Анализ технического задания

Введение.

Звукотехнические устройства предназначены для преобразования акустических сигналов в электрические, их обработки и обратного преобразования в звуковые.

При обработке сигналов в электронных звуковых устройствах стремятся по возможности более полно сохранить содержащуюся в сигналах информацию. При этом объективная оценка качества звукотехнических устройств осуществляется по следующим основным показателям:

- линейные искажения (неравномерность амплитудно- и фазо-частотной характеристики).

- нелинейные искажения и паразитная модуляция (появление новых составляющих в частотном спектре сигнала, вариации уровня и частоты передаваемых сигналов детонация).

- относительный уровень помех (отношение сигнал/ помеха).

Минимальные требования к этим показателям для бытовых электроакустических устройств высшего класса качества определены национальным стандартом ФРГ DIN 45500. Существует целая группа бытовых электроакустических устройств пониженного класса качества, к которым относятся миниатюрные кассетные магнитофоны, простые автомобильные радиоприемники, но и к ним требования в отношении качества звуковоспроизведения также быстро возрастают.

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Усилители звуковой частоты применяются для воспроизведения магнитофонных фонограмм. Усилитель мощности подключается непосредственно между воспроизводящим устройством и акустической системой. Диапазон рабочей частоты усилителя мощности определяется возможностями акустической системы. Стандартный диапазон рабочих частот это от 30 Гц до 16 кГц, коэффициент гармоник составляет не более 1 %.

Анализируя техническое задание можно сделать вывод: что параметры данного усилителя относится в среднем к усилителям первого или второго класса. Необходимо синтезировать усилитель мощности звуковой частоты такой, чтобы при определенных параметрах предварительного усилителя, регулятор громкости, тембра параметры всего усилителя в целом удовлетворяли требованиям технического задания. Для этого необходимо распределить по блокам допустимые в них искажения коэффициенты усиления, а затем рассчитать оконечный усилитель, удовлетворяющий вновь введенным параметрам.

1. ВЫБОР, ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИЬЕЛЯ.

Рис. 1 Структурная схема усилителя.

РГ – регулятор громкости

РТ – регулятор тембра

ПУ – питающие устройство

УМ – усилитель мощности

БП – блок питания

Выбор структурной схемы усилителя произведен из условия нормальной работы усилителя. На входе усилителя стоит предварительный усилитель, назначение которого усилить сигнал до заданного уровня.

В современной звукотехнике блок регуляторов тембра является обязательным устройством. От блока регулятора тембра зависят такие параметры, как уровень шума, коэффициент гармоник, диапазон регулировки частотной характеристики. Регулятор тембра основан на изменении АЧХ усилителя в определённой области частот.

Распределения коэффициента усиления по напряжению между отдельными устройствами усилителя.

Общий коэффициент усиления

Напряжение на нагрузке усилителя при номинальной мощности

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению усилителя мощности примем равным

K_ум=0,8

Коэффициент усиления по напряжению темброблока примем равным

K_UT=1

Тогда коэффициент усилителя по напряжению предварительного усилителя равен

Распределеним частотные искажения, допущенные на усилитель, между отдельными каскадами. В задании частотные искажения равны 0,707, или 3 дБ. Можно положить отсутствие частотных искажений для блока регулятора тембра и регулятора громкости. Так как частотные искажения усилителя в дБ равны сумме искажений отдельных блоков в дБ, примем частотные искажения равными

-для усилителя мощности М_Н<1.5 дБ, М_В<1.5 дБ

- для предварительного усилителя М_Н<1.5 дБ, М_В<1.5 дБ

Нелинейные искажения распределим между отдельными его каскадами. Для упрощения расчетов примем, что искажения будут вносится в основном усилителем мощности.

Основными требованиями, к выходным каскадам, является получение требуемой мощности при допустимых искажениях сигнала и максимальный КПД.

2. ВЫБОР, ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

Бес трансформаторные выходные каскады характеризуются более широким диапазоном рабочих частот, меньшими габаритами размерами и массой. Недостатки этих каскадов – меньшие выходные мощности и коэффициенты усиления по мощности и большой уровень нелинейных искажений, если не применяется отрицательная обратная связь. В бес трансформаторных схемах легко осуществить непосредственную связь между каскадами, при которых число элементов уменьшается и стабилизируется режим работы по постоянному току.

Бес трансформаторные двухтактные выходные каскады, реализованные на комплиментарных транзисторах, управляются однофазным напряжением и имеют предельно простые схемы. Схема такого усилителя приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. электрическая схема выходного каскада.

При выборе транзисторов для оконечного каскада воспользуемся неравенством

где P_Kmax – максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора.

Определим максимальное значение коллектора тока транзистора:

Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора должна в 5 раз превышать рабочую частоту

Выбираем транзисторы с P_Rmax=50 Вт, с использованием тепло отвода в виде радиатора с возможным охлаждением м помощью вентилятора, U_Kmax=25В,

f_гр=30кГц, I_Kmax=10А

Напряжение источника питания с учетом максимального КПД для двухтактной схемы, работающей в режиме В

где U_нас – напряжение насыщения коллектора – эмиттера, для транзистор равное 1,0В.

напряжение на выходе оконечного каскада при максимальной выходной мощности

Используя выходные характеристики транзистора проводим нагрузочную прямую через точки Uкэ=E_П/2=15В и IК=E_П/2*R_H=3,7

I_б0=3,2А, U_бэ0=3,8В

Определим параметры элементов смещения транзисторов VT1, VT2, R1, R2, VD1, VD2- для выбранных I_б0 и U_бэ0.

