30039

Усилитель звуковой частоты на основе интегральных микросхем

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В задачу входит выбор типа электронных компонентов входящих в состав устройства. 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. Параметры микросхемы таковы: Uп=22В P=18Bт Rн=8Ом Fн=20Гц Fв=20кГц Iп=120мА Кг=03 Rвх=50кОм Кш=03мкВ Ку=26 дБ 4. Выбор элементов будем производить на основе выходных...

Русский

2016-08-04

1.41 MB

12 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

Таганрогский Государственный

Радиотехнический Университет

Кафедра РПрУиТВ

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему

«Усилитель звуковой частоты»

                                                                 Выполнил:

                                                                        студент гр. Р-34

                                                                 Савченко Е. М.

                                                                Проверила:

                                                                      Шибаева Е. М.

Таганрог 2006

Лист замечаний

                                             Содержание:

Техническое задание……………………………………………………  ….4

Введение……………………………………………………………………  .5

1. Анализ технического задания …………………………………………...6

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

3. Выбор, обоснавание и расчёт электрической схемы…………………....8

4. Расчёт АЧХ ……………………………………………………………… .9

Построение АЧХ в Micro Cap 7…………………………………………….11

Приложение №1……………………………………………………..……. ..13

Приложение №2……………………………………………………………..17

Приложение №3……………………………………………………………..18

Приложение №4……………………………………………………………..19

Перечень элементов………………………………………………………....20

Заключение…………………………………………………………………..22

Список используемой литературы…………………………………………23

                                  ТЕХНИЧЕСКОЕ  ЗАДАНИЕ

Рассчитать усилитель звуковой частоты:

1 Номинальная выходная мощность, Вт:                          18

2 Сопротивление нагрузки, Ом:                                         8

3 Номинальное входное напряжение, мВ:            40

4 Внутреннее сопротивление источника сигнала, Ом:    350

5 Нижняя граничная частота, Гц:                                       35

6 Верхняя граничная частота, кГц:                                    16

7 Допустимый уровень частотных искажений:                0.7

8 Допустимый уровень нелинейных искажений, % :      не более 1             

9 Предусмотреть регулировку громкости и регулировку тембра по ВЧ и НЧ

 плавно потенциометром.

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 микроминитюаризации и улучшения качества звуковоспроизведения.

В современной усилительной технике применяют беcтрансформаторные 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.  

  1.  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.

При анализе ТЗ было решено увеличить нижнюю граничную частоту да 20 кГц для улучшения качества звучания усилителя. Входное напряжение взято Uвх=200 мВ для упрощения некоторых расчётов


2
Выбор и обоснование  структурной схемы.

                      вх  вых

РТиГ- регулятор тембра и громкости

ПЦ- промежуточная цепь (предварительного усиления)

ОК- оконечный каскад (усилитель мощности)  

1 Регулятор тембра (схема в Приложении №2)будет базироваться на активном элементе (операционном усилителе), потому что активные регуляторы тембра обладают следующими положительными 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

2 Каскад предварительного усиления (схема в Приложении №3) построим на операционном усилителе т.к. этот каскад должен вносить очень маленький коэффициент нелинейных искажений и должен обладать большим диапазоном рабочих частот, этот каскад содержит узел регулировки звука.

В качестве ОУ для регулятора тембра и предварительного усилителя мы выбрали NE5534 от фирмы Texas Instruments.

3. Оконечный  каскад (усилитель мощности) (схема в Приложении №4)построен на основе интегральной микросхемы SANYO STK0057, так как она практически по всем параметрам удолетворяет условиям технического задания.

Параметры микросхемы таковы:

Uп=22В

P=18Bт

Rн=8Ом

Fн=20Гц

Fв=20кГц

Iп=120мА

Кг=0,3%

Rвх=50кОм

Кш=0,3мкВ

           Ку=26 дБ

4. В качестве регулировок частот и громкости берём переменные

сопротивления(потенциометры).

5. Питание ОУ осуществляется от отдельного двухполярного стабилизатора +15В/-15В на LM7815 описанного приложении №5


3. Выбор, обоснавание и расчёт электрической схемы.

Выбор элементов будем производить на основе выходных параметров усилителя, заданных в техническом задании.

, .

