模电课程设计之有线通信.docx
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模电课程设计之有线通信
广东石油化工学院
课程设计报告
课程名称：
模拟电子技术课程设计
题目：
有线通信系统设计
学生姓名：
丘海健
专业：
电子信息工程
班级：
电信11-2
学号：
11034030234
指导教师：
李继凯老师、李冬梅老师
日期：
2013年11月15日
实验报告评分：
_______
有线通信系统设计
一、设计任务与要求
1．功能要求：
设计一个厂部办公室和车间之间的有线通信系统，使办公室人员可通过话筒和所选车间的人员通话。
设通信距离不超过50米。
办公室装一台主机，具有收听、发送和选择车间的功能。
办公室和车间用电缆作为信道。
其框图如图所示。
2．技术指标：
⑴话筒输出信号10mV；
⑵负载电阻（即扬声器阻抗）为8Ω；
⑶输出功率P0=8W；
⑷电源电压可选用±18V；
二、方案设计与论证
原理框图如下图所示：
方案一
采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741进行电压放大，然后再经集成运放TDA2030进行功率放大，推动扬声器工作。
图1电桥测量再放大有线通信（仅讨论二人通信）原理图
方案二
直接放大电路信号，由扬声器产生的微弱信号直接进行，然后经过集成运放741进行电压放大，然后再经集成运放TDA2030进行功率放大，推动扬声器工作。
图2直接放大有线通信（仅讨论二人通信）原理图
设计方案详细描述：
方案比较
一、方案一的设计方案较比完善，方案一通过电阻桥的不平衡，测量微弱信号，进行差分放大。
采用差分输入，如果有燥声就可以抑制。
对差模信号进行放大，有效的保护了，应用的信号。
二、通过简易图的比较，方案二是比较容易实现的，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，这在一般的电路板制作中比较难以实现。
三、从经济上看，两种设计思路所用的材料想差不多。
所用的费用也基本一样。
因此本设计采用方案一，具体过程如下：
考虑到实际状况，用话筒作为声音信号的接受和转换装置，然后通过集成运放对话筒中微弱的电信号进行功率放大，最后由扬声器将放大后的电信号转化为声音信号输出，从而实现双方的短距离有线通信，但这只是实现了单方通信，即有一方只能说而另一方只能听。
接下来，再做以同样的单方通信，然后把它与第一个的话筒端与扬声器端对调。
这样双方的通信就大体实现了，以此类推，就可以实现多方的通信。
为了避免自己讲话影响到扬声器正常工作，导致听到自己讲话的回声，我引入了消侧电路消除自身的回声。
三、单元电路设计与参数计算
1、电桥声电转换电路
图3电桥声电转换电路
电桥电路如图
（1）所示，扬声器（用交流电源）与电阻R1（10kΩ），R2（10kΩ）,R4（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是扬声器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。
R7上方的1K电阻以及+12V电源是用来给扬声器提供偏置电压的。
2、前置放大电路
图4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R5、R6，一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。
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。
4.D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。
5.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。
6.放大倍数为10倍。
3、消侧音电路设计：
利用三极管的C,E极信号反相相消信号。
三极管采用型号2N2221，为了使三极管正常工作，在三极管B端由R5和R6分压，三极管的静态工作点VCQ>4.5V，则令VEQ=VCC-VCQ，由于有VBE=0.7V，则VBQ=0.7V+VEQ，VBQ+V5R=9V.令R7=R8=1k，则由ICQ=IEQ得VR7=VR8。
设ICQ=2.8mA,那么
R5/R6=6.7/4.7,如下图：
图5消侧音电路
4．功率放大电路
图6功率放大电路
由于集成功率放大器使用和调试方便、体积小、重量轻、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能，所以使用非常广泛。
TDA2030/2030A集成功放，具有输出功率大、谐波失真小、内部设有过热保护，外围电路简单，但在实际使用的过程中一定要注意，加上散热片，否则，TDA2030很快就会由于温度过高而停止工作！
在该电路由TDA2030组成的串联电流负反馈负反馈电路，其交流电压放大倍数
（倍）
TDA2030芯片介绍：
TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。
如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。
该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。
并具有内部保护电路。
意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。
1脚是正向输入端2脚是反向输入端3脚是负电源输入端
4脚是功率输出端5脚是正电源输入端。
5、话筒选择：
本设计采用驻极话筒，因为驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
驻极体话筒与电路的接法有两种：
源极输出与漏极输出。
源极输出类似晶体三极管的射极输出。
需用三根引出线。
漏极D接电源正极。
源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。
编织线接地起屏蔽作用。
源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。
但输出信号比漏极输出小。
漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。
只需两根引出线。
漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。
源极S与编织线一起接地。
漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。
Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。
一般可在2．2～5．1k间选用。
例如电源电压为6V时，Rs为4．7k，RD为2。
2k。
图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。
一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。
图2－5驻极话筒接线图
由上述分析并会结合本次设计对讲机的性能要求：
驻极话筒采用漏极输出接法，以后的较高的电压增益。
（即接法2）
四、总原理图及元器件清单
总图
分图
表1元器件明细表
元件名称
数量（个）
元件名称
数量（个）
运放741
5
二极管
10
运放TDA2030
5
电容0.1uF
12
电阻1K
10
电容4.7uF
6
电阻10K
10
电容1uF
6
电阻100k
10
电容200uF
6
电阻1M
10
喇叭
5
电阻8欧
5
麦克风
5
滑动变阻器1K
20
五、仿真调试与分析
1.前置放大电路仿真
1、输入的电源信号为1V输出的放大信号为4.844V。
2、放大倍数为Av=5倍。
3、从图中可以看出输入与输出为同向。
2.消侧音电路仿真（由示波器可看出，该电路达到了消侧效果）
3.功率放大电路仿真
经过放大后的的功率放大器后的波形和放大电路的波形，输入的信号与输出的信号相位相同，放大倍数基本想同。
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，放大倍数为Av=Uo/Ui’=5V/4.8V=1.2倍。
4.调试
4.1检查电路及电源电压
检查电路元器件是否接错，注意晶体管管脚、二极管方向、电解电容极性是否接对是否牢固等，检查电路无误，再测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。
一切正常之后方可接通电源开始调试实验。
4.2静态调试
先不接输入信号，测量各级晶体管静态工作点。
检测运放的正负输入端以及输出端，测量各个节点的电压与理论值相比较，在误差允许范围内数据合理后再接入输入信号。
4.3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。
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。
4.4指标测试
电路能正常工作之后，即可进行技术指标测试。
根据设计要求。
逐个测试指标完成情况。
六、结论与心得
通过这次课程设计体会到了掌握专业技能的重要性，作为一名电子工程的学生，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。
七、参考文献
[1]华成英·模拟电子技术基本教程·清华大学出版社
[2]康华光·电子技术基础（模拟部分）·第五版·高等教育出版社
[3]邱关源·电路·第五版·高等教育出版社
[4]李继凯·数字电子技术及应用·科学出版社
2013-11-15
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