43297

Расчет усилителя звуковой частоты мощностью 30 мВ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Широкое распространение получили операционные усилители на основе которых можно сконструировать отдельные каскады и структурные блоки усилителя. Техническое задание Выходная мощность Pвых 7 Вт Сопротивление нагрузки Rн 4 Ом Входное напряжение Uвх 35мВ...

Русский

2016-09-14

510 KB

9 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по  образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южный Федеральный Университет

Таганрогский Технологический Институт

Кафедра РПрУиТВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по курсу “Схемотехника аналоговых электронных устройств ”

Тема: «Расчет усилителя звуковой частоты»

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

Проверила преподаватель:     Шибаева Е.М                                  

           Таганрог 2007

Лист замечаний

                                                     Содержание

Введение…………………………………………………………………..….4

Техническое задание………………………………………………………...5

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

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

Регулятор тембра……………………………………………………………..8

Регулятор громкости……………………………………………………..….9

Усилитель мощности………………………………………………..……. ..10

Построение АЧХ и ФЧХ в Micro Cap………………………………….…..11

Список литературы………………………………………………………….13

Приложение №1……………………………………………………………..14

Приложение №2……………………………………………………………..15

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

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

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

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

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, Мнв            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, 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 TDA2003:

                      

                     

                      

                      

                      

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: R9=47 кОм.

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 R1 и R2, чтобы получить  напряжение на микрросхеме в 30 мВ.

Возьмём R1 = 1.2 кОм, тогда R2 = 7.5 кОм.

5. Источник питания

В качестве источника питания используем однополярный источник питания с U = ± 14 В, что обусловлено необходимостью питать микросхемы УМЗЧ тембра.

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

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

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

Наглядное изображение ОУ NE5534.

Приложение №2

Схема регулятора тембра

Приложение №3

Схема усилителя мощности звуковых частот

                                   Эквивалентная электрическая схема  LM 383

Приложение 4.

Основные параметры и внешний вид УМЧЗ

Наглядное изображение LM 383

Приложение 7

Поз.

обозначе

ние

Наименование

Кол.

Прим.

R1=20 кОМ

МЛТ-0,125

1

R2=2кОм

МЛТ-0,125

1

R3=R18=26кОм

МЛТ-0,125

1

R4=100кОм

МЛТ-0,125

1

R5=91кОм

МЛТ-0,125

1

R6=R13=51кОм

МЛТ-0,125

2

R7=R14=18кОм

МЛТ-0,125

2

R8=R15=2.7кОм

МЛТ-0,125

2

R10=R12=6.2кОм

МЛТ-0,125

2

R11=R9=100кОм

2

переменный

R16=47кОм

МЛТ-0,125

1

R17=680Ом

МЛТ-0,125

1

R19=1кОм

МЛТ-0,125

1

С1=43мкФ

1

С2=0.9нФ

1

С3=С5=0.1мкФ

2

С4=100мкФ

1

С6=С7=4700пФ

2

С8=17мкФ

1

С9=7нФ

1

С10=22мкФ

1

С11=100нФ

1

С12=10мкФ

1

1N4001

2

диод

TL072

2

ОУ

TDA2006

1

микросхема

ЦТРК .050116.3

Изм.

Лист

№   документа

Подп.

Дата

Усилитель звуковых частот

Перечень элементов

Лит.

Л

Л

Разработал

Варламов В.Н

1

1

Проверил

Шибаева Е.М.

Р – 35

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. Павлов В.Н. , Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М.: Горячая линия – Телеком, 2003. 320с.

