Всего на сайте:
166 тыс. 848 статей

Главная | Электроника

Расчет усилителя звуковой частоты  Просмотрен 644

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

К курсовому проекту

 

по курсу “Схемотехника аналоговых электронных устройств ”

 

Тема: «Расчет усилителя звуковой частоты»

 

Вариант№11

 

Выполнил студент гр. Р-25: Кондаков А. В.

 

Проверила преподаватель: Шибаева Е.М

 

Таганрог 2008

 

Лист замечаний

 

 

Содержание

Введение…..….4

Техническое задание…...5

Анализ технического задания ………....6

Выбор и обоснование схемы электрической структурной………..7

Расчет схемы электрической принципиальной…8

Регулятор тембра……..9

Регулятор громкости………..….10

Делитель напряжения…..……. ..11

Источник питания……12

Расчет АЧХ ……….……..13

Схема усилителя в среде Micro Cap……15

Построение АЧХ усилителя мощности звуковой частоты………..16

Заключение……..……..17

Приложение №1……..18

Приложение №2……..19

Приложение №3……..20

Приложение №4……..21

Приложение №5……..24

Приложение №6……..27

Список литературы….28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время технические возможности передачи, записи и воспроизведения звука достигли такого совершенства, что позволяет осуществлять воспроизведение сигналов звуковых частот от 20 до 20 000 Гц и более при больших динамических уровнях с минимальными частотными и нелинейными искажениями.

Усилители низкой частоты являются одним из важнейших структурных элементов звуковоспроизводящих радиотехнических устройств. Развитие усилительных устройств тесно связано с совершенствованием электронных приборов, сначала ламп, затем транзисторов и интегральных микросхем. Резкий скачок в усовершенствовании усилителей произошел после того, как нашла применение отрицательная обратная связь.

В настоящее время в основном используются усилители на основе интегральных микросхем. Современные усилительные устройства разрабатываются в направлении улучшения качества звуковоспроизведения.

В современной усилительной технике применяют бестрансформаторные усилители мощности, которые имеют сравнительно малые габариты, обеспечивают высококачественное воспроизведение. Все шире используются схемы в интегральном исполнении, которые могут содержать десятки тысяч элементов. С их помощью возможна реализация усилителей с низким уровнем шумов, большой полосой пропускания, высоким входным и низким выходным сопротивлением. Широкое распространение получили операционные усилители, на основе которых можно сконструировать отдельные каскады и структурные блоки усилителя.

Необходимо также отметить тенденцию к расширению полосы пропускания усилителей до 50 – 60 кГц и уменьшению коэффициента нелинейных искажений до тысячных долей процента, что позволяет добиться естественности звучания.

 

Техническое задание

 

 

1. Выходная мощность Pвых, 7 Вт

2.

Сопротивление нагрузки Rн, 4 Ом

3. Входное напряжение Uвх , 35мВ

4. Сопротивление источника сигнала Rис , 75 Ом

5. Нижняя граничная частота fн , 35 Гц

6. Верхняя граничная частота fв , 12 кГц

7. Уровень частотных искажений, Мн=Мв 0,7

8. Коэффициент нелинейных искажений, не более 1 %

9. Предусмотреть Плавную потенциометрическую регулировку громкости

 

 

Анализ технического задания

В данном курсовом проекте техническое задание состоит в проектировании усилителя звуковой частоты на основе интегральных микросхемах. В задачу входит выбор типа электронных компонентов, входящих в состав устройства.

Для разработки данного усилителя мощности следует произвести предварительный расчёт и оценить количество и тип основных элементов. После этого следует выбрать интегральную микросхему и, при необходимости, принципиальную схему предварительного усилительного каскада.

При проектировании усилителя следует использовать такие элементы, чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданным характеристикам, а также его экономичность с точки зрения расхода энергии питания и себестоимости, входящих в него компонентов. Используется плавная потенциометрическая регулировка громкости в виду ее более простой технической реализации, а так же удобстве при использовании.

