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1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 业班级： 电信0906 指导教师： 作单位： 信息工程学院 题 目: 多路(或单路)对讲机设计 初始条件： 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、电位器若干；或自备元器件。直流电源+9V，或自备电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表要求完成的主要任务: （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：9
2、V，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。（用Proteus画电路原理图并实现仿真）。安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。时间安排：1、 2010 年1月11日本班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。2、 2010 年12月31日 至2010年1月7日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。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康华光模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，1
3、986 3. 陈大钦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年出版指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录1 模电课设概述11.1 设计背景11.2 设计目的及意义11.3 设计时间11.4 开发环境proteus简介12 课程设计内容12.1 课程设计题目12.2 课程设计统一技术要求12.3 双工对讲机各单元电路介绍12.4 双工对讲机整体电路图12.5 仿真过程及记录12.6 仿真结果分析12.7 实际电路安装与调试13 心得体会14 参考文献1本科生课程设计成绩评定表11 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
4、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
5、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 设计时间课程设计时间：一周1.4 开发环境proteus简介 PROTEUS软件是由英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷
6、的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。 通过PROTEUS ISIS软件的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有外围接口电子元器件一起仿真。 在原理图中，电路激励源、虚拟仪器、图表以及直接布置在线路上的探针一起出现在电路中。任何时候都能通过“运行”按钮或“空格”键对电路进行仿真。 PROTEUS有两种截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于图表的仿真。其中交互式仿真可实时观测电路的输出，因此可用于检验设计的电路是否能正常工
7、作。 而基于图表的仿真能够在仿真过程中放大一些特别的部分，进行一些细节上的分析，因此基于图表的仿真可用于研究电路的工作状态和进行细节的测量。 PROTEUS软件的模拟仿真直接兼容厂商的SPICE模型，采用了扩充的SPICE3F5电路仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、傅里叶分析等，具有超过8000种的电路仿真模型。 PROTEUS软件的数字仿真支持JDEC文件的物理器件仿真，有全系列的TTL和CMOS数字电路仿真模型，同时一致性分析易于系统的自动测试。 PROTEUS软件支持许多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含强大的调试工
8、具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，PROTEUS可对IAR C-SPY、KEIL等开发工具的源程序进行调试。 此外，在PROTEUS中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测量和记录仿真的波形、数据。2 课程设计内容2.1 课程设计题目多路(或单路)对讲机的设计初始条件：扬声器，集成运放，集成功放。电容、电阻、电位器若干。直流电源+9V可用一起：示波器、外用表、毫伏表2.2 课程设计统一技术要求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。功放及阻容元件等构成对讲机电路，实
9、现双方异地有线通话对讲；用扬声器兼做话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；工作可靠，采用集成运放和集成效果良好。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的选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。(用proteus画电路原理图并实现仿真)安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。2.3 双工对讲机各单元电路介绍2.3.1 电桥电路 图2-1 电桥电路电桥电路如图2-1所示，扬声器（R2）与电阻R1（8），R3（10k）,R4(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V2V1， 式中R/R，R是扬声器部讲话
10、时的等效电阻（8），R是对准扬声器讲话时的电阻变化量。当R很小，即很小时，V2V1V3/4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，R0，电桥失去平衡，V2V10，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R0，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2-2 前置放大
