模電課程設計-多路(或雙路)雙工對講機設計與實現

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題 目: 多路(或雙路)雙工對講機設計與實現 </p><p><b>　　初始條件： </b></p><p>　　可選元件：揚聲器，集成運放，集成功放（器件選擇應滿足技術指標）。電容、電阻、電位器若干；或自選元器

2、件。直流電源+9V，或自選電源。</p><p>　　可用儀器：示波器，萬用表，毫伏表等。</p><p>　　要求完成的主要任務: </p><p><b>　?。?）設計任務</b></p><p>　　根據技術指標和已知條件，完成對多路對講機的設計、裝配與調試，，鼓勵自制穩(wěn)壓電源。</p><p

3、><b>　?。?）設計要求</b></p><p>　　① 多路對講機的電路框圖如圖，A1、B1和C1地址是控制講話多路開關選通某一路揚聲器作為送話用，A2、B2和C2地址是控制聽話多路開關選通某一路揚聲器作為聽話用。講話揚聲器通過講話多路開關把信號送入放大系統(tǒng)，然后經過聽話多路開關送入用作聽話的揚聲器，如果講話揚聲器和聽話揚聲器的功能互換時，對應的地址也應互換。在系統(tǒng)中講話工作時，

4、在各路揚聲器附近都有發(fā)光二極管顯示，說明系統(tǒng)有人使用，其他人暫時不能使用。當系統(tǒng)無人使用時，發(fā)光二極管滅，這時，其他用戶才可以使用系統(tǒng)對話。系統(tǒng)中還設置禁止使用端，在不使用對講系統(tǒng)時，該禁止端使講話多路開關和聽話多路開關停止工作。該系統(tǒng)擴展后可實現——醫(yī)院病房病員呼喚機。</p><p>　　采用集成運放和集成功放及阻容元件等構成對講機電路，實現雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼作話筒和喇叭，雙向對講，互不影響；工

5、作可靠，效果良好。</p><p><b>　　電源電壓：＋9V，</b></p><p><b>　　功率：≤0.5W。</b></p><p>　?、?選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。</p><p>　?、?利用Proteus或Multisim仿真設計電路原理圖，確定電路元件參數、掌握

6、電路工作原理并仿真實現系統(tǒng)功能。</p><p>　　④ 安裝調試并按規(guī)范要求格式完成課程設計報告書。</p><p>　?、?選做：利用仿真軟件的PCB設計功能進行PCB設計。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　1、 前半周，完成仿真設計調試；并制作實物。 </p>&l

7、t;p>　　2、 后半周，硬件調試，撰寫、提交課程設計報告，進行驗收和答辯。</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b&

8、gt;　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p>　　1.課程設計概述1</p><p>　　1.1 課程設計的目的和意義1</p><p>　　1.2 proteus簡介2</p><p>　　2.設計內容及過程3</p>&

9、lt;p>　　2.1設計條件及要求3</p><p>　　3.擬定系統(tǒng)方框圖4</p><p>　　4.1運算放大器UA7414</p><p>　　4.2 音頻集成功放5</p><p>　　5.單元電路設計6</p><p>　　5.1直流穩(wěn)壓電源設計6</p><p>　

10、　5.2聲電轉換電路7</p><p>　　5.3前置放大電路9</p><p>　　5.4功率放大電路10</p><p>　　6.1仿真數據記錄11</p><p>　　6.2仿真結果分析15</p><p>　　7. 實際電路安裝與調試16</p><p>　　7.1元件列表

11、16</p><p>　　7.2調試環(huán)節(jié)17</p><p><b>　　8.心得體會18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　附錄一 本科生課程設計成績評定表1</p><p><b>　　1.課程設計概述&l

12、t;/b></p><p>　　1.1 課程設計的目的和意義</p><p>　?。?） 培養(yǎng)學生正確的設計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。</p><p>　　（2）鍛煉學生自學軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。</p><p>　?。?）通過課程設計，使學生在理論計算、結構設計、工

