1、課程設計說明書課程名稱： 模擬電子技術課程設計 題 目： 雙工對講機設計 學生姓名： 專 業：電子信息科學與技術 班 級： 學 號： 指導教師： 日 期： 2012 年 12 月 21 日雙工對講機設計1、元件采用集成運放和集成功放及電阻、電容等，實現甲、乙雙方異地有線通話對講功能； 2、用揚聲器兼作話筒和喇叭，雙向對講，互不影響；3、電源電壓選用+9V，輸出功率05W，工作可靠，效果良好；4、設計電路所需的直流穩壓電源（即+9V電源）。二、方案設計與論證總體設計思路：本次課程設計課題為雙工對講機設計，根據設計任務與要求可知道本次設計主要采用揚聲器兼作話筒和喇叭作為人音頻信號的采集接受轉換裝置

2、，通過集成運放及電阻、電容等構成對微弱聲音信號的前置放大電路，對信號進行適當的放大，再由集成功放及電阻、電容等構成功率放大電路對經前置放大的音頻信號進行功率放大，然后推動揚聲器工作，從而實現異地雙方的有線通話。本次設計整體參考原理電路框圖如下圖1所示：聲電轉換電路功率放大器前置放大器功率放大器直流電源電路聲電轉換電路前置放大器甲乙圖1 雙工對講機整體參考原理電路框圖由上面框圖知實現對講的關鍵是將聲音信號變換為電信號，經過放大、傳輸后推動揚聲器發出聲音，其為又將電信號還原成聲音信號輸出，供對方接收（聽）。方案一：設計可采用電橋構成測量電路，揚聲器（8電阻）與三個電阻構成平衡電橋，對由揚聲器產生的

3、微弱信號進行測量，電橋的對稱兩端取輸出電壓作為前置放大器的差動輸入信號，即引到集成運放UA741進行電壓放大，然后再經集成運放LM386進行功率放大，推動揚聲器工作。方案二：整個系統電路全部采用集成運放，接收部分采用超外差接收方式。用專用收音接收芯片D1800和集成功放D2822以及外圍阻容元件組成。D1800作為收音接收專用芯片，內部集成了FM混頻、本振，低通濾波，FM中放、鑒頻和靜噪、一級功放于一體，具有高穩定性。集成功放D2822作為第二級功率放大，進一步放大功率推動揚聲器發出聲音。該方案原理框圖如下圖2所示：圖2 方案二電路設計原理框圖方案二系統主要部分采用專用集成芯片，接收范圍廣，信

4、號強度好且清晰，能夠更好的實現本次設計的目的，但是電路結構復雜，實現起來有難度，而且對于實物采購成本高，在本設計中沒有使用的必要。相比之下，方案一設計考慮到了所有設計要求，電路結構也比較簡單，用揚聲器兼作話筒和喇叭，揚聲器中的微弱信號用電橋進行測量要求電橋要達到平衡，整體采用集成運放和集成功放及阻容元件搭成，理論上能夠滿足設計要求，雖然缺點在于穩定度不高，雜音較重，經綜合比較，考慮到成本和設計需要，我們本次模電課程設計采用了方案一。三、單元電路設計與參數計算（一）聲電轉換電橋電路設計聲電轉換電橋電路原理圖如下圖3所示：圖3 聲電轉換電橋電路圖（左圖為仿真圖、右圖為原理圖）聲電轉換電橋電路設計原

5、理說明：電路設計中采用4個電阻（8和1k各一個、102個），+9V直流穩壓電源，一個8揚聲器（仿真圖中用信號源代替）及一個0.1uF的電容。電路由以上器件構成一個恒壓供電的平衡電橋電路， 當揚聲器無接收聲音時，=0，即=0，此時電橋處于平衡狀態，電路不工作；（二）前置放大器電路設計前置放大器電路原理圖如下圖4所示：前置放大器電路設計原理說明：=0，某方講話時使UA741的7號引腳和4號引腳為偏置端，接入正負9V的直流穩壓電源。1號和5號引腳為調零端。UA741的兩個輸入端均接由100k的電阻R5、R6，引入電壓串聯負反饋1M電阻R8來決定輸出的電壓的表達式，它們滿足一定比例關系，增益放大的倍數

6、是不變的。另一方面，是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。功率放大器電路設計功率放大器電路原理圖如下圖5所示：圖5 功率放大器電路原理圖功率放大器電路設計原理說明： 本次電路圖集成功放采用低電壓音頻功率放大器LM386，C4為4.7uF為去耦電容，去耦就是防止

7、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。即去耦電容能夠有效地消除電路網絡之間的寄生耦合。去耦濾波電容的取值通常為4.7-200uF，去耦壓差越大，電容的取值應該越大。LM386的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交流信號中的高頻成分旁路掉的電容，即過慮掉。C2為隔直傳交電容，R2為8的電阻將其看做揚聲器，觀察其輸出波形。圖6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，采用該連接方式，最小失真率為%0.2。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，如圖6右圖所示。 圖6 LM386經典應用電路

8、圖 （四）+9V可調直流穩壓電源電路設計+9V可調直流穩壓電源電路原理圖如下圖7所示：圖7 可調直流穩壓電源電路原理圖+9V可調直流穩壓電源電路原理說明：1） 變壓電路：取市電，把220V、50HZ的單相交流電先降壓，變成所需的交流電，在protues中的元件庫中選變壓器ALTERNATOR,兩邊分別接上電壓表，且變壓器的原副邊同時接地，并與后面直流部分電路共地，修改原副邊線圈比值。2） 整流濾波電路：整流采用常用的二極管橋式整流電路，采用全波整流電路；濾波電路由2200uF的電解電容C1過濾，濾波電容兩端并聯一電源指示電路，即一個電阻串聯一個發光二級管，調試時二極管發光，說明濾波之前電路無故

