双工对讲机设计.docx

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1、北京经济管理职业学院毕业设计题目：双工对讲机姓名：XXX专业：应用电子技术班级：200906251学号：06指导老师：XXX日期：2012520126目录北京经济管理职业学院1摘要31方案设计41.1无线双工对讲机系统框图41.2、设计思路41.3、设计方案的选择42模电设计背景62.1设计目的及意义62.2设计时间：五周62.3开发环境proteus简介63. 课程设计内容83.1课程设计题目与要求83.2实验目的84. 双工对讲机整体电路94.1双工对讲机仿真图104.2双工对讲机工作原理104.3双工对讲机各单元电路介绍114.3.1电桥电路（上图为仿真图，下图为原理图）114.3.2

2、前置放大电路124.3.3功率放大电路135. 元件介绍145.1运算放大器UA741145.1.1元器件参数145.2音频集成功放155.2.1元器件参数156电路仿真166.1仿真数据166.2仿真结果分析197. 实际电路安装与调试207.1元件列表：207.2调试环节：208. 成品图219. 心得体会2110参考文献22摘要在现在通信中，对讲机是一种近距离的、简单的无线传输通信工具，由于它不需要中 转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们欢迎。目前， 它广泛的应用于公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业的小范围 移动通信工程中。调频对讲机是通过调节

3、频率和接收频率使一组对讲机功能的无线通 信工具。移动通信技术包括很多种类，无线对讲机也是移动通信中一个重要的分支。本 论文研究设计了一款调频无线对讲机，主要是指导学生选电路，选元器件，组装调配， 把移动通信技术以及它的前沿课程：电路分析，模拟电子电路，高频电子电路等结合 起来，使学生更直观的了解移动通信，同时也加深理论知识的理解。调频对讲机是通过调节频率使一组对讲机的接收频率和发射频率与另一组对讲机 的发射频率和接收频率相同，从而实现对讲功能的无线通讯工具。通过对调频对讲机的安装与调试，能对所学过的高频电路原理知识及各单元电路 的电路形式，各电路间的耦合方式及信号传送波形和结果，有更深入的了解

4、。同时，也对以前所学过的各类模拟单元电路的工作原理、电路形式、调试方法、 测量方法、整机电路统调技巧等方面知识，得到全面的、传统的训练。为今后从事工作有坚实的 技术基础。本设计是调频无线对讲机，首先介绍了调频无线对讲机的功能、性能指标和工作原理。关键词：对讲机 调频 双工1方案设计1.1无线双工对讲机系统框图 系统分为两个部分：发射部分和接收部分，设计框图如下图1所示。图1无线双工对讲机系统框架图声音信号经MIC拾入，经过调制放大器，即低频放大器放大，经过振荡器及放大电路，将输入的 低频调制信号和振荡产生的高频载波信号变换为高频已调信号（调制），并以足够大的功率输送到天 线，辐射到空间；再由天

5、线接收到需要频率信号进行初步的选择和放大，以便抑制其他频率的无用信 号，再经过声音接收专用集成电路，解调出原发射信号，最后通过低频功率放大器输出。1.2、设计思路为达到设计要求，采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机电路，实现半双工通话。设 计的难点在于选频网络的预置和检波电路的设计。1.3、设计方案的选择方案一：整个系统电路全部采用集成运放，接收部分采用超外差接收方式。用专用高收音机接收 芯片D1800和集成功放D2822以及外围阻容元件组成。D1800作为收音接收专用芯片，内部集成了 FM 混频、本振，低通滤波，FM中放、监频和静噪、一级功放与一体，具有高温定性。集成功放D2822

6、作为第二级功率放大，进一步放大功率推动扬声器发出声音。系统原理图如下：图2方案一：原理框图方案二：系统以集成运放为主，部分采用分立元件搭成，接收部分采用直接接受方式。发射部分 采用高频三极管和阻容元件搭成，接收部分采用电容电感自制选频网络和检波器，用集成功放LM386 作为功率放大级，推动扬声器发出声音。系统原理框图如下图所示：图3方案二：原理框图方案一系统主要部分采用专用集成芯片，接收范围广，信号强度好且清晰，但是采用成本高，在 本设计中没有使用的必要。相比之下，方案二接收部分采用分立元件搭成，理论上能够满足设计要求， 它的缺点在于稳定度不高，杂音较重。综合比较，考虑到成本和设计需要，采用方

7、案二。2模电设计背景2.1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 计算机引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。2.2设计时间：五周2.3开发环境proteus简介Proteus软件是英国喇叭Labcenter electronics公司出版的EDA工作软件。它不仅具有其它EDA

8、 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围元件。它是目前最好的仿真单片机及外围元件的工具.虽 然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的 科技工作者的青睐.Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理布图、代码调试到单片机 与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一 将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、 HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、8086 和 MSP430 等，2010 年即将增加

