1、 武漢理工大學模擬電子技術課程設計課程設計任務書學生姓名： XXX 專業班級： 電信1102班 指導教師： 王緒國 工作單位： 信息工程學院 題 目: 多路(或雙路)雙工對講機設計與實現 初始條件： 可選元件：揚聲器，集成運放，集成功放（器件選擇應滿足技術指標）。電容、電阻、電位器若干；或自選元器件。直流電源+9V，或自選電源。可用儀器：示波器，萬用表，毫伏表等。要求完成的主要任務: （1）設計任務根據技術指標和已知條件，完成對多路對講機的設計、裝配與調試，鼓勵自制穩壓電源。（2）設計要求 多路對講機的電路框圖如圖，A1、B1和C1地址是控制講話多路開關選通某一路揚聲器作為送話用，A2、B2和

2、C2地址是控制聽話多路開關選通某一路揚聲器作為聽話用。講話揚聲器通過講話多路開關把信號送入放大系統，然后經過聽話多路開關送入用作聽話的揚聲器，如果講話揚聲器和聽話揚聲器的功能互換時，對應的地址也應互換。在系統中講話工作時，在各路揚聲器附近都有發光二極管顯示，說明系統有人使用，其他人暫時不能使用。當系統無人使用時，發光二極管滅，這時，其他用戶才可以使用系統對話。系統中還設置禁止使用端，在不使用對講系統時，該禁止端使講話多路開關和聽話多路開關停止工作。該系統擴展后可實現醫院病房病員呼喚機。 采用集成運放和集成功放及阻容元件等構成對講機電路，實現雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼作話筒和喇叭，雙向對講

3、，互不影響；工作可靠，效果良好。電源電壓：9V，功率：0.5W。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。 利用Proteus或Multisim仿真設計電路原理圖，確定電路元件參數、掌握電路工作原理并仿真實現系統功能。 安裝調試并按規范要求格式完成課程設計報告書。 選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。時間安排： 1、 前半周，完成仿真設計調試；并制作實物。 2、 后半周，硬件調試，撰寫、提交課程設計報告，進行驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日2 目錄一、課程設計概述11.設計的目的及意義12.仿真軟件proteus：1二、設計內容及過程3

4、1.設計條件及要求32.整體電路設計及仿真電路43.電路中主要元器件介紹53.1運算放大器UA74153.2 音頻集成功放54.各單元電路分析64.1電橋電路64.2前置放大電路74.3功率放大電路8三、仿真過程及記錄91.仿真數據記錄92.仿真結果分析14四 實際電路安裝與調試161.元件列表162.調試環節16五心得體會17參考文獻18 一、課程設計概述1.設計的目的及意義（1） 培養學生正確的設計思想，理論聯系實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態度和勇于探索的創新精神。（2）鍛煉學生自學軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。（3）通過課程設計，使學生在理論計算、結構設計、工程繪圖、

5、查閱設計資料、標準與規范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。（4） 鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業技能。（5） 為今后從事電子技術領域的工程設計打好基礎基本要求。2.仿真軟件proteus：在本次模電課程設計中，需要在裝配實物圖前進行仿真，仿真所用的軟件是proteus。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/2

6、4/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 1.proteus具有設計智能原理圖的功能：豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸出高質量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等

7、多種文檔使用。2.proteus還具有完善的電路仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工業標準SPICE3F5，實現數字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件；多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數信號、單頻FM、數字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入；豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數字圖案發生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛

8、擬終端、SPI調試器、I2C調試器等；生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析； 二、設計內容及過程1.設計條件及要求（1）設計任務：根據技術指標和已知條件，完成多路對講機的設計，裝配與調試。（2）設計要求：采用集成運放和集成功放及阻容元件等構成對講機電路，實現雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼做喇叭和話筒，雙向對講，互不影響，工作

9、可靠，效果良好。電源電壓：+9V，功率0.5W。根據選擇的電路方案，完成對確定方案電路的設計，計算電路元件參數與原件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。 （3）可選原件：揚聲器，集成運放，集成功放（期間選擇應滿足技術指標）。電容、電阻、電位若干；或自選元器件。直流電源+9V，或其他可選電源。 （4）可用儀器：示波器、萬用表、毫伏表等。2.整體電路設計及仿真電路圖2.2.1 雙工對講機原始電路圖 圖2.2.2 替換原件后的對講機仿真電路的一方 3.電路中主要元器件介紹 3.1運算放大器UA741uA741M，uA741I，uA741C（單運放）是高增益運算放大器，用于軍事，工業和商業應用。

