外围阻容元件组成。D1800乍为收音接收专用 芯片，内部集成了 FM混频、本振，低通滤波，FM中放、鉴频和静噪、一级功放于一体， 具有高稳定性。集成功放D2822作为第二级功率放大，进一步放大功率推动扬声器发出 声音。该方案原理框图如下图2所示：方案二系统主要部分制2专而氤:M也设曲即图，信号强度好且清晰，能够更 好的实现本次设计的目的，但是电路结构复杂，实现起来有难度，而且对于实物采购成 本高，在本设

4、计中没有使用的必要。相比之下，方案一设计考虑到了所有设计要求，电 路结构也比较简单，用扬声器兼作话筒和喇叭，扬声器中的微弱信号用电桥进行测量要 求电桥要达到平衡，整体采用集成运放和集成功放及阻容元件搭成，理论上能够满足设 计要求，虽然缺点在于稳定度不高，杂音较重，经综合比较，考虑到成本和设计需要， 我们本次模电课程设计采用了方案一。三、单元电路设计与参数计算（一）声电转换电桥电路设计声电转换电桥电路原理图如下图 3所示:R3尺2R 1|LrHid声电转换电除各曲物碱蒯骄:电路图（左图为仿真图、右图为原理图）电路设计中采用4个电阻（8Q和1kQ各一个、10Q2个），+9V直流稳压电源，一 个8Q

5、扬声器（仿真图中用信号源代替）及一个 0.1uF的电容。电路由以上器件构成一个包压供电的平衡电桥电路，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。由上图 3原理图知，电桥 的输出电压为：当扬声器无接收声音时，RiR4-R2R3=0,即Vo=0,此时电桥处于平衡状态，电路不工作；当甲方对准扬声器讲话时，扬声器电阻发生变化，RR4-R2R3W0,电桥失去平衡，Vo W0,该输入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 乙方扬声器去，即乙方就可听甲方的讲话声音。此时，乙方没有对准扬声器讲话，故 对方R1R4-R2R3 = 0,电桥输出信号为零，或者说

6、乙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，这样就实现了双工对讲互不影响的功能。图中扬声 器兼作话筒和喇叭。R15上方的1K电阻以及+9V直流稳压电源是用来给扬声器提供偏置 电压的。（二）前置放大器电路设计前置放大器电路原理图如下图4所示：图4前置放大器电路原理图前置放大器电路设计原理说明：该单元电路采用一块集成运放 UA741构成差动放大器，甲乙双方不讲话时，其差动 输入信号Vo =0,某方讲话时使V°w0,即电桥处于非平衡状态。UA741的7号引脚和4 个输入端均接由100kQ的电阻RS R6,引入电压串联负反馈1MQ电阻R8来决定输出的 电压的表达式，它们满

7、足一定比例关系，增益放大的倍数是不变的。另一方面，是为了 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。号引脚为偏置端，接入正负9V的直流稳压电源1号和5号引脚为调零端。UA741的两采用差动输入的方式，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VO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。（三）功率放大器电路设计功率放大器电路原理图如下图 5所示：图5功率放大器电路原理

8、图功率放大器电路设计原理说明：本次电路图集成功放采用低电压音频功率放大器 LM386 , C4为4.7uF为去耦电容， 去耦就是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。即去耦电容能够有效地消除电路网络之间的寄生耦合。去耦滤波电 容的取值通常为4.7-200UF ,去耦压差越大，电容的取值应该越大。LM386勺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，即过虑掉。C2为隔直传交电容，R2为8Q的电阻将其看做扬声器，观察其输出波 形。图6左图所示为LM38的卜围器件最少的连接方式，其内置电压增益为20倍，

9、采用该连接方式，最小失真率为0.2。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，如图6右图所示。LM386应用电路图之增益=20匡1瓜比期无益=20加沙浅叶）Vs9（四）+9V可调直流稳压,机则3鲫经典应用电路图+9V可调直流稳压电源电路原理图如下图 7所示：图7可调直流稳压电源电路原理图+9V可调直流稳压电源电路原理说明：1）变压电路：取市电，把220V、50HZ的单相交流电先降压，变成所需的交流电，在 protues中的元件库中选变压器 ALTERNATO网边分别接上电压表，且变压器的原副 边同时接地，并与后面直流部分电路共地，修改原副边线圈比值。2）整流滤波电路：整流采

10、用常用的二极管桥式整流电路，采用全波整流电路；滤波电路 由2200uF的电解电容C1过滤，滤波电容两端并联一电源指示电路，即一个电阻串联 一个发光二级管，调试时二极管发光，说明滤波之前电路无故障；否则可判断前面电 路有问题。3）集成稳压电路：核心器件采用稳压可调 LM317L为保护集成器件再接反的状态下不 被烧毁，在输入、输出端之间接反向保护二极管1N4003电容C6与C11分别为去抖和滤波作用，C6是防止滑动变阻器滑动时抖动产生的谐波，C11为输出做二次滤波，去掉输出电压波形中细小的交流波形。四、总原理图及元器件清单总电路原理图如下图8、图9所示：图8双工对讲机整体电路设计原理图（不含直流稳

