- 課程設計目的
（1）通過實驗瞭解集成功率放大器的原理以及不同電路形式功放電路特點。
（2）通過實驗瞭解LM386集成功率放大器典型電路的應用。
（3）通過實驗瞭解MC34063組成的電源升壓電路的應用。
（3）通過實驗瞭解功率放大電路、電源升壓電路的主要技術指標。
- 課程設計任務和基本要求
- 設計任務：
用中小規模集成芯片設計並製作一對實現甲乙雙方異地有線通話的雙工對講機。
2.基本要求：
1、用揚聲器兼作話筒和喇叭，雙向對講，互不影響；
2、對講距離30m~500m；
3、電源電壓爲9V，PO≤0.5W。
4、採用Multisim軟件進行仿真，驗證
目錄
摘要與關鍵詞 .........................................................................................................1
1 雙工對講機總體設計 ..........................................................................................2
2雙工對講機各個模塊的設計與製作 ......................................................................3
2.1聲電轉換電路的設計 ........................................................................................3
2.2功率放大電路的設計與製作 .............................................................................4
2.3直流穩壓電源的設計與製作 .............................................................................7
3總體電路圖 .........................................................................................................11
3.1 總體電路圖 .....................................................................................................11
3.2 總體仿真 .........................................................................................................11
3.3 整體電路各個模塊聯合調試及測試...............................................................12
4 總結 ...................................................................................................................14
參考文獻 ...............................................................................................................16
附錄：使用儀器及元器件清單 .............................................................................16
摘要與關鍵詞
摘要：
在本設計的對講機中採用了二極管、三極管、集成功放、電阻、電容等構成，能實現雙方短距離互相通話。其中，甲方聲音信號通過信號轉換模塊揚聲器轉換爲電信號，經過功率放大電路放大，放大後的電信號在乙方接收端通過揚聲器轉化爲聲音信號，使乙方接收到甲方的消息。乙方電路同甲方，也是通過聲電轉換、功率放大電路實現其功能，用導線將兩端口相連，信號可經線由甲方傳到乙方，並最後通過功率放大器從乙方揚聲器傳出。並且自行設計了穩壓直流升壓電路，將3.7V電壓升壓至9V，爲整個系統提供穩定的穩壓直流電壓源。
關鍵字：
功率放大電路； 穩壓直流電源；
1、雙工對講機總體設計
總體設計思路：
本次課程課程設計爲雙工對講機設計，根據設計任務與要求可知本次設計主要採用揚聲器兼作話筒和喇叭作爲人的音頻信號的採集和轉化裝置，通過集成運放及電阻、電容、等構成的放大電路對信號進行適當的放大，同時也通過功率放大電路對音頻信號進行功率放大，然後推動揚聲器工作，從而實現異地雙方有線通話。同時整個系統由3.7V轉9V的穩壓直流電源提供電能。
原理框架：
圖1 雙工對講機原理框架
圖1展示了本課程設計的框架，雙工對講機主要有如下幾個部分組成：聲電轉換模塊、功率放大電路、直流穩壓電源等。甲方講話，聲音信號通過揚聲器的震盪轉換爲電信號，電信號通過由LM386等組成的功率放大電路，電信號經過放大，再將放大後的電信號通過聲電轉換，將電信號通過揚聲器轉換爲電信號，由此乙方接收到由甲方傳來的聲音信號。乙方到甲方的過程與甲方到乙方的過程相同，乙方說活，通過與甲方相同的處理，將聲音信號傳給甲方。
