模电课设 常承杰讲解.docx
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模电课设常承杰讲解
摘要
随着现代通讯技术的发展，人们之间的联系越来越普遍，手机、电话在这种时刻起到了不可替代的作用。
然而这些通讯工具都需要通讯中转，在远距离通讯非常实用，但若是近距离的话就显得有些大材小用了，昂贵的花费对一般用户来说可不是小意思。
这时，对讲机就凸显出了它得天独厚的优势。
它使用方便，用法简单，价格便宜，而且一次购买可终生受用，只要提供所需电源即可。
这就为用户节省了大量的花费，在短距离通讯中普遍得到应用。
本文介绍了具有弱信号放大能力的有线双工对讲机的基本原理、仿真和组装调试过程。
整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、共三部分构成。
稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源；前置放大器主要是电压的放大；功率放大器实现电流、电压的放大；设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。
关键词：
双工对讲机，模电课设，Proteus，仿真
1模电课设概述
1.1设计背景
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。
1.2设计目的及意义
（1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
（2）锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。
（3）通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
（4）巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。
（5）为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。
1.3开发环境proteus简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
其功能特点:
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
（1）原理布图
（2）PCB自动或人工布线
（3）SPICE电路仿真
其革命性的特点:
（1）互动的电路仿真
用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
（2）仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
Proteus提供了丰富的资源：
（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
（4）Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
（5）电路功能仿真：
在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
（6）PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。
PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
目前Proteus的最新版为7.7sp2,今年将推出8.0版本。
2课程设计内容
2.1课程设计题目与要求
（1）设计任务
根据技术指标和已知条件，完成对多路对讲机的设计、装配与调试。
（2）设计要求
采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现双方异地有线通话对讲；用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；工作可靠，效果良好。
电源电压：
＋9V，功率≤0.5W。
选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。
计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。
（3）可选元件：
扬声器，集成运放，集成功放（器件选择应满足技术指标）。
电容、电阻、电位若干；或自选元器件。
直流电源+9V，或自选电源。
（4）可用仪器：
示波器，万用表，毫伏表等。
2.2拟定系统方案框图
图1、系统方案框图
2.3双工对讲机整体电路图
图2、双工对讲机原始电路图
图3、双工对讲机仿真原理图
2.4双工对讲机各单元电路介绍
2.3.1电桥电路
图4、电桥电路（左图为proteus仿真图，右图为原理图）
以下原理分析以原理图为准：
电桥电路如图4所示，扬声器（R2）与电阻R1（8Ω），R3（10kΩ）,R4（10kΩ）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＝
式中δ＝ΔR/R，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。
R15上方的1K电阻以及+9V电源是用来给扬声器提供偏置电压的。
2.3.2前置放大电路
图5、前置放大电路（左图为proteus仿真图，右图为原理图）
F007即uA741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。
UA741的7号引脚和4号引脚为偏置端，接入正负9V的电源。
1号和5号引脚为调零端。
UA741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。
D1、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。
RV1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。
2.3.3功率放大电路
原电路图中，音频功率放大电路采用5G37，但由于仿真软件中无此元件。
所以proteus采用LM386电路，LM386为低电压音频功率放大器。
图6、功率放大电路（左图为proteus仿真图，右图为原理图）
如图6左图所示为LM386外围器件最少的连接方式，其内置电压增益为20倍。
若在其1号引脚和8号引脚间接入电阻和电容可将其电压增益提高。
采用该连接方式，最小失真率为%0.2。
C4为4.7uF为退耦电容，所谓退耦即防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。
换言之，退耦电容能够有效地消除电路网络之间的寄生耦合。
退耦滤波电容的取值通常为4.7-200uF，退耦压差越大，电容的取值应该越大。
7号引脚所接为旁路电容，它可将混有高频信号和低频信号的交流信号中的高频成分旁路掉的电容。
C2为隔直传交电容，R2为8欧的电阻将其看做扬声器，观察其输出波形。
3仿真过程及记录
3.1仿真原理图绘制
图7、修改后用于测试的仿真原理图
3.2仿真数据
本次仿真以电压源代替音频信号的输入，其电压源参数如下：
图8、电压源代替音频信号的输入及其参数
输出的扬声器参数如图：
图9、输出的扬声器参数
仿真开始后各示波器情况如图所示：
图10、仿真开始后各示波器情况
