模擬電子課程設計-有線對講機

1、<p><b>　　有線對講機</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　院系: 計算機科學學院 </p><p>　　專業(yè)： 自動化類 </p><p>　　班級： 2015級1502班 </p><p>　　課程名

2、稱： 模擬電子技術 </p><p>　　學號： </p><p>　　姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　時間：2017年5月24日</p><p><b>　　有線對講機</b></p

3、><p><b>　　1 設計任務</b></p><p>　　設計并制作一個有線對講機：</p><p>　　實現(xiàn)甲、乙雙方異地有線通話。</p><p><b>　　作用距離≥1米。</b></p><p>　　電源電壓+9V，PO≥0.5W。</p><

4、p><b>　　2 需求分析</b></p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，人們生活水平越來越依賴于電子產(chǎn)品，對講機作為一種近距離的、簡單的傳輸工具，不需要中轉站和地面交換站的支持，就可以進行有效的通信，即使在沒有手機信號的地方，對講機也可以使人們便利地與朋友或整個團隊溝通，設計克服了電路復雜、故障范圍大、對講距離近的矛盾，電路經(jīng)過優(yōu)化組合，制作容易，性能更高。</p>

5、<p>　　就對講機而言，可分為單工通信、半雙工通信及雙工通信三種。但前兩種方式現(xiàn)已基本不實用。</p><p>　　單工通信——信息只能單方向進行傳輸。發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接受信息，接收端只能接收信息，不能發(fā)生信息，數(shù)據(jù)信號僅從一端傳送到另一端。</p><p>　　半雙工通信——通信雙方都能收發(fā)消息，但不能在兩個方向上同時進行收發(fā)的工作，必須輪流交替地進行。</p

6、><p>　　雙工通信——通信雙方同時進行雙向傳輸信息。在這種方式下，雙方可同時進行收發(fā)信息。雙工通信的信道必須是雙向信道。</p><p>　　綜上所述，可見雙工通信相對來說比較優(yōu)越的，使用雙工通信方式制作的對講機具備了傳統(tǒng)對講機所有的優(yōu)點和特點，具有切實可行的設計理念和廣泛的應用市場。對講機一般主要應用在公安、民航、運輸、水利、鐵路、制造、建筑、服務等行業(yè)，用于團體成員間的聯(lián)絡和指揮調(diào)度，

7、以提高溝通效率和提高處理突發(fā)事件的快速反應能力。</p><p><b>　　3 設計方案</b></p><p><b>　　3.1 流程圖</b></p><p>　　話筒——將語音信號轉換成電信號。</p><p>　　前置放大——完成對所轉換成的弱電信號的電壓放大。</p>&

8、lt;p>　　音頻放大——完成弱信號的電壓和電流放大。</p><p>　　揚聲器——將電信號轉換為聲信號。</p><p><b>　　3.2 理論分析</b></p><p>　　對于揚聲器，其輸出功率為0.5瓦，阻抗為8歐姆，因此，從電路輸出的正弦波的電壓幅值：</p><p>　　人說話時產(chǎn)生的聲音信號經(jīng)過

9、話筒轉換為電信號，幅值約為10mV，要使揚聲器工作在額定功率下，則需要對輸入信號進行放大，整個電路的放大倍數(shù)：</p><p>　　因此，本次設計中使信號通過前置放大電路后，前置放大電路使電壓放大10倍左右，功率放大電路的放大倍數(shù)在30倍以上。</p><p><b>　　4 詳細設計</b></p><p><b>　　4.1 話筒

10、電路</b></p><p>　　用駐極體話筒對外界音頻進行采集，駐極體話筒體積小、頻率范圍寬且價格客觀。</p><p>　　如圖4.1所示，其中R1()作為話筒內(nèi)場效應管的負載電阻，它的取值直接關系到話筒的直流偏置。</p><p>　　駐極體話筒引出端有兩端式和三端式，本次設計采用兩端輸出方式。二端輸出方式是將場效應管接成漏極輸出電路，類似晶體三極

11、管的共發(fā)射極放大電路，只需兩根引出線，漏極D與電源正極之間接一個漏極電阻R，信號由漏極輸出有一定的電壓增益，因而話筒的靈敏度比較高，但動態(tài)范圍比較小。</p><p>　　4.2 前置放大電路</p><p>　　為了提高前置放大器電路的輸入電阻和共模抑制性能，減少輸出噪聲，集成芯片接成同相比例放大器并加入負反饋，保證輸出電壓不失真，輸出接滑動變阻器以調(diào)節(jié)音量。</p>&l

12、t;p>　　電路圖如圖4.2所示，該運算放大器的放大倍數(shù)由其中的R1()和R2()確定，前置放大電路放大倍數(shù)約為10倍，計算方式如下：</p><p>　　R4是作為輸出衰減作用，使得放大后的電壓增益在0~11倍之間。</p><p>　　C1、C3為輸入輸出耦合電容，用以削弱直流信號從而減弱信號的失真度。</p><p>　　對于集成芯片，選用NE5532，

13、主要是有下面三個原因：</p><p>　　小信號帶寬：10MHZ。</p><p>　　共模抑制比高（70dB）。</p><p>　　電源電壓范圍為±5~15V，可與駐極體話筒和等芯片使用同一電源。</p><p>　　4.3 功率放大電路</p><p>　　功率放大電路放大倍數(shù)要大于30倍，因此選擇使

