模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告--雙工對(duì)講機(jī)--李玉全14

1、廣東石油化工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱： 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 雙工對(duì)講機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 李玉金 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電信12-1 學(xué) 號(hào)： 120344901111 指導(dǎo)教師： 劉曉燕 日 期： 2014 年 10 月 17 日雙工對(duì)講機(jī)設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二、方案設(shè)計(jì)與論證3三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算63.1 聲電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)63.2 前置放大電路設(shè)計(jì)73.3 功率放大電路設(shè)計(jì)83.4 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)9四、總原理圖及元器件清單101總原理圖102元件清單11五、仿真調(diào)試與分析125.1 前置放大電路的仿真125.2 功率放大電路仿真125.3 音量

2、調(diào)節(jié)作用的仿真135.3.1 小音量調(diào)節(jié)作用135.3.2 中音量調(diào)節(jié)作用145.3.3 高音量調(diào)節(jié)作用155.4 輸出功率仿真165.4.1小音量時(shí)的功率：165.4.2中音量時(shí)的功率：175.4.3高音量時(shí)的功率：17六、結(jié)論與心得18七、參考文獻(xiàn)1818雙工對(duì)講機(jī)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1 元件采用集成運(yùn)放和集成功放及電阻、電容等，實(shí)現(xiàn)甲、乙雙方異地有 線通話對(duì)講功能； 2 用揚(yáng)聲器兼作話筒和啦叭，雙向?qū)χv，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(shè)計(jì)電路所需的直流穩(wěn)壓電源（即+9V電源）；5 參考電路框圖：聲電轉(zhuǎn)換電路功率放大器前置放大器功率放大器直

3、流電源電路聲電轉(zhuǎn)換電路前置放大器甲乙圖1.1二、方案設(shè)計(jì)與論證對(duì)講機(jī)一般分為半工、半雙工、雙工三種。本設(shè)計(jì)是一種有線雙工對(duì)講機(jī)，主要用于較短距離通訊所謂雙工對(duì)講，是指使用雙方可以同時(shí)講話（就像平日我們打免提電話一樣），而不用互相通過開關(guān)切換來一講一聽，實(shí)用非常方便。對(duì)講機(jī)主要應(yīng)用在公安、民航、運(yùn)輸、水利、鐵路、制造、建筑、服務(wù)等行業(yè)，用于團(tuán)體成員間的聯(lián)絡(luò)和指揮調(diào)度，以提高溝通效率和提高處理突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力。隨著對(duì)講機(jī)進(jìn)入民用市場，人們外出旅游、購物也開始越來越多地使用對(duì)講機(jī)。對(duì)講機(jī)與手機(jī)相比有許多獨(dú)特的地方：（1）講機(jī)不受網(wǎng)絡(luò)限制，在網(wǎng)絡(luò)未覆蓋到的地方，對(duì)講機(jī)可以讓使用者輕松溝通；（2）

4、講機(jī)提供一對(duì)一，一對(duì)多的通話方式，一按就說，操作簡單，令溝通更自由，尤其是緊急調(diào)度和集體協(xié)作工作的情況下，這些特點(diǎn)是非常重要的。方案一：用電橋構(gòu)成測量電路，對(duì)由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的微弱信號(hào)進(jìn)行測量，然后經(jīng)過集成運(yùn)放UA741進(jìn)行電壓放大，然后再經(jīng)集成運(yùn)放386D進(jìn)行功率放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器工作。電路圖設(shè)計(jì)如附錄圖1.2所示但是，這個(gè)電路的設(shè)計(jì)雖然考慮到了所有設(shè)計(jì)要求，符合了要求，電路結(jié)構(gòu)也比較簡單，但是這個(gè)方案有幾個(gè)缺陷：一個(gè)是用揚(yáng)聲器兼作話筒和喇叭，理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，但實(shí)際中實(shí)現(xiàn)可能性不高，一般的揚(yáng)聲器感應(yīng)聲音信號(hào)的靈敏度不是非常高的，一般達(dá)不到比較理想的效果；其次是對(duì)揚(yáng)聲器中的微弱信號(hào)用電橋進(jìn)行測量