 

При выборе интегральной микросхемы пришлось немного отойти от технического задания в виду возможности обеспечения данной микросхемой верхней граничной частоты 20кГц и нижней граничной частоты 40 Гц, что в свою очередь только улучшит качество воспроизводимого звука.

 

 

Выбор и обоснование схемы электрической структурной

Для обеспечения требуемых в техническом задании характеристик для усилителя звуковых частот будем применять в качестве основного тракта усиления схему с применением интегральной микросхемы в виде усилителя мощности звуковой частоты. Но этого недостаточно, поскольку требования предъявляются также и к входным характеристикам усилителя.

Для достижения приемлемых параметров на входе усилителя будем использовать в качестве первого каскада усилителя – делитель напряжения. Для формирования выходных параметров усилителя требуется применение оконечного каскада усиления. Современный ряд микросхем серии LM имеет выходные характеристики очень широкого выбора, поэтому без труда можно выбрать именно такую микросхему, чтобы она полностью удовлетворяла требованиям, накладываемым техническим заданием на курсовое проектирование.

 

 

Рис.1 Схема электрическая структурная

 

 

Расчет схемы электрической принципиальной

 

Схема электрическая принципиальная и перечень элементов к ней приведены в приложении. Согласно техническому заданию была выбрана интегральная микросхема LM383. Она представляет собой усилитель мощности звуковой частоты и применяется в высококачественной звуковоспроизводящей и телевизионной аппаратуре, а так же устойчива при тепловых перегрузках и не выходит из строя при коротких замыканиях в нагрузке. Еп=14В, Rн =4 Ом, Рвых = 7 Вт. Рассчитаем напряжение на выходе:

Коэффициент усиления равен .

Окончательно получим: =7.5/251=30 мВ.

Технические параметры микросхемы LM383:

fн = 40 Гц

fв =20 кГц

 

Регулятор тембра

Темброблок определяет такие параметры усилителя как уровень шума, коэффициент гармоник, диапазон регулировки частотной характеристики. До недавнего времени для регулировки тембра использовали в основном только пассивные перестраиваемые RC фильтры, которые ослабляли сигнал в несколько раз, вносили дополнительные шумы и искажения. Такие устройства вносили усложнения в схему, вызывали необходимость компенсации ослабления, путем включения дополнительных каскадов усиления.

В настоящее время в высококачественной аппаратуре используются активные регуляторы тембра, которые свободны от вышеперечисленных недостатков, свойственных пассивным цепям. Они позволяют получить подъем или спад частотной характеристики на низких или высоких частотах диапазона воспроизведения.

Регулятор тембра будет базироваться на активном элементе (операционном усилителе), так как активные регуляторы тембра обладают следующими качествами:

- в нейтральном положении регулятора (равномерная передача во всей полосе частот) затухание равно 0 дБ, коэффициент усиления усилителя К=1, благодаря чему нелинейные искажения и шум снижаются.

- низкоомный выход

- возможность применения потенциометра с линейной характеристикой регулирования

В качестве ОУ для регулятора тембра был выбран NE 5534.

В приложении 2 представлена схема регулятора тембра на основе операционного усилителя..

 

Регулятор громкости

Для регулятора громкости выберем схему плавной потенциометрической регулировки в виду максимальной простоты ее реализации. В качестве потенциометра R воспользуемся переменным резистором.

Нормальная работа регулятора громкости будет достигаться при выполнении соотношения что сопротивление на регуляторе громкости будет намного больше чем выходное сопротивление регулятора тембра.

 

Делитель напряжения

Делитель напряжения необходим для обеспечения необходимого уровня сигнала на вход оконечного каскада усиления.

Входной сигнал согласно техническому заданию 35 мВ, но для того что бы получить выходную мощность 7 Вт на выходе при сопротивлении нагрузки в 4 Ом, нужно на микросхему подать напряжение в 30 мВ. Следовательно, подберём сопротивления R13 и R14, чтобы получить напряжение на микросхеме в 30 мВ.

Возьмём R13 = 1.2 кОм, тогда R14 = 7.5 кОм.

