49611

Усилитель мощности звуковой частоты при усилении низких частот звукового тракта

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вследствие корреляции между величинами R и β в едином технологическом цикле при проектировании усилителя следует учитывать два предельных случая: компоненты схемы имеют значения Rмин и βмин или Rмакс и βмакс величина относительного разброса для конкретного технологического цикла известна разработчику заранее. Для разработки данного усилителя мощности следует произвести предварительный расчёт и оценить количество и тип основных элементов. При проектировании усилителя следует использовать такие элементы чтобы их параметры...

Русский

2014-08-23

572 KB

6 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное общеобразовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ ЮФУ)

Кафедра РПрУиТВ  

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему

"Усилитель мощности звуковой частоты"

Выполнил:      

Студент гр. Р-29

Гаврюков Д.С.

Проверил:

Шибаева Е.М.

Таганрог 2011 г.

Лист замечаний


Содержание:

[0.0.1] R19=26кОм

[0.0.1.1] МЛТ-0,125

5 Схема электрическая принципиальная ………….………………….………..... 24

6 Перечень элементов ……….…………….…………….………….…….………25

7 Список используемой литературы……….…………….……………….………26


Техническое задание

1. Номинальная выходная мощность   Pвых = 4 Вт

2. Сопротивление нагрузки  Rн=8 Ом

3. Номинальное входное напряжение  Uвх=20 мВ

4. Верхняя граничная частота    fв=16кГц

5. Коэффициент нелинейных искажений, не более  Kг=1%

6. Уровень частотных искажений      Мн = Мв = 0,707

7. Нижняя граничная частота   fн= 60Гц

8. Внутреннее сопротивление источника сигнала  Rис=250 Ом

9.Регулировку тембров по ВЧ и НЧ.

10. Предусмотрена  ступенчатая регулировка громкости.


Введение

Усилители звуковой частоты предназначены для усиления низких частот звукового тракта сигнала в радиоприемных, телевизионных приемниках и прочих устройств, где используется звуковое вещание.

При проектировании усилителей для интегральной технологии стремятся создать такую схему, коэффициент усиления которой при всех особенностях, связанных с групповыми методами изготовления компонентов, сохранялся бы в заданных пределах. При интегральной технологии изготовления резисторов и величина β транзисторов всегда отклоняются от их номинальных значений на одинаковую относительную величину и имеют одинаковый знак. Вследствие корреляции между величинами R и β в едином технологическом цикле при проектировании усилителя следует учитывать два предельных случая: компоненты схемы имеют значения Rмин и βмин или Rмакс и βмакс (величина относительного разброса для конкретного технологического цикла известна разработчику заранее). Как бы мала ни была вероятность появления таких предельных условий, они вполне реальны при интегральной технологии (в противоположность дискретной технике, где разброс параметров компонентов имеет случайный характер) и их надо обязательно учитывать, тем более, что разработчик не связан никакими экономическими соображениями относительно применения в схеме любого количества каскадов для обеспечения необходимой глубины ООС. Последнее обстоятельство до уровня, который позволит сохранить стабильность коэффициента усиления в пределах, определённых заданием.

Такой подход к проектированию усилителей имеет отчетливый экономический эффект, так как при массовом производстве позволяет получить максимально возможный процент выхода годных ИС, т.е. не иметь отбраковки ИС по причинам, связанным с заложенным в данную ИС схемным решением.


1 Анализ технического задания

    В данном курсовом проекте я проектирую усилитель мощности (УМ) на основе интегральной микросхемы.  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 принципиальную схему  предварительного усилительного каскада на ОУ.

   При проектировании усилителя следует использовать такие элементы, чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданным характеристикам.

2 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 – предварительный усилитель. Предварительный усилитель желательно выполнить отдельно от микросхемы на собственной элементной базе и в качестве такого элемента целесообразно использовать операционный усилитель. Для формирования выходных параметров усилителя требуется применение оконечного каскада усиления. Современный ряд микросхем серии TDA 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.


3 Расчет схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная и перечень элементов к ней приведены в приложении. Напряжение питания двухполярное Еп=15В, Rн=8 Ом, Рвых=4 Вт. Рассчитаем напряжение на выходе:

отсюда

                          

Таким образом, чтобы получить необходимую мощность на нагрузке необходимо подать на оконечный каскад напряжение порядка 260 мВ.

Рис.2 Схема оконечного каскада усиления


Регулятор тембра

Регулятор тембра 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.

Выбранный мной, регулятор тембра построен на основе операционных усилителей. В приложении 2 представлена схема регулятора тембра на основе операционного усилителя..

R9 –регулятор нижних частот

R11 –регулятор верхних частот

Операционный усилитель имеет коэффициент усиления K=1

Рис.3 Регулятор тембра


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 R9>>Rвых регулятора тембра: R9=47 кОм.

Рис.4 Регулятор громкости


Предварительный усилитель

Предварительный каскад усиления необходим для обеспечения необходимого уровня сигнала на вход оконечного каскада усиления.

Входной сигнал согласно техническому заданию 20мВ, а необходимое входное напряжение оконечного каскада усиления порядка 260мВ. Следовательно, подберём сопротивления R2 и R3, чтобы получить коэффициент усиления порядка: К=45.

