模電課程設(shè)計(多路(或雙路)雙工對講機設(shè)計與實現(xiàn)

1、學生姓名： XXX 專業(yè)班級：電信1102班指導教師：王緒國工作單位：信息工程學院題 目: 多路(或雙路)雙工對講機設(shè)計與實現(xiàn)初始條件：可選元件：揚聲器，集成運放，集成功放（器件選擇應滿足技術(shù)指標）。電容、電阻、電位器若干；或自選元器件。直流電源+9V，或自選電源?？捎脙x器：示波器，萬用表，毫伏表等。要求完成的主要任務:（1）設(shè)計任務根據(jù)技術(shù)指標和已知條件，完成對多路對講機的設(shè)計、裝配與調(diào)試，鼓勵自制穩(wěn)壓電源。（2）設(shè)計要求 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(guān)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(guān)選通某一路揚聲器作為聽話用。講話揚聲器通

2、過講話多路開關(guān)把信號送入放大系統(tǒng)，然后經(jīng)過聽話多路開關(guān)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，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(shè)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(guān)和聽話多路開關(guān)停止工作。該系統(tǒng)擴展后可實現(xiàn)醫(yī)院病房病員呼喚機。采用集成運放和集成功放及阻容元件等構(gòu)成對講機電路，實現(xiàn)雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼作話筒和喇叭，雙向?qū)χv，互不影響；工作可靠，效果良好。電源電壓：9V，功率：0.5W。 選

3、擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。 利用Proteus或Multisim仿真設(shè)計電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計報告書。 選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計功能進行PCB設(shè)計。時間安排：1、 前半周，完成仿真設(shè)計調(diào)試；并制作實物。 2、 后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設(shè)計報告，進行驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄一、課程設(shè)計概述112.仿真軟件proteus：1二、設(shè)計內(nèi)容及過程334553.2 音頻集成功放56678三、仿真過程及記錄9914四 實際電路安裝與調(diào)試1616

4、16五心得體會17參考文獻18一、課程設(shè)計概述（1） 培養(yǎng)學生正確的設(shè)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。（2）鍛煉學生自學軟件的能力及分析問題、解決問題的能力。（3）通過課程設(shè)計，使學生在理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程繪圖、查閱設(shè)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。（4） 鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能。（5） 為今后從事電子技術(shù)領(lǐng)域的工程設(shè)計打好基礎(chǔ)基本要求。2.仿真軟件proteus：在本次模電課程設(shè)計中，需要在裝配實物圖前進行仿真，仿真所用的軟件是proteus。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿

5、真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。具有設(shè)計智能原理圖的功能：豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位

6、所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰；可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。2.proteus還具有完善的電路仿真功能ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標準SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件；多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、

7、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入；豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等；生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析；二、設(shè)

8、計內(nèi)容及過程（1）設(shè)計任務：根據(jù)技術(shù)指標和已知條件，完成多路對講機的設(shè)計，裝配與調(diào)試。（2）設(shè)計要求：采用集成運放和集成功放及阻容元件等構(gòu)成對講機電路，實現(xiàn)雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼做喇叭和話筒，雙向?qū)χv，互不影響，工作可靠，效果良好。電源電壓：+9V，功率0.5W。根據(jù)選擇的電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計，計算電路元件參數(shù)與原件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。 （3）可選原件：揚聲器，集成運放，集成功放（期間選擇應滿足技術(shù)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。 （4）可用儀器：示波器、萬用表、毫伏表等。圖雙工對講機原始電路圖圖2.2.

9、2 替換原件后的對講機仿真電路的一方uA741M，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(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當?shù)碾娢?。圖UA741各引腳和工作說明：1和5腳為偏置（調(diào)零端），2為正向輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源。3.2 音頻集成功放LM386是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 20

10、0。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場 合。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)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。LM386的引腳圖：圖2.3.2 LM386的引腳圖LM386的外形和引腳的排列如右圖所示。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(shè)定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。分析 圖2.4.1電橋電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖

11、）分析電橋原理圖：如圖2.4.1的電橋電路所示，揚聲器（R2）與電阻R1（8），R3（10k）,R4(10k)組成電橋電路。由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。電橋的輸出電壓V2V1,式中R/R，R是揚聲器部講話時的等效電阻（8），R是對準揚聲器講話時的電阻變化量。當R很小，即很小時，V2V1V3/4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，R0，電橋失去平衡，V2V10，該信號經(jīng)過前置放大電路電壓放大，再經(jīng)音頻功率放大，傳輸?shù)綄Ψ綋P聲器去，即對方就可聽見自方的講話聲音。因此此時，對方?jīng)]有對準揚聲器講話，故對方R0

12、，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(xiàn)了雙工對講互不影響的作用。圖中揚聲器兼作話筒和喇叭。R15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。前置放大電路 圖2.4.2前置放大電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）前置放大電路原理分析：F007即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(nèi)部頻率補償，高共模抑制比，有短路保護，不會出現(xiàn)阻塞且便于失調(diào)電壓調(diào)零等特點的高性能集成運放。UA741的7號引腳和4號引腳為偏置端，接入正負9V的電源。1號和5號引腳為調(diào)零端。 UA741的兩個輸入端 各

