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对讲机原理
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二零一三年 月 日
一、有线对讲机原理设计
为了便于直观的理解，本次有线对讲机的原理设计以单路的形式进行阐述。
1.有线对讲机系统框图
图1有线对讲机系统框图
如图1所示,单路有线对讲机系统由驻极体话筒输入电路、前置放大电路、音频功放电路以及喇叭输出四部分组成。
其中，前置放大电路与音频功放电路为主电路部分。
（1）驻极体话筒输入电路：
围绕驻极体话筒进行设计，外加直流电压9V，而驻极体话筒的工作电压为4.5V。
（2）前置放大电路：
围绕LF３53芯片进行设计，LF3５3为双电源工作,电压为±9V。
（3）音频功放电路：
围绕ＬＭ386芯片进行设计，LM3８6为单电源工作,电压为9Ｖ。
（4）喇叭输出：
选取常用的负载为8欧姆的喇叭。
2.驻极体话筒电路
（1）核心器件：
驻极体话筒。
本次设计采用驻极体话筒，是因为其具有体积小、结构简单、成本低、电声性能好等特点,是最常用的电容话筒。
其结构如图２-1所示:
图２－1驻极体话筒
由于输入和输出阻抗很高,所以要在驻极体话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器,因此在工作时需要直流工作电压。
通常驻极体话筒的工作电压典型值为1.5V、３V、4.5V。
本次设计采用的工作电压为4.5V。
（2）设计原理：
图2-2驻极体话筒输入电路
驻极体话筒输入电路的设计原理如图2－2所示，其作用是提供整个系统的音频输入。
●外加9V直流电压,为了使驻极体话筒工作电压为４.５Ｖ，选取两个5．1K电阻进行分压。
●1K电阻为限流电阻，其作用是使驻极体话筒工作电流满足要求，以免造成由于电流过大而损坏的情况。
●0.0１uＦ电容为耦合电容，一端与驻极体话筒相连,而另一端主电路部分相接。
3. 前置放大电路
（1）核心器件:
ＬF353。
LＦ3５3是高速JＦEＴ输入的双通道,结合良好匹配的运算放大器。
它具有转换率高、功耗低、输入偏置和失调电流小等优点。
其引脚排列如图3-1：
图3-1LF３5３芯片引脚
（2）设计原理:
图３-2前置放大电路
前置放大电路的设计原理如图3-2所示。
由于音频功放电路的电压放大倍数有限，对于较小的信号不能产生足够的音量输出，所以采用前置放大电路以提高整个主电路部分的总电压放大倍数。
●ＬF3５3由双电源±9Ｖ提供工作电压，与电阻R1、R2构成一个同向比例放大电路。
●R1与R2选取的阻值分别为2K、１0Ｋ,这样前置放大电路的放大倍数A1 =（1+R2/Ｒ1）＝6。
４.音频功放电路
（1）核心器件：
LM3８6。
LＭ３86是一种音频集成功率放大器,具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,被广泛应用于录音机和收音机之中。
其引脚排列如图4－1：
图4－1LM3８6芯片引脚
（2）设计原理：
图4-２音频功放电路
音频功放电路的设计原理如图4－2所示,是整个电路的核心部分。
为了尽可能的减少噪声，设计过程中使外围元件最少,采用电压增益为20的典型电路，即A2 =２0。
●C3为电源去耦电容,选取典型值0．1uF。
●Ｒ3、R4的选取：
原本LM386的输入部分应连接调节音量的电位器，可由于材料的限制,通过R３、R４的连接起到类似的作用。
先确定Ｒ3的值为100Ｋ,随后求出R4的取值范围。
（Ｒ４阻值范围的计算见总原理图部分）。
●C2、R5的作用是增加阻尼，降低输出回路的品质因素，避免自激，使输出特性平直。
通过查找资料,可计算得C２=２２0０ｐF，R5＝100。
5.有线对讲机总原理图
图5 有线对讲机总原理
通过Pｒotｅus软件对整个电路部分进行设计,由于软件没有驻极体话筒,所以由音频输入信号代替,输入音频信号幅值Uｉ为０.２V，整个原理图如图5所示。
●整个电路的电压放大倍数A＝ Ａ1*A2 =6*20 =120。
●C１、Ｃ２为耦合电容，起到“隔直通交”的作用。
