43097

Расчет усилителя мощности звуковой частоты, состоящая из регулятора громкости, тембра и ИМС

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Допустимый уровень нелинейных искажений: не более 1 9 Предусмотреть регулировку громкости и тембра по ВЧ и НЧ плавно потенциометром. Выбор и обоснование структурной схемы Вх Вых РГ регулятор громкости РТ регулятор тембра T7283P усилитель мощности. Регулятор тембра является обязательным узлом современного высококачественного устройства звуковоспроизведения...

Русский

2016-08-04

789 KB

25 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство 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

                                                                 Стрижекозин А.В.

                                                                Проверила:

                                                                      Шибаева Е. М.

Таганрог 2006

Лист замечаний

                                             Оглавление:

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

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

3. Анализ технического задания ………………………………………….......6

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

5. Выбор, обоснование и расчёт электрической схемы…………………......9

6. Требования к источнику питания………………………………………….13

7. Расчёт и построение АЧХ в Micro Cap 7.....................................................14

8. Заключение………………………………………………………………….16

9. Приложение №1…………………………………………………………….17

10. Приложение №2……………………………………………………………18

11. Приложение №3……………………………………………………………19

12. Приложение №4………………………………………………………........20

13. Приложение №5……………………………………………………………21

14. Приложение №6……………………………………………………………22

15. Перечень элементов………………………………………………………..23

16. Список литературы…………………………………………………………24

                                  ТЕХНИЧЕСКОЕ  ЗАДАНИЕ

Рассчитать усилитель звуковой частоты:

1 Номинальная выходная мощность, Вт:                            4.5

2 Сопротивление нагрузки, Ом:                                           4

3 Номинальное входное напряжение, мВ:              25

4 Внутреннее сопротивление источника сигнала, Ом:      200

5 Нижняя граничная частота, Гц:                                         30

6 Верхняя граничная частота, кГц:                                      12

7 Допустимый уровень частотных искажений:                  0.7

8 Допустимый уровень нелинейных искажений, % :        не более 1             

9 Предусмотреть регулировку громкости и тембра по

ВЧ и НЧ плавно потенциометром.

Введение

Усилительные устройства находят применение в самых различных областях науки, техники и производства, являясь либо самостоятельными устройствами, либо частью сложных приборов и систем.

Техника усиления электрических сигналов непрерывно развивается. Это связано в первую очередь с развитием и совершенствованием радиоэлектроники  и технологии, разработки новых усилительных приборов. Появление новых полупроводниковых приборов и технологических процессов позволило объединить множество транзисторов, диодов, резисторов в одно устройство – интегральную микросхему (ИМС).   В данном курсовом проекте рассчитывается усилитель звуковых частот, который проектируется именно на интегральной микросхеме.

Достоинства ИМС – это низкая стоимость, малые габариты, масса и потребляемая мощность, высокая надежность, долговечность, простота использования и многообразное функциональное назначение дали возможность создать такие устройства, как переносной микрокассетный проигрыватель, видеомагнитофоны и др. Есть и еще ряд достоинств, возникающих благодаря технологии производства. Такой идентичности параметров транзисторов дифференциальных пар как у тех, которые выращены на одном кристалле, на дискретных элементах добиться невозможно. Современные усилительные устройства разрабатываются в направлении миниатюризации и улучшения качества звуковоспроизведения.

Анализ технического задания

В данном курсовом проекте мне предложено разработать усилитель мощности звуковой частоты с заданными в техническом задании параметрами. По номинальной выходной мощности (4.5 Вт) видно, что усилитель имеет малую мощность. По сопротивлению нагрузки (4 Ом), можно предположить, что усилитель будет нагружен на динамическую головку громкоговорителя. По допустимому уровню нелинейных и частотных искажений (1% и 0.7 соответственно) видно, что усилитель является усилителем второго класса, и должен иметь небольшие вес, габариты, стоимость и должен быть собран на недорогой элементной базе.

Я не буду отходить от параметров, приведённых в техническом задании, но считаю целесообразным поднять верхнюю граничную частоту до 20 кГц.

Все знают, что диапазон звуковых колебаний, который слышит человеческое ухо, это диапазон частот от 16 Гц до 20 кГц. А так как я предусматриваю использование данного усилителя звуковой частоты для применения в низковольтной малогабаритной звуковоспроизводящей аппаратуре (например, портативный CD-плеер), то считаю это вполне обоснованным.

