43296

Расчет усилителя звуковой частоты

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Анализ технического задания В техническом задании мне было предложено разработать УЗЧ по заданным параметрам. Предполагается использование такого усилителя для высокочастотного усиления сигнала высокого качества например записанного на компакт диск поэтому fн я оставилна 20 Гц для лучшего звучания бассов. 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 параметров усилителя...

Русский

2013-11-04

1.49 MB

2 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное 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

                                                                 Ткачук Р. В.

                                                                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 техническом задании мне было предложено разработать УЗЧ по заданным параметрам. Я со своей стороны решил внести в него несколько изменений

Uвх=200 мВ и fн=20 Гц. Предполагается использование такого усилителя  для высокочастотного усиления сигнала высокого качества, например, записанного на компакт диск, поэтому fн я оставилна 20 Гц для лучшего звучания бассов.

Входное напряжение было изменено только для упрощения некоторых расчётов(для удобства).Остальные параметры мною были соблюдены. Стуктурная схема УЗЧ и её обоснование  было решено вынести в отдельный пункт, и они приведены ниже.

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 фирмы Texas Instruments, которая занимается производством ОУ и интегральных микросхем уже много лет.

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 в журнале «Radiotechica №6, 1999г. Стр.9-13»

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 навход 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.

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

Внутренняя схема ОУ.

MIN     MAX

номинал

V CC+

Питающее напряжение

5         15

V

V CC-

Питающее напряжение

-5       -15

V

Некоторые данные далее будут приведены на английском языке, так как найти подробные данные этого ОУ на русском языке не представляется возможным, и автор во избежании неправильного перевода технических терминов на английском привёл дополнительный материал в оригинале.

Параметр

Условия тестирования

MIN

TYP

0.5

MAX

UNIT

V IO

смещение входного напряжения

V0 = 0,

RS = 50 Ω

TA = 25°C

4

mV

T   = Full range A

5

I IO

смещение входного тока

V    = 0 O

TA = 25°C

20

300

nA

T   = Full range A

500

400

I IB

Спад(отклонение) входного тока

V    = 0 O

TA = 25°C

1500

nA

T   = Full range A

2000

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

24

26

V

VCC± = ±18 V

30

32

A VD

Large-signal differential voltage amplification

VO = ±10 V,

RL ≥ 600 Ω

TA = 25°C

25

100

V/mV

T   = Full range A

15

A vd

Small-signal differential voltage amplification

f = 10 kHz

C   = 0 C

6

V/mV

C   = 22 pF C

2.2

B OM

Максимум выходного езменения полосы пропускания

VO = ±10 V

C   = 0 C

200

kHz

C   = 22 pF C

95

VCC ± = ±18 V, RL ≥ 600 Ω,

VO = ±14 V, C C = 22 pF

70

B 1

Unity-gain bandwidth

C   = 22 pF, C

C   = 100 pF L

10

MHz

r i

Входное сопротивление

30

100

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

70

100

dB

k SVR

Supply-voltage rejection ratio (∆VCC/∆VIO)

VCC+ = ±9 V to ±15 V,

V0 = 0

RS = 50 Ω,

80

100

dB

I OS

Выходной ток КЗ

38 4

mA

I CC

Ток питания

V   = 0, No load O

Ta = 25°C

8

mA

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

Далее приведено наглядное изображение ОУ.

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 проделанной работы был собран усилитетель звуковой частоты с регулятором тембра, громкости и предварительным усилителем, практически по всем параметрам удовлетворяющий техническому заданию. Я хотел взять конечно же микросхему отечественного производства, но увы подходящей не нашлось. Дифицит и высокая цена на STK 0057 не позволили мне спаять этот усилитель.

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.  http\\cxem.net
  5.  http\\pdfsearch.ru


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

495. Актуальные проблемы реформы местного самоуправления 909 KB
  Конституция Российской Федерации и проблемы развития компетенционных возможностей местного самоуправления. Реформа местного самоуправления: проблемы реализации. Проблемы законодательного обеспечения реформы местной власти.
496. Разработка и анализ алгоритма сортировки посредством выбора на основе разработки шаблона функции C++ 186 KB
  Основные классы методов сортировки. Исследование метода сортировки посредством выбора на основе шаблона функций C++. Анализ результатов тестирования рассматриваемого алгоритма, вывод о приоритетах и недостатках данного алгоритма и методах его реализации.
497. Водоснабжение и водоотведение 206 KB
  Водопровод жилого здания включает следующие элементы: ввод и водомерный узел, водопроводную сеть, запорную, водоразборную, регулирующую и предохранительную арматуру.
498. Фирма как несовершенный конкурент 233 KB
  Несовершенная конкуренция. Максимизация прибыли монополией. Олигополия. Модель ломаной кривой спроса. Монополия и ценовая дискриминация.
499. Мой мобильный телефон Nokia N8 245 KB
  Возможности предоставляемые Symbian. Типичная картонная упаковка синего цвета без каких-либо дизайнерских штрихов. Герметичность корпуса (пыль). Возможность просмотра видео без предварительного конвертирования.
500. Водоснобжение 5- этажного жилого дома 209 KB
  Гарантированный напор в точке подключения ввода составляет 30м. Расстояние от стены здания до водопроводной линии составляет 25 метров. Глубину промерзания грунта для Новгорода принимаем равной 1,3м.
501. Модель OSI, сетевые протоколы 108.5 KB
  Изучение модели OSI, архитектуры и функционирования транспортных протоколов. На начальном этапе на компьютер, с установленной операционной системой семейства Windows, устанавливается программа-анализатор трафика WireShark 1.6.5.
502. Токсикология как наука 239.5 KB
  Химические вещества, используемые в промышленности и сельском хозяйстве, которые при определенных ситуациях могут вызывать массовые отравления. Стойкие отравляющие вещества. Нервно-паралитические яды. Качества характеризующие боевую эффективность ипритов.
503. Анализ хозяйственной деятельности предприятия интегрированных компьютерных систем Ростовский ИВЦ 323.5 KB
  Сущность и содержание Анализа Хозяйственной Деятельности. Факторы, определяющие результаты хозяйственной деятельности их классификации. Анализ использования основных производственных фондов. Анализ финансовых результатов.