有线双工对讲机设计 解光飞

有线双工对讲机解光飞 刘畅 李群指导老师：张倩 査长军摘要：有线双工对讲机主要应用于对音频信号的功率放大，本文介绍了具有弱信号放大能力的有线双工对讲机的基本原理、内容和实现过程。

整个电路主要由稳压电源、前置放大器、功率放大器、共三部分构成。

稳压电源主要是为前置放大器、功率放大器提供稳定的直流电源；前置放大器主要是电压的放大；功率放大器实现电流、电压的放大；设计的电路结构简洁、实用，充分利用到了集成功放的优良性能。

关键字：集成运放 功率放大 扬声器一、题目理解与分析1、设计任务用中小规模集成芯片设计并制作一对实现甲乙双方异地有线通话的双工对讲机。

2、设计要求1）用扬声器兼作话筒和喇叭，双向对讲，互不影响；2）对讲距离30m~50m ；3）电源电压为9V ，PO ≤0.5W 。

二、系统方案设计设计有线双工对讲机系统如图2.1所示。

主要由弱声音采集，前置放大器、功率输出放大器、功能切换开关、扬声器、直流稳压供电电路等组成。

图2.1 有线双工对讲机系统框图 其中弱声音采集，弱信号前置放大级完成弱信号的电压放大，功率输出放大级完成弱信号的电压和电流放大，直流稳压电源部分为整个功放电路提供电量。

弱信号前置放大器 功率输出放大功能切换开关弱声音采集甲 自制稳压电源扬声器甲功能切换开关扬声器乙弱声音采集乙 弱信号前置放大器功率输出放大三、模块方案设计3.1 弱声音采集模块设计方案一：采用驻极体电容器麦克风(ECM)工作原理是利用具有永久电荷隔离的聚合材料振动膜。

体积小巧，成本低廉，在电话、手机等设备中广泛使用。

电容式麦克风因灵敏度较高，常用于高品质的录音。

方案二：采用电动式锥形纸盆扬声器电动式锥形纸盆扬声器的工作实际上是把一定范围内的音频电功率讯号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。

同时该种扬声器可以将声音信号转换为电信号。

综合比较，因设计要求用扬声器兼作话筒和喇叭，方案二的设计效果优于方案一，因此采用方案二。

3.2 前置放大模块设计方案一：采用集成运算放大器构成前置放大电路设计前置放大电路的可供选用的集成运算放大器由很多，如National Semiconductor公司的LF347/356/357，Precision Monolithics公司的OP16/37，Signetics公司的NE5532/5534等。

具有带宽高，电压增益高，转换速率快，噪声低和电流消耗低等优点。

方案二：采用专用前置放大器IC构成前置放大电路目前有很多性能优越的专用低频前置放大器IC，如日本夏普公司的IR3R18/16，NEC公司的Μpc1228H，富士通公司的MB3105/06。

其频带BW均能达到30Hz—20KHz，增益高，失真系数小。

综合比较，方案二的设计效果优于方案一，但是专用前置放大器IC价格比较贵，而且采购不便，而集成运放价格便宜，性能高，能够满足题目放大要求，因此采用方案一。

3.3 功率放大模块设计方案一：采用分立元件构成低频功率放大器电路分立元件构成的低频功率放大器电路可分为输入级、功率激励级和OCL输出级三部分。

输入级采用双管差分放大器使电路工作稳定，功率激励级采用互补复合管推挽输出电路来提高线性放大及降低波形失真，而输出级采用直接耦合形式确保电路的低频响应。

这种方案的优点在于反馈深度易控制，故放大倍数易控制。

且失真度可以做到很小，使音质很纯净。

但外围元器件较多，调试要困难很多。

方案二：采用集成运放构成低频功率放大器电路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。

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。

综合比较，方案一电路复杂，调试难度非常大，而方案二电路简单，易于调试。

因此，采用方案二。

四、硬件电路设计设计要求有线双工对讲机输出功率小于0.5W，需要放大电路才能完成。

在额定输出功率Por = 0.5W时，在RL = 8Ω上的正弦波输出电压幅值为Uom = √2×Por×RL = √2×0.5×8 = 2.818 V语音信号范围一般在10mV，整个放大器需要的电压倍数为Av = Uom / Vin = 2.818÷(10×10-3) = 282 倍42dB的增益需要在弱信号前置放大器和功率输出放大中进行分配，按照一般情况，功率输出级的增益为20dB左右，前置放大级需要承担22dB以上的增益。

