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1、成都理工大学 电子系统设计实验报告 红外耳机班级：测控二班组员：刘程程 201106010225费鹏201106010201陈聪 201106010210许助 201106010208老师：曾国强红外耳机发射部分一：红外耳机发射部分总系统1：发射部分系统原理该系统需完成将音频信号转换为可传播的红外信号。首先输入的音频信号，即左右双声道合成单声道，然后通过输入放大器进行放大，再经过地图滤波器继续滤波，得到音频正弦波信号。另一方面，还需通过施密特触发器产生一个时钟信号， 在通过 D 触发器和缓冲期输出一个矩形的脉冲波信号，接着输入差动积分器从而输出一个三角波。将以上的三角波信号和和音频正弦波喜欢输
2、入比较器（调制器） ，产生一个携带音频信息的矩形波脉冲流，通过加速电容电路和脉冲放大电路（即三极管） ，来驱动红外发射管发射携带音频信息的红外信号。2：发射部分的实验原理流程图3：发送部分的实验原理图 14：发送部分的实验原理图 2二：红外耳机发送部分各分系统分析（一）：电源电压系统1：原理图2：系统功能该系统通过整流桥的滤波和三端稳压器的稳压作用，产生稳定的电压。3：系统原理分析3.1 整流桥的作用：就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电。3.2 稳压器的作用：保护电路，起到降压、稳压的作用。用 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外
3、围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。因为 7812 的失稳电压是3V， 就是说输入最小电压要比输出大 3V。也就是说最小 15V。3.3 电容元件的作用：C4 与 C5 分别为输出输入端的滤波电容，目的是提高 IC 的稳定性，输入断加上整流桥电路。（二）：输入放大系统1：原理图2：系统功能左右声道输入合成单声道端口与输入运放电路3：系统工作原理3.1：左和右声道的音频被信号被转换成单声道，滑动变阻器VR1用来控制220nf电容左端电平的高低， 从而控制了输入音频的振幅。两个100K的电阻通过分压作用固定了IC1b5点的电位，220nf电容起了
4、一个滤波的左右3.2：IC1b为输入同相放大器。利用虚断虚短原理：V5=V6，I5=I6=0.负反馈原理V5=V6=V7*（1/（22+1） ）从而得到电压增益Av：1+22K/1K=33V5=Vout*(100K/(100K+47+270)从而将输入的音频信号进行放大。（三）低通滤波系统1：原理图测试结果2：系统功能双级二阶低通滤波电路，使有用频率通过而同时抑制无用频率，该系统是有两节 RC 滤波器和电压跟随器组成，因为电压跟随器的输入阻抗高，输出阻抗低，因此它带负载的能力也得到了加强。低通滤波器保证了 15KHZ 以上的信号被过滤掉了。3：系统工作原理通带电压增益 Ao 是 w=0 时的输
5、出电压与输入电压之比，即通带电压增益即等于电压跟随器的电压增益等于 1。电路传递函数：Wc=1/(RC)Q=1/(3-Avf)Avf=1Wc 为特征角频率（四）施密特触发器，D 触发器与缓冲器系 统1：原理图2：系统功能通过施密特触发器， D 触发器与缓冲期将 IC2 的 6 与 14引脚输入的交流信号（180KHZ 的时钟信号）转换为矩形波脉冲信号（90KHZ） 。3：系统工作原理3.1;施密特触发器进行脉冲波形的变换，门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈
6、值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于 vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达 V+时，输出电压发生突变，而输入电压 Vi 由高变低，到达 V-，输出电压发生突变。3.2：边沿 D 触发器，将不对称的波形
7、转换为对称的矩形波，施密特触发器的输出端4引脚接在 D 触发器的时钟输入引脚（3引脚）上。当 D 触发器的 CLK 电平进行变化时， 则使 D 触发器输出端发生变化，由 D 触发器的特性方程Q*=D，又因为 D 端和 Q端连在一起，则当 CLK 电平变化时，输出端在高电平和低电平连续的进行变换，产生恒定频率的矩形波。3.3：缓冲器的作用（1） ：使电路有稳定的输出阻抗。（2） ：使输出波形有更陡峭的边沿。（3） ：为了有更好的电压传输特性。（五）差动积分器系统1：原理图测试结果3：系统功能通过差动积分器电路，将 90KHZ 的矩形波信号积分输出为对称的 90KHZ 的三角波信号。3：系统工作原
8、理利用虚断与虚短的特点，可知：i5=i6=0，V5=V6利用节点电流方程得：1：(Vi1V6)/5.6K=(V6V7)/(1/2.2M+w*680pF)2:(Vi2V5)/2.2M=V5/(1/w*100nF)其中，Vi2=12V*(47k/(47k+47k)联立以上方程即可求出他的传递函数。（六）：比较调制器系统1：原理图2：系统功能同 LM311 的比较调制作用，将 LM311 的 3 引脚输入的正弦波音频信号和 2 引脚输入的三角波信号进行比较调制，从而在 7 引脚输出 90KHZ 的矩形脉冲流。3：系统的工作原理比较器正端（+）的电压大于负端（）的电压，则输出为高电平，反之则输出为低电
