模电课程设计报告双工对讲机李玉全14.docx
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模电课程设计报告双工对讲机李玉全14
广东石油化工学院
课程设计说明书
课程名称：
模拟电子技术课程设计
题目：
双工对讲机的设计
学生姓名：
李玉金
专业：
电子信息工程
班级：
电信12-1
学号：
120344901111
指导教师：
刘晓燕
日期：
2014年10月17日
双工对讲机设计目录
一、设计任务与要求3
二、方案设计与论证3
三、单元电路设计与参数计算6
3.1声电转换电路设计6
3.2前置放大电路设计7
3.3功率放大电路设计8
3.4直流稳压电源电路设计9
四、总原理图及元器件清单10
1．总原理图10
2．元件清单11
五、仿真调试与分析12
5.1前置放大电路的仿真12
5.2功率放大电路仿真12
5.3音量调节作用的仿真13
5.3.1小音量调节作用13
5.3.2中音量调节作用14
5.3.3高音量调节作用15
5.4输出功率仿真16
5.4.1小音量时的功率：
16
5.4.2中音量时的功率：
17
5.4.3高音量时的功率：
17
六、结论与心得18
七、参考文献18
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啦叭，双向对讲，互不影响；
3．电源电压选用+9V，输出功率≥0．5W，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）；
5．参考电路框图：
图1.1
二、方案设计与论证
对讲机一般分为半工、半双工、双工三种。
本设计是一种有线双工对讲机，主要用于较短距离通讯
所谓双工对讲，是指使用双方可以同时讲话（就像平日我们打免提电话一样），而不用互相通过开关切换来一讲一听，实用非常方便。
对讲机主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。
随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。
对讲机与手机相比有许多独特的地方：
（1）讲机不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者轻松沟通；
（2）讲机提供一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤其是紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重要的。
方案一：
用电桥构成测量电路，对由扬声器产生的微弱信号进行测量，然后经过集成运放UA741进行电压放大，然后再经集成运放386D进行功率放大，推动扬声器工作。
电路图设计如附录图1.2所示
但是，这个电路的设计虽然考虑到了所有设计要求，符合了要求，电路结构也比较简单，但是这个方案有几个缺陷：
一个是用扬声器兼作话筒和喇叭，理论上是可以实现的，但实际中实现可能性不高，一般的扬声器感应声音信号的灵敏度不是非常高的，一般达不到比较理想的效果；其次是对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，这在一般的现实电路板制作中很难以实现；再者是该电路中两个扬声器在同一回路中，一边的声音信号对另一边都会产生影响，这是该电路的极大缺陷。
考虑到这么多的原因，这个方案不适合采用。
图1.2
方案二：
考虑到方案一的缺陷，决定将用扬声器兼作话筒和喇叭改为用驻极话筒充当话筒，扬声器制作喇叭，使用四条线来连接两个对讲机。
设计思路如图1.3所示，任何时候都可在A至B和B至A两个方向上同时进行信息的传输。
A方利用声音传感器MICA将语音转换成电信号，然后经音频功率放大器A把电信号传送至B方，扬声器B将电信号转换成声音信号使B方得以接收。
与此同时，B方可利用MICB将语音信号传送给音频功率放大器B，再由扬声器A输出。
采用此传输方式的对讲机，称为全双工对讲机。
运用全双工通信方式可以使信息的传输速度提高一倍，但通信所需的硬件资源增加了好多。
这是由于双方向的通信通路在任何时刻都是导通的，则在A方讲话时，信息在经音频功放A传输给扬声器B时，也经MICB和音频功放B传输回扬声器A，整个对讲系统形成了一个闭环的正反馈，使之不能正常工作。
此现象称为侧音。
为防止侧音的出现，在每一通信通路中需增加一套消侧音电路。
这样就可以去除一些侧音。
图1.3全双工对讲机
三、单元电路设计与参数计算
3.1声电转换电路设计
图3.1声电转换电路
电桥电路如图3.1所示，麦克风与电阻R4（10kΩ），R5（10kΩ）,R16（8Ω）组成电桥电路。
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。
电桥的输出电压V2－V1＝
（式1）,式中δ＝ΔR/R（式2），R是麦克风部讲话时的等效电阻（8Ω），ΔR是对准扬声器讲话时的电阻变化量。
当ΔR很小，即δ很小时，V2－V1＝V3δ/4（式3）可见差动放大器的输出信号与扬声器电阻相对变化率成正比。
当自方对准扬声器讲话时，ΔR≠0，电桥失去平衡，V2－V1≠0，该信号经过前置放大电路电压放大，再经音频功率放大，传输到对方扬声器去，即对方就可听见自方的讲话声音。
因此此时，对方没有对准扬声器讲话，故对方ΔR＝0，电桥输出信号为零，或者说对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，这就实现了双工对讲互不影响的作用。
图中扬声器兼作话筒和喇叭。
R1的1K电阻以及+12V电源是用来给麦克风提供合适的偏置电压的。
3.2前置放大电路设计
图3.2前置放大电路
741芯片使用介绍：
1.741通用型集成运放，它是一种具有高开环增益，高输入电压范围，有内部频率补偿，高共模抑制比，有短路保护，不会出现阻塞且便于失调电压调零等特点的高性能集成运放。
2.741的7号引脚和4号引脚为偏置端，接入正负12V的电源。
1号和5号引脚为调零端。
3.741的两个输入端各接由100K的电阻R7、R9，一方面是配合反馈电阻1M来决定输出的电压的表达式，事实上，由于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，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。