13、程繪圖、查閱設計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。</p><p>　　（4） 鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能。</p><p>　?。?） 為今后從事電子技術領域的工程設計打好基礎基本要求。</p><p>　　1.2 proteus簡介</p><p>　　Proteus軟件是來自英國Labcen

14、ter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用。它除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是交互的，可視化的，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現軟件源碼級的實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，可以測量仿真的波形及記錄

15、仿真數據。在不需要硬件設備投入的情況下，Proteus軟件可以建立完整的電子學習設計開發(fā)環(huán)境，縮短研發(fā)周期，并且降低開發(fā)成本。</p><p>　　Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于多年來的持續(xù)開發(fā),被《電子世界》在其對PCB設計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產品—“The Route to PCB CAD”。Proteus 產品系

16、列也包含了我們革命性的VSM技術,用戶可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。 其功能模塊:—個易用而又功能強大的ISIS原理布圖工具；</p><p>　　PROSPICE混合模型SPICE仿真; ARES PCB設計。 PROSPICE 仿真器的一個擴展PROTEUS VSM:便于包括所有相關的器件

17、的基于微處理器設計的協(xié)同仿真。此外，還可以結合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關，按鈕，LED甚至LCD顯示CPU模型。 Proteus主要特征：  </p><p>　　支持許多通用的微控制器,如ARM,PIC,AVR,以及8051；</p><p>　　交互的裝置模型包括:LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤；</p><p>　　強大的調試工具,包

18、括寄存器和存儲器,斷點和單步模式；</p><p>　　IAR C-SPY 和Keil uVision2等開發(fā)工具的源層調試； </p><p>　　應用特殊模型的DLL界面-提供有關元件庫的全部文。 </p><p><b>　　2.設計內容及過程</b></p><p>　　2.1設計條件及要求</p&g

19、t;<p>　?。?）設計任務：根據技術指標和已知條件，完成多路對講機的設計，裝配與調試。</p><p>　?。?）設計要求：采用集成運放和集成功放及阻容元件等構成對講機電路，實現雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼做喇叭和話筒，雙向對講，互不影響，工作可靠，效果良好。</p><p>　　電源電壓：+9V，功率≤0.5W。</p><p>　　根據選擇

20、的電路方案，完成對確定方案電路的設計，計算電路元件參數與原件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。</p><p>　?。?）可選原件：揚聲器，集成運放，集成功放（期間選擇應滿足技術指標）。電容、電阻、電位若干；或自選元器件。直流電源+9V，或其他可選電源。</p><p>　?。?）可用儀器：示波器、萬用表、毫伏表等。</p><p><b>　　3

21、.擬定系統(tǒng)方框圖</b></p><p>　　根據電路設計要求擬定設計電路系統(tǒng)如下圖3-1所示</p><p>　　圖 3-1系統(tǒng)框架圖</p><p>　　4.電路中主要元器件介紹 </p><p>　　4.1運算放大器UA741</p><p>　　uA741M，

22、uA741I，uA741C（單運放）是高增益運算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應用。這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調電壓調零能力與使用適當的電位。</p><p>　　圖4-1UA741引腳圖</p><p>　　UA741各引腳和工作說明：</p><p>　　1和5腳為偏置（調零端），2為正向

23、輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源。</p><p>　　4.2 音頻集成功放 </p><p>　　LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。</p><p>　　LM386的引腳如圖4-2所示</p><p>　　圖4-2

24、LM386的引腳圖</p><p>　　引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10μF。</p><p><b>　　5.單元電路設計</b></p><p>　　5.1直流穩(wěn)壓電源設計</p><p>　　設計要

25、求：輸出+12V電壓，輸出功率≥0.5W，工作可靠，效果良好</p><p>　　器件選擇：選用三端式集成穩(wěn)壓器LM7809CT為電源的核心器件，因為它的主要參數有：輸出直流電壓+9V，輸出電流L：0.1A，M：0.5A，電壓調整率為10mV/V，輸出電阻Ro=0.15Ω,輸入電壓Vi的范圍為12~16V。因為一般Vi要比Vo大3~5V，才能保證集成穩(wěn)壓其工作在線性區(qū)。</p><p>　