5、要求電橋要達(dá)到平衡，這在一般的現(xiàn)實(shí)電路板制作中很難以實(shí)現(xiàn)；再者是該電路中兩個(gè)揚(yáng)聲器在同一回路中，一邊的聲音信號(hào)對(duì)另一邊都會(huì)產(chǎn)生影響，這是該電路的極大缺陷?？紤]到這么多的原因，這個(gè)方案不適合采用。圖1.2方案二：考慮到方案一的缺陷，決定將用揚(yáng)聲器兼作話筒和喇叭改為用駐極話筒充當(dāng)話筒，揚(yáng)聲器制作喇叭，使用四條線來連接兩個(gè)對(duì)講機(jī)。設(shè)計(jì)思路如圖1.3所示，任何時(shí)候都可在A至B和B至A兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行信息的傳輸。A方利用聲音傳感器MIC A將語音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)音頻功率放大器A把電信號(hào)傳送至B方，揚(yáng)聲器B將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)使B方得以接收。與此同時(shí)，B方可利用MIC B將語音信號(hào)傳送給音頻功率放

6、大器B，再由揚(yáng)聲器A輸出。采用此傳輸方式的對(duì)講機(jī)，稱為全雙工對(duì)講機(jī)。運(yùn)用全雙工通信方式可以使信息的傳輸速度提高一倍，但通信所需的硬件資源增加了好多。這是由于雙方向的通信通路在任何時(shí)刻都是導(dǎo)通的，則在A方講話時(shí)，信息在經(jīng)音頻功放A傳輸給揚(yáng)聲器B時(shí)，也經(jīng)MIC B和音頻功放B傳輸回?fù)P聲器A，整個(gè)對(duì)講系統(tǒng)形成了一個(gè)閉環(huán)的正反饋，使之不能正常工作。此現(xiàn)象稱為側(cè)音。為防止側(cè)音的出現(xiàn)，在每一通信通路中需增加一套消側(cè)音電路。這樣就可以去除一些側(cè)音。圖1.3 全雙工對(duì)講機(jī)三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.1 聲電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)圖3.1聲電轉(zhuǎn)換電路電橋電路如圖3.1所示，麥克風(fēng)與電阻R4（10k），R5（10k）,R

7、16(8)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1） ,式中R/R（式2），R是麥克風(fēng)部講話時(shí)的等效電阻（8），R是對(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（式3）可見差動(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)方就可聽見自方的講話聲音。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

8、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。R1的1K電阻以及+12V電源是用來給麥克風(fēng)提供合適的偏置電壓的。3.2 前置放大電路設(shè)計(jì)圖3.2 前置放大電路741芯片使用介紹：1. 741通用型集成運(yùn)放，它是一種具有高開環(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。2. 741的7號(hào)引腳和4號(hào)引腳為偏置端，接入正負(fù)12V的電源。1號(hào)和5號(hào)引腳為調(diào)零端。3. 741的兩個(gè)輸入端 各接由100K的電阻R7、R9，一方面是配合反饋電阻1M來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)

9、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。4. 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。5. D1、D2為輸入保護(hù)二極管，限制輸入電壓幅度。6. R9為滑動(dòng)變阻器，作用是用來調(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。7. 放大倍數(shù)為 10倍。3.3 功率放大電路設(shè)計(jì)圖3.3 功率放大電路如圖3.3所示為簡單音頻放大電路，使用集成運(yùn)放LM324AD構(gòu)成的音頻放大器，其工作穩(wěn)定，易于加負(fù)

10、反饋，所示很容易獲得均衡特性，另外，在各頻道之間串音干擾小，也很容易進(jìn)行多頻道的輸入混合。其電路采用單電源供電方式，因?yàn)榻涣鞣糯笃鞑淮嬖谛盘?hào)的直流電平問題，因而這種供電方式是可取的。該電路中，音頻信號(hào)通過耦合電容C3和電阻R21送入，LM324的反相輸入端。由圖可知，電路中對(duì)直流分量引入了100%的負(fù)反饋（C3對(duì)直流分量相當(dāng)于開路），所以對(duì)失調(diào)電壓無放大作用。該電路的電壓放大倍數(shù)為：Av=-R26/R21=-1000（即60dB）。但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是：R26、R21和電容C3具有低頻衰減和相移作用，當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，可適當(dāng)增大電容C3的容量。3.4 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)圖3.4 直流9v穩(wěn)壓電源