4.1 前置放大电路设计为了提高前置放大器电路的输入电阻和共模抑制性能，减少输出噪声，采用集成运算放大器构成前置放大电路必须采用同相放大电路结构，为尽可能保证不失真放大，电路采用两级运算放大器电路A1和A2。

电路如图4.1.1所示。

图4.1.1 前置放大电路由上分析，两级前置放大器的增益安排在20dB左右，每级10dB左右，以保证充分发挥每级的线性放大性能并满足带宽要求。

电路采用两级NE5532(A和B)构成，各级均采用固定增益加输出衰减组成，当输入Vin,p-p =10mV时，输出V o,p-p ≥0.1V。

4.2 功率放大电路设计低频功率放大电路采用集成功放LM386,与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。

使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。

第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。

二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。

电路由单电源供电，故为OTL 电路。

输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

通过接在1脚、8脚间的电容（1脚接电容+极）来改变增益，接10uF的电解电容，使电压增益为200倍。

4.3 稳压电源电路设计系统需要电源提供±9V的电压，采用传统的电源制作电路，先由变压器降压，再经电桥整流，滤波，采用可调式三端集成稳压器LM317和LM337。

电源电路图如附件所示。

六、系统测试6.1 测试仪器表6.1.1 测试所需仪器仪表列表序号仪器名称仪器规格数量备注1 数字示波器TDS2012 C044955 1 泰克科技（中国）有限公司2 函数信号发生器 13 线性失真仪 14 万用表DT9205A+ 1 山创/H.NEYTEK函数信号发生器用以提供5~70mV的正弦信号外部输入，三通道泰勒示波器用以检测波形及其相关参数，万用表作为辅助工具。

6.2 测试方法及数据记录与处理弱声音信号输入电压幅度为5~70mV，等效负载电阻RL=8Ω。

（1）输入弱声音信号幅值为30mV时，输出功率输出正弦信号幅值为V om = 5.6V，则输出功率Por = V o m·V o m/RL /2 = 2.8×2.8÷8÷2= 0.49 W（2）带宽BW通过函数信号发生器和泰勒示波器测试，带宽BW能142Hz~67KHz。

函数信号发生器的失真度为4%。

用中间值30mV测试。

频率Hz 20 40 80 142 200 2K 20K 67.2K 输出电压V 0.96 1.8 2.9 3.3 4.2 4.72 4.6 3.3失真度% 5.2 1.6 1.5 1.7 1.6 1.5 4.7 4.4七、总结通过这几天的学习，我终于完成了此次项目任务。

看着自己的劳动成果，心里甭提有多高兴拉！从最初的选题，到制作过程，再到完成最后的报告书等等过程，充分地锻炼了我独立思考和实践操作的能力，让我了解到自己在学习当中的不足和弱点，可以及时地针对自己的不足加以弥补，更加牢固地掌握所学知识和技能。

同时也让我认识到想要更好的掌握和灵活运用这门知识，需要不断的学习和实践。

我相信在以后的日子里通过自己不断的努力，一定可以获得更大的进步，取得理想的成绩!八、参考文献【1】康华光. 电子技术基础数字部分. 高等教育出版社，2009【2】赵亮，侯国锐. 单片机C语言编程与实例,北京．人民邮电出版社．2003 【3】康华光. 电子技术基础（模拟部分）（第五版）. 高等教育出版社，2009【4】黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京航空航天大学出版社，2006附件：附件一：部分模块电路图和系统总图1、弱信号前置放大器电路图2、功率输出放大电路图3、电源电路图附件二：元器件清单序列器件名称数量备注1 LM386 2/片2 LM317 1/片3 NE5532P 2/片4 LM337 1/片5 发光二极管6/只6 整流二极管4/只1N40077 电位器若干5K/10K/50K8 瓷片电容若干9 电解电容若干10 普通电阻若干11 短路帽若干。