2、雙工對講機各個模塊的設計與製作
2.1聲音轉換電路的設計
方案一：採用平衡電橋電路，原理圖如下：
採用4個電阻、9V直流穩壓電源、一個8歐姆的揚聲器，將聲音信號轉換爲電信號，作爲下一級的輸入信號。
方案二：直接通過揚聲器對聲音進行採集，並且將聲音信號轉換爲電信號，作爲下一級的輸入，即直接將揚聲器作爲信號源輸出信號。
方案對比：
針對以上的兩種方案，在選擇時，我事先分別對兩種方案進行了實驗，方案一中，通過平衡電橋法對信號進行採集，而方案二則直接通過揚聲器採集信號，經過實際的實驗測試，我可以看到方案一中輸出的信號比方案二的信號增加了一個直流分量，在示波器看到方案一的信號在方案二的輸出信號的基礎上整體擡高了，然而方案一的這種情況卻是我們不想要的效果，並且我們在後面會通過電容對信號進行隔直流，而方案二的輸出信號滿足我們的要求。同時爲了使整個系統在達到設計要求的基礎上更加精簡，我最終選擇了方案二，一種更加直接、簡單、可行的方法進行聲音的採集及轉換。
2.2功率放大電路的設計與製作
方案：採用電阻、電容、LM386組成的典型功率放大電路對信號無失真放大以及信號功率功率進行放大。
在此之前，通過查閱LM386資料，可以瞭解到LM386的性能指標：LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內鏈增益可調整、電源電壓範圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點的功率放大器，廣泛應用於錄音機和收音機之中。在1腳和8腳之間增加一隻外接電阻和電容，便可將電壓增益調爲任意值，直至 200。輸入端以地爲參考，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，它的靜態功耗僅爲24mW，使得LM386特別適用於電池供電的場合。
LM386外形及引腳圖
功率放大電路原理圖：
2.2.1 電路仿真
功率放大電路仿真電路圖：
2.2.2 電路實際測試
在電路的實際測試中，爲了驗證電路的可行性，且提高操作效率和速度，我先通過麪包板進行電路的搭建，以及修改相應的參數值，當效果達到了預期的效果後，下一步才通過實際製作PCB板完成模塊的設計。
（1）麪包板搭建實際電路及測試：
（2）製作PCB並實際測試
Altium Designer製作PCB電路板
腐蝕電路板：
焊接PCB板：
測試PCB電路板：
2.3直流穩壓電源的設計與製作
方案：通過MC34063A、三極管、二極管、電容、電阻、電感等元件搭建可調式升壓穩壓電源。爲整個系統提供穩定的電源。
通過查閱MC34063A的芯片使用手冊，可以瞭解到該款芯片的性能指標。
在電源電路中，出於溫升、效率以及其它因素的考慮，DC-DC變換應用很多，這裏採用MC34063低成本的DC-DC變換實現方案，它可以實現降壓、升壓與電壓反轉應用，電路簡單、成本低廉、效率高、溫升低，這些電路被廣泛應用。 電路的核心元件是MC34063，它是一種單片雙極型線性集成電路，專用於直流-直流變換器控制部分,片內包含有溫度補償帶隙基準源、一個佔空比周期控制振盪器驅動器和大電流輸出開關，能輸出1.5A的開關電流。它能使用最少的外接元件構成開關式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。
MC34063的封裝形式爲塑封雙列8引線直插式，內部電路原理框圖如所示：
升壓式直流穩壓電源電路原理圖：
其輸出電壓值也是通過改變R4、R5電阻值來進行調整，其輸出電壓符合以下公式： Vout=(1+R4/R5)*1.25V
2.3.1 電路仿真
升壓式直流穩壓電源仿真電路：
2.3.2 電路實際測試
在電路的實際測試中，爲了驗證電路的可行性，且提高操作效率和速度，我先通過麪包板進行電路的搭建，以及修改相應的參數值，當效果達到了預期的效果後，下一步才通過實際製作PCB板完成模塊的設計。
（1）麪包板搭建實際電路及測試：
（2）製作PCB並實際測試
Altium Designer製作PCB電路板
腐蝕電路板：
焊接PCB板：
測試PCB電路板：
3總體電路圖
3.1 總體電路圖
3.2 總體仿真
3.3 整體電路各個模塊聯合調試及測試
（1）將以上各個模塊進行連接調試
（2）製作最終的PCB電路板
數據測量計算：
- 電壓源：
輸出電壓：U = 9V 輸出電流：I = 0.05A
電壓源輸出功率：P = U*I = 9V * 0.05A = 0.45W < 0.5W
電壓源滿足實驗設計要求
- 信號放大增益：
①當信號不發生失真時，最大增益爲16倍到20倍
②當信號發生失真，但能分辨得出輸出音頻信號，最大增益在30倍左右
4總結