4实际电路安装与调试
4.1元器件列表
我们首先对原理图和仿真图进行分析，确定两张图中的元器件与布线情况相同且正确，之后我们对原理图中的各元件进行统计，统计其名称，数量，规格，封装等情况，其情况如下表：
表1、元件统计表
元件名称
数量（个）
元件名称
数量（个）
运放uA741
2
二极管
4
运放LM386
2
电容0.1uF
2
电阻1K
2
电容4.7uF
2
电阻10K
4
电容0.05uF
2
电阻100k
4
电容250uF
2
电阻1M
4
喇叭
2
电阻8欧
4
滑动变阻器10K
2
根据上表，我们在广埠屯购买了相关的电器元件，在实际的购买当中遇见了所需的电器元件没有的情况，于是我们更改了部分元件的规格，例如：
电容250uF改为220uF，电容0.05uF改为0.01uF，电阻8欧改为电阻10欧。
此外，由于设计当中使用的喇叭为即可为扬声器又可为麦克风的的喇叭，但实际购买的喇叭只能为扬声器，所以我们另外购买了麦克风，并修改电路将麦克风并联。
4.2原理图与装配图的修改
购买完电器元件后，我们将电子档的原理图手绘为纸质档并根据该原理图绘制装配图
图11、手绘的原理图
图12、手绘的装配图
我们根据装配图对电器元件布局，并按照实际的元件位置布线。
4.3组装
4.3.1焊接原理
锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料作焊料,在一定温度下焊锡熔化,金属焊件与锡原子之间相互吸引、扩散、结合,形成浸润的结合层。
外表看来印刷板铜铂及元器件引线都是很光滑的,实际上它们的表面都有很多微小的凹凸间隙,熔流态的锡焊料借助于毛细管吸力沿焊件表面扩散,形成焊料与焊件的浸润,把元器件与印刷板牢固地粘合在一起,而且具有良好的导电性能。
锡焊的条件是:
焊件表面应是清洁的,油垢、锈斑都会影响焊接；能被锡焊料润湿的金属才具有可焊性,对黄铜等表面易于生成氧化膜的材料,可以借助于助焊剂,先对焊件表面进行镀锡浸润后,再行焊接；要有适当的加热温度,使焊锡料具有一定的流动性,才可以达到焊牢的目的,但温度也不可过高，过高时容易形成氧化膜而影响焊接质量。
4.3.2组装的工具及材料
本次组装使用锡焊的方法，主要用到的工具有：
电烙铁、电烙铁架、焊锡丝、剪刀、镊子、万用表等。
如图13所示。
本次组装的材料为表1所述的各电气元件。
图13、本次组装所用的各工具
4.3.3焊接的操作方法
（1）操作姿势：
手工操作时，应注意保持正确的姿势，：
挺胸端正直坐，切勿弯腰；由于距烙铁头20—30cm处的有害化学气体、烟尘的浓度较高，所以鼻尖至烙铁头尖端至少应保持20cm以上的距离，通常以40cm时为宜，以有利于健康和安全。
（2）电烙铁拿法：
根据电烙铁大小的不同和焊接操作时的方向和工件不同，可将手持电烙铁的方法分为反握法、正握法和握笔法三种。
（3）操作步骤：
五步施焊法：
一刮、二镀、三测、四焊
“刮”就是处理焊接对象的表面。
焊接前，应先进行被焊件表面的清洁工作，有氧化层的要刮去，有油污的要擦去。
“镀”是指对被焊部位搪锡。
“测”是指对搪过锡的元件进行检查，在电烙铁高温下是否变质。
“焊”是指最后把测试合格的、已完成上述三个步骤的元器件焊到电路中去。
图14、焊接的一般步骤
在我们焊接的过程中，由于产生了大量的烟雾，所以使用了电风扇，但发现其焊接的效果严重不足，后总结可知焊接环境空气流动不宜过快，以免影响焊接温度。
此外，焊接过程中不能振动或移动工件，以免影响焊接质量。
一下为焊接中总结的几点问题：
1、焊接时间不能过长（必要时可以用镊子夹住被焊元器件,起到散热作用）
2、焊接时不能出现假焊或虚焊。
3、注意不要将烙铁碰到导线等物品，将电烙铁电源线放在试验台右方。
4、烙铁必须插在烙铁架中。
4.3.4电子元件的焊接装配
本次的元件装配先将元件按照装配图定位在电路板上，后用锡焊的方法将各元件用锡固定在电路板上，再用走锡的方式来布线，其中如果遇到连线很长的情况，则使用导线进行连接。
在焊接装配的过程中我们终结有以下几点需要注意：
（1）元件插装时标记和色码朝上，易于辨认。
（2）有极性由极性标记方向决定插装方向。
（3）插装顺序应先轻后重、先里后外、先低后高。
焊接好后的电路，有元器件的一面如下图：
图15、焊接后的电路板元件面
经过实际的焊接，我们将电器元件主要集中在电路板的上半部分，布局较为紧密，各部分电路可明显区分。
根据电路图，我们在电路中加入了连接两个双工对讲机的导线，以作为两对讲机的输入导线和输出导线，但在焊接过程中我们遇见了导线易短的问题，于是我们在焊接后又在元件一面用胶带进行了固定，以防止其因为扭动而折断。
在检查电路无误后，我们在八角的插座上安装上了芯片以备调试。
焊接好后的电路，焊接布线的一面如下图：
图16、焊接后的电路板布线面
在背面锡焊时，由于电烙铁不是很好用，使锡线不能很好的融化，致使最终布出的线并不美观。
此外，对于需要走锡很长的连线，我们统一使用了导线来代替以节约焊锡，保证电路的联通。
4.4调试环节
（1）检查电路：
根据原理图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、焊接点是否牢固等。
（2）检查布线是否连通：
使用万用表检测个连线，元件与导线的连接是否连通。
（3）检查电路电源电压：
检查电路无误后，再测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。
根据仿真，检测各节点的电压是否正确，一切正常之后方可接通电源开始调试实验。
（4）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心得体会
我通过这次课程设计体会到了掌握专业知识与实际实践的重要性，作为一名电子信息工程的学生，我应当重点把学到的理论知识和专业技能通过制作实物产品的方式来锻炼自己，培养自我的动手实践能力，并在实践中发现问题，并寻找解决问题的方法，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。
我懂得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，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，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
这次课程设计让我深深的认识了自己，切实地说，以我现在的水平根本无法完成这次课程设计，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。
如果你没有掌握真正的技术，也不能实践创造，那么你将很难融入社会之中，这也是大学生为什么就业难的一个突出问题，要想真正好就业，就认真学好基础，锻炼好专业技能。
只有通过社会的检验，我们才能成为合格的毕业生。
6参考文献
[1].吴友宇.模拟电子技术基础.北京：
清华大学出版社，2009
[2].华中科技大学电子技术教研室编，康华光主编.模拟电子技术基础（第五版）.北京：
高等教育出版社，1986
[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
[4]康华光.电子技术基础（模拟部分），第五版，高等教育出版社，2011.
[5]王传新.多路声控半双工对讲机.北京:
电声技术，1998
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