Рассчитаем входное напряжение усилителя, которое обеспечит так нужные нам . Для этого мы воспользуемся формулой, в которой сначала найдём (следует из ).

Используя наши значения, получаем =16.971 В.

Коэффициент усиления равен .

Окончательно получим: =16.971/20=849 мВ.

Таким образом можно записать основные параметры оконечного каскада:

Далее мы выберем схему предварительного усилителя, который обеспечит нам на входе оконечного каскада 850 мВ.

Автором (мной) за основу была взята схема из журнала «Радиохобби №4, 1999г.» и в ней были пересчитаны некоторые сопротивления.

Данный предварительный усилитель основан на ОУ NE5534.Его схему и основные параметры можно найти в приложении № 1.

Основные параметры предварительного усилителя таковы:

Выходное сопротивление……………………40 Ом

Чувствительность по входу ………………….200-250 мВ

Выходное напряжение…………………………870 мВ

Так как на вход подаётся 200 мВ, а каскад, заключающий в себе регулятор тембра имеет коэффициент передачи то и на вход предварительного усилителя приходит примерно 200 мВ, а нам нужно на его выходе 850 мВ. Для этого пересчитаем сопротивления  и  таким образом, чтобы добиться коэффициента усиления 4…5 раз.

На средних частотах  определяется как . Полагаем =47 кОм и =14 кОм.

Тогда получаем =4.36. Следовательно на выходе предварительного усилителя имеем

871 мВ, что нас вполне устраивает.

По ГОСТу берём =47 кОМ ряд Е24.

По ГОСТу берём =14 кОм ряд Е96.

  1.  Расчёт АЧХ.

   Из технического задания известно, что на частотах 35 Гц и 16кГц коэффициент передачи усилителя должен составлять 0.7 от максимально возможного. АЧХ усилителя на нижних частотах определяется разделительными конденсаторами и сопротивлениями нагрузок каждого каскада в отдельности. Для ограничения АЧХ на верхних частотах введём в цепь  коррекции оконечного каскада – конденсатор С20.

 АЧХ на нижних частотах:

          -для тембр блока:

                                        

      

На верхних частотах  из уравнения

                                              

находим величину ёмкости С20, чтобы получить fв=16 кГц

С20=1.24 мкФ.

По ГОСТу берём С20=1.24 мкФ ряд Е 96.

Тем самым мы обрезали полосу частот до 16 кГц, как и требуется по техническому заданию.

АЧХ регулятора тембра на нижних частотах выглядит следующим образом:

Схема регулятора тембра в среде Micro Cap 7.

Построение АЧХ регулятора тембра.

Построение АЧХ с учётом конденсатора С8.


Приложение №1.

Внутренняя схема ОУ.

Зависимость смещения и спада входного тока от температуры.

Зависимоть максимума  двойной амплитуды .                                                               выходного напряжения от частоты

температура

частота


Зависимость скорости нарастания выходного напряжения и единичного усиления полосы пропускания от питающего напряжения

Зависимость коэффициента нелинейных искажений от частоты.

питающее напряжение

частота


Геометрические размеры микросхемы

Приложение №2

Схема регулятора тембра

Приложение №3

Схема предварительного усилителя и регулировки громкости.

Приложение №4.

Схема оконечного каскада.


Перечень элементов.

Элемент

Тип элемента

Количество

R3, R6=2.2 кОм

МЛТ-0.125

2

R1=68 кОм

МЛТ-0.125

1

R2, R5=6.8 кОм

МЛТ-0.125

2

R4=12 кОм

МЛТ-0.125

1

R7=18 кОм

МЛТ-0.125

1

R8, R01=1МОм

МЛТ-0.25

2

R9=14 кОм

МЛТ-0.125

1

R10=47 кОм

МЛТ-0.125

1

R11=1 кОм

МЛТ-0.125

1

R12, R15=56 кОм

МЛТ-0.125

2

R13, R14=100 Ом

МЛТ-0.125

2

R16=2.7 кОм

МЛТ-0.125

1

R17=4.7 кОм

МЛТ-0.125

1

С1, С2, С11, =47 мкФ

3

С3, С7 , С8 , С9 , С10=68 нФ

5

С4=3.9 нФ

1

С6=150 пФ

1

С12=1 мкФ

1

С13=470 пФ

1

С14, С18=220 мкФ

2

С15, С19=10 мкФ

2

С16=2 пФ

1

С17=47 мкФ

1

С20=1.24 мкФ

1

Р1,  Р2=25 кОм

2

Р3=10 кОм

1

NE 5534

Операционный усилитель

2

STK 0057

Интегральная микросхема

1


Заключение.