Возьмём R2=1кОм, тогда R3=45кОм.

Рис.5 Предварительный усилитель


Результаты моделирования

1. Временной анализ схемы в режиме Transient analysis.

Из графиков видно, что выходное напряжение повторяет по форме входное, усиленное с 20 mB до 8 В. Искажений формы выходного напряжения практически не происходит.

  1.  
    Проверка работоспособности схемы в диапазоне температур от -10 до +50 С
    о в режиме Transient analysis.

Из графика можно сделать вывод, что схема работоспособна в диапазоне температур от -10 до +50. Форма выходного напряжения практически не зависит в данном диапазоне температур от температуры. Коэффициент усиления усилителя неизменен.

  1.  
    Настройка схемы по постоянному току в режиме
    Dynamic DC analysis 

В данном режиме можно просмотреть потенциалы постоянного напряжения в разных узлах схемы. Видно, что оба транзистора отключены по постоянному напряжению.

  1.  
    Настройка  схемы  по  переменному току  в режиме
    Dynamic АC analysis

В этом режиме можно проверить значения переменных составляющих.

  1.  
    Проверка режима согласования схемы с источником сигнала и нагрузкой в режиме
    Transfer Function analysis. При этом виде анализа исключаются из схемы разделительные конденсаторы иначе программа покажет бесконечно большие выходные и входные сопротивления. 

Из данного анализа видно, что входное сопротивление усилителя мощности звуковой частоты равно 20 кОм, а выходное 0.000232 Ом.

Т.е. происходит согласование источника сигнала 250 Ом со входом усилителя 20 кОм и согласование нагрузки 8 Ом с выходом усилителя.


  1.  Проверка влияния разброса параметров резисторов на параметры усилителя в подрежиме Monte Carlo в режиме Transient analysis.

Разброс резисторов 5%, разброс емкостей 10%, при модели самого худшего случая.

  1.  
    Проверка режима работы выходного каскада при помощи режима
    Probe Transient.

Из данных диаграмм видно, как работает оконечный двухтактный транзисторный  каскад усилителя мощности звуковой частоты.
8.
Построить АЧХ и ФЧХ усилителя в режиме анализа в частотной области (AC analysis).

В режиме АС сначала рассчитывается режим схемы по постоянному току, затем линеаризуются все нелинейные компоненты, и выполняется расчет комплексных амплитуд узловых потенциалов и токов ветвей. К входу схемы должен быть подключен источник синусоидального сигнала.

Мы получили вывод частотных характеристик модуля и фазы коэффициента передачи. Из диаграммы видно, что АЧХ несколько уже чем в техническом задании, но ее можно расширить при помощи регулятора тембра(пункт 9).

  1.  
    Проверить работу усилителя и темброблока в режиме многовариантного анализа
    (Stepping) в режиме анализа в частотной области (AC analysis).

Из диаграмм видно, как при изменении значений номиналов резисторов R9,R1 и

R11,R1 на первой диаграмме и при R9,R1 и R11,R2 на второй диаграмме изменяется коэффициент усиления при разных частотах.

  1.  
    Проверка устойчивости схемы по критерию Боде.

При измерении коэффициента Боде необходимо измерить АЧХ и ФЧХ с обратной связью и без обратной связи. Затем необходимо вычесть из АЧХ с ОС АЧХ без ОС и на полученном графике посмотреть набег фаз. Набег фазы составляет 75O, следовательно цепь имеет запас устойчивости при изменении параметров элементов схемы.

  1.  
    Провести анализ нелинейных искажений усилителя при номинальном уровне сигнала режим
    Distortion.

Из первой диаграммы видно что побочных гармоник не возникает. Из третьей диаграммы видно значения коэффициентов подавления побочных гармоник. Для первой гармоники коэффициент подавления равен нулю. На второй диаграмме виден не характерный случай распределения амплитуд побочных гармоник, а именно гармоники слабо убывают с номером гармоники. Причем скважность этих гармоник носит закономерный характер, как у меандра.

  1.  
    Построить входные и выходные вольтамперные характеристики усилительного элемента (одного из мощных транзисторов) в режиме DC Analysis.

В DC анализе проводится расчет передаточных характеристик по постоянному току. При этом емкости не исключаются, а индуктивности шунтируются.

Для снятия ВАХ транзистора следует использовать два источника напряжения. Выберем транзистор из оконечного каскада ZXT14N20DX_ZX.

Входная характеристика транзистора, при изменении температуры.

Выходная характеристика транзистора, при изменении температуры.


Поз.

обозначение

Наименование

Кол.

Прим.

R1=20 кОм

МЛТ-0,125

1

R2=1 кОм

МЛТ-0,125

1

R3=45кОм

МЛТ-0,125

1

R4=50кОм

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

1

переменный

R17=1кОм

МЛТ-0,125

1

R18=30кОм

МЛТ-0,125

1

R19=26кОм

МЛТ-0,125

1

R20=10Ом

МЛТ-0,125

1

R21=8Ом

МЛТ-0,125

1

нагрузка

С1=С8=С10=0.01мкФ

2

С2=С4=0.1мкФ

2

С5=С6=4700пФ

2

С3=С9=100мкФ

1

С7=65мкФ

1

Q1

ZXT14N20DX_ZX

1

NPN

Q2

ZXT14P20DX

1

PNP

X2, X4,X1

TL072C

3

ЦТРК .050116.3

Дата

Перечень элементов

Лит.