爲期兩週的電子電路課程設計結束了，在這兩個星期裏，我無論是學習能力還是動手操作能力都有了顯著的提高。首先先說一下我當初爲什麼選擇此課題，其實原因很簡單，我覺得雙工對講機比較有趣、比較好玩，而且一個人單獨實現整個系統也是很有挑戰性，所以就最終選定了雙工對講機作爲我的課程設計題目。在選好題目之後，我並沒有急於進行系統的搭建，而是花了整整兩天的時間查閱大量資料資料，因爲我知道如果沒有大量的資料作爲實踐依據，而盲目的求快，最終會導致失敗重蹈覆轍，在這兩天裏，我翻閱資料參考別人的設計思路，逐漸確立了我的實現方案，確定元件的型號、參數，並且在Multisim、Protues中搭建相應的電路進行仿真實驗，在確定電路可行的情況下，調整電路參數，不斷的逼近課題的要求。確定了元件的型號和數目後，接下來進行元件的購買。按照我的系統搭建步驟，第一步是在電腦上進行電路的仿真實驗，接下來就是搭建實際電路，但是我並沒有急於製作PCB電路板，爲了提高效率，我選擇先在麪包板上搭建實際電路，因爲麪包板只需要進行元件的插入，不需要焊錫，十分方便調試，而且大大提高的搭建電路的效率。但是很多時候都不是一方風順的，絕大多數的情況下，在電腦仿真沒有問題的情況下，然而實際的電路卻往往是與仿真的偏差較大，甚至是完全與仿真效果不同，這就需要在實際電路中不斷反覆的調試，這是整個課程設計中最耗費時間且最令人煩心的環節。在一開始的聲電轉換電路中，我參考了前人的設計方案，採用平衡電橋法進行信號的提取、轉換，但是我發現這種方案與直接採用揚聲器進行聲電轉換的效果差不多，並且後者能是得系統更加的精簡，所以我選擇了後者即直接使用揚聲器進行聲電轉換。其次，爲了增大整個系統的增益，我原先參考了前人的設計方案，在功率放大電路前一級設計了前置放大電路對採集來的電信號進行放大，但是最終我發現這樣做效果並不是最佳的，在實際中加入了前置放大電路會直接影響後一級的輸出質量，並且我在實際測試中發現，隨着前置放大電路的增益增大，後一級電路的輸出質量反而越差，出現了大量的噪聲，並且非常容易導致下一級的輸出失真，但是即使我把前置放大電路的增益調到比較小的值，比如把前置放大增益調到2，後一級的輸出噪聲依舊是十分明顯的，但是好處就在於這樣可以使得輸出的音量變大一些，而當我去掉前置放大電路，直接採用功率放大電路對信號進行放大，我感受到音量降低了一些，但是輸出噪聲有了明顯的減少，甚至當調整到一定的值，就沒有輸出噪聲，實現高清通話，所以當時我也在音量和音質上很糾結，糾結着是選擇大音量低音質，還是選擇稍小的音量高音質，經過一方的糾結，我選擇了後者，於是我就把前置放大電路去掉，因爲我認爲在可以聽到對方講話的同時，保證高音質通話，同時也可以精簡整個系統，降低製作系統的成本。在功率放大電路上，我採用的是LM386使用手冊提供的經典可調增益式功率放大電路，按照芯片使用手冊的說法，增益可以在10到100倍之間進行調整，但是我通過搭建實際電路發現實際情況並沒有那麼理想，我在調試中發現在信號不發生任何失真的情況下，調到的增益在20倍左右，在信號發生失真但還能聽清對方的對話內容的情況下，電路的增益可以調到30倍左右，如果繼續增大增益，則會導致徹底失真，語音信息完全丟失。最終我確定了整個話音系統的框架：聲音信號輸入到聲電轉化到功率放大再到輸出，整個系統顯得十分精簡，且可行性很高。前期的測試，每個模塊都是基於麪包板的電路搭建，在測試通過之後將每個模塊都單獨製作了PCB電路板，在電路板沒有畫錯的情況下，一般製作出來的PCB都是可以正常工作的。在完成了前面的各個模塊的搭建之後，剩下的問題就是電源的供電問題，爲了使得整個系統更加精簡且各個模塊能夠正常工作，我的想法是採用3.7V的鋰電池，通過直流升壓穩壓電源將電壓升至9V，帶着這個想法，我查閱了大量的電源模塊的資料，由於MC34063A性能穩定、廉價、可行性高，最終確定了以MC34063A爲核心的可調式直流升壓穩壓電源方案，搭建的步驟和前面的各個模塊的搭建步驟相同，先在電腦上仿真，再通過麪包板搭建實際電路，最終制作PCB電路板。以上便是我本次課程設計的設計思路與製作方法，在這爲期兩週的課程設計中，真正做到一個人實現對整個系統的搭建，查閱大量的資料，單獨的進行調試，在這過程中體驗到了仿真失敗、調試失敗、電路板燒燬的痛苦，也曾因爲調試而通宵，因找不出問題所在而徹夜難眠，但是當我看到完整輸出不失真放大信號的波形、聽到揚聲器清晰的聲音，一切前面所經歷的一切都是值得的，那種喜悅會完全覆蓋之前的失落。本次課程設計也存在着一些不足，比如信號增益不夠大、信號之間存在干擾等問題，值得後續的思考並加以改進。在這過程中，也衷心感謝周圍朋友、師兄的毫無保留的幫助，協助我度過難關。
參考文獻
【1】童詩白 華成英 主編《模擬電子技術基礎（第四版）》
【2】閻石 主編《數字電子技術基礎（第五版）》
【3】邱關源 主編《電路（第五版）》
【4】譯者：姚劍清 編者：（美國）科特爾（Bruce Carter） （美國）曼西尼（Ron Mancini） 《運算放大器權威指南》
【5】LM386用戶使用手冊
【6】MC34063A用戶使用手冊
附錄：儀器及元器件清單
（1）使用儀器：
①筆記本電腦 ②激光打印機 ③熱轉印機
④直流穩壓電源 ⑤雙蹤示波器 ⑥焊烙鐵
⑦萬用表
（2）元器件清單
|
元器件 |
數量 |
|
元器件 |
數量 |
|
1Ω |
1 |
|
10Ω |
2 |
|
100Ω |
1 |
|
1kΩ |
2 |
|
3.3kΩ |
1 |
|
10kΩ |
2 |
|
20kΩ滑動變阻器 |
2 |
|
100kΩ滑動變阻器 |
3 |
|
2P排針 |
11 |
|
10uF電容 |
2 |
|
220uF電容 |
2 |
|
470uF電容 |
1 |
|
472電容 |
2 |
|
104電容 |
2 |
|
102電容 |
2 |
|
LED |
3 |
|
開關 |
1 |
|
100uH電感 |
1 |
|
4007二極管 |
1 |
|
8050三極管 |
1 |
|
4x2底座 |
3 |
|
LM386 |
2 |
|
MC34063A |
1 |
|
|
|