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

23 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

57704. Китай. Економіко – географічна характеристика 70 KB
  Мета уроку: формувати в учнів систему знань про особливості населення, економічної політики, галузей міжнародної спеціалізації Китаю; Розвивати та вдосконалювати навички учнів оцінювати географічне положення і природно–ресурсний потенціал країни;
57705. Складання тексту-міркування 91 KB
  Мета: удосконалювати навички та вміння правильно будувати текст-міркування; вчити розкривати абстрактно загальні поняття; розвивати звязне мовлення увагу память мислення уміння логічно й послідовно викладати думки на папері...
57706. Від минулого до сьогодення. Історія створення книги 180 KB
  Мета: ознайомити п’ятикласників з історією виникнення книги та розвитком книгодрукування в Україні; популяризувати книгу носія інформації; виховувати повагу до історії народу його внеску в розвиток української культури.
57707. Книга: подорож у часі 122 KB
  Мета: дидактична: ознайомити учнів з історією створення книги з найдавніших часів; розвивальна: показати учням значення книги в розвитку світового суспільства; розвивати інтелектуальну активність учнів; розвивати культуру мислення уяву...
57708. Культура Галицько – Волинської держави 77.5 KB
  Мета: Ознайомити учнів з досягненнями культури Галицько – Волинської держави; визначити її особливості; з ясувати які держави мали вплив на розвиток Галицько – Волинської держави; працювати над вмінням виділяти головне працювати в групі...
57709. Клас Комахи. Особливості будови та процесів життєдіяльності 157.5 KB
  Розширити та поглибити знання учнів про членистоногих познайомити з різноманітністю комах особливостями їх зовнішньої та внутрішньої будови пристосуванням їх до умов навколишнього середовища.
57710. Урок-турнір з інформатики «Комп’ютерні відмінники» 2.89 MB
  Мета уроку: Перевірити спільний рівень ерудиції; знання учнів з вивчених розділів та тем навчальної програми; вміння та навички учнів отриманих на уроках інформатики...
57711. Устройство компьютера. Урок информатики 67.5 KB
  Цели урока: помочь учащимся усвоить устройство компьютера понятие базовая конфигурация ПК дать основные понятия необходимые для начала работы на компьютере; воспитание информационной культуры учащихся внимательности аккуратности дисциплинированности усидчивости; развитие познавательных интересов навыков работы с мышью и клавиатурой самоконтроля умения конспектировать. Оборудование:компьютер учебник компьютерная презентация. На прошлом уроке мы начинали знакомство с компьютером. Сегодня мы рассмотрим какие устройства...
57712. Прямокутна система координат у просторі. Декартові координати у просторі 1.75 MB
  Мета уроку: ввести поняття прямокутної системи координат у просторі з використанням історичного матеріалу навчати будувати точку за заданими координатами та знаходити координати точок які зображенні у заданій системі координат...