Выбор и обоснование  структурной схемы

               Вх                   Вых

РГ – регулятор громкости,

РТ – регулятор тембра,

TA7283AP – усилитель мощности.

   1. Регулятор громкости является неотъемлемой частью любого звуковоспроизводящего устройства и предназначен для регулирования уровня звучания акустических систем при воспроизведении звуковых сигналов. В данной работе я использовал регулятор громкости, выполненный на резистивном элементе, в качестве которого я использовал переменный резистор, который обладает следующими качествами:

  1.  плавное изменение сопротивления при перемещении движка резистора;
  2.  отсутствие шумов и щелчков;
  3.  близость к нулю минимального регулируемого сопротивления.

Простота конструкции и высокие качественные показатели такого регулятора склонили меня к применению именно его, а ни какого другого.

2. Регулятор тембра является обязательным узлом современного высококачественного устройства  звуковоспроизведения. Основное его назначение – обеспечить такое регулирование АЧХ усилительного устройства, чтобы компенсировать частотные искажения, вызванные несовершенством акустических систем, или сформировать АЧХ с учётом акустических свойств помещения и тем самым восстановить естественный тембр звучания. В данной работе я использовал активный регулятор тембра на операционном усилителе (ОУ). Он позволяет получить подъём или спад частотной характеристики на низких или высоких частотах диапазона воспроизведения. Используемые для регулировки тембра частотно-зависимые RC-цепи я включил в цепь обратной связи ОУ, что позволяет мне регулировать тембр в широких пределах без ослабления сигнала. Приведённый мною регулятор тембра обеспечивает подъём или спад частотной характеристики до уровня ±20 дБ на верхних и нижних частотах звукового диапазона. При этом усиление на средней частоте 1 кГц равно единице.

3. В качестве усилителя мощности была выбрана интегральная микросхема зарубежного производства TA7283AP фирмы TOSHIBA

за её характеристики, простоту в использовании, сравнительную дешевизну и доступность. Схема включения ИМС приведена в приложении.

Параметры выбранной мною микросхемы полностью совпадают с параметрами, приведёнными в техническом задании.

Параметры микросхемы следующие:

Uи.п.min = (6-15) В

Pвых = 4.5 Bт

Rн = 4 Ом

Rвх = 30 кОм

fн = 30 Гц

fв = 20 кГц

Iпот.ном = 19 мА

Кг = 0,2 %

Ку = 48 дБ

Корпус: SIL12

Выбор, обоснование и расчёт электрической схемы

Проанализируем выходные параметры усилителя:

Pвых = 4.5 Bт

Rн = 4 Ом

Значит, напряжение на его выходе должно быть равным:

=  = 6 В;

Коэффициент усиления усилителя равен 48 дБ. Пересчитаем его в разах:

= = 251 раз.

Рассчитаем входное напряжение усилителя, которое обеспечит нам

. Для этого мы воспользуемся формулой

=  = 24 мВ.  Это значение удовлетворяет значению номинального входного напряжения, приведённого в техническом задании.

Следовательно, можно сделать вывод, что усиливать входной сигнал мне нет необходимости. Именно по этой причине я выбрал предварительный каскад (включающий в себя регулятор тембра) имеющий коэффициент усиления равный примерно единице:  . Это значит, что при подаче на вход 25 мВ на вход усилителя мощности звуковой частоты также придет примерно 25 мВ.

Схема регулятора тембра и параметры ОУ приведена мною в приложении.

В ней потенциометр R2 является регулятором нижних частот (басов). Он включен таким образом, что при перемещении движка по направлению к резистору R1 поднимает частотную характеристику. Перемещение в противоположном направлении приводит к завалу характеристики. В крайнем левом положении движка коэффициент усиления на частоте 10 Гц равен приблизительно10.     В    крайнем    правом    положении   движка коэффициент усиления на этой частоте падает примерно до 0,1.

Регулятор верхних частот состоит из потенциометра R5 и конденсаторов С2, С5. В крайнем левом положении движка потенциометра коэффициент усиления на частоте 20 кГц равен примерно 10. В крайнем правом положении движка усиление на той же частоте снижается до 0,1.