26、　變壓器采用n=Ui/U1=220/16=12,輸出12V的交流電壓，整流部分采由四個二極管組成的橋式整流器，，濾波電容C1、C3 一般選幾百到幾千微法，這里選用100uF。由于穩(wěn)壓器距離整流濾波電路較遠，輸入端接入電容器C2。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源設計電路圖如下圖5-1所示</p><p>　　圖5-1 直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>

27、　　5.2聲電轉換電路</b></p><p>　　電路設計如下圖5-2所示</p><p>　　圖5-2 電橋聲光轉換電路</p><p><b>　　電橋原理圖分析：</b></p><p>　　如圖5-2的電橋電路所示，揚聲器（R2）與電阻R1（8Ω），R3（10kΩ）,R4(10kΩ)組成電橋電路。由

28、于電橋電阻遠小于差動放大器的輸入電阻，故差動放大器對電橋的負載效應可以不考慮。</p><p>　　電橋的輸出電壓V2－V1＝,式中δ＝ΔR/R，R是揚聲器部講話時的等效電阻（8Ω），ΔR是對準揚聲器講話時的電阻變化量。當ΔR很小，即δ很小時，V2－V1＝V3δ/4可見差動放大器的輸出信號與揚聲器電阻相對變化率成正比。當自方對準揚聲器講話時，ΔR≠0，電橋失去平衡，V2－V1≠0，該信號經過前置放大電路電壓放大，

29、再經音頻功率放大，傳輸到對方揚聲器去，即對方就可聽見自方的講話聲音。因此此時，對方沒有對準揚聲器講話，故對方ΔR＝0，電橋輸出信號為零，或者說對方的差動放大器輸出信號為零，所以不會干擾自方講話。反之亦然，這就實現了雙工對講互不影響的作用。圖中揚聲器兼作話筒和喇叭。R1上方的1K電阻以及+9V電源是用來給揚聲器提供偏置電壓的。</p><p><b>　　5.3前置放大電路</b></p

30、><p>　　圖5-3 前置放大電路</p><p>　　前置放大電路原理圖分析：</p><p>　　UA741通用型集成運放，它是一種具有高開環(huán)增益，高輸入電壓范圍，有內部頻率補償，高共模抑制比，有短路保護，不會出現阻塞且便于失調電壓調零等特點的高性能集成運放。</p><p>　　UA741的7號引腳和4號引腳為偏置端，接入正負9V的電源。

31、1號和5號引腳為調零端。</p><p>　　UA741的兩個輸入端 各接由100K的電阻R5、R6，一方面是配合反饋電阻R7來決定輸出的電壓的表達式，事實上，由于它們滿足一定比例關系，增益放大的倍數是不變的。另一方面，保證運算放大器的兩個差動輸入端處于平衡工作狀態(tài)，避免輸入偏流產生附加的差動輸入電壓。</p><p>　　采用差動輸入的方式，運算放大器工作于線性區(qū)，線性電路的疊加原理適用

32、于此處，即可求出V1和V2分別作用時VO的結果，然后利用疊加原理，得出V1和V2同時作用的結果。</p><p>　　D1、D2為輸入保護二極管，限制輸入電壓幅度。</p><p>　　RV1為滑動變阻器，作用是用來調節(jié)進入音頻功率放大級的信號大小。即調節(jié)音量大小。</p><p><b>　　5.4功率放大電路</b></p>

33、<p>　　圖5-4功率放大電路圖</p><p>　　功率放大電路原理分析：</p><p>　　原電路圖中，音頻功率放大電路采用5G37，但由于仿真軟件中無此元件。所以proteus采用LM386電路， LM386為低電壓音頻功率放大器。</p><p>　　如圖5.左圖所示為LM386外圍器件最少的連接方式，其內置電壓增益為20倍。若在其1號引腳和8