Л

Л

1

1

Изм.

Лист

№   документа

Подп.

Разработал

Варламов В.Н

Проверил

Кравец А.В.

Н. Контроль

Список литературы:

  1.  «Прикладные математические методы» конспект лекций Кравец А.В.
  2.  «Методическое указание к курсу проектирование по дисциплине схемотехника аналоговых электронных устройств» №3580  Троилин В.Н., Шибаева Е.М., Снежкова Л.А. 2004г.
  3.  «Прикладные методы анализа электронных схем» №3674  Ковригин В.М. 2004г.
  4.  «Радио» журнал, 8.1999г.
  5.  «Усилительные устройства» Остапенко Г.С. 1989г.
  6.  «Усилительные устройства» Мурадян  1976г.
  7.  «Усилительные устройства» Мамонкин И.Г. 1977г


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20532. Создание и редактирование различных видов диаграмм в Excel 74 KB
  Диаграмма – это графическое представление числовых данных. Ряды данных – это наборы значений которые требуется изобразить на диаграмме. Например при построении диаграммы дохода компании за последнее десятилетие рядом данных является набор значений дохода за каждый год. Математический аналог рядов данных это значения функции Y.
20533. Встроенные функции EXCEL. Статистический анализ 101 KB
  Встроенные функции EXCEL. Простейший способ получения полной информации о любой из них заключается в переходе на вкладку Поиск из меню после чего необходимо напечатать имя нужной функции и нажать кнопку Показать. Для удобства функции в EXCEL разбиты по категориям матаматические финансовые статистические и т. Зная к какой категории относится функция справку о ней можно получить следующим образом: Щелкните на закладке Содержание в верхней части окна а затем последовательно пункты Создание формул и проверка книг Функции листа.
20534. Создание, дополнение и чтение файла данных 80 KB
  Создать файл данных со следующей структурой: шифр товара наименование план выпуска на каждый квартал фактический выпуск в каждом квартале. выпуск Факт. выпуск План. выпуск Факт.
20535. Обработка файла данных 23.5 KB
  Данные по машинам автобазы: номер марка план перевозок факт. Макет исходных данных номер марка план факт о 367 нр ГАЗ 105 100 л 577 ор ЗИЛ 185 185 н 705 ар КамАЗ 220 220 в 368 еу ЛИАЗ 343 340 а 859 ср МАЗ 368 368 у 364 ар УАЗ 373 373 м 290 ао КамАЗ 288 287 н 390 ал ГАЗ 100 99 Алгоритм программы Программа по разработанному алгоритму Командный файл Обработка файла данных CLEAR {Очистка экрана} SET TALK OFF {Команда запрета выполнения отдельных команд} USE Imfd...
20536. Изучение принципов микропрограммного управления 23 KB
  Владимир 2000 Цель работы: Изучение принципов построения микропрограммного устройства управления. Развитие методов параллельной обработки данных и параллельного программирования показало что сложные алгоритмы могут быть эффективно реализованы при микропрограммном управлении что обусловило применение принципов микропрограммного управления в ЭВМ высокой производительности. Микропрограммный принцип управления обеспечивает реализацию одной машинной команды путем выполнения микрокоманд записанных в постоянной памяти.
20537. КЭШ память с прямым распределением 32 KB
  Владимир 2000 Цель работы: Изучение принципа построения кэшпамяти с пря мым распределением. Введение Кэшпамять это быстродействующая память расположенная между центральным процессором и основной памятью. В больших универсальных ЭВМ основная память которых имеет емкость порядка 3264 Мбайт обычно используется кэшпамять емкость 64256 Кбайт т.
20539. Уравнение Беллмана для непрерывных процессов 92.5 KB
  Разобьем этот интервал на 2 интервала Рис Где бесконечно малая величена Запишем уравнение 3 на этих 2х отрезках Используя принцип оптимальности: 4 Обозначим через Подставив в 4 Поскольку значение от выбора управления не зависит то ее можем внести под знак минимума и тогда выражение 5 Разделим каждое слагаемое этого уровня на Перейдем к приделу при На основании теоремы о среднем значении интеграла на бесконечно малом отрезке времени Пояснение Рисунок Тогда 5а 6 полная производная этой функции. Вместо Полученное...
20540. Многокритериальные задачи теории принятия решений 31.5 KB
  Проблему решения оптимизационных задач с учетом множества показателей эффективности называют проблемой решения многокритериальных задач или проблемой векторной оптимизации. Формулировка проблемы оптимизации по векторному критерию была в первые сформулирована Вильфредо Парето 1896г. Таким образом проблема векторной оптимизации – это проблема принятия компромиссного решения. В настоящие время можно выделить 4 подхода к основной проблеме векторной оптимизации: т.