双工对讲机的设计.docx
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双工对讲机的设计
新疆大学
课程设计报告
所属院系：
电气工程学院
专业：
电气工程及其自动化
课程名称：
电子技术基础A
设计题目：
双工对讲机的设计
班级：
学生姓名：
学生学号：
指导老师:
完成日期：
课程设计题目：
双工对讲机的设计
要求完成的内容：
1、了解什么是双工、单工、半双工、对讲机，以及它们有什么区别和联系。
在
设计时进行比较，确定自己最后采用那种方案。
2、采用集成运放和集成功率放大器以及电阻、电容，实现甲乙双方异地有线通
话的对讲机功能的设计。
用话筒和扬声器，双向对讲。
3、设计时路时所需的直流电源，由220Ｖ的电源经变压、滤波、稳压等，变为
12Ｖ稳压电源。
在设计时全部采用12Ｖ的直流稳压电源。
4、在设计的书写报告中有按老师给的格式要求和内容步骤认真进行书写，并在
报告最后写出在设计过程中所参考的那些书籍名称。
指导教师评语：
评定成绩为：
指导教师签名：
年月日
双工对讲机的设计
一、总体方案的选择
1.双工对讲机介绍
半双工即HalfduplexCommunication，是指在通信过程的任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在。
采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。
收/发开关实际上是由软件控制的电子开关。
全双工即FullDuplexTransmission,指同时发生在两个方向上的一种数据传输方式。
全双工和半双工区别
1、半双工传输模式采用载波侦听多路访问/冲突检测。
传统的共享型LAN以半双工模式运行，线路上容易发生传输冲突。
与集线器相连的节点（即多个节点共享一条到交换机端口的连接）必须以半双工模式运行。
因为这种节点必须能够冲突检测。
类似于单车道桥梁。
2、全双工传输模式可以用于点到点以太网连接和快速以太网连接，同时不会发生冲突，因为他们使用双绞线中两条不同线路。
类似于双车道桥梁。
3、一般在网卡的高级属性里可以修改网卡的双工类型，默认是自动
协商。
交换机上有Duplex灯，如果亮表示工作在全双工方式。
目前绝大多数的交换机均能自动识别与支持双工方式，无需手工设置。
2．拟定系统方案框图
图1-1双工对讲机设计框图
3.方案的分析和比较
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1－2电桥双工对讲机原理图
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，进而完成双工对讲。
图1－3直接双工对讲机原理图
1.3设计方案详细描述：
1.3.1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，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，从而实现甲乙双方的短距离通话，这只是实现了“单工”对讲，即有一方只能说而另一方只能听。
接下来，再做以同样的“单工”对讲机，然后把它与第一个单工对讲机的话筒端与扬声器端对调。
这样双工对讲机就大体实现了，在用两个单刀双掷开关对其进行控制，便可实现甲乙双方的短距离有线通信了，双方间可同时通话互不干扰。
二、单元电路的设计
1．直流稳压电源设计：
2.1.1设计要求：
输出+12V电压，输出功率≥0.5W，工作可靠，效果良好
器件选择：
2.1.2器件选择：
根据电源的设计要求，选用三端式集成稳压器LM7809CT为电源的核心器件，因为它的主要参数有：
输出直流电压+9V，输出电流L：
0.1A，M：
0.5A，电压调整率为10mV/V，输出电阻Ro=0.15Ω,输入电压Vi的范围为12~16V。
因为一般Vi要比Vo大3~5V，才能保证集成稳压其工作在线性区。
变压器采用n=Ui/U1=220/16=12,输出12V的交流电压，整流部分采由四个二极管组成的桥式整流器，，滤波电容C1、C3一般选几百到几千微法，这里选用100uF。
由于稳压器距离整流滤波电路较远，输入端接入电容器C2。
图2－1直流12V稳压电源
2．声电转换电路
图2－2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。
3.前置放大电路
图2－3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。
4．功率放大电路
图2－4功率放大电路
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。
2.4.1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）
三、总电路图
图3－1总电路图
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
2
二极管
4
运放TDA2030
2
电容0.1uF
2
电阻1K
2
电容4.7uF
2
电阻10K
4
电容1uF
2
电阻100k
4
电容200uF
2
电阻1M
4
喇叭
2
电阻8欧
4
麦克风
2
滑动变阻器1K
2
四、仿真与电路调试
1.前置放大电路仿真
图4－0前置放大电路仿真
4.1.1输入的电源信号为1V输出的放大信号为4.844V。
4.1.2放大倍数为Av=5倍。
4.1.3从图中可以看出输入与输出为反向，相位差180度。
2.功率放大电路仿真
图4－1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。
3.音量调节的作用后的仿真
3.1小音量波形仿真
图4－2调节音量开关5%
图4－3小音量波形仿真
3.2中音量波形仿真
图4－4调节音量开关50%
图4－5中音量波形仿真
3.3大音量波形仿真
图4－6调节音量开关100%
图4－7中音量波形仿真
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，放大倍数为Av=Uo/Ui’=5V/4.8V=1.2倍。
输出功率的计算：
图4－8输出功率原理图
4.1小音量时的电流电压
功率P＝0.463*0.245＝0.113W
图4－9小音量输出电流电压
4.2中音量时的电流电压
功率P＝4.641*2.459＝11.41W
图4－10中音量输出电流电压
4.3大音量时的电流电压
功率P＝12.237*6.466＝79.12W
图4－11大音量输出电流电压
所为最大功率为79.12W。
5.调试
5.1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。
5.2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。
5.3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。
5.4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。
五、小结
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。
六、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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