雙工對(duì)講機(jī)-附答辯

1、模擬電子技術(shù)課 程 設(shè)計(jì)論文題目： 雙工對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì)與制作 專業(yè) ： 11電子本 小組成員: 蔣波 201100805039 史繼鵬 201100904042 郭玉楠 201100805091 指導(dǎo)老師： 王麗 完成時(shí)間： 2013年6月24日 雙工對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì)與制作【摘要】 本設(shè)計(jì)采用集成運(yùn)放和集成功放及阻容元件等, 以電橋電路、ua741集成運(yùn)放電路、LM386功率放大電路等集成了雙工對(duì)講機(jī)的整體電路,實(shí)現(xiàn)了異地雙方可以同時(shí)講話互不影響的雙工對(duì)講機(jī)。該調(diào)頻發(fā)射機(jī)可以應(yīng)用于外出旅游、商場(chǎng)、購(gòu)物等。實(shí)際測(cè)試表明其具有一定的實(shí)用性?！娟P(guān)鍵詞】 雙工對(duì)講 proteus仿真 前置放大電路 功率放大

2、電路前言雙工對(duì)講機(jī)是將待傳送的音頻信號(hào)先通過(guò)前置放大電路,然后通過(guò)功率放大電路，放大到額定的功率, 然后利用天線以電磁波的方式發(fā)射出去, 在另一對(duì)講機(jī)上接收信號(hào)后，通過(guò)揚(yáng)聲器播放，實(shí)現(xiàn)雙工對(duì)講功能。本設(shè)計(jì)主要利用模擬電子技術(shù)和通信技術(shù), 設(shè)計(jì)了互不影響的雙工對(duì)講機(jī)機(jī)。一 雙工對(duì)講機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案雙工對(duì)講機(jī)機(jī)可以分為以下幾個(gè)模塊: 聲電轉(zhuǎn)換電橋電路、前置放大放大電路; 功率放大電路。各模塊之間的關(guān)系如圖1 所示。功率放大電路電橋電路前置放大電路輸出信號(hào)源1功率放大電路前置放大電路輸出電橋電路信號(hào)源2圖1-1 雙工對(duì)講機(jī)機(jī)方框圖二 開(kāi)發(fā)環(huán)境proteus介紹Proteus軟件是英國(guó)Labcente

3、r electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10

4、/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)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。 其功能特點(diǎn) Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖 （2）PCB自動(dòng)或人工布線 （3）SPICE電路仿真 革命性的特點(diǎn) （1）互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、

5、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。Proteus提供了豐富的資源 （1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。 （2）Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 （3）除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供

6、了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 （4）Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 電路功能仿真 在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多

7、單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。 由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái) 隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)。可使設(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資

8、大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。 使用Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì), 是虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)和全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，我們使用 Proteus 開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。 目前Prot

9、eus的最新版為7.7 sp2,今年將推出8.0版本，增加DSP系列及AR M cortex處理器。三 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 雙工對(duì)講機(jī)整體電路圖圖3-1雙工對(duì)講機(jī)原始電路圖圖3-2替換原件后的對(duì)講機(jī)的一方3.2 雙工對(duì)講機(jī)各單元電路介紹3.2.1 電橋電路 圖3-3電橋電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）以下原理分析以原理圖為準(zhǔn)：電橋電路如圖3-3所示，揚(yáng)聲器（R2）與電阻R1（8），R3（10k）,R4(10k)組成電橋電路。由于電橋電阻遠(yuǎn)小于差動(dòng)放大器的輸入電阻，故差動(dòng)放大器對(duì)電橋的負(fù)載效應(yīng)可以不考慮。電橋的輸出電壓V2V1,式中R/R，R是揚(yáng)聲器部講話時(shí)的等效電阻（8），R是

10、對(duì)準(zhǔn)揚(yáng)聲器講話時(shí)的電阻變化量。當(dāng)R很小，即很小時(shí)，V2V1V3/4可見(jiàn)差動(dòng)放大器的輸出信號(hào)與揚(yáng)聲器電阻相對(duì)變化率成正比。當(dāng)自方對(duì)準(zhǔn)揚(yáng)聲器講話時(shí)，R0，電橋失去平衡，V2V10，該信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路電壓放大，再經(jīng)音頻功率放大，傳輸?shù)綄?duì)方揚(yáng)聲器去，即對(duì)方就可聽(tīng)見(jiàn)自方的講話聲音。因此此時(shí)，對(duì)方?jīng)]有對(duì)準(zhǔn)揚(yáng)聲器講話，故對(duì)方R0，電橋輸出信號(hào)為零，或者說(shuō)對(duì)方的差動(dòng)放大器輸出信號(hào)為零，所以不會(huì)干擾自方講話。反之亦然，這就實(shí)現(xiàn)了雙工對(duì)講互不影響的作用。圖中揚(yáng)聲器兼作話筒和喇叭。R15上方的1K電阻以及+9V電源是用來(lái)給揚(yáng)聲器提供偏置電壓的。3.2.2 前置放大電路 圖3-4前置放大電路（左圖為proteus