10、這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調電壓調零能力與使用適當的電位。 圖2.3.1UA741引腳圖UA741各引腳和工作說明：1和5腳為偏置（調零端），2為正向輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源。 3.2 音頻集成功放 LM386是美國國家半導體公司生產的音頻功率放大 器,主要應用于低電壓消費類產品。為使外圍元件最少,電壓增益內置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態功耗僅為24m

11、W,使得LM386特別適用于電池供電的場 合。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。LM386的引腳圖： 圖2.3.2 LM386的引腳圖LM386的外形和引腳的排列如右圖所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。4.各單元電路分析 4.1電橋電路 圖2.4.1電橋電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）分析電橋原理圖：如圖2.4.1的電橋電路所示，揚聲器（R2）與電阻

12、R1（8），R3（10k）,R4(10k)組成電橋電路。由于電橋電阻遠小于差動放大器的輸入電阻，故差動放大器對電橋的負載效應可以不考慮。電橋的輸出電壓V2V1,式中R/R，R是揚聲器部講話時的等效電阻（8），R是對準揚聲器講話時的電阻變化量。當R很小，即很小時，V2V1V3/4可見差動放大器的輸出信號與揚聲器電阻相對變化率成正比。當自方對準揚聲器講話時，R0，電橋失去平衡，V2V10，該信號經過前置放大電路電壓放大，再經音頻功率放大，傳輸到對方揚聲器去，即對方就可聽見自方的講話聲音。因此此時，對方沒有對準揚聲器講話，故對方R0，電橋輸出信號為零，或者說對方的差動放大器輸出信號為零，所以不會干擾

13、自方講話。反之亦然，這就實現了雙工對講互不影響的作用。圖中揚聲器兼作話筒和喇叭。R15上方的1K電阻以及+9V電源是用來給揚聲器提供偏置電壓的。 4.2前置放大電路 圖2.4.2前置放大電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）前置放大電路原理分析：F007即UA741通用型集成運放，它是一種具有高開環增益，高輸入電壓范圍，有內部頻率補償，高共模抑制比，有短路保護，不會出現阻塞且便于失調電壓調零等特點的高性能集成運放。UA741的7號引腳和4號引腳為偏置端，接入正負9V的電源。1號和5號引腳為調零端。 UA741的兩個輸入端 各接由100K的電阻R5、R6，一方面是配合反饋電阻1M來決定

14、輸出的電壓的表達式，事實上，由于它們滿足一定比例關系，增益放大的倍數是不變的。另一方面，為了保證運算放大器的兩個差動輸入端處于平衡工作狀態，避免輸入偏流產生附加的差動輸入電壓。采用差動輸入的方式，運算放大器工作于線性區，線性電路的疊加原理適用于此處，即可求出V1和V2分別作用時VO的結果，然后利用疊加原理，得出V1和V2同時作用的結果。D1、D2為輸入保護二極管，限制輸入電壓幅度。RV1為滑動變阻器，作用是用來調節進入音頻功率放大級的信號大小。即調節音量大小。4.3功率放大電路 圖2.4.3功率放大電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）功率放大電路原理分析：原電路圖中，音頻功率放大電

15、路采用5G37，但由于仿真軟件中無此元件。所以proteus采用LM386電路， LM386為低電壓音頻功率放大器。如圖5.左圖所示為LM386外圍器件最少的連接方式，其內置電壓增益為20倍。若在其1號引腳和8號引腳間接入電阻和電容可將其電壓增益提高。采用該連接方式，最小失真率為%0.2。C4為4.7uF為退耦電容，所謂退耦即防止前后電路網絡電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流沖動對網絡的正常工作產生影響。換言之，退耦電容能夠有效地消除電路網絡之間的寄生耦合。退耦濾波電容的取值通常為4.7-200uF，退耦壓差越大，電容的取值應該越大。7號引腳所接為旁路電容，它可將混有高頻信號和低頻信號的

