有线双工对讲机设计制作报告

有线双工对讲机项目设计制作报告

（上海大学）

二零一三年三月一日

一、项目设计的题目及要求

设计一个有线对讲机

功能描述：

不像电话机需通过电信局的中转，有线对讲机是用导线直接连接，当“通话”按钮按下时可以通话。

设计要求：

一般要求：半双工通信，“讲”时不能“听”，“听”时不能“讲”，由“通话”按钮来切换状态。

附加要求：全双工通信，像电话机一样，“听”和“讲”可以同时进行。

1、电路设计简单合理，设计分析计算过程清晰。

2、电路工作稳定可靠，喇叭声音清晰。

3、全双工通信时没有回声。

二、设计准备及总体思路

当确定分组、组长，选定项目设计的题目之后，我们首先进行了合理的分工，分配大家的任务，然后我们大家各自查阅有关制作有线对讲机的资料并自学一些必要的知识，两周后小组一起讨论确定项目实施方案，完成中期报告。

我们设计的目标是实现全双工通信，总体思路是：

（全双工通信又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接受信息的信息交互方式。

全双工（Full Duplex）是在微处理器与外围设备之间采用发送线和接受线各自独立的方法，可以使数据在两个方向上同时进行传送操作。指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。）

①利用麦克风将声音信号转化为电信号，经过隔直电容后输出微弱的电信

号。

②经过前置的运算放大器电路和功率放大电路将微弱的电信号放大。

③为防止侧音的干扰，电路中需要消侧音电路，消除通话过程中的回音，

使得在进行通话时听不到喇叭传来的自己的声音，提高通话质量。

部分回馈到自身接收电话的那部分信号。）

④为了减小噪音，提高声音的清晰度，我们设计添加了一个低通滤波器电

路。

⑤最后信号传输到喇叭，喇叭将电信号转化成声音信号，发出声音。

设计有线双工对讲机的原理可以用如下所示的系统图表示。主要由弱声音采集、前置放大器、消侧音电路、低通滤波器电路、功率放大电路、扬声器等组成。

三、元件的使用清单

功率放大器：TDA1013B两片

运算放大器：μA741 四个

驻极体话筒：2个

扬声器：两个

电位器：4.7k 2个 10k 2个

三极管：2个

电阻：1k 10个 4.7k 6个 6.7k 2个 10k 10个 220k 2个

电容：0.01μF 4个 0.1μF 10个

1μF 2个 6.8μF 2个

10μF 8个 220μF 4个

洞洞板：两块

导线：若干

四、具体设计

1、驻极体话筒的结构与工作原理

驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。

话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。

当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q =CU 所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。

根据所查资料及实际电路测试，当上拉电压为12V时，驻极体话筒需加10k 的上拉电阻，经过一个隔直电容后输出微弱的电信号，测量驻极体话筒输出波形的峰峰值约为100—200mv。

2、喇叭

喇叭的额定功率为0.5w，额定电阻为8Ω，因此为小电阻用电器，而运算放大器只放大电压不能放大电流，外接小电阻用电器运算放大器容易损坏，因此输往喇叭的电信号要经过特定的功率放大器进行放大才能输出合适的电信号。

3、功率放大器

对于功率放大我们除了使用功放芯片外也可以用运算放大器μA741后面加

一个PNP和一个NPN连接后输出，但实验室没有PNP只有NPN。因此我们选用实验室提供的型号为TDA1013B的功率放大器。

电路原理图如下：

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象称为三极管的放大作用。经过不断的电流放大，就完成了功率放大。

通过资料查阅与电路设计，项目实施中实际使用的TDA1013B伴音功放电路(TDA1013B引脚功能图)]的电路图如下：

4、运算放大器

使用运放来初步放大话筒输出的微弱的电信号，放大倍数为10倍，输出信号峰峰值为1—2V。电路图如下所示，有R2=10*R1，取R1=1k，R2=10k,R3=1k。

5、二阶RC有源低通滤波器

人所发出的声音频率为300HZ—3400HZ，低频较低，因此设计一个低通滤波器来滤除杂音，提高声音清晰度。

低频增益A(0)=2，Q=1, f=3.4kHz。根据该电路低频增益A(0)=K=1+R3/R4=2，Q=1/3-k=1,可知R3=R4,选R3=R4=10kΩ。根据截止频率f=3.4KHz可求得f=w/2π=1/2πRC。选C=0.01μF，算出R=1/(2πfC) ≈5.3KΩ.