9、 Cortex 和 DSP 系列处理器，并继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：Protex软件具有其它EDA工具软件的功能。例如：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真革命性特点（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

10、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 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 的方式实时的显示出来,其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟的仪器仪表具有理想的参数指标,

11、例如极高的输入阻抗、极低的输入阻抗。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。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。PROTEUS是单片机课程教学的先进助于。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相

12、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。课程设计、毕业设计是学生走向就业岗位的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验是无法相 比的大量原器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪 器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创新精神的平台。随着科技的发展,“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活, 结果、过程的统一特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在 单片机开发应用中PROTEUS也能获得越来越广泛的应用。使用

13、Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运 用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力;在单片机课程设计和全国大学生电子设计 竞赛中，我们使用Proteus开发环境对学生进行培训,在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映对单片 机的学习比单纯的学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明,在使用Proteus进行系统仿真开 发成功后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此,Proteus有较高的推广利用价值。目前Proteus的最新版为7.7sp2，今年将推出8.0版本，增加DSP系列及AR Mcortex处理器。3、课程设计内容

14、3.1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，双相对讲，互不影响；工作可靠，效果良好。电源电压：+9v，功率0.5w。（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 十；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。3.2实验目的（1）通过实验使我了解了 uA741芯片的特性和在电路中所起的作用。（2）通过实验使我了解了 LM386芯片的特性和其优点。图

15、1.双工对讲机原始电路图4.1双工对讲机仿真图图2.替换原件后的对讲机一方4.2双工对讲机工作原理电桥电路如图（1）所示，扬声器（R2）与电阻R1（8。），R3 （10KQ ）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u - u = U（宜+ R - 1）= 6匕，式中业，R是扬声器不讲话时的等效电213 2 R + A R 256、R4（1 + 一）2阻（8。）， R是对准扬声器讲话时的电阻变化量。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

16、阻塞且便于失调电压调零等特点的高性能集成运放。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采用LM386电路， LM386为低电压音频功率放大器。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。4.3双工对讲机

17、各单元电路介绍电路各个部分及其作用4.3.1电桥电路（上图为仿真图，以下原理分析以原理图为准：电桥电路如图（1）所示，扬声器（R2）与电阻R1（8。），R3（10K。）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U - U = U （ 一R + R ）= 一萱一，式中5 = A R ,R是扬声器不讲话时的等效电213 2R + AR 24（ + 5）R2阻（8。）, R是对准扬声器讲话时的电阻变化量。当 R很小，即0很小时,V -V=V 6 /4可见差动放 大器的输出信号与扬声器的电阻相对变化率成正比。当自方对准扬声器讲话时,%

18、 R#0,电桥失去平 衡，V-V #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，即对方就可听见自己的讲话声音。因此此时，对方没有对准扬声器讲话，故对方AR=0,电桥输出信号为0, 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。图中扬声器兼做话筒和喇叭。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。4.3.2前置放大电路图2-4前置放大电路（上图为仿真图，下图为原理图）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

19、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使用于此处，即可求出、 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。D、D2为输入保护二极管，限制输入电压幅度。

20、RV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。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采用 LM386电 路,LM386为低电压音频功率放大器。表图，下图为原理图）如图2-4左图所示为LM386夕式，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X米用连接方式，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

21、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。5 .元件介绍5.1运算放大器UA741uA741M, uA741I, uA741C （单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用。这类单片硅 集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和 低失调电压调零能力与使用适当的电位。图2-6UA741管脚图uA741M, uA741I, uA741C芯片引脚和工作说明：1和5为偏置（调零端），2为正向输入端,3为反向输

22、入端,4接地,6为输出,7接电源,8为空脚。5.1.1元器件参数 uA741芯片技术参数：工作电压Max（V）： 36；工作电压Min（V）： 7；每通道IQ （典型值）（mA）： 2.80；带宽GBW （典型值）（MHz）： 1；转换速率（典型值）（V/us）： 0.500；输入失调电压（25C） （Max） （mV）： 6； 失调漂移（典型值）（uV/C）:；输入偏置电流（Max） （pA）： 500000；共模抑制比（Min） （dB）： 70；噪声电压（典型值）：一；单电源供电：NO；封装/温度（C）： PDIP8/070 uA741芯片优点：宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随

23、器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分 器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模电压范围；（5）低功耗LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围 元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任 意值，直至200.输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的 静态功耗仅为24MW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386是一种音频集成功效，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电

24、压范围大、外接元件少 和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。LM386的引脚图增盖旁路设定屯容+Kr输出图2-7LM386的外形和管脚排列LM386的外形和引脚图的排列如右图所示。引脚2为反向输入端，3为同相输入端;引脚5为输出端;引脚6和4分别为电源和地;引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通 常取10uF。5.2.1元器件参数 LM386芯片技术参数:功率、有效值：325mW；工作最低温度：0C；工作最高温度：70C；带宽：0.3MHz；放大器类 型：功率；温度范围：商用；电源电压 最大：12V；电源电压 最小：4V；负载阻抗 最小：80hm；输 入