16、交流信號中的高頻成分旁路掉的電容。C2為隔直傳交電容，R2為8歐的電阻將其看做揚聲器，觀察其輸出波形。 三、仿真過程及記錄1.仿真數據記錄（1） 激勵源參數： 25mV,f=1KHz信號源曲線：為一正弦曲線，如圖3-1所示。信號源幅值為5mV。 圖3.1.1輸入信號經UA741前置放大后的曲線如圖（7）所示： 圖3.1.3 經UA741前置放大后的曲線由波形可以看出，信號經過前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為10mV，輸出波形幅值為48.00mV,所以Ui的有效值為7.07mV，輸出Uo1的有效值為33.94mV。放大倍數Av=Uo1/Ui=4.80倍。（3）RV處于中點處經過滑變后的

17、信號： 圖3.1.4 RV處于中點處經過滑變后的信號輸出波形（4） RV處于中點處經過LM386放大的波形： 圖3.1.5 RV處于中點處經過LM386放大的信號輸出波形 （5）調節音量大小后的曲線如圖3.1.8：1 當滑動變阻器向上滑動至最上端即音量調到最大時對應的輸出波形： 圖3.1.6 RV處于如圖所示點處輸出波形由波形可見，這時信號已明顯失真。2 音量為50%時對應的輸出波形： 圖3.1.7 RV處于中點處輸出波形3 音量最小時對應的輸出波形： 圖3.1.10 RV處于最低點處輸出波形2.仿真結果分析由交流毫伏表示數及波形可以看出，信號經過前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為10

18、mV，輸出波形幅值為48.00mV，放大倍數Av=Uo1/Ui=4.80倍。當滑變處在中央時，監測輸入輸出波形。Uo的幅值為48mV，經過滑動變阻器后的Ui的幅值為11.50mV，進入音頻功率放大電路的信號Ui的幅值為23mV，,所以經過LM386放大后的音頻U的幅值為475mV，放大倍數為Av=Uo/Ui=475mV/23mV=20.65倍，與理論值20倍相差不大，屬于誤差范圍內。經過電容濾波最終信號的幅值為252.5mV，所以放大倍數為Av=252.5mV/10mv=25.25倍，此時滑動變阻器在中點。當滑動變阻器處于最大值時，最終輸出波形的幅值為337.5mV，不過故事波形已失真，最終放

19、大倍數為Av=337.5mV/10mV=33.75倍。輸出功率的計算：在輸出端放置電壓探針和電流探針如圖所示：圖3-8 喇叭的電壓與電流仿真結果如圖(13)所示，最大電壓出現在Vmax=0.191057V，Imax=0.023882A, Pmax=0.191057*0.023882A=0.004563W,滿足輸出功率小于等于0.5W。 四 實際電路安裝與調試1.元件列表 元件名稱數量（個）元件名稱數量（個）運放uA7412二極管4運放LM3862電容1uF2電阻1K2電容4.7uF2電阻10K4電容10uF2電阻100k4電容250uF2電阻1M4喇叭2電阻8歐4麥克風2滑動變阻器10K22.

20、調試環節檢查電路及電源電壓檢查電路元器件是否接錯，注意晶體管管腳、二極管方向、電解電容極性是否接對、焊接點是否牢固等，檢查電路無誤，再測電源電壓的數值和極性是否符合設計要求。一切正常之后方可接通電源開始調試實驗。靜態調試先不接輸入信號，測量各級晶體管靜態工作點。檢測運放的正負輸入端以及輸出端，測量各個節點的電壓與理論值相比較，在誤差允許范圍內數據合理后再接入輸入信號。動態調試接輸入信號，各級電路的輸出端應有相應的信號輸出。線性放大電路不應有非線性失真；波形產生及變換電路的輸出波形也應符合設計要求。調試時，可由前級開始逐級向右檢測，這樣容易找出故障點，及時調整改進。指標測試電路能正常工作之后，即可進行技術指標測試。根據設計要求。逐個測試指標完成情況。 五心得體會作為一名電子信息工程的學生，能夠參加這次模擬電子技術的課程設計，我感到非常幸運。因為通過這次課程設計，不僅讓我提高了自己獨立思考、動手的能力，而且讓我對課本上的理論知識有了更深的理解。另外，通過這次實踐，也讓我結識并初步掌握了又一款強大的仿真軟件proteus，這讓我有一種小小的成就感。不過，在本次課設過程中也不是一帆風順的。畢竟自己在對模擬電子技術理論的學習部分沒