Усилитель звуковых частот

Министерство  образования Украины

Национальный  технический университет Украины

Киевский  политехнический институт “КПИ”

Кафедра звукотехники и регистрации  информации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К у р с о в а я    р а б о т а

по курсу “Аналоговые электронные  устройства”

 

Тема: «Усилитель звуковых частот»

ДЗ81.468731.005ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Проверил:          Выполнил:

      доц. Спивак В.М.                 ст. гр. ДЗ-81, ФЭЛ

     защищено с оценкой:                                                          Думанский П.А.

          ______________                                                                 _______________

      Зач.  книжка № ДЗ-8105

 

2001 

Реферат

 

Данная курсовая работа включает в  себя четыре основных раздела в которых  проводится описание и разработка активной акустической системы, проводится расчет, подтверждающий работоспособность схемы.

Работа содержит  30  листов,  8 рисунков.

Графическая часть:

Принципиальная схема (А2)

Функциональная схема  (А3)

Плата печатная  (А3)

Сборочный чертеж печатной платы (А3)

Общий вид (А3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

стр.

Список терминов и сокращений……………………………………………..….4

Введение……………...………………………………………….……………..…5

1. Назначение и область применения разработанного устройства ……….…6

2. Описание и обоснование выбранной конструкции…………………..……..7

2.1. Описание функциональной  схемы устройства...……………………….…7

2.2. Описание конструкции  ………….…………………………………………8

3. Расчеты подтверждающие работоспособность схемы……………….....…9

        3.1. Выбор усилителя мощности на основе интегральной микросхемы..9

             3.2. Расчёт промежуточного каскада  усилителей (регуляторы тембра,   громкости, баланса).……………………………………………………………...11

        3.2.1 Расчет регулятора тембра .………………………………………… 11

        3.2.2 Расчет регулятора баланса  ……………………………………....… 13

        3.2.3 Расчёт регулятора громкости……………………………………… 14

4. Расчёт индикатора уровня…………………………………………. 15

3.3 Расчёт входных (предварительных)  усилителей……………………16

Заключение…………………………...…………………………...…………….20

Приложение 1. Список литературы…………………………..……………….21

Приложение 2. Техническое задание………………………………………....22

Приложение 3. Графическая часть

    Схема электрическая  функциональная

    Схема электрическая  принципиальная

    Чертеж общего вида

    Плата печатная и сборочный  чертеж

   Спецификация………………………………………………………………..25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  терминов и сокращений

 

АЧХ   – амплитудно-частотная  характеристика   

ВЧ      –  верхние  частоты 

НЧ      –  низкие частоты

ОУ      –  операционный усилитель

ООС – отрицательная  обратная связь

СЧ       – средние  частоты   

ТК       –  тон компенсация 

ЭПУ    – электропроигрывающее устройство

УИ      – усилитель  индикации

РГ        – регулятор  громкости

РТ        – регулятор тембра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

           Усилители электрических сигналов применяются во всех областях современной техники: в радиоприемных и радиопередающих устройствах, телевидении и системах звукового вещания, аппаратуре звукоусиления и звукозаписи, радиолокации, многоканальной электросвязи, измерительной аппаратуре, электронно-вычислительных машинах; они также широко используются во всевозможных автоматических и телемеханических устройствах. Широкое использование усилителей электрических сигналов в современной технике требует хорошей подготовки в этой области инженеров ряда технических специальностей. Курс  «Усилительные устройства» является базовым для изучения ряда специальных дисциплин и целью данной курсовой работы является изучение методов расчета усилителей, собранных как на транзисторах, так и с использованием интегральных микросхем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение и область применения разработанного устройства

 

Данный усилитель применяется  для усиления сигналов звуковых частот в диапазоне 20…20000 Гц. Имеются входы  «линейный», «магнитофон», «ЭПУ с магн. головкой», «ЭПУ с пьезоголовкой» и «тюнер». Данная система применяется в бытовой радиотехнике. Может  входить как звено усилительного радиокомплекса.

Усилитель обладает следующими характеристиками:

   Выходная мощность  – 50 Вт.

   Сопротивление нагрузки – 4 Ом.

   Напряжение питания  – 25 В 

   Коэффициент   гармоник – 0,05%

           Параметры  входов (чувствительность мВ / выходное  сопротивление кОм):

Магнитофон – 200/220

Линейный – 100/350

ЭПУ с магн. головкой - 4/47

ЭПУ с пьезоголовкой  –200/470

Тюнер - 200/100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание и обоснование выбранной  конструкции

 

2.1. Описание функциональной схемы  устройства

 

Функциональная схема устройства приведена в приложении 3 (графическая  часть). 

           Входные  сигналы входов «линейный», «магнитофон», «ЭПУ с магн. головкой», «ЭПУ с пьезоголовкой», «тюнер» через предварительные усилители подключаются на коммутатор; предварительные усилители (ПУ1 – ПУ5), собранны по однокаскадной схеме.

           После  этого сигнал поступает на вход одинадцатиполосного регулятора тембра. Далее сигнал поступает на микросхему, которая регулирует громкость, а далее на механический регулятор баланса. Затем сигнал поступает на оконечный каскад, собранный на микросхеме усилителя мощности низкой частоты. После усилителя мощности сигнал поступает на нагрузку.