●R４的选取：
1 为了得到不失真的电压波形，整个电路的最大不失真输出电压Ｕoｍ=VＣＣ/２ =9/２=4.5V。
2 由于后一级音频功放电路的增益A2 =２０,所以，LＭ386引脚3处的电压U３＝Uoｍ/A2 ＝4.５／20=0.225Ｖ。
3 因为前置放大电路的电压增益A１= 6,可得LF353引脚1处的电压U１= 6*Ui=6*0.２ =1.2V。
4 最后联立方程U１/（Ｒ3+Ｒ4）=Ｕ3/R4，得到R4= ２3.１Ｋ。
这表示R4最大取值为2３.1K。
综上所述，为了得到不失真电压波形,为了尽可能的增加放大倍数，并考虑电阻的常用取值三方面的因素，Ｒ4选取20K。
6.有线对讲机电路仿真
图6 有线对讲机电路仿真
通过Ｐｒoteｕs对整个电路进行相应的仿真，得到的结果如图6所示。
其中黄线、蓝线、红线、分别为音频输入信号、前置放大电路输出信号和最后整个电路的输出信号的电压波形。
从仿真的结果表明,没有出现电压失真的情况,基本满足了设计要求。
二、有线对讲机电路的调试过程
分别对两块电路板进行调试,由于两块电路板的元器件和连接方式相同,调试过程如下：
1.直观检查
（1）接线检查:
根据电路原理图，检查电路接线是否正确,是否有错线、少线和多线等情况。
尤其注意ＬF3５3、LM386的摆放位置是否正确。
（2）短路检查：
电路板在装接好之后，由于粗心可能将多余的焊料或引线留在电路板上，容易造成短路现象而烧毁电路板。
所以检查电源、地线、元器件引脚之间有无短接现象;连线处有无接触不良；检查极性电容引脚有无错接。
2.电源检测
测量电源电压的数值和极性是否符合要求。
在本设计中,采用两节4.5Ｖ的干电池提供电压电源,整个电路中存在±9Ｖ电压进行供电。
一切正常之后才可以接通电源进行调试。
3.静态调试
先不接入输入信号（驻极体话筒输入）,检测LＦ35３、LM３86芯片正负输入端以及输出端，测量各个节点的电压与理论值相比较,在误差允许范围内数据合理后再接入输入信号。
4.动态调试
接入输入信号（驻极体话筒输入）之后，各级电路的输出端应有相应的信号输出，前置放大电路与音频功放电路的波形应满足设计要求,不产生失真的情况。
动态调试的时候,由前级向后级按顺序检测,容易找出故障点，并加以改正。
5.指标测量
电路能够正常工作之后，既可以进行技术指标测试。
按照。
设计要求逐个测量技术指标。
包括：
驻极体话筒输入电压幅值、整个电路的输出电压幅值、前置放大电路和音频功放电路的电压放大倍数、各级的输入和输出波形形状等。
三、有线对讲机电路的实验结果与分析
1.有线对讲机单路电路板图
2.有线对讲机电路的实验结果
通过对有线对讲机的调试与测量，实验结果基本达到了预先设计的要求。
当对着驻极体话筒说话时，喇叭处所听到的声音基本无噪声，并在距离较远处可以听到说话的声音。
但是,唯一缺点是声音不够响亮，需要进行进一步调整，以确保能更好地通话。
3.有线对讲机电路的实验结果分析
经过小组成员的分析，声音较轻主要有以下两个原因：
（1）驻极体话筒的灵敏度：
在进行Ｐｒoｔeｕs电路设计的时候,输入信号的幅值设定为0.２V，可实际驻极体话筒的灵敏度并没有达到这个数值,这样导致音频信号并没有足够放大。
（2）耦合电容C4：
在电路设计过程中，由于材料的限制，选取C４＝10ｕF。
其实，通过查找资料可知，由于人们所能听到的音频频率为20KHｚ以下,所以当C4＝ １0uF时,音频信号将会被衰减,理论上应取２00uF以上的电容最佳。
四、团队分工合作情况
附录
元件清单：
材料
数值
数量
标准“洞洞板”
／
2
ＬF353
/
２
ＬM386
/
２
驻极体话筒
/
２
电阻
5.1Ｋ
４
电阻
100欧
2
电阻
1K
２
电阻
２K
2
电阻
１0K
2
电阻
20Ｋ
2
电阻
１00K
2
非极性电容
2２００pF
２
非极性电容
0.01uＦ
2
非极性电容
0.1uＦ
２
极性电容
1ｕF
2
极性电容
1０uF
２
喇叭
8欧（内阻）
2
电池
４.5V
４
双绞线
２米
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