Выберем в качестве VD1, VD2 кремневые диоды. Из ВАХ диода следует, что для обеспечения напряжения на нем U_бэ0=3,8В ток через диод должен быть 1,6мА. При этом выполняется условие I_д=(0,2-0,3)I_б0.

Найдем теперь сопротивление R1 и R2 по формуле

R1=R2=6,776кОм

Выберем по ГОСТу резисторы с номиналом 10 кОм.

Определим глубину обратной связи в данном каскаде. Для этого воспользуемся расчетной формулой F=1+g₂₁*R_H, где g₂₁=I_км/U_бэм – усредненная крутизна характеристики транзистора. Итак, глубина обратной связи F=1+1.87/0.9*4

Входное сопротивление каскада Rвх=F*R_д/(F+g11*R_Д), где g₁₁=Iбм/Uбэм – усредненная входная проводимость транзистора, определяемая по его входной характеристике; R_Д=R1/2=5кОм – сопротивление делителя по переменному току.

Коэффициент усиления оконечного каскада по напряжению

Необходимое для обеспечения требуемой мощности напряжения на входе оконечного усилителя равно Umвв=Uмввы/Кум=14,1/0,878=16,106В. Соответственно, входной ток усилителя мощности равен Iмвв=Uмвв/Rвх=14,1/157=103мА

Емкость разделительных конденсаторов найдем из условия обеспечения заданных частотных искажений на нижней граничной частоте. На усилитель мощности приходится 1.5дБ частотных искажений. Допустим, что частотные искажения распределяются между входной и выходной цепью усилителя по 0,75 дБ, или М=0,917.

В соответствии с ГОСТом выбираем значение С_p2=1000мкф

 

 

Здесь =1/Rвх=1/155=6мСм, =1/Rпу=1/10=0,1См –выходная проводимость предварительного усилителя.

=110мкФ

Выбираем по ГОСТу ближайшее большее значение =150мкФ.

Оценим нелинейные искажения по второй гармонике выходного напряжения. Для транзисторов можно определить коэффициент асимметрии плеч равным 0,3. Тогда коэффициент гармоник без учета ООС будет

C учетом действия ООС коэффициента гармоник будет равен кг=6,5/8,2=0,795%, что не превышает заданного по ТЗ уровня.

3.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ.

В качестве предварительного усилителя примем усилитель приведенный ниже на рисунке.

Эта схема обладает большей универсальностью с применением глубокой ООС по постоянному напряжению. Здесь применяется 100% по постоянному напряжению ООС от выхода ко входу усилителя (цепочка R2-C2-R3). R2 отделяет выход усилителя от С2, а R3 отделяет вход усилителя от С2. После включения ток коллектора VT2 устанавливался через 5 секунд, благодаря чему устраняется щелчок. Ток мало изменялся при вариации сопротивления R3 от 270К до 33мОм. И почти не изменялся при колебаниях температуры то -4^oC до +40^oC.

 

 

4.РЕГУЛЯТОР ТЕМБРА.

Основной недостаток еще недавно популярных активных регуляторов тембра состоит в использовании глубокой частотно-зависимой ООС и больших дополнительных искажениях, вносимых ими в регулируемый сигнал. Вот почему в высококачественной аппаратуре желательно применять пассивные регуляторы. Правда, и они не лишены недостатков. Самый крупный из них - значительное затухание сигнала, соответствующее диапазону регулирования. Но так как глубина регулирования тембра в современной звуковоспроизводящей аппаратуре невелика (не более 8...10 дБ), то в большинстве случаев вводить в тракт сигнала дополнительные каскады усиления не требуется.

Разработанный английским инженером Баксандалом еще в 1952 г. регулятор тембра стал, пожалуй, самым распространенным частотным корректором в электроакустике. Классический его вариант состоит из образующих мост двух звеньев фильтра первого порядка - низкочастотного R1C1R3C2R2 и высокочастотного C3R5C4R6R7 (рис. 1,а). Аппроксимированные логарифмические амплитудно-частотные характеристики такого регулятора показаны на рис. 1,б. Там же приведены расчетные зависимости для определения постоянных времени точек перегиба ЛАЧХ.

Puc.1

Теоретически максимально достижимая крутизна АЧХ для звеньев первого порядка составляет 6 дБ на октаву, но при практически реализуемых характеристиках из-за незначительного различия частот перегиба и влияния предшествующих и последующих каскадов она не превышает 4...5 дБ на октаву. При регулировании тембра фильтр Баксандала меняет только наклон АЧХ без изменения частот перегиба. Вносимое регулятором на средних частотах затухание определяется соотношением n=R1/R3. Диапазон регулирования АЧХ при этом зависит не только от величины затухания n, но и от выбора частот перегиба частотной характеристики, поэтому для его увеличения частоты перегиба устанавливают в области средних частот, что, в свою очередь, чревато взаимным влиянием регулировок.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте мною был рассчитан усилитель мощности звуковой частоты. В процессе выполнения работы были углублены и закреплены знания по проектированию и расчету усилителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Рысева Ю.Н. 1976г.

2. Остапенко Г.С. Усилительные устройства М Радио и связь, 1989г.

3. Крупинин И.Г. Радиоаппаратура и аппаратура звукозаписи высшего и первого класса.1981г.

4. Терпугов Н.В. Проектирования усилительных устройств.1982 г.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: