模拟电子课程设计报告双工有线对讲机.doc

双工有线对讲机 前言1我们的模拟电子技术课程设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。本次实验课题为双工有线对讲机，完成对多路对讲机的设计、装配与调试。讲话扬声器通过讲话多路开关把信号送入放大系统，然后经过听话多路开关送入用作听话的扬声器，如果讲话扬声器和听话扬声器的功能互换时，对应的地址也应互换。系统中还设置禁止使用端，在不使用对讲系统时，该禁止端使讲话多路开关和听话多路开关停止工作。该系统扩展后可实现医院病房病员呼唤机。2下面我来介绍以下全双工和半双工。交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的交换机都支持全双工。全双工的好处在于迟延小，速度快。提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是“半双工”，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一天窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两量车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。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即全双工。在实验理论过程中，我们既可以验证模拟电路理论的正确性和使用性，又可以在此过程中间发现理论中没有遇到过的问题，形成新的解决问题的思路。通过试验方案的比较与调试，最终取得了成功。可以采用以下方法给对讲机供电：1、3节干电池串联。2、市售的电源适配器（如果你有录音机、无绳电话等的电源适配器也可以用，手机充电器的也行）。3、自制直流电源（不如买一个便宜）。如果你有充电器也可采用蓄电池。1 实验介绍1.1实验设计的意义有线对讲机在日常生活中应用广泛。有线对讲机原理简单，设计方便，制作简易，成本低。广泛用于医院病员呼叫机、门铃、室内电话等。所以有线对讲机日益成为日常生活中不可缺少的部分。我们了解了它的原理过程，正确使用操作它，可以提高我们知识的应用性。本次试验既增长了我们的知识，又让磨砺了我们的意志以及团队意识。更让我们对电子模拟更加感兴趣，为以后的研究道路上做了很好的铺垫。2实验原理2.1实验原理图2.1.1原理电路分为四个部分：讲话开关：接通讲话通路，允许信号传入。放大系统：把输入的微弱信号放大。听话双路开关：选择听话路径。扬声器：电信号转化成音频信号输出。2.2实验所需元件2.3主要器件说明编号器材名称型号数量R1电阻10K1C1、C3电解电容10u/16V2C2电解电容100u/16V1IC功放集成电路LM3861S1开关双刀双掷1YSQ1、YSQ2扬声器80.25W2：2.3.1关于音频放大器： 音响中的功放是整个音响设备中的关键部件。      功放分胆机与石机,先讨论石机.石机最初的功放为甲类功放,这类功放的功放管的工作点选在管子的线性放大区,所以就算在没有信号输入的情况下,管子也有较大的电流流过,且其负载是一个输出变压器,在信号较强时由于电流大,输出变压器容易出现磁饱和而产生失真,另外为了防止管子进入非线性区,此类放大器往往都加有较深度的负反馈,所以这种功放电路效率低,动态范围小,且频响特性较差.对此人们又推出了一种乙类推挽式功率放大器,这类功放电路其功放管工作在乙类状态,即管子的工作点选在微道通状态,两个放大管分别放大信号的正半周和负半周,然后由输出变压器合成输出.所以流过输出变压器的两组线圈电流方向相反,这就大大地减少了输出变压器的磁饱和现象.另外由于管子工作在乙类状态,这样不仅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的动态范围,使输出功率大大提高.所以这种功放电路曾流行一时.但人们很快发现,此种功电路由于其功放管工作在乙类工作状态,所以存在小信号交越失真的问题,而且电路需使用两个变压器(一个输出变压器,一个输入变压器),由于变压器是感性负载,所以在整个音频段内,负载特性不均衡,相移失真较严重.为此人们又推出了一种称为OTL的功率放大电路.这种电路的形式其实也是一种推挽电路形式,只不过是去掉了两个变压器,用一个电容器和输出负载进行藕合,这样一来大大的改善了功放的频响特性.