4.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同时作用的结果。
5.D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。
6.R9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。
7.放大倍数为10倍。
3.3功率放大电路设计
图3.3功率放大电路
如图3.3所示为简单音频放大电路，使用集成运放LM324AD构成的音频放大器，其工作稳定，易于加负反馈，所示很容易获得均衡特性，另外，在各频道之间串音干扰小，也很容易进行多频道的输入混合。
其电路采用单电源供电方式，因为交流放大器不存在信号的直流电平问题，因而这种供电方式是可取的。
该电路中，音频信号通过耦合电容C3和电阻R21送入，LM324的反相输入端。
由图可知，电路中对直流分量引入了100%的负反馈（C3对直流分量相当于开路），所以对失调电压无放大作用。
该电路的电压放大倍数为：
Av=-R26/R21=-1000（即60dB）。
但应强调指出的是：
R26、R21和电容C3具有低频衰减和相移作用，当信号频率较低时，可适当增大电容C3的容量。
3.4直流稳压电源电路设计
图3.4直流9v稳压电源
如图3.4所示，直流稳压电源电路有220v变压器，整流桥，滤波电容C2和C3和LM7809CT集成稳压芯片组成。
220V交流电经过变压器降压后和桥式整流滤波后得到脉动的直流电压，再通过LM7809CT处理后得到波动幅度较小的直流稳定电压+9V。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
图4.1双工对讲机总原理图
2．元件清单
表一
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1,U2
741
741N
2
功
率
放
大
器
U3A,U4B
LM324AD
CASE751A
2
集
成
运
放
D1,D2,D5,D6
DIODE_VIRTUAL
DIODE_VIRTUAL
4
二
极
管
R1,R2,R3,R4,R5,
R6,R7,R8,R9,R10,
R11,R12,R13,R14,
R15,R16,R17,R18,
R19,R20,R21,R22,
R23,R24,R25,R26,
R27
RES.
27
电
阻
C1,C2,C3,C4
C
10uf，100nf
4
电
容
XLV1,XLV4
MIC
microphone
2
麦
克
风
XLV2,XLV3
speaker
speaker
2
扬
声
器
XMM1,XMM2,
XMM3,XMM4
V、A
4
万
用
表
XSC1,XSC2
2
示
波
器
五、仿真调试与分析
5.1前置放大电路的仿真
图5.1前置放大仿真图
a．由于话筒产生的声音信号是没有规律的，而且信号也弱，因此用交流1v1500HZ电压源来代替话筒的信号来进行仿真分析。
得到的分析结果如图5.1所示。
b．前置放大电路的电压放大倍数Av=5.5倍。
c．从图中可以看出输入与输出为反向，相位差180度
5.2功率放大电路仿真
图5.2功率放大电路波形
5.3音量调节作用的仿真
5.3.1小音量调节作用
图5.3a音量调节到10%（小音量）
图5.3b音量为10%时的功率放大波形（小音量）
5.3.2中音量调节作用
图5.3c音量调节到50%（中音量）
图5.3d音量为50%时的功率放大波形（中音量）
5.3.3高音量调节作用
图5.3e音量调节到100%（高音量）
图5.3f音量为100%时的功率放大波形（高音量）
5.4输出功率仿真
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1V，输出波形幅值为4.8V，放大倍数Av=Uo1/Ui=4.80倍。
当滑变处在中央时，监测输入输出波形。
Uo的幅值为2.4V，经过滑动变阻器后的Ui的幅值为12V，进入音频功率放大电路的信号Ui’的幅值为11.50mV，,所以经ADT2030放大后的音频U的幅值为5V，放大倍数Av=Uo/Ui’=5V/4.8V=1.2倍。
5.4.1小音量时的功率：
P=43.233*256.884*0.001w=11.105w
图5.4a小音量输出电压电流
5.4.2中音量时的功率：
P=188.687*1.323w=249w
图5.4b中音量输出电压电流
5.4.3高音量时的功率：
P=377.101*2.668*w=1006w
图5.4c高音量输出电压电流
因此最大功率为1006W。
六、结论与心得
通过这个星期的课程设计体会到了掌握专业技能的重要性，作为一名电子信息工程专业的学生，如果不能运用所学理论知识和专业技能通过时间培养自我的动手实践能力，那么学习就会处处碰壁，让你感觉无所适从，这时候你才会发现其实在校园培养自己的实操动手能力和学好专业理论知识和技能的重要性。
在设计过程中我们也会发现放多存在的问题，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能。
该设计的硬件制作需要用到各方面的电子技术知识，本设计不仅需要对专业知识要较深的理解，同时还需要有严密的逻辑思维判断能力，这些都是我们需要好好学习和总结经验教训的。
通过实践与学习，我认为要学好模拟电子技术这门课程，不仅要学习理解好课本基础知识，更重要的是要通过动手实践，拓宽思维，增强和巩固创造能力。
在理论中能成立的问题，但是实践中有时缺不能实现就是需要你仔细的发现问题，并且解决它。
在以后碰到类近的问题时能很好的解决问题。
总之这次的课程设计让我受益非浅。
我以后还会继续努力的。
七、参考文献
[1]康华光.电子技术基础（模拟部分），第五版，高等教育出版社，2011.
[2]王传新.多路声控半双工对讲机.北京:
电声技术，1998.8
[3]陈大钦主编,《电子技术基础实验－电子电路实验、设计、仿真》，高等教育出版社，2002年出版
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