13、接由100K的電阻R5、R6，一方面是配合反饋電阻1M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(guān)系，增益放大的倍數(shù)是不變的。另一方面，為了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(chǎn)生附加的差動輸入電壓。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于此處，即可求出V1和V2分別作用時VO的結(jié)果，然后利用疊加原理，得出V1和V2同時作用的結(jié)果。D1、D2為輸入保護二極管，限制輸入電壓幅度。RV1為滑動變阻器，作用是用來調(diào)節(jié)進入音頻功率放大級的信號大小。即調(diào)節(jié)音量大小。圖2.4.3功率放大電路（左圖為proteus仿真圖，右圖為原理圖）功率放大

14、電路原理分析：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。如圖5.左圖所示為LM386外圍器件最少的連接方式，其內(nèi)置電壓增益為20倍。若在其1號引腳和8號引腳間接入電阻和電容可將其電壓增益提高。采用該連接方式，最小失真率為。C4為為退耦電容，所謂退耦即防止前后電路網(wǎng)絡電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流沖動對網(wǎng)絡的正常工作產(chǎn)生影響。換言之，退耦電容能夠有效地消除電路網(wǎng)絡之間的寄生耦合。退耦濾波電容的取值通常為，退耦壓差越大，電容的取值應該越大。7號引腳所接為旁路電容，它可將混有高頻信號和低頻信

15、號的交流信號中的高頻成分旁路掉的電容。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。三、仿真過程及記錄（1）激勵源參數(shù)：25mV,f=1KHz信號源曲線：為一正弦曲線，如圖3-1所示。信號源幅值為5mV。經(jīng)UA741前置放大后的曲線如圖（7）所示： 圖3.1.3 經(jīng)UA741前置放大后的曲線由波形可以看出，信號經(jīng)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mV，輸出Uo1的有效值為mV。放大倍數(shù)Av=Uo1/Ui=4.80倍。（3）RV處于中點處經(jīng)過滑變后的信號：圖 RV處于中點處經(jīng)過滑變后的信號輸出波形（4） R

16、V處于中點處經(jīng)過LM386放大的波形：圖 RV處于中點處經(jīng)過LM386放大的信號輸出波形（5）調(diào)節(jié)音量大小后的曲線如圖：1 當滑動變阻器向上滑動至最上端即音量調(diào)到最大時對應的輸出波形：圖3.1.6 RV處于如圖所示點處輸出波形由波形可見，這時信號已明顯失真。2 音量為50%時對應的輸出波形：圖 RV處于中點處輸出波形3 音量最小時對應的輸出波形：圖 RV處于最低點處輸出波形2.仿真結(jié)果分析由交流毫伏表示數(shù)及波形可以看出，信號經(jīng)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(shù)Av=Uo1/Ui=4.80倍。當滑變處在中央時，監(jiān)測輸入輸出波形。Uo的幅值

17、為48mV，經(jīng)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(jīng)過LM386放大后的音頻U的幅值為475mV，放大倍數(shù)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(nèi)。經(jīng)過電容濾波最終信號的幅值為252.5mV，所以放大倍數(shù)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，不過故事波形已失真，最終放大倍數(shù)為Av=337.5mV/10mV=倍。輸出功率的計算：在輸出端放置電壓探針和電流探針如圖所示：圖3-8 喇叭的電壓與

18、電流910573882A,四 實際電路安裝與調(diào)試1.元件列表元件名稱數(shù)量（個）元件名稱數(shù)量（個）運放uA7412二極管4運放LM3862電容1uF2電阻1K2電容2電阻10K4電容10uF2電阻100k4電容250uF2電阻1M4喇叭2電阻8歐4麥克風2滑動變阻器10K22.調(diào)試環(huán)節(jié)檢查電路及電源電壓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(shù)值和極性是否符合設(shè)計要求。一切正常之后方可接通電源開始調(diào)試實驗。靜態(tài)調(diào)試先不接輸入信號，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

19、較，在誤差允許范圍內(nèi)數(shù)據(jù)合理后再接入輸入信號。動態(tài)調(diào)試接輸入信號，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(chǎn)生及變換電路的輸出波形也應符合設(shè)計要求。調(diào)試時，可由前級開始逐級向右檢測，這樣容易找出故障點，及時調(diào)整改進。指標測試電路能正常工作之后，即可進行技術(shù)指標測試。根據(jù)設(shè)計要求。逐個測試指標完成情況。五心得體會作為一名電子信息工程的學生，能夠參加這次模擬電子技術(shù)的課程設(shè)計，我感到非常幸運。因為通過這次課程設(shè)計，不僅讓我提高了自己獨立思考、動手的能力，而且讓我對課本上的理論知識有了更深的理解。另外，通過這次實踐，也讓我結(jié)識并初步掌握了又一款強大的仿真軟件proteus，這讓我有一種小小的成就感。不過，在本次課設(shè)過程中也不是一帆風順的。畢竟自己在對模擬電子技術(shù)理論的學習部分沒有打下堅定的基礎(chǔ)，。在開始著手做的時候，毫無頭緒，于是只好再拿出課本看一下相關(guān)的理論知