晶体管构成的功放电路有了质的飞跃,后来人们又改良了此种电路,推出了OCL和BTL电路,这种电路将输出电容也去掉了,放大器与扬声器采取直接藕合方式,直到现在由晶体管组成的功放电路,其结构基本上是OCL电路或BTL电路.OCL电路与OTL电路不同之处是采取了正负电源供电法,从而能将输出电容取消掉.BTL电路是由两个完全独立的功放模块搭建组成,如图C所示.IC1放大输出的信号一部分通过IC2反相输入端,经IC2反相放大输出,负载(扬声器)则接在两放大器输出之间,这样扬声器就获得由IC1和IC2放大相位相差180度的合成信号了.    不论是OCL或BTL功放电路,由于其去除了输出变压器和输出电容器,使放大器的频响得到展宽。与扬声器配接方面，当功率放大器连接一个标称阻抗低于其额定负载阻抗的音箱时,理论上将使输出功率增加,但这是有条件的,功放必须有足够小的输出内阻且必须有足够大的电流增益,电源能提供足够大的工作电流,否则不但不失真功率不能增加反而引致放大器性能下降。另一种情形是功率放大器连接一个标称阻抗高于其额定负载阻抗的音箱,这时似乎功率放大器会轻松些,其实也不尽然,如果放大器的电源电压容量不够大,重放时可能未到其额定输出功率就发生电压过载失真。另外扬声器音圈会产生感生电动势,这个感生电动势对扬声器的运动有阻尼作用,放大器的输出阻抗对扬声器所产生的感生电动势有旁路作用,从而能有效地抑制扬声器的感生电动势.    综上所述,晶体管功放要得到好的放声效果,就必须要有较低的输出阻抗,较大的电流增益,电源方面要能提供足够大的工作电流和较高的电源电压且瞬态效应好。    为了使放大器具有较低的输出阻抗和较大的电流增益,功放的后级我们可用多对功率管并联来实现,并且选取耐压值尽可能高的功放管,使其能适应不同阻抗的负载.不过此举就要增加推动功率了,一台好的功放对电源的要求的苛刻的,为了能提高瞬态响应和提供足够的电流整流管要采用大电流开关型整流二极管(有人称为高速整流二极管),另外滤波电容要采用万F以上的.由于功放在工作时产生的瞬态电流达10安(视功放机的功率而定)以上,后级的接触电阻和连线电阻均不能忽略,例如:电路存在0.1欧的交流阻抗,那么在10安电流的作用下就在其上产生1伏的交流电压,这个交流电压会藕合到前级,轻则产生交流干扰,重则会使放大器产生自激而损坏功放管.我们曾维修过多台大功率功放机,因整流二极管接触不良或滤波电容虚焊而造成烧坏功率管的.另外,由于大功率的功放机均具较高的增益,所以电源的去藕电路就非常重要,否则很容易产生交流声干扰.一般的功放机均要两级以上的LC滤波电路,且滤波电容的接地点的选取均有讲究.最后就是电源变压器了,现在的功放机其总体效率大概在50%-60%左右,所以所选择的电源变压器的功率的选取应为: 扩音机的最大不失真功率/0.5 例如:一台最大不失真功率为100瓦的功放机其电源变压器的功率应是100/0.5=200瓦.另外为了减少电源内阻和漏感对放大器的干扰,在电源变压器的设计上应尽量减少每伏匝数和选用高磁通率的铁芯.环牛(环形铁芯变压器)就是一种性能较好的变压器. 动态范围是功放机的一个非常重要的参数。现在高档的数字化音源如CD机,DVD机由于采取了高比特率的数字量化,其输出的音源的动态范围达90db以上较传统录音机（40-70db)大.所以,功放机如果没有足够的动态范围与之相配就很容易产生切峰失真（削波效应）,在切峰失真的信号波形中包含了极丰富的功率能量很大的高次谐波成份,它们加入到音箱中,其能量就极可能超过扬声器的承受功率而令其烧坏。所以在功率放大电路中，为了防止放大器进入削波状态，在电路上都加入了负反馈电路。负反馈电路虽然有效地防止了削波的产生，但它也使信号产生线性失真（幅度失真）和非线性失真（相移引起）。半导体器件制造在今天已经有了很大的进步，大动态范围的半导体器件已经问世，在此前提下，人们提出了无负反馈功率放大器的概念，由于不存在负反馈，放大器的保真度将进一步得到了较大的提高。    现在来谈一谈胆机（电子管机）以其音质柔和悦耳而受众多音响爱好者的追捧。它与晶体管不同之处有下面几方面：1、晶体管的电路结构比电子管复杂；2、晶体管的集电极电流基本上不受集-射电压Vce的影响，而电子管的阳极电流和阳极电压基本上符合欧母定律；3、晶体管易受温度的影响，而温度对电子管影响较少；4、晶体管工作在低电压大电流状态，因此对电源的要求高；而电子管工作在高电压小电流状态对电源的要求相对比较低；5、晶体管是电流控制器件，输入输出阻抗低，而电子管是电压控制器件，输入输出阻抗高，因此电子管功放都必须要有一个输出变压器与负载匹配。