11、如圖3.4所示，直流穩(wěn)壓電源電路有220v變壓器，整流橋，濾波電容C2和C3和LM7809CT集成穩(wěn)壓芯片組成。220V交流電經(jīng)過變壓器降壓后和橋式整流濾波后得到脈動(dòng)的直流電壓，再通過LM7809CT處理后得到波動(dòng)幅度較小的直流穩(wěn)定電壓+9V。四、總原理圖及元器件清單1總原理圖圖4.1 雙工對(duì)講機(jī)總原理圖2元件清單表一元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注U1,U2741741N2功率放大器U3A,U4BLM324ADCASE751A2集成運(yùn)放D1,D2,D5,D6DIODE_VIRTUALDIODE_VIRTUAL4二極管R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R

12、13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,R26,R27RES.27電阻C1,C2,C3,C4C10uf，100nf4電容XLV1,XLV4MICmicrophone2麥克風(fēng)XLV2,XLV3speakerspeaker2揚(yáng)聲器XMM1,XMM2,XMM3,XMM4V、A4萬用表XSC1,XSC22示波器五、仿真調(diào)試與分析5.1 前置放大電路的仿真圖5.1前置放大仿真圖a由于話筒產(chǎn)生的聲音信號(hào)是沒有規(guī)律的，而且信號(hào)也弱，因此用交流1v1500HZ電壓源來代替話筒的信號(hào)來進(jìn)行仿真分析。得到的分析結(jié)果如圖5.1所示。b前置放大電路的電壓放

13、大倍數(shù)Av=5.5倍。c從圖中可以看出輸入與輸出為反向，相位差180度5.2 功率放大電路仿真圖5.2 功率放大電路波形5.3 音量調(diào)節(jié)作用的仿真5.3.1 小音量調(diào)節(jié)作用圖5.3a 音量調(diào)節(jié)到10%（小音量）圖5.3b 音量為10%時(shí)的功率放大波形（小音量）5.3.2 中音量調(diào)節(jié)作用圖5.3c 音量調(diào)節(jié)到50%（中音量）圖5.3d 音量為50%時(shí)的功率放大波形（中音量）5.3.3 高音量調(diào)節(jié)作用圖5.3e 音量調(diào)節(jié)到100%（高音量）圖5.3f 音量為100%時(shí)的功率放大波形（高音量）5.4 輸出功率仿真由波形可以看出，信號(hào)經(jīng)過前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為1V，輸出波形幅值為4

14、.8V，放大倍數(shù)Av=Uo1/Ui=4.80倍。當(dāng)滑變處在中央時(shí)，監(jiān)測輸入輸出波形。Uo的幅值為2.4V，經(jīng)過滑動(dòng)變阻器后的Ui的幅值為12V，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)ADT2030放大后的音頻U的幅值為5V，放大倍數(shù)Av=Uo/Ui=5V/4.8V=1.2倍。5.4.1小音量時(shí)的功率：P=43.233*256.884*0.001w=11.105w圖5.4a 小音量輸出電壓電流5.4.2中音量時(shí)的功率：P=188.687*1.323w=249w圖5.4b 中音量輸出電壓電流5.4.3 高音量時(shí)的功率：P=377.101*2.668*w=1006w圖5.4c

15、 高音量輸出電壓電流因此最大功率為1006W。六、結(jié)論與心得通過這個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)體會(huì)到了掌握專業(yè)技能的重要性，作為一名電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，如果不能運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)技能通過時(shí)間培養(yǎng)自我的動(dòng)手實(shí)踐能力，那么學(xué)習(xí)就會(huì)處處碰壁，讓你感覺無所適從，這時(shí)候你才會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)在校園培養(yǎng)自己的實(shí)操動(dòng)手能力和學(xué)好專業(yè)理論知識(shí)和技能的重要性。在設(shè)計(jì)過程中我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)放多存在的問題，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