 

 

 

 

 

 

 

Источник питания

В качестве источника питания используем однополярный источник питания

с U = ± 15 В, что обусловлено необходимостью питать микросхемы УМЗЧ тембра.

расчёт АЧХ

Известно, что на частотах 35Гц и 12 кГц коэффициент передачи усилителя должен составлять 0,7 от максимального значения. АЧХ усилителя на нижних частотах определяется разделительными конденсаторами и сопротивлениями нагрузки каждого каскада в отдельности.

Заданный коэффициент частотных искажений

 

 

Расчет емкостей, влияющих на АЧХ на нижних частотах

 

 

 

 

Расчет емкостей, влияющих на АЧХ на верхних частотах

 

Схема усилителя в среде Micro Cap.

 

  
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение АЧХ усилителя мощности звуковой частоты

 

 

  
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

Данная работа выполнена в соответствии с требованиями, которые были предъявлены в техническом задании. Был проведён выбор схемы электрической структурной, на основе которой осуществлялся эскизный расчёт схемы. Далее была разработана схема электрическая принципиальная. Разработка производилась с применением современной элементной базы, что несколько улучшило показатели разработанного усилителя звуковой частоты относительно предлагаемых требований. Достаточно детально исследовались некоторые узлы и блоки, из которых состоит усилитель звуковой частоты, был произведён расчёт элементов схемы включения микросхемы. Было произведено их моделирование на ЭВМ с использованием специального пакета программ и построены соответствующие диаграммы и характеристики. Курсовой проект является закреплением теоретического материала по курсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств» и может служить базой для дальнейших исследований в области усиления и обработки сигналов. В итоге удалось спроектировать простое и качественное устройство, которое удовлетворяет исходным априорным данным. Использование импортного операционного усилителя и интегральной микросхемы позволило обойтись без дополнительного промежуточного каскада усиления.

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение1 Электрическая схема

 

  
 
 

 

 

Приложение 2 Перечень элементов

 

Поз. обозначе ние Наименование   Кол.   Прим.     
R1 = 68 KOm+ МЛТ-0.125       
R2, R5=6.8 KOm+ МЛТ-0.125       
R3, R6, R11=2.2KOm+ МЛТ-0.125       
R4 = 12KOm МЛТ-0.125       
R7 = 18 KOm МЛТ-0.125       
R8 = 1 MOm МЛТ-0.25       
R9 = 39 KOm МЛТ-0.125       
R10 = 220 KOm МЛТ-0.125       
R12 = 1 KOm МЛТ-0.125       
R13 = 1.2 KOm МЛТ-0.125       
R14 = 7.5 KOm МЛТ-0.125       
R15=10KOm        
R16, R17=25KOm        
С1=0,764 нФ        
С2, =47 мкФ        
С3, С7 , С8 =68 нФ        
С4=3.9 нФ        
С6=150 пФ        
С9=0,512 нФ        
С10=470 мкФ        
С11=100 мкФ        
С12=100 нФ        
С13=39 нФ        
С14=1.536 мФ        
С15=8.12 мкФ        
NE 5534 Операционный усилитель   ОУ     
LM383 Интегральная микросхема   микросхема     
          ЦТРК .050057.11   
         
         
Изм. Лист № документа Подп. Дата Усилитель звуковых частот Перечень элементов Лит. Л Л
Разработал Кондаков А. В.           1 1
Проверил Шибаева Е.М.     Р – 25    
         
        

 

 

Приложение 3 Схема регулятора тембра

 

Приложение 4

Основные и дополнительные параметры и характеристики операционного усилителя NE 5534