9、平因此当正端输入的音频信号（正弦波）大于负端输入的三角波信号时，输出的是高电平，反之输出为低电平。其中输出脉冲的宽度，正比与音频信号的振幅。（七）红外发射系统1：原理图2：系统功能将输入的PWM脉冲流通过PNP开关晶体管来驱动红外发射管，从而产生红外光脉冲流，发送到接受器。3：系统工作原理3.1：加速电容电路2.2nF 电容与 4.7K 的电阻构成加速电容电路，目的是为加快三极管的导通和截止的速度。加速导通过程。当输入信号电压从低电平跳变到高电平时，由于电容两端的电压不能突变，加到三极管基极的电压为一个尖顶脉冲，其电压幅值最大，这一尖项脉冲加到三极管基极，使三极管基极电流迅速从零增大到很大，这
10、样三极管迅速从截止状态进入饱和状态，加速了三极管的饱和导通，即缩短了三极管饱和导通时间（三极管从截止状态进入饱和状态所需要的时间）。维持导通过程。在某一时刻之后，对电容的充电很快结束，这时输入信号电压 U 加到三极管基极的电压比较小，维持三极管的饱和导通状态。加速截止过程。 当输入信号电压“从高电平突然跳变到低电平时，由于 Cl 上原先充到的电压极性为左+右一，加到三极管基极电压为负尖顶脉冲，即加到三极管基极的电压为负，加快了三极管从基区抽出电荷的过程，使三极管以更快的速度迅速从饱和转换到截止状态，即缩短了三极管向截止转换的时间。从上述电路分析中可知，由于接入电容，三极管以更快的速度进入饱和状
11、态，同样也以更快的速度进入截止状态，可见电容具有加速三极管工作状态转换的作用，所以将电容称为加速电容。3.2：脉冲放大三极管当基极电压为高电平时，三极管导通当基极电压为低电平时，三极管截止通过脉冲放大三极管，来放大输入的矩形脉冲流，从而驱动红外发射管，发射红外线。红外耳机接受部分（一）电流电压转换电路1：原理图2：电路功能该电路主要将微弱的电流变化转化为我们需求的电压变化，从而完成 I/V 转换。3：电路原理分析接受二极管通过接受红外线产生微弱的电流，从而在IC1b 上产生微弱的电压，通过反向放大器将电压放大，15pF电容并联电阻的作用是：输出端产生的高频信号通过电容反馈到 6 引脚输入端，因
12、为电容的作用所以被反馈的高频信号相位有延迟，不同于输入的信号相位，因此高频信号被抵消了一部分，最后反映的输出端现象就是低频增益变大。电阻的作用是输出端的任意电压都会被电阻反馈到输入端，并与之进行相减处理，从而限制了放大倍数，运放也不容易进入锁死状态。（二）：运放电路1：原理图2：电路功能完成将电压信号放大到所需求的电压信号，也就是运放放大作用。3：电路原理分析反相运放电路，利用虚断和虚短的特性，可知电压增益：IC1 输出端与正输入端接人一个电容和电阻串联反馈支路， 作用是抑制振荡， 由于电路本身有固有的震荡频率，因此输入和输出之间会产生一定的相位差，通过电容和电阻的反馈调制，使输出的频率逐渐的
13、稳定下来。（三）：限幅电路1：原理图经过对放大信号的幅度限制， 就把发送端处理得到的占空比不同的 90KHZ 方波还原。（四）滤波部分将得到的方波信号在经过二阶低通滤波，除去不需要的成分，同时除去噪音，杂质。（五） 音频输出最后，经过 LM386 把最原始的声音还原到耳机输出。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。焊接在正确雕刻好 pcb 板子后，打开原理图，仔细比对把相应的器件焊接到板子上。在焊接时，注意先焊接食物相对较低的、整齐的，如电阻，芯片底座。由于是自己雕刻的单面板，在画 PC
14、B 的时候没有把安全距离调的更宽，焊盘大小也不是很大，焊接时尽量注意，不要把雕刻出来的线焊接断了，或则短路的问题。调试5.1 先调试好发射模块的板子。5.1.1 在上电开关按下后，立刻出现短路现象，1000uV 的电解电容就很快爆炸了，同时 7812 也很快发烫。检查电路后，再次把电容焊接好，有给电压，又烧了一个电容。第三次把线路一次检查，把焊接时留下的多余的焊锡影响到其它模块的挂掉后，再接电路，指示灯亮，电路电压工作正常。5.1.2通电后，用万用表测量 7812 输出电压，约为 11.2V,说明电源输入模块是正确的。5.1.3 给输入声音信号出用函数发生器加一正弦信号，声音信号放大后，得到的
15、信号仍然是正弦信号在 LM833 的 7 脚测得电压为 9.67V 经过滤波后 1 脚电位和 7 脚直流电压相同，在经过 TL072 的 1 脚是处理后的正弦信号，说明放大，滤波模块也是正确的。5.1.4 触发器产生 90KHZ 模块的测试。我们在调试过程中在4093B的4脚产生的是5.36MHZ的正弦信号。 应该是个180KHZ左右的方波信号。在仔细检查电路图和 PCB 图后，同时测量它的 14 脚电压为 11.6V,说明共电压是正常的，没有找到错误。把其它的芯片拔掉多次调试测量后仍然是一样的结果。所以可能的错误是整块板子可能有错误，也许这块 4093B 有问题。5.2 调试接收的板子。由于
16、发射的板子都没有调试好，所以接收的板子也没办法调试。体会与心得在这次电子设计的过程中，我们学到了很多东西。首先在画电路图时，要仔细，不能有一点错误。画 pcb 时，要注意线于线之间安全距离，线的宽度要尽量大点。无论时雕刻版子，焊接电路，调试过程都要正确，前一个步骤会直接影响到下一个步骤的进行。要顺利完成“红外无线耳机的设计与制作”这个课题，需要将自身所学知识与设计要求紧密结合，准确地判断出本课题中所包含的各个知识点的要求，并能够利用自身所学有针对性地完成课题研究中各个环节各个阶段的相关任务，举一反三，融会贯通，在认真完成本课题 的基础上能有所突破。进一步加深对相关知识的理解和掌握能力，进一步提高动手操作能力，增强实践技能，使自身素质得到升华。发射模块实物图发射模块实物图附图附图 6：