11、仿真圖，右圖為原理圖）F007即uA741通用型集成運(yùn)放，它是一種具有高開(kāi)環(huán)增益，高輸入電壓范圍，有內(nèi)部頻率補(bǔ)償，高共模抑制比，有短路保護(hù)，不會(huì)出現(xiàn)阻塞且便于失調(diào)電壓調(diào)零等特點(diǎn)的高性能集成運(yùn)放。UA741的7號(hào)引腳和4號(hào)引腳為偏置端，接入正負(fù)9V的電源。1號(hào)和5號(hào)引腳為調(diào)零端。 UA741的兩個(gè)輸入端 各接由100K的電阻R5、R6，一方面是配合反饋電阻1M來(lái)決定輸出的電壓的表達(dá)式，事實(shí)上，由于它們滿足一定比例關(guān)系，增益放大的倍數(shù)是不變的。另一方面，為了保證運(yùn)算放大器的兩個(gè)差動(dòng)輸入端處于平衡工作狀態(tài)，避免輸入偏流產(chǎn)生附加的差動(dòng)輸入電壓。采用差動(dòng)輸入的方式，運(yùn)算放大器工作于線性區(qū)，線性電路的疊加

12、原理適用于此處，即可求出V1和V2分別作用時(shí)VO的結(jié)果，然后利用疊加原理，得出V1和V2同時(shí)作用的結(jié)果。D1、D2為輸入保護(hù)二極管，限制輸入電壓幅度。RV1為滑動(dòng)變阻器，作用是用來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入音頻功率放大級(jí)的信號(hào)大小。即調(diào)節(jié)音量大小。3.2.3 功率放大電路原電路圖中，音頻功率放大電路采用5G37，但由于仿真軟件中無(wú)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3-5左圖所示為L(zhǎng)M386外圍器件最少的連接方式，其內(nèi)置電壓增益為20倍。若在其1號(hào)引腳和8號(hào)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，

13、所謂退耦即防止前后電路網(wǎng)絡(luò)電流大小變化時(shí)，在供電電路中所形成的電流沖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的正常工作產(chǎn)生影響。換言之，退耦電容能夠有效地消除電路網(wǎng)絡(luò)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(yīng)該越大。7號(hào)引腳所接為旁路電容，它可將混有高頻信號(hào)和低頻信號(hào)的交流信號(hào)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(yáng)聲器，觀察其輸出波形。 圖3-5功率放大電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）3.3 元件介紹3.3.1 運(yùn)算放大器UA741uA741M，uA741I，uA741C（單運(yùn)放）是高增益運(yùn)算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。這類單

14、片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作。這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號(hào)范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧D3-6 ua741管腳圖uA741M，uA741I，uA741C芯片引腳和工作說(shuō)明： 1和5為偏置(調(diào)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 8空腳3.3.2 音頻集成功放LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)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(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在6V電源電

15、壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng) 合。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386的引腳圖圖3-7 LM386的外形和管腳排列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(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。四 仿真過(guò)程及記錄4.1 仿真數(shù)據(jù)(1) 信號(hào)源參數(shù)： 5mV,f=50Hz信號(hào)源曲線：為一正弦曲線，如圖3-1所示。信號(hào)源幅值為5mV。

16、 圖4-1 輸入信號(hào)(2) 經(jīng)uA741前置放大后的曲線如圖4-2所示： 圖4-2 經(jīng)uA741前置放大后的曲線由波形可以看出，信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為5mV，輸出波形幅值為24.00mV,所以Ui的有效值為3.54mV，輸出Uo1的有效值為16.97mV。放大倍數(shù)Av=Uo1/Ui=4.80倍。（3）RV處于中點(diǎn)處經(jīng)過(guò)滑變后的信號(hào)： 圖4-3 RV處于中點(diǎn)處經(jīng)過(guò)滑變后的信號(hào)輸出波形（4）RV處于中點(diǎn)處經(jīng)過(guò)LM386放大的波形： 圖4-4 RV處于中點(diǎn)處經(jīng)過(guò)LM386放大的信號(hào)輸出波形（5）調(diào)節(jié)音量大小后的曲線如下圖： 音量最大時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出波形： 圖4-5音量最大時(shí)對(duì)