Рабочая температура     Упаковки Упорядоченный номер партии Маркировка 
0°C to 70°C PDIP (P) Tube of 50 NE5534P NE5534P
        Tube of 50 NE5534AP NE5534AP
    SOIC (D) Tube of 75 NE5534D NE5534
        Reel of 2500 NE5534DR 
        Tube of 75 NE5534AD 5534A
        Reel of 2500 NE5534ADR 
    SOP (PS) Reel of 2000 NE5534PSR N5534
-40°C to 85°C PDIP (P) Tube of 50 SA5534P SA5534P
        Tube of 50 SA5534AP SA5534AP
    SOIC (D) Tube of 75 SA5534D SA5534
        Reel of 2500 SA5534DR 
        Tube of 75 SA5534AD SA5534A
        Reel of 2500 SA5534ADR 
    SOP (PS) Tube of 80 SA553APS SA5534
        Reel of 2000 SA553APSR 
    

 

 

Рис.2. Принципиальная электрическая схема ОУ NE5534

 

 

    MIN MAX номинал
V CC+ Питающее напряжение 5 +15 V
V CC- Питающее напряжение -5 -15 V
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Параметр Условия тестирования MIN TYP 0.5 MAX UNIT 
V IO смещение входного напряжения V0 = 0, RS = 50 Ω TA = 25°C     mV 
T = Full range A       
I IO смещение входного тока V = 0 O TA = 25°C       nA
T = Full range A       
I IB Спад(отклонение) входного тока V = 0 O TA = 25°C     nA 
T = Full range A       
V ICR Common-mode input voltage range     ±12 ±13   V
V O(PP) Максимум изменения двойной амплитуды выходного напряжения RL ≥ 600 Ω VCC± = ±15 V       V
VCC± = ±18 V       
A VD Large-signal differential voltage amplification VO = ±10 V, RL ≥ 600 Ω TA = 25°C       V/mV
T = Full range A       
A vd Small-signal differential voltage amplification f = 10 kHz C = 0 C       V/mV
C = 22 pF C   2.2     
B OM Максимум выходного езменения полосы пропускания VO = ±10 V C = 0 C       kHz
C = 22 pF C       
VCC ± = ±18 V, RL ≥ 600 Ω, VO = ±14 V, C C = 22 pF      
B 1 Unity-gain bandwidth C = 22 pF, C C = 100 pF L       MHz
r i Входное сопротивление           k Ω
z o Выходной импенданс A = 30 dB, VD C = 22 pF, C RL ≥ 600 Ω, f = 10 kHz   0.3  
CMRR Common-mode rejection ratio V0= 0, RS = 50 Ω , V = V min IC ICR       dB
k SVR Supply-voltage rejection ratio (∆VCC/∆VIO) VCC+ = ±9 V to ±15 V, V0= 0 RS = 50 Ω,       dB
I OS Выходной ток КЗ       38 4   mA
I CC Ток питания V = 0, No load O Ta = 25°C     mA 
       

 

 

Изображение ОУ NE5534.

 

 

 

Приложение 5Схема усилителя мощности звуковых частот Основные параметры и внешний вид УМЧЗ .

 

Эквивалентная электрическая схема LM 383.

 

 

 

Основные параметры усилителя мощности звуковых частот.

 

 

Наглядное изображение LM 383

 

 

Внешний вид усилителя мощности звуковых частот.

 

 

 

 

Приложение 6 Регулятор громкости

 

 

  
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы.

 

1. Гусев В.Г. , Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальных вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1991. 662с

2. Резисторы: Справочник / Под редакцией Четверткова И.И. Терехова В.М. М.: Радио и Связь, 1987. 352с.

3. Остапенко Г.С. Усилительные устройства. - М.: "Радио и связь" 1989 г

4. Интегральные микросхемы: Справочник / Под редакцией Тарабрина Б.В. М.: Радио и Связь, 1984. 528с.

5. Гершунский Б.С. справочник по расчету электронных схем. К.:Высш. шк., 1983г. 240с

6. Цыкин Г.С. Электронные усилители. - М.: Изд-во "Связь" 1965 г

7. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой технике. Пер. с нем. М.: Мир, 1991г. 446с.

 

Предыдущая статья:3й этап: Контроль. Действия. Оценка. Следующая статья:Компановка и конструктивной схемы балочной клетки
page speed (0.0338 sec, direct)