由于输出变压器的电磁惯性和传输频带（特别是高频段）变窄的原因，音频信号被柔化了，听起来音质柔和（其实这并不是高保真）；6、电子管的过载能力比晶体管强，所以动态范围相对比晶体管高，因而声音听起来比较悦耳。方案一：LM3862.3.2.1概述(Description): 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的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。2.3.2.2特性(Features): 静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调,20-200。 低失真度。 LM386电源电压4-12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。典型应用电路方案二：LM4851特性如下：Features Mono 1.1W (typ) and stereo 115mW (typ) outputSPI programmable 32 step digital volume control (-40.5dB to +6dB)Eight distinct SPI programmable output modesmicro-SMD and LLP surface mount packaging "Click and pop" suppression circuitryThermal shutdown protectionLow shutdown current (0.1µA, typ) Key Specification THD+N at 1kHz, 1.5W into 4 BTL (LQ)1% (typ)THD+N at 1kHz, 1.1W into 8 BTL1% (typ)THD+N at 1kHz, 115mW into 32 BTL0.5% (typ)Single Supply Operation2.6 to 5.0VGeneral Description The LM4851 is an audio power amplifier system capable of delivering 1.1W (typ) of continuous average power into a mono 8 bridged-tied load (BTL) with 1% THD+N and 115mW (typ) per channel of continuous average power into stereo 32 BTL loads with 0.5% THD+N, using a 5V power supply. More. Applications Mobile phonesPDAs Typical Application click for larger imageParametric Table     expand    collapse Mono Inputs1Stereo Inputs1Channels3 ChannelsMono Inputs1Stereo Inputs1Channels3 ChannelsClassD DriverNoNational 3DNoCapless HeadphoneYesDigitalVolumeControl Min-40.5 dBDigitalVolumeControl Max6 dBInterfaceI2COutput Modes8User Supply5 VoltSupply Range+2.6 - +5 VPowerAtFourOhms OnePercentTHD1.5 WattPowerAtEightOhms OnePercentTHD1.1 WattPowerAtFourOhms TenPercentTHD1.9 WattPowerAtEightOhms TenPercentTHD1.4 WattSNRUndefined dBSNR ConditionsUndefinedPSRR70 dBPSRR Conditions217 