9、障；否則可判斷前面電路有問題。3） 集成穩壓電路：核心器件采用穩壓可調LM317L，為保護集成器件再接反的狀態下不被燒毀，在輸入、輸出端之間接反向保護二極管1N4003。電容C6與C11分別為去抖和濾波作用，C6是防止滑動變阻器滑動時抖動產生的諧波，C11為輸出做二次濾波，去掉輸出電壓波形中細小的交流波形。四、總原理圖及元器件清單總電路原理圖如下圖8、圖9所示：圖8 雙工對講機整體電路設計原理圖（不含直流穩壓電源）圖9 雙工對講機電源提供電路元件清單元件序號型號主要參數數量備注R1R20普通電阻8、200、1k、7.5k、10k、100k、1M20C1C4,C7C10普通電容1nF、4.7uF

10、、10uF、250uF8C1、C6、C11電解電容10uF、100uF、2200uF3RV1RV3滑動變阻器2.443k、10k3V1、V2信號發生源2D1D41N40074D6、D71N40032D5LED-YELLOW1U1、U3UA7412U2、U4LM386L2U5LM317L1TR1變壓器1BR1橋式整流器1LS1、LS2SPEAKER2五、安裝與調試電橋電路及電源電路的檢查檢查電路元器件是否接錯，注意二極管方向、電解電容極性是否接對、檢查電路原理圖無誤，再測電源電壓的數值和極性是否符合設計要求。一切正常之后方可開始調試實驗。靜態調試調試過程中先不接輸入信號，檢測運放的正負輸入端以及

11、輸出端，防止產生自激振蕩，并且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，用示波器觀察其波形是否失真。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。六、性能測試與分析雙工對講機的整體仿真調試圖下圖10所示：圖10 雙工對講機的整體仿真調試圖雙工對講機的整體仿真調試分析：A通道為信號源輸入50mV,f=500Hz，信號源曲線為一正弦曲線，如上圖最上方波形所示，信號源幅值為50mV。B通道是經過UA741前置放大后

12、的曲線，如上圖第二波形曲線所示，信號源幅值為500mV。C通道時滑動變阻器在中點時經過功率放大器LM386L的輸出波形，如上圖第三波形曲線所示，信號源幅值為4.5V。D通道時滑動變阻器在中點時的LM386L的輸入波形，如上圖第四波形曲線所示，信號源幅值為225mV。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Uo1=50mV，輸出波形幅值為Ui=500mV，放大倍數：Av=Uo1/Ui=500mV/50mV=10倍。當滑動變阻器變處在中央時，經過集成運放的輸出波形幅值Uo=4.5V，而經過滑動變阻器后的幅值Ui=225mV，即進入音頻功率放大電路的信號Ui的幅值為225m

13、V，,所以經過LM386L放大后的音頻U的幅值為4.5V，放大倍數為Av=Uo/Ui=4.5V/225mV=20倍，因為幅值格數是估算的，可以說與LM386L應用電路中理論值20倍幾乎無相差，屬于誤差范圍內。輸出功率的計算：在輸出端放置電壓探針和電流探針如下圖11所示：圖11 雙工對講機輸出電流電壓值仿真圖仿真結果如圖11所示，輸出電壓出現在Vo=-2.30702V，輸出電流為I=-0.288377A， P=-2.30702*-0.288377=0.644W,滿足輸出功率大于或等于0.5W的設計要求。七、結論與心得在楊老師的悉心授課指導下，我們開始了這學期第16周的模電課程設計，設計中總體上完

14、成了任務與設計的基本要求：實現雙工對講機和直流穩壓電源。在對講機設計部分重點應用了揚聲器兼作話筒和聽筒與電阻元件構成平衡電橋實現聲、電信號的轉換、集成運放UA741的信號放大功能以及LM386L集成功放的電路應用這三個核心器件的使用，比較成功的完成了對聲音信號的轉換、放大和輸出，從原理上實現了對講機的基本功能。在直流穩壓電源設計部分中，主要在于可調三端穩壓器件LM317L的選擇，通過滑動變阻器與該器件相接可輸出+9V的直流電，而且只要保證其工作在線性區即可，不過也可以使用其他穩壓器件，但其他器件都是可以圍繞該器件展開的。作為一名電子信息科學與技術的大三學生，這次模擬電子技術課程設計使我們更深一

15、步得掌握模電的相關知識，知識得到鞏固和加強，而且讓我們認識到理論與實踐的差別，認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。尤其是模擬電路中學過的知識有了更深刻的掌握，并學會了將理論知識用于實踐，解決實際問題的能力。此外，我還意識到對一個電路的設計，首先要從其要求入手，明白要達到的目的，然后確定方案，選擇核心器件，在圍繞核心部件展開整個電路原理圖的設計，在進行參數進算并仿真和調試。本次設計的實踐與學習，我認為要學好模擬電子技術這門課程，不僅要學習理解好課本基礎知識，更重要的是要通過動手實踐，拓寬思維，增強和鞏固創造能力。如果你沒有掌握真正的技術，也不能實踐創造，所以學好基礎很重要，鍛煉好專業技能。只有通過社會的檢驗，我們才能成為合格的電子專業的學生。八