11、电路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
12、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。 V2作用时，V1=0时，根据虚短和虚断，有 V1作用时，V2=0时，根据虚断和虚短，有 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仿真小组采用LM386电路，Multisim小组采用TDA2030电路。LM386为低电压音频功率放大器。图2-3 功率放大电路如图2-3所示为LM386外围器件最少的连接方式，其内置电压
13、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。2.4 双工对讲机整体电路图图2-4 双工对讲机整体电路图如图所示为双工对讲
14、机原始电路图。图（5）图2-5替换元件后对讲机电路所示为替换原件后的对讲机电路的一方，另一方电路与此相同。2.5 仿真过程及记录信号源参数：15m,f=500HZ信号源曲线：为一正弦曲线，如图2-6所示。图2-6信号源峰-峰值为15mv 图2-6 信号源仿真波形经uA741前置放大后的曲线如图2-7所示： 图2-7前置放大后波形调节音量大小后的曲线如图2-8： 图2-8音量最大波形此时音量为最大，波形与刚输出UA741后的波形一样。 图2-9 音量最小波形此时为音量最小时对应的输出波形如图2-9所示。最终输出曲线：图（10） 图2-10 滑变处在中央时的波形当滑变处在中央时，此时对应峰-峰值有
15、1点几伏，信号得到进一步的放大。如图2-10所示。2.6 仿真结果分析由波形可以看出，信号经过前置放大端后，输出得到放大。输入波形峰-峰值为15mv输出波形峰-峰值为145mv,Ui的有效值为10.6mV，输出Uo1的有效值为102.5mV。放大倍数Av=Uo1/Ui=9.7倍。 图2-11 前置放大波形当滑变处在中央时，监测输入输出波形。Uo的峰-峰值为0.67V，所以有效值为，0.24V。Ui的有效值为5.30mV，进入音频功率放大电路的信号Ui的峰峰值为0.04V，它的有效值为14.14mV,所以经过LM386放大后的音频，放大倍数为Av=Uo/Ui=240mV/14.14mV=16.9
16、7倍，与理论值20倍相差不大，属于误差范围内。最终信号放大倍数为Av=240mV5.30mv=45.28倍。如图2-12所示： 图2-12 输入，输出波形A通道为输入信号，B通道为经前置放大后的信号，C通道为经过滑变后的信号，D通道为最终输出信号。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：图2-13 电压，电流仿真仿真结果如图2-13所示，最大电压出现在Vmax=0.0934, Imax=0.011677, Pmax=0.0934*0.011677=0.001满足输出功率小于等于0.5W。2.7 实际电路安装与调试元件列表： 滑动变阻器10K 1个运放uA741 1个二极管 2个
17、运放LM3861个电容0.1uF 1个电阻1K 1个电容4.7uF 1个电阻10K2个电容0.05uF 1个 电阻100k2个电容250uF 1个电阻1M2个 +9V电源 3个调试环节：1、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、焊接点是否牢固等，检查电路无误，再测电源电压的数值和极性是否符合设计要求。一切正常之后方可接通电源开始调试实验。2、静态调试先不接输入信号，测量各级晶体管静态工作点。凡处于放大状态的三极管，测量其Vce和Vbe，不应出现零状况，Vbe=0表示管子截止损坏， Vce=0表示管子饱和或击穿，均需要找出原因排除故障。处于放
18、大状态的三极管Vbe为0.6V左右，Vce 12V。3、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。4、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。3 心得体会学习模电这段时间也是我们一学期最忙的日子，不仅面临着期末考试，而且中间还有一些其他科目的实验，更为紧急的是，之前刚做完电路的课程设计，本周必须完成模电的课程设计。任务对我们来说，显得很重。为了尽快完成模电的课程设计，我一天也没歇息。相关知识缺
19、乏给学习它带来很大困难，为了尽快掌握它的用法，我照着原理图学习视频一步一步做，终于知道了如何操作。在做电路仿真时，我画好了电路原理图，修改好参数后，创建网络列表时系统总是报错,无论我怎样修改都不行，后来请教同学，他们也遇到了同样的困惑。任何事情都不可能是一帆风顺的，开始是创建网络表时出现问题，后来是没有差错但出来的仿真波形不是预计中的，这确实很难修改。输出时仿真波形总是一条直线，我弄了一晚上也找不出原因，整个人也显得焦躁不已。经过这段课程设计的日子，我发现从刚开始的Pspice到现在的Proteus，不管是学习哪种软件，都给我留下了很深的印象。由于没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。在每
20、次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会.虽然最终实物做出来了，但这并不是我一个人做出来的。通过这次课程设计，我明白了一个团队精神的重要性，因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各种问题。从原理图的最终敲定，到波形的仿真，到元器件的选择与购买，到最后实物的焊接与调试，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才使我们很快的完成了任务4 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，20092. 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，19863. 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. Paul Horowitz and Winfield Hill. The Art of Electronics.2ed. Cambridge University Press,1989 本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日14