34、號引腳間接入電阻和電容可將其電壓增益提高。</p><p>　　采用該連接方式，最小失真率為%0.2。</p><p>　　C4為4.7uF為退耦電容，所謂退耦即防止前后電路網絡電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流沖動對網絡的正常工作產生影響。換言之，退耦電容能夠有效地消除電路網絡之間的寄生耦合。退耦濾波電容的取值通常為4.7-200uF，退耦壓差越大，電容的取值應該越大。</p

35、><p>　　7號引腳所接為旁路電容，它可將混有高頻信號和低頻信號的交流信號中的高頻成分旁路掉的電容。</p><p>　　C2為隔直傳交電容，R2為8歐的電阻將其看做揚聲器，觀察其輸出波形。 </p><p><b>　　6.仿真過程及記錄</b></p><p><b>　　6.1仿

36、真數據記錄</b></p><p>　　(1)激勵源參數： 10mV,f=600Hz</p><p>　　信號源曲線：為一正弦曲線，如圖6-1所示。信號源幅值為10mV。</p><p>　　圖6-1輸入信號波形</p><p>　　(2)經UA741前置放大后的曲線如圖6-2所示；</p><p>　　圖

37、6-2 經UA741前置放大后的曲線</p><p>　　由波形可以看出，信號經過前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為10mV，輸出波形幅值為48.00mV,所以Ui的有效值為7.07mV，輸出Uo1的有效值為33.94mV。放大倍數Av=Uo1/Ui=4.80倍。</p><p>　　(3)RV處于中點處經過滑變后的信號：</p><p>　　圖6-3 RV

38、處于中點處經過滑變后的信號輸出波形</p><p>　　(4)RV處于中點處經過LM386放大的波形：</p><p>　　圖6-4 RV處于中點處經過LM386放大的信號輸出波形</p><p>　　（5）調節(jié)音量大?。凑{節(jié)RV2）后的曲線如圖6-5；</p><p>　　當滑動變阻器向上滑動至最上端即音量調到100%對應的輸出波形：&l

39、t;/p><p>　　圖6-5 RV處于如圖所示點處輸出波形</p><p>　　由波形可見，這時信號已明顯失真。</p><p>　　音量為50%時對應的輸出波形：</p><p>　　圖6-6 RV處于中點處輸出波形</p><p>　　音量最小時對應的輸出波形：</p><p>　　圖6-7

40、RV處于最低點處輸出波形</p><p><b>　　6.2仿真結果分析</b></p><p>　　由交流毫伏表示數及波形可以看出，信號經過前置放大端后，輸出得到放大。輸入波形幅值為10mV，輸出波形幅值為48.00mV，放大倍數Av=Uo1/Ui=4.80倍。</p><p>　　當滑變處在中央時，監(jiān)測輸入輸出波形。Uo的幅值為48mV，經

41、過滑動變阻器后的Ui的幅值為11.50mV，進入音頻功率放大電路的信號Ui的幅值為23mV，,所以經過LM386放大后的音頻U的幅值為475mV，放大倍數為Av=Uo/Ui=475mV/23mV=20.65倍，與理論值20倍相差不大，屬于誤差范圍內。經過電容濾波最終信號的幅值為252.5mV，所以放大倍數為Av=252.5mV/10mv=25.25倍，此時滑動變阻器在中點。當滑動變阻器處于最大值時，最終輸出波形的幅值為337.5mV，不

42、過故事波形已失真，最終放大倍數為Av=337.5mV/10mV=33.75倍。</p><p><b>　　輸出功率的計算：</b></p><p>　　在輸出端放置電壓探針和電流探針如圖6-8所示：</p><p>　　圖6-8 喇叭的電壓與電流</p><p>　　仿真結果如圖6-8所示，最大電壓出現在Vmax=0.