Усилитель содержит следующие  функциональные блоки:

• блок предварительных усилителей
• коммутатор
• регулятор тембра
• регулятор громкости
• регулятор баланса
• усилитель мощности

В качестве предварительных усилителей используются малошумящие ОУ, которые характеризуются высокой стабильностью и надежностью, малыми габаритами и массой и позволяют получить различные коэффициенты передачи полезного сигнала.

           Для  коммутации входов используется  пятиканальный коммутатор, собранный на микросхеме.

Для оперативного регулирования  уровня сигналов в определенном частотном  диапазоне предназначен регулятор  тембра, позволяющий менять характер всей звуковой картины.

Регулятор громкости  предназначен для выравнивания громкости звучания звуковой картины в соответствии с субъективными свойствами слуха. Как правило, это выравнивание заключается в искусственном поднятии составляющих НЧ и ВЧ при малом уровне звука.

Усилитель мощности (УМ) служит для повышения мощности звуковых сигналов до уровня необходимого для работы электроакустических преобразователей. Принцип его работы заключается в преобразовании постоянной мощности источника питания в переменный ток так, что его форма полностью соответствует форме сигнала на входе.

 

 

2.2. Описание  конструкции

Внешний вид устройства и печатная плата показаны в приложении 3 (графическая  часть). На переднюю панель устройства выведена ручки регулировки тембра, баланса, громкости, коммутаторы входных  сигналов, а  также выключатель  питания от сети с индикатором питания и индикатором уровня сигнала. На заднюю панель вынесены гнезда для подключения внешних источников, гнездо для подключения сетевого шнура, гнездо для предохранителя. Минимальный зазор между  печатными проводниками и минимальная ширина проводника 0,5 мм. Покрытие проводников сплав РОЗЕ ТУ 16 – 09 – 4655 – 75. Плата крепится к шасси четырьмя винтами, диаметром 3 мм. Электрическое соединение с платой производится с помощью шестипроводного жгута.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчеты подтверждающие работоспособность схемы

 

3.1. Выбор усилителя мощности  на основе интегральной микросхемы

           Из  двух встречающихся видов усилителей  – трансформаторных и безтрансформаторных  отдадим  предпочтение второму,  который проще в конструктивном отношении, а поэтому и дешевле, обладает лучшими показателями в отношении уровня нелинейных искажений и способен пропустить более широкую полосу частот.

 

Исходные данные для расчета:

• выходная мощность: Р_вых =50 Вт;
• сопротивление нагрузки: R_н=4 Ом;
• коэффициент гармоник: К_г = 0,05 %;
• верхняя и нижняя частоты: f_н = 20 Гц, f_в = 20 кГц;

           Требуемое действующее напряжение  в нагрузке:

U_н =

=

           Амплитудное значение напряжения  на сопротивление нагрузки:

U_нm = U_н

= 14,14 =20 В

           Амплитудное значение тока в  нагрузке:

I_nm = U_нm /

=20/4=5 А

           Зададимся током покоя оконечного  каскада, собранного на микросхеме TDA2025 (Philips):

I_cco = 70 мА

Напряжения питания находим  как:

E_п = ± 1,1(U_нm + U_re + U_ке.нас),

где U_re – падения напряжения на токоограниченом резисторе (U_re =1 В), U_кэ.нас – напряжение насыщения перехода коллектор – эмиттер выходных транзисторов (как правило, не больше 2 В), коэффициент 1,1 – дающий запас 10 %.

Отсюда:

E_п = ± 1,1(20 + 1 +2) =

25 В

           Исходя из ряда номинальных  значений для напряжения,

выберем E_п = 24 В.

Ток источника питания:

I_п = I_пm /

+I_cco+ I_пп

где I_пп – ток питания предыдущего усилителя, принимаем I_пп = 100 мА.

Значит: 

I_п =5/

+0,07+0,1 = 3,71 А

Импульсный ток для  источника питания:

I_{п имп} = I _nm + I_ссo + I_пп = 5+0,07+0,1 =5,17 А

 

           Исходя из Р_н, R_н и коэф. гармоник, заданных в ТЗ к курсовой работе, выбираем  интегральную микросхему усилителя мощности TDA2025 фирмы Philips. Она выполнена в корпусе SIP1 с семью выводами и представляет усилитель мощности низкой частоты выполненный по мостовой схеме. В микросхему встроены: защита выходных каскадов от короткого замыкания на корпус, на источник питания и между собой; термозащита; защита от статических электрических зарядов; широкий диапазон напряжения питания – 12…40 В. Мостовая схема включения данной микросхемы приведена на

рис. 3.1:

 

 

Рисунок 3.1

           Так как у нас усилитель  стереофонический, то таких усилителей  требуется два (левый и правый  канал).

           Так как номинальное напряжение  питания данного усилителя 20 В,  а в ТЗ дано напряжение 24 В, то необходимо рассчитать делитель на резисторах:

Примем R₂=100 кОм, тогда