14、用LM386集成運放芯片。</p><p>　　LM386是一種音頻集成功放，自身功耗低、電源電壓范圍大、外接元件少、低失真度的低頻功率放大器，且根據(jù)外接電路的不同可使放大倍數(shù)在20倍到200倍范圍內(nèi)可調(diào)。LM386的2號引腳為反相輸入端，3號引腳為同相輸入端；5號引腳為輸出端；6號和4號引腳分別為電源和地；1號和8號引腳為電壓增益設定端；使用時在7號引腳和地之間接旁路電容，通常取10μF。如無震蕩7腳可懸空不接

15、。</p><p>　　電路圖如圖4.3所示，其中C1電容做耦合電容；C2做旁路電容。1腳和8腳之間接C3使得放大器的增益為200；6腳上并聯(lián)的兩個電容可消除可能產(chǎn)生的自激震蕩。</p><p><b>　　5 調(diào)試與測試</b></p><p><b>　　5.1 電路仿真</b></p><p>

16、;<b>　　前置放大</b></p><p>　　采用函數(shù)信號發(fā)生器模擬人說話的聲音并用示波器觀察輸出信號變化。人說話時產(chǎn)生的聲音信號峰峰值約為10mV，頻率約在65~1000Hz，前置放大電路在Multisim軟件中的仿真結果如圖5.1.1所示。</p><p>　　A通道（紅色）為輸入電壓，B通道（紫色）為輸出電壓。放大倍數(shù)約為11倍，與理論值相同。</p

17、><p><b>　　功率放大</b></p><p>　　由于Multisim中沒有LM386芯片，而自己又封裝比較麻煩，因而改用Proteus軟件進行仿真，仿真結果如圖5.1.2所示。</p><p>　　A通道（紅色）為輸入電壓；B通道（紫色）為輸出電壓，放大倍數(shù)大于30倍，符合理論計算結果。</p><p><

18、b>　　5.2 電路調(diào)試</b></p><p>　　將一個小模塊在電路板上搭建出來之后，用信號發(fā)生器作為信號輸入，將輸出信號與理論值進行對比，最后將各個模塊組合在一起，進行最后的調(diào)試。</p><p>　　所有實物搭建完成之后，進行功能測試時，出現(xiàn)以下情況：</p><p><b>　　前置放大輸出無波形</b></p

19、><p>　　原因：①駐極體話筒的正負極分辨錯誤。</p><p>　　②駐極體話筒輸出端的上拉電阻應為10千歐以上，而一開始用的是一個50歐姆的電阻，使得采集的信號很小，因而放大后無明顯波形。</p><p><b>　　功率放大輸出為雜波</b></p><p>　　原因：①功放電路的輸入輸出端未接電容。</

20、p><p>　?、陂_始的時候有個電解電容極性接反了，老師說，對于單向通過的信號沒有影響，但是經(jīng)過試驗，還是有一點點小波動的。</p><p><b>　　輸出有大量雜音</b></p><p>　　原因：①未加入濾波電路，比如：切比雪夫濾波器、貝塞爾濾波器等等</p><p>　　②理論輸入幅值為毫伏級電壓，且頻率約為

21、30Hz至800Hz的低頻范圍，若輸入信號未在該范圍內(nèi)，則會導致輸出結果出現(xiàn)失真或無響應。</p><p>　　③線路的布置不是很合理，線路之間產(chǎn)生了干擾，使得信號有了損失。</p><p>　　實物圖如圖5.2所示。</p><p>　　調(diào)試過程花費了大量時間，不能正確輸出很大原因是焊接線路的問題，還有調(diào)試過程中使用的儀器不穩(wěn)定，比如：直流雙電源的輸出電壓與儀器

22、顯示的數(shù)值不相符、示波器未接入任何信號卻顯示波形等等。</p><p>　　調(diào)試結果：實現(xiàn)了清晰的聲音單向傳輸，原因是因為沒能使雙方都能進行對話，僅能單方面語音傳輸。雖然電路都相同，但另一方的電路不能輸出正確的語音信息。</p><p><b>　　6 總結</b></p><p>　　本次課程設計完成了設計目的：實現(xiàn)有線對講，傳輸距離≥1米。

23、</p><p>　　該電路主要應用了集成運放芯片NE5532搭建的電壓放大電路和LM386芯片搭建的功率放大電路，完成了聲音信號到電信號，再由電信號轉換為聲音信號的過程，從而實現(xiàn)了對講機的基本功能。</p><p>　　集成運放電路主要由負反饋電路組成，其放大倍數(shù)的計算相對較簡單，而功率放大器LM386的放大增益有幾種不同的形式，放大倍數(shù)由20倍到200倍不等，且該部分電路的組成比較復雜

24、，需要虛擬仿真之后再進行實物制作以節(jié)約成本。</p><p><b>　　7 心得體會</b></p><p>　　在本次設計過程中，遇到了很多問題，比如雙電源供電的解決方式、電容濾波等等，這需要對模擬電子技術的應用比較熟悉。設計有幾種不同的方案，既要保證電路的可實現(xiàn)性，又要使得電路的設計簡單，比如功放芯片的選擇時,采用的是LM386，它的放大增益有幾種不同的形式，采