43、191057V，Imax=0.023882A,</p><p>　　Pmax=0.191057*0.023882A=0.004563W,滿足輸出功率小于等于0.5W。</p><p>　　7. 實際電路安裝與調試</p><p><b>　　7.1元件列表 </b></p><p><b>　　7.2調試環(huán)節(jié)&

44、lt;/b></p><p>　　①檢查電路及電源電壓</p><p>　　檢查電路元器件是否接錯，注意晶體管管腳、二極管方向、電解電容極性是否接對、焊接點是否牢固等，檢查電路無誤，再測電源電壓的數值和極性是否符合設計要求。一切正常之后方可接通電源開始調試實驗。</p><p><b>　?、陟o態(tài)調試</b></p><

45、;p>　　先不接輸入信號，測量各級晶體管靜態(tài)工作點。檢測運放的正負輸入端以及輸出端，測量各個節(jié)點的電壓與理論值相比較，在誤差允許范圍內數據合理后再接入輸入信號。</p><p><b>　　③動態(tài)調試</b></p><p>　　接輸入信號，各級電路的輸出端應有相應的信號輸出。線性放大電路不應有非線性失真；波形產生及變換電路的輸出波形也應符合設計要求。調試時，可

46、由前級開始逐級向右檢測，這樣容易找出故障點，及時調整改進。</p><p><b>　?、苤笜藴y試</b></p><p>　　電路能正常工作之后，根據設計要求，逐個測試指標完成情況。</p><p><b>　　8.心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設計體會到了掌握專業(yè)技能的重要性

47、，作為一名電子工程的學生，如果不能運用所學理論知識和專業(yè)技能通過時間培養(yǎng)自我的動手實踐能力，那么學習就會處處碰壁，讓你感覺無所適從，這時候你才會發(fā)現其實在校園培養(yǎng)自己的實操動手能力和學好專業(yè)理論知識和技能的重要性。</p><p>　　在設計過程中我們也會發(fā)現放多存在的問題，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能。該設計的硬件制作需要用到各方面的電子技術知識，本設計不僅需要對專業(yè)

48、知識要較深的理解，同時還需要有嚴密的邏輯思維判斷能力，這些都是我們需要好好學習和總結經驗教訓的。通過實踐與學習，我認為要學好模擬電子技術這門課程，不僅要學習理解好課本基礎知識，更重要的是要通過動手實踐，拓寬思維，增強和鞏固創(chuàng)造能力。在理論中能成立的問題，但是實踐中有時缺不能實現就是需要你仔細的發(fā)現問題，并且解決它。在以后碰到類近的問題時能很好的解決問題。</p><p>　　在這次模擬電子技術基礎課程設計中，我在

49、收獲知識的同時還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我通過查找大量資料、請教老師以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、設計的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是在設計我還學會了很多學習的方法以及相關軟件的使用,如proteus 。本設計使用proteus來設計電路原理圖。而這是日后最實用的真的是受益匪淺。我將所學知識運用到設計中按照設計要求設計電路的參數在按對應的參數選取元器件通過查找資料了解元器件的主要特性與相關使用注意事項。

50、在電路設計中選取最優(yōu)元件來滿足設計的要求。要面對社會的挑戰(zhàn)只有不斷的學習、實踐再學習、再實踐。相信以后我會以更加積極地態(tài)度對待我的學習、對待我的生活。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]. 吳友宇. 模擬電子技術基礎. 北京：清華大學出版社，2009</p><p>　　[2]. 華中科技大學電子技術教

51、研室編.康華光主編.模擬電子技術基礎（第五版）.北京：高等教育出版社，1986</p><p>　　[3]. 陳大欽主編.《電子技術基礎實驗－電子電路實驗、設計、仿真》.高等教育出版社，2002年出版</p><p>　　[4]. Paul Horowitz and Winfield Hill. The Art of Electronics.2ed. Cambridge Universit

52、y Press,1989</p><p>　　[5]. Mark N Horenstein. Microelectronic Circuits and Devices. 2nd ed. New Jersey: Prentice-Hall Inc,1996</p><p>　　附錄一 本科生課程設計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字：