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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 12 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05W，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
2、喇叭作为人音频信号的采集接受转换装置，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（8 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
3、引到集成运放 UA741 进行电压放大，然后再经集成运放 LM386 进行功率放大，推动扬声器工作。声电转换电路功率放大器前置放大器功率放大器直流电源电路声电转换电路前置放大器甲乙图 1 双工对讲机整体参考原理电路框图方案二：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 D1800 和集成功放 D2822 以及外围阻容元件组成。D1800作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
4、二系统主要部分采用专用集成芯片，接收范围广，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：图 2 方案二电路设计原理
5、框图声电转换电桥电路设计原理说明：电路设计中采用 4 个电阻（8 和 1k 各一个、102 个） ，+9V 直流稳压电源，一个 8 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恒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：1423124()ORVV当扬声器无接收声音时， =0，即 =0，此时电桥处于平衡状1423RO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，0，电桥失去平衡， 0，该输入信号经过前置放大电路电压1423ROV放大，再经音频功率放大
6、，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 0，电桥输出信1423R号为零，或者说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 3 声电转换电桥电路图（左图为仿真图、右图为原理图）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 =0，
7、某方讲话时使 0，即电桥处于非平衡状态。UA741OVOV的 7 号引脚和 4 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 的两个输入端均接由 100k 的电阻 R5、R6，引入电压串联负反馈 1M 电阻 R8 来决定输出的电压的表达式，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，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。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
8、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 的 7 号引脚所接
9、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 8 的电阻将其看做扬声器，观察其输出波形。图 6 左图所示为 LM386 外围器件最少的连接方式，其内置电压增益为 20 倍，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。 （四）+9V 可调直流稳压电源电路设计+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，
10、变成所需的交流电，在 protues 中的元件库中选变压器 ALTERNATOR,两边分别接上电压表，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图 6 LM386 经典应用电路图 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
11、。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 8、200、1k、7.5k、10k、100k、1M20C1C4,C7C10 普通电容 1nF、4.7uF、10uF 、250uF 8C1、C6、C11 电解电容 10uF、100uF、2200uF 3RV1RV3 滑动变阻器 2.443
12、k、10k 3V1、V2 信号发生源 2D1D4 1N4007 4D6、D7 1N4003 2D5 LED-YELLOW 1U1、U3 UA741 2U2、U4 LM386L 2U5 LM317L 1TR1 变压器 1BR1 桥式整流器 1LS1、LS2 SPEAKER 2五、安装与调试电桥电路及电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
13、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 UA741 前置放大后的曲线，如上图第二波形曲线所示，信号源幅值为 500mV。
14、C 通道时滑动变阻器在中点时经过功率放大器 LM386L 的输出波形，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，输出波形幅值为 Ui=500mV，放大倍数：Av=Uo1/Ui=500mV/50mV=10 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 LM386
15、L 放大后的音频 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 LM386L 应用电路中理论值 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，输出电压出现在 Vo=-2.30702V，输出电流为 I=-0.A， P=-2.30702*-0.=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 LM386L 集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。在直流稳压电源设计部分中，主要在于可调三端稳压器件 LM317L 的选择，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