25、偏移电压 最大：2.5mV；输出功率：0.25W；运放特点：低功率；额定电源电压：+9V LM386芯片的优点：(1) 外接元件少(2) 低功耗(3) 低失真6电路仿真6.1仿真数据(1)信号源参数：5mV, f=50Hz信号源曲线:为一正弦曲线，如图3-1所示。信号源幅值为5mV。图3-1输入信号(2)经uA741前置放大后的曲线如图3-2所示：图3-2经uA741前置放大后的曲线由波形可以看出，信号经过前置放大端后,输出得到放大。输入波形幅值为5mV,输出波形幅值为 24.00mv,所以q的有效值为3.54mv，输出Uo的有效值为16.97mV。放大倍数Av=Uo1/U.=4.80倍。(3

26、) RV处于中点处经过滑变后的信号:图3-3RV处于中点处经过变滑后的信号输出波形(4) RV处于中点处经过LM386放大的波形：图3-4 RV处于中点处经过LM386放大的信号输出波形(5)调节音量大小后的曲线如图3-3:音量最大时对应的输出波形：音量为50%时对应的输出波形：图3-6 RV处于中点处输出波形音量最小时对应的输出波形:图3-7音量最小时对应的输出波形6.2仿真结果分析由波形可以看出，信号经过前置放大后，输出得到放大。输入波形幅值为5mv,输出波形幅值为 24.00mV放大倍数 Av=Uo1/U.=4.80 倍。当滑变处在中央时,监测输入输出波形。Uo的幅值为24mv,经过滑动

27、变阻器后的U.的幅值为 11.50mv,进入音频功率放大电路的信号U/的幅值为11.50mv,所以经过LM386放大后的音频U的幅值 为240mv,放大倍数为Av=Uo/Ui =240mv/11.50mv=20.86倍,与理论值20倍相差不大，属于误差范围内。 经过电容滤波最终信号的幅值为127.50mv，所以放大倍数为Av=127.50mv/5.0mv=25.5倍，此时滑动变 阻器在中点。当滑动变阻器处于最大值时，最终输出波形的幅值为222.50mv，最终放大倍数为Av=222.50mv/5.0mv=44.5 倍。输出功率的计算:在输出端放置电压探针和电流探针如图所示仿真结果如图（13 ）所

28、示，最 大电压 出现在 Vmax=0.174653V,Imax=0.0218316A , Pmax=0.174653*0.0218316=0.0038W,满足输出功率小于等于 0.5W。7 .实际电路安装与调试7.1元件列表：元件名称数量（个）元件名称数量（个）运放uA7412二极管4运放LM3862电容0.1uF2电阻1K2电容4.7uF2电阻10K4电容0.05uF2电阻100K4电容250uF2电阻1M4喇叭2电阻8欧4麦克风2滑动变阻器10K27.2调试环节： 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、焊点是否牢 固等,检查电路无误，再

29、测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。一切正常之后方可通电开始调 试实验。 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，在误差允许的范围内数据合理后再接入输入信号。 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是真;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。 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。8 .成品图9.心得体会本人通过这次课程设计体会到了掌握专业技能的重

30、要性，作为一名电子系的学生，如果不能运 用所学知识和专业技能通过时间培养自我的动手实践能力，那么以后面临找工作将会处处碰壁,这时候 才会发现在校的动手实践能力到社会中是多么重要，所以我们应该好好培养自己在学校的实际动手能 力和学好专业理论知识。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器件的功能，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，有些实际的问题总是理 解不够透彻，当运用到实际操作中时问题便迎刃而解了。不仅从中了解了该设计的原理性质更学到

31、了 更加专业的知识。比如一些芯片的功能，在看课本时，当时能记住但是过后还是很快就忘了，而如果 将书本内的知识运用到实际中我们将会记得很清楚起作用及性能，通过实践我们对元器件的认识会更 加深刻，认识来源于实践，时间是知识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。这次课程的设计让我深深地认识了自己，切实的说,我通过这次的课程设计知道了该设计的硬件制 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有较深的理解，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的地方。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 的是通过动手实践，拓宽

32、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 毕业后将会很难通过社会的检验，我们只有锻炼自己的实际动手操作能力才能成为一名合格的毕业 生。本次设计中，我的设计还有很多不足的地方,还请老师多加指导。1 谢自美.电子电路设计.实验.测试.武昌：华中理工大学出版社，1994.2 康华光主编，电机技术基础（数字部分、模拟部分），高等教育出版社，1998.3 胡宴如.模拟电子技术M.北京：高等教育出版社,2004.2.4 姚福安音频功率放大器设计，山东大学学报,2003年06期.5 康华光，陈大钦，张林.电子技术基础.华中科技大学出版社.6 童诗白.模拟电机技术基础.人民教育出版社.