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

  1.  Варакин Л.Е. Бестрансформаторные усилители мощности: Справочник. М.: Радио и связь, 1984г. 128с.
  2.  Шкритек П. Справочное руководство по звуковой технике. Пер. с нем. М.: Мир, 1991г. 446с.
  3.  Проектирование усилительных устройств. Учебное пособие / Под ред. Н.В. Терпугова. М.: Высшая школа, 1982г. 190с.
  4.  Справочник по радиоэлектронным устройствам / Под ред. Д.П. Линде. М.: Энергия, 1978г. 439с.
  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.  Проектирование транзисторных усилителе звуковых частот. - Под ред. Безладнова Н.Л. -М.: Изд-во "Связь" 1978 г.
  8.  Остапенко Г.С. Усилительные устройства. - М.: "Радио и связь" 1989 г.
  9.  Эпштейн С.Л., Викулов А.П., Москвин В.Н. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. - Ленинград :"Энергия" 1980 г.
  10.  Проектирование усилительных устройств (на интегральных микросхемах)/ Под ред. Б.М. Богдановича.- Минск: Высш. Школа, 1980.-208 с.
  11.   Атаев Д.И., Болотников В.А. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник – М.: Издательство МЭИ, 1991 – 240с., ил.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41904. Проверка выборочного распределения 54.6 KB
  По критерию Пирсона гипотеза о нормальности изучаемого распределения принимается. Основные статистические характеристики: Среднее выборочное значение (математическое ожидание)
41905. Исследование работы усилительного каскада на биполярном транзисторе 48.29 KB
  2013 Цели работы: Определить основные параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе и их зависимость от значений режимов работы схемы; Снять и построить амплитудночастотную характеристику усилительного каскада на биполярном транзисторе в схеме с ОЭ; Приборы и оборудование: Учебный лабораторный комплекс Устройство лабораторное по электротехнике К4826. Ход работы: Собрали схему для снятия характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе в соответствии с рисунком 1: Рисунок 1 – Усилительный каскад на...
41906. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИСТЕМ НА РЕЗОНАНСНОМ МАКЕТЕ 98.13 KB
  Исследование проводится на резонансном макете (рис. 1), который представляет собой короткозамкнутый отрезок ЗС длиной пять периодов. С помощью петли связи 4 в макете возбуждается стоячая волна, амплитуда которой контролируется через петлю связи 5. Размеры петель выбраны из условия пренебрежимо малого искажения ими поля в ЗС.
41907. Создание консольного приложения на языке C# 12.39 KB
  Используя среду разработки MS Visul Studio 2010 необходимо создать консольное приложение выполняющее определённые действия над указанным текстовым файлом: Вариант 1: Рассчитать и вывести на консоль количество гласных и количество согласных букв в тексте файла. Вариант 2: Рассчитать и вывести на консоль сумму целых чисел перечисленных во входном файле. Вариант 3: Вывести самое длинное слово из текста находящегося во входном файле несколько таких слов если их длина одинакова. Вариант 4: Вывести три слова из текста находящегося во входном...
41908. Управление списком сущностей. 19.38 KB
  Выход из приложения происходит после ввода команды exit Создать класс для сущности по заданию см. Придумать не менее 6 свойств для этой сущности одно из свойств должно быть ключевым уникальным например уникальный номер. Все свойства класса сущности реализовать через property. Например каждая сущность в файле может храниться в отдельной строке файла а свойства сущности быть записаны в этой строке через пробел или символ табуляции или другой символ в определённом порядке продумать как хранить значения свойств которые в себе...
41909. Простое приложение Windows Presentation Foundation 19.29 KB
  Реализовать отображение свойств объекта сущности по своему варианту задания наподобие того как это сделано в демонстрационном приложении. Реализовать загрузку коллекции объектов из файла наподобие того как это сделано в демонстрационном приложении название файла вводить например через TextBox. Реализовать выбор редактируемого объекта через ввод ключевого свойства. Этого нет в примере Реализовать удаление объекта из коллекции.
41910. Использование приёма «внедрение зависимости» 19.62 KB
  Избавиться от зависимости MinViewModel от класса MessgeBox путём создания интерфейса IDilogService. Написать модульные тесты проверяющие результаты работы команды поиска объекта в классе MinViewModel по образцу в примере. Вызов диалогов из MinViewModel делать с соблюдением шаблона MVVM то есть не создавая зависимостей MinViewModel от конкретных классов диалогов делать через интерфейс. Если реализация будет как в примере то есть с использованием свойства типа ObservbleCollection в классе MinViewModel то в коде MinViewModel придётся...
41911. WPF приложение с многооконным (MDI) интерфейсом 19.15 KB
  Часть 1 Необходимо перенести интерфейс редактирования свойств объектов коллекции в отдельное окно. Главное окно приложения должно содержать грид со списком объектов функции открытия сохранения файла коллекции функции удаления объектов из коллекции и вызова окон для редактирования объекта или создания объекта в отдельном окне. При выборе пользователем команды редактирования выделенного объекта в гриде должно появиться отдельное окно для редактирования свойств этого объекта. Должна быть возможность открывать одновременно несколько окон для...
41912. ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМИ S-KEYS ТА ЗАСТОСУВАННЯ РЕЖИМУ ІМІТОВСТАВКИ АЛГОРИТМУ ГОСТ 28147-89 349.39 KB
  Проімітуйте роботу системи S/key при одноразовому підключенні користувача. Для цього підготуйте послідовність . Використовуйте хеш-функцію , значення пароля і параметра з наступної таблиці (пароль заданий в системі числення з основою 16).