17、應(yīng)的輸出波形 音量為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出波形： 圖4-6 RV處于中點(diǎn)處輸出波形 音量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出波形： 圖4-7音量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出波形4.2 仿真結(jié)果分析由波形可以看出，信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為5mV，輸出波形幅值為24.00mV，放大倍數(shù)Av=Uo1/Ui=4.80倍。當(dāng)滑變處在中央時(shí)，監(jiān)測(cè)輸入輸出波形。Uo的幅值為24mV，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)變阻器后的Ui的幅值為11.50mV，進(jìn)入音頻功率放大電路的信號(hào)Ui的幅值為11.50mV，,所以經(jīng)過(guò)LM386放大后的音頻U的幅值為240mV，放大倍數(shù)為Av=Uo/Ui=240mV/11.50mV=20.86倍，與理論值20倍

18、相差不大，屬于誤差范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)電容濾波最終信號(hào)的幅值為127.50mV，所以放大倍數(shù)為Av=127.50mV/5.0mv=25.5倍，此時(shí)滑動(dòng)變阻器在中點(diǎn)。當(dāng)滑動(dòng)變阻器處于最大值時(shí)，最終輸出波形的幅值為222.50mV，最終放大倍數(shù)為Av=222.50mV/5.0mV=44.5倍。輸出功率的計(jì)算：在輸出端放置電壓探針和電流探針如圖所示：圖4-8 喇叭的電壓與電流仿真結(jié)果如圖(13)所示，最大電壓出現(xiàn)在Vmax=0.174653V，Imax=0.0218316A, Pmax=0.174653*0.0218316=0.0038W,滿足輸出功率小于等于0.5W。五 實(shí)際電路安裝與調(diào)試（1）元件列表：

19、 元件名稱數(shù)量（個(gè)）元件名稱數(shù)量（個(gè)）運(yùn)放uA7412二極管4運(yùn)放LM3862電容0.1uF2電阻1K2電容4.7uF2電阻10K4電容0.05uF2電阻100k4電容250uF2電阻1M4喇叭2電阻8歐4麥克風(fēng)2滑動(dòng)變阻器10K2（2）調(diào)試環(huán)節(jié)：檢查電路及電源電壓檢查電路元器件是否接錯(cuò)，注意晶體管管腳、二極管方向、電解電容極性是否接對(duì)、焊接點(diǎn)是否牢固等，檢查電路無(wú)誤，再測(cè)電源電壓的數(shù)值和極性是否符合設(shè)計(jì)要求。一切正常之后方可接通電源開(kāi)始調(diào)試實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)調(diào)試先不接輸入信號(hào)，測(cè)量各級(jí)晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)。檢測(cè)運(yùn)放的正負(fù)輸入端以及輸出端，測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓與理論值相比較，在誤差允許范圍內(nèi)數(shù)據(jù)合理后再接入

20、輸入信號(hào)。動(dòng)態(tài)調(diào)試接輸入信號(hào)，各級(jí)電路的輸出端應(yīng)有相應(yīng)的信號(hào)輸出。線性放大電路不應(yīng)有非線性失真；波形產(chǎn)生及變換電路的輸出波形也應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。調(diào)試時(shí)，可由前級(jí)開(kāi)始逐級(jí)向右檢測(cè)，這樣容易找出故障點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整改進(jìn)。指標(biāo)測(cè)試電路能正常工作之后，即可進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)測(cè)試。根據(jù)設(shè)計(jì)要求。逐個(gè)測(cè)試指標(biāo)完成情況。結(jié)論通過(guò)對(duì)雙工對(duì)講機(jī)電路進(jìn)行了理論分析, 在對(duì)講機(jī)電路的基礎(chǔ)上, 通過(guò)檢查電路及電源電壓、靜態(tài)調(diào)試、動(dòng)態(tài)調(diào)試、指標(biāo)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)講機(jī)的雙工對(duì)講功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)放多存在的問(wèn)題，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能。該設(shè)計(jì)的硬件制作需要用到各方面的電子技術(shù)知識(shí)，本設(shè)計(jì)不僅需要對(duì)專業(yè)知識(shí)要較深的理解，同時(shí)還需要有嚴(yán)密的邏輯思維判斷能力，這些都是我們需要好好學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的。通過(guò)實(shí)踐與學(xué)習(xí)，我認(rèn)為要學(xué)好模擬電子技術(shù)這門課程，不僅要學(xué)習(xí)理解好課本基礎(chǔ)知識(shí)，更重要的是要通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，拓寬思維，增強(qiáng)和鞏固創(chuàng)造能力。在理論中能成立的問(wèn)題，但是實(shí)踐中有時(shí)缺不能實(shí)現(xiàn)就是需要你仔細(xì)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且解決它。在以后碰到類近的問(wèn)題時(shí)能很好的解決問(wèn)題?？傊@次的課程設(shè)計(jì)讓我受益非淺。參考文獻(xiàn)1吳友宇. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：清華大學(xué)出版社，20092 華中科技大學(xué)電子技術(shù)教研室編，康華光主編.模擬