11、压电源）图9双工对讲机电源提供电路元件清单元件序号型号主要参数数量备注R1R20普通电阻8Q、200Q、1kQ、7.5k Q、10kQ、100k Q、1M Q20C1C4,C7C10普通电容1nF、 4.7uF、 10uF、 250uF8C1、 C6、 C11电解电容10uF、 100uF、 2200uF3RV1RV3滑动变阻器2.443k、10k3V1、V2信号发生源2D1D41N40074D6、D71N40032D5LED-YELLOW1U1、U3UA7412U2、U4LM386L2U5LM317L1TR1变压器1BR1桥式整流器1LS1、 LS2SPEAKER2五、安装与调试电桥电路及电

12、源电路的检查检查电路元器件是否接错，注意二极管方向、电解电容极性是否接对、检查电路原理图无误，再测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。一切正常之后方可开始调试 实验。静态调试调试过程中先不接输入信号，检测运放的正负输入端以及输出端，防止产生自激振荡，并且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，用示波器观察其波形是否失真。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。六、性能测试与分析双工对讲机的整体仿

13、真调试图下图10 所示：图 10 双工对讲机的整体仿真调试图双工对讲机的整体仿真调试分析：A通道为信号源输入50mV,f=500Hz,信号源曲线为一正弦曲线，如上图最上方波形 所示，信号源幅值为50mV B通道是经过UA74蟒置放大后的曲线，如上图第二波形曲线 所示，信号源幅值为500mV C!道时滑动变阻器在中点时经过功率放大器 LM386L勺输出 波形，如上图第三波形曲线所示，信号源幅值为4.5V。D通道时滑动变阻器在中点时的LM386L的输入波形，如上图第四波形曲线所示，信号源幅值为225mV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Uo1=50mV 输出波形幅值

14、为 Ui=500mV 放大彳数：Av=Uo1/Ui=500mV/50mV=1倍。当滑动变阻器变处在中央时，经过集成运放的输出波形幅值Uo=4.5V,而经过滑动变阻器后的幅值Ui=225mV即进入音频功率放大电路的信号 Ui的幅值为225mV ,所以经 过LM386LM大后白音频 U的幅值为4.5V,放大倍数为 Av=Uo/Ui=4.5V/225mV=20倍，因 为幅值格数是估算的，可以说与 LM386®用电路中理论值20倍几乎无相差，属于误差范 围内。输出功率的计算：在输出端放置电压探针和电流探针如下图11 所示：图 11 双工对讲机输出电流电压值仿真图仿真结果如图11所示，输出电压

15、出现在 Vo=-2.30702V ,输出电流为I=-0.288377A, P=-2.30702*-0.288377=0.644W,满足输出功率大于或等于 0.5W 的设计 要求。七、结论与心得在杨老师的悉心授课指导下，我们开始了这学期第16 周的模电课程设计，设计中总体上完成了任务与设计的基本要求：实现双工对讲机和直流稳压电源。在对讲机设计部分重点应用了扬声器兼作话筒和听筒与电阻元件构成平衡电桥实现声、电信号的转换、集成运放UA741的信号放大功能以及LM386坐成功放的电路应用这三个核心器件的使用，比较成功的完成了对声音信号的转换、放大和输出，从原理上实现了对讲机的基本功能。在直流稳压电源设

16、计部分中，主要在于可调三端稳压器件LM317LB选择，通过滑动变阻器与该器件相接可输出+9V的直流电，而且只要保证其工作在线性区即可，不过 也可以使用其他稳压器件，但其他器件都是可以围绕该器件展开的。作为一名电子信息科学与技术的大三学生，这次模拟电子技术课程设计使我们更深一步得掌握模电的相关知识，知识得到巩固和加强，而且让我们认识到理论与实践的差别，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。尤其是模拟电路中学过的知识有了更深刻的掌握，并学会了将理论知识用于实践，解决实际问题的能力。此外，我还意识到对一个电路的设计，首先要从其要求入手，明白要达到的目的，然后确定方案，选择核心器件，在围绕核心部件展开整个电路原理图的设计，在进行参数进算并仿真和调试。本次设计的实践与学习，我认为要学好模拟电子技术这门课程，不仅要学习理解好课本基础知识，更重要的是要通过动手实践，拓宽思维，增强和巩固创造能力。如果你没有掌握真正的技术，也不能实践创造，所以学好基础很重要，锻炼好专业技能。只有通过社会的检验，我们