В среднем положении движков обоих потенциометров схема регулятора тембра имеет равномерную частотную характеристику. Напряжение выходного сигнала в этом случае равно входному (коэффициент усиления равен 1), поступающему на вход каскада.

Расчет коэффициента гармоник

Коэффициент гармоник в усилителе в основном определяется выходным каскадом – усилителем мощности (TA7283АР). По паспортным данным, определенным производителем, коэффициент гармоник в ИМС не превышает 0.2 %, что удовлетворяет требованиям, указанным в техническом задании.

Расчёт регулятора громкости

Для регулятора громкости выберем  схему плавной потенциометрической регулировки. В качестве потенциометра R используем переменный резистор типа В.

Сопротивление регулятор громкости рассчитаем из соотношения

тогда R = 30•Rист  

R = 30•200 = 6 кОм

По ГОСТу выбираем номинал R = 6 кОм

Ёмкость разделительного конденсатора выберем аналогичной ёмкости Ср в темброблоке: Ср = 2,2 мкФ

Требования к источнику питания

В качестве источника питания необходимо использовать двухполярный источник питания с U = ± 15 В. Это обусловлено необходимостью питать микросхему тембра двухполярным напряжением, величиной ±15 В. Источник должен иметь малые габариты, массу и защиту от различных дестабилизирующих факторов.

Схема регулятора тембра в среде Micro Cap 7

Построение АЧХ регулятора тембра в среде Micro Cap 7

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта по заданным в техническом задании параметрам мною была выбрана, обоснована и рассчитана структурная схема усилителя мощности звуковой частоты, состоящая из регулятора громкости, тембра и ИМС. На ЭВМ по расчетным формулам был определен и построен график АЧХ темброблока на нижних частотах. Я считаю, что спроектированный мною усилитель звуковой частоты вполне подходит для дальнейшей реализации его в портативной звуковоспроизводящей аппаратуре.

Приложение №1

Принципиальная схема регулятора громкости

Приложение №2

Принципиальная схема регулятора тембра

Приложение №3

Принципиальная схема УМЗЧ

Приложение №4

Габаритный чертёж и параметры ИМС

Приложение №5

Параметры ОУ К140УД8, используемого в регуляторе тембра

Параметр

Значение

Ку u , не менее

5•104

Uсм, мВ

30

Rвх диф, Мом

103

Iвх, мкА

2•10-4

Кос сф, дБ

80

Uвых max, В

10

Rн min, кОм

1

Uпит, В

15

Iп, мА

5

Приложение №6

Дополнительные характеристики усилителя мощности звуковой частоты

TA7283AP

Зависимость коэффициента

усиления от частоты

Зависимость мощности рассеяния

от выходной мощности

Зависимость коэффициента нелинейных

искажений от выходной мощности 

Зависимость коэффициента

нелинейных искажений от напряжения питания

Перечень элементов

обозначение

Наименование

Кол-во

Прим.

TA7283AP

интегральная микросхема

1

К140УД8

операционный усилитель

1

R1,R3,R6

МЛТ-0.125 4.7 кОм

3

R2,R5

МЛТ-0.125 47 кОм

2

R4

МЛТ-0.125 1.2 кОм

1

R7,R8

МЛТ-0.125 150 Ом

2

R

МЛТ-0.125 6 кОм

1

С2,С3,С4,С5

К1DУ-5 68 мкФ

4

С1

К1DУ-5 2.2 мкФ

1

С6,С13

К22У-1 100 пФ

2

С8,С14,С15

К22У-1 1000 пФ

3

Ср

К1DУ-5 2.2 мкФ

1

С9,С10,С12

К1DУ-5 47 пФ

3

С7, С11

К1DУ-5 0.15 мкФ

2

ЦТРК.041141.Э1

Изм.

Лист

№   документа

Подп.

Дата

УЗЧ

Перечень элементов

Лит.