В результате выполнения данного курсового проектирования по заданным в ТЗ параметрам была выбрана, обоснована и рассчитана структурная схема усилителя мощности звуковой частоты, определены параметры оконечного усилителя, темброблока и регулятора громкости. По расчитаным параметрам были выбраны элементы на которых и были спроектированны эти схемы. Было произведено их моделирование на ЭВМ с использованием специального пакета программ и построены соответствующие диаграммы и характеристики. Получен бесценный опыт

Список использованной литературы.

  1.  Справочник по интегральным микросхемам / Под ред. Б. В. Тарабрина. – М: Энергия, 1980. -816с.
  2.  Электроника / В. Г. Гусев. – М: Высшая школа, 1991. – 622с.
  3.  Радиохобби / журнал №4, 1999.
  4.  П. Хоровиц, У. Хилл «Искусство схемотехники» ч. 3,4. Издательство «Мир» 1993г.
  5.  Л.Е. Варакин Бестрансформаторные усилители мощности. М. 6 Радио и связь.1984.
  6.  http://www.datasheetcatalog.com/
  7.  http://cxem.net
  8.  http://pdfsearch.ru


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66317. ПРАЗДНИК УРОЖАЯ 123.5 KB
  О том что фрукты и в том числе яблоки полезны знает каждый. Ей не хотелось быть невежливой но яблоки были такие кислые Летели с юга осы попробовали яблочки разжужжались расплевались Яблонька горько заплакала. Очень ее яблоки кислые.
66318. Мій вибір – здорове життя 102 KB
  Проблема здоров’я людини – одна із найактуальніших проблем сьогодення. В Україні внаслідок несприятливих умов життя збільшується кількість захворювань серед підростаючого покоління, тому збереження здоров’я учнів виходить за межі медичної проблеми, стає соціальною.
66319. На балу у Осени 55 KB
  Ведущая Давайте ребята к нам на праздник приведем Осень Зима красавица суровая Ты подожди ты не спеши Деревья желтые багровые Так праздничны Так хороши И о тебе зиме сверкающей...
66320. Три мушкетёра. 10 лет спустя 155 KB
  Школа Равнение на выпускников школы 2009-2010 Звучит Муз 3; выпускники по одному выходят через арку на сцене спускаются в зал девочкам помогает спуститься со сцены юноша и рассаживаются на свои места.: Все стало так как вы хотели И вот настал...
66321. Сказка о попе и работнике его Балде 237.5 KB
  Пушкиным Сказки Пушкина мы читаем в детстве и с уверенностью считаем что до конца разобрались в этом вопросе что никаких загадок в нем больше нет. Практически все сказки в разное время были написаны Пушкиным в имении Болдино.
66322. БАСКЕТБОЛЬНОЕ ШОУ 31 KB
  В нашей программе вы увидите выступление баскетболистов – профессионалов нашей школы конечно это не профессионалы НБА но тем не менее вы сможете увидеть виртуозное ведение мяча точные броски молниеносные передачи
66323. Байки. Езопова байка «Хлібороб і орел» 89.5 KB
  Тема нашого уроку Езопові байки. Що таке байка З яких частин складається байка Що таке мораль Хто є героями байок Як називають авторів байки Яких байкарів знаєте Чим байка відрізняється від казки Гра З якої байки предмет...
66324. Білокора красуня 67 KB
  Як зовуть її Берізка Назва берізка прийшла до нас із глибокої давнини. Чому радіє берізка Що шепоче теплому вітерцю сонечку Складемо казочку Сонечко та Берізка. Послухайте початок: Жила була собі Берізка.
66325. Учитель творить Людину… 54.5 KB
  Учитель знайомить їх із спогадами про свою першу вчительку українського письменника І. Чендеєм Бесіда за змістом Класний керівник: Який загальний настрій цих спогадів На яких спогадах акцентує увагу письменник Чому навчала дітей учителька Який основний урок виніс письменник з її розповідей...