Hz, Input floatingTHD0.3 %THD ConditionsPout=1W Vs=5V, RL=4 Ohms, 20Hz-20kHzAudio MuxYesTemperature Min-40 deg CTemperature Max85 deg CView Using CatalogTypical Performance click for larger image Connection Diagram click for larger image2.3.4对比分析： LM4851相比于LM386其性能提高数倍，接线指导明确，但在实际操作中由于其特性均为英文给出，应用困难，原理烦琐，没有LM386简单易行。本次实验目的在于制作简易有线双工对讲机，LM386已经可以满足要求，且其扩展方向是家庭用室内电话，医院病员呼叫等低成本场所，所以选用了LM386作为核心器件。3实验过程：3.1有线双工对讲机电路图： 3.2LM386的连接： 在LM386的1、8两个脚之间接一个10F的电容，调节电压增益；6脚接电源；3脚接的电阻与2、4脚的导线并联接地；3脚接一10F 的电容与5脚所接电容一起接在双刀双置开关输入端。连接时要注意电容极性。3.3实现双工： 双刀双置开关有三对脚。中间的2、2为输入脚，两端为输出脚。当开关置左时，输入与右端输出接通；当开关右置时，输入与左端接通。把扬声器既作为音频的输出，又作为输入，所以将扬声器的一端跨接在开关的1号，和3号脚上，另一端接地；第二个扬声器的一端接3、1脚上，另一端接地。 4制作与调试 按照电路连接器件，本实验采用电路板焊接的方式完成电路。焊接完毕之后，测试之后，发现没有音频输出，且输入不成功。核对电路也并未发现错误，检查接触端，均接触正常，最后排除连接问题，转而测量器件，发现当在LM386的6脚处加一正12V测试电源时，输入阻抗为无穷，由此断定是器件损坏。更换元件后再进行测试，一切正常。基本任务完成后，对照此次实验的要求，决定在扬声器的两端并联发光二极管，用以实现通话显示。5心得体会经过这次实验，我知道了理论应用到实际中需要克服多大困难。在实际操作中，验证不成功的原因往往不是理论问题，而是接线，元件，温度，干扰等因素。在以前的实验中我们经常遭遇好几次失败后才能获得成功，但一切的一切都是值得的。因为我确实学到了不少东西。其中让我体会最深的就是电路版的焊接，也许对于别人来说这是很简单的事情，因为他们都做的很好，但是对于我，由于我使用电焊的方法不正确，导致很多处接线接触不良。千心万苦连接好后还是检测不出信号。最后检查出毛病，原来是集成块坏了，我晕在以后的学习中，除了书本以外，我还要多动手！让自己的手像自己的脑袋一样灵活！呵呵 6参考文献1National electronic Transaction platform(国际电子交易平台)2Vlach J,Singhal K.Computer methods for circuitanalysis and design. Van Nostrand Reinhold Company, 20013Leonard S.Bobrow . Elementary Linear Circuit Analysis. Second Edition. Oxford University Press，Inc. 2002.94康华光、陈大钦等编 模拟电子技术第四版 高等教育出版社5张庆双主编 实用电子电路200例 机械工业出版社 2005月版6赵世强、许杰等编 电子电路EDA技术 西安电子科技大学出版社 20007郝宏安、徐红媛编 555集成电路实用大全上海科学普及出版社 2003年9月8陈光梦编著 模拟电子学基础 复旦大学出版社 2005年3月9胡斌主编 图表细说电子元器件 电子工业出版社 2004年5月10刘修文主编 图解电子技术要诀 中国电力出版社 2005年6月版7致谢我的这次课程设计得到了同学们大力支持和殷切指导。为我设计方案提供了有力导向，使我们避免了好多弯路。在实验过程中，同学们相互帮助共用器具，讨论研究。别人都说团结就是力量，今天我也体会到了。实验中扎实的理论基础知识很重要，由于一学期来吴友宇老师治学严谨，要求严格，使我们的基础知识比较扎实。而且使我们在实验设计中更加思维更加严谨。在设计中我们小组团结协作，废寝忘食，认真探讨。那是相当努力滴。正是由于有这么多人对我们课程设计的支持与帮助最终我们成功完成任务，感谢大家！