Л

Л

Разработал

Стрижекозин

1

1

Проверил

Шибаева

Р – 34

Н. Контроль

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.  Д.И.Атаев В.А.Болотников, Аналоговые ИМС, Москва 1992, 235с.
  4.  В.А.Герасимов, Интегральные усилители низкой частоты зарубежного производства, Москва 2000, 586с
  5.  http\\www.pdfsearch.ru
  6.  http\\www.cxem.net
  7.  http\\www.alldatasheet.ru


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13429. ПРОГРАМА АРХІВАЦІЇ WINRAR 477 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6 ПРОГРАМА АРХІВАЦІЇ WINRAR 1. Мета роботи Навчитися виконувати архівацію файлів документів і програм за допомогою програми архівації WinRAR. 2. Задачі роботи 2.1. Освоїти роботу з програмою архівації WinRAR. 2.2. Придбати практичні навички по архіва...
13430. ОБСЛУГОВУВАННЯ ДИСКІВ ПК ЗА ДОПОМОГОЮ СЛУЖБОВИХ ДОДАТКІВ 437 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7 ОБСЛУГОВУВАННЯ ДИСКІВ ПК ЗА ДОПОМОГОЮ СЛУЖБОВИХ ДОДАТКІВ 1. Мета роботи Навчитися виконувати обслуговування дисків за допомогою службових додатків ОС Windows 2000. 2. Задачі роботи Придбати практичні навички роботи із службовими дода...
13431. ФОРМУВАННЯ ТАБЛИЦЬ В ТАБЛИЧНОМУ ПРОЦЕССОРІ MICROSOFT EXCEL 1.81 MB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №1 ФОРМУВАННЯ ТАБЛИЦЬ В ТАБЛИЧНОМУ ПРОЦЕССОРІ MICROSOFT EXCEL 1. Мета заняття Оволодіти практичними навичками роботи в процесі формування електронних таблиць ЕТ та здійснення в них розрахунків. 2. Завдання роботи Оволо...
13432. ПОВЯЗУВАННЯ ТАБЛИЦЬ MICROSOFT EXCEL 494 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №2 ПОВЯЗУВАННЯ ТАБЛИЦЬ MICROSOFT EXCEL 1. Мета заняття Навчитись працювати і придбати практичні навички роботи з декількома пов'язаними таблицями. 2. Завдання роботи Оволодіти прийомами пов'язування електронних таблиц
13433. ВБУДОВАНІ ФУНКЦІЇ MS EXCEL та ОФОРМЛЕННЯ РОБОЧИХ АРКУШІВ 180 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №3 ВБУДОВАНІ ФУНКЦІЇ MS EXCEL та ОФОРМЛЕННЯ РОБОЧИХ АРКУШІВ 1. Мета та завдання роботи Придбання навичок роботи з вбудованими функціями Microsoft Excel та оволодіння можливостями оформлення робочих аркушів. 2. Зміст робот
13434. СПОСОБИ ОФОРМЛЕННЯ ДІАГРАМ 350 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №4 СПОСОБИ ОФОРМЛЕННЯ ДІАГРАМ 1. Мета роботи Метою даної роботи є отримання практичних навичок при побудові редагуванні і оформленні діаграм в табличному процесорі Microsoft Excel. 2. Зміст роботи 2.1 Завантажити оболонку ...
13435. УПРАВЛІННЯ ДАННИМИ В MICROSOFT EXCEL 130.5 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ № 5 УПРАВЛІННЯ ДАННИМИ В MICROSOFT EXCEL 1. Мета заняття Оволодіти навичками роботи з базами даних в Microsoft Excel. 2. Завдання роботи Навчитись: 2.1. Створювати бази даних. 2.2. Створювати форми даних і працювати в них із запи...
13436. СТВОРЕННЯ ЗВЕДЕННИХ ТАБЛИЦЬ В MICROSOFT EXCEL 354.5 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ №6 СТВОРЕННЯ ЗВЕДЕННИХ ТАБЛИЦЬ В MICROSOFT EXCEL 1. Мета роботи Придбати практичні навички по створенню і використанню зведених таблиць в Microsoft Excel. 2. Задачі роботи Опанувати прийоми формування редагування зміни та
13437. Опрацювання результатів прямих багаторазових вимірювань 238 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1 ОПРАЦЮВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ПРЯМИХ БАГАТОРАЗОВИХ ВИМІРЮВАНЬ Мета роботи: вивчити методику опрацювання результатів прямих багаторазових вимірювань; навчитись визначати характеристики похибки результату вимірювання в залежності від кількості в...