Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Содержание


Введение

Выбор и обоснование структурной схемы

Расчёт оконечного каскада

Расчёт предоконечного каскада

Расчёт нелинейных искажений

Промежуточный усилитель

Расчёт регулятора усиления

Расчёт регулятора тембра

Расчёт предварительного усилителя – корректора

Заключение

Список использованной литературы

Приложение


Введение


В данной курсовой работе проектируется усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Усилитель воспроизведения электропроигрывателя предназначен для усиления и частотной коррекции сигнала магнитного звукоснимателя с целью получения стандартного уровня выходного сигнала. В настоящее время электропроигрыватели практически не используются, на их смену пришли более современные устройства, такие как аудио CD,MP3 проигрыватели. Вместо иглы и магнитного звукоснимателя теперь используется принцип считывания информации с помощью лазерной головки. Качество воспроизведения электропроигрывателя намного уступает сегодняшним аналогам. В основном это связано с узкой полосой пропускания, большими размерами устройства и недолговечностью хранимой информации. Для улучшения качества усилителя я использую двойные операционные усилители, также необходимо стремиться к получению минимального уровня собственных шумов.


1. Выбор и обоснование структурной схемы


Проектирование усилительного устройства начинается с составления структурной схемы и выбора её элементов исходя из предъявленных к усилительному устройству требований. Структурная схема усилительного устройства (рис. 1) в общем случае содержит источник сигнала и нагрузку усилителя, входные и выходные цепи, каскады предварительного усиления и оконечный каскад, а также цепи обратной связи и источник питания. В данной курсовой работе структурная схема состоит из источника сигнала, нагрузки, усилителя – корректора, регулятора тембра и громкости, промежуточного усилителя, усилителя мощности, цепи обратной связи и источника питания.


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Рис. 1


Источник сигнала и нагрузка заданны. Источником сигнала является магнитный звукосниматель, а нагрузкой усилителя является звуковая колонка с общим сопротивлением 8 Ом. Источник питания от сети 220 В. В ходе проектирования усилителя возникла необходимость введения отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь служит для уменьшения нелинейных искажений (для уменьшения коэффициента гармоник).

Все каскады строятся на основе операционных усилителей. Основное назначение ОУ – это построение устройств с фиксированным коэффициентом усиления. Для промежуточного каскада выбираем микросхему КР1408УД1. Ввиду большого коэффициента усиления ОУ и включения ОУ с обратной связью, возникает необходимость применения цепей частной коррекции для устранения самовозбуждения и компенсации напряжения смещения нуля с помощью внешнего подстроечного резистора.

Регулятор тембра реализован на базе микросхемы ОУ К157УД2, имеющего большое входное сопротивление и высокий коэффициент усиления. В области средних частот коэффициент передачи по напряжению Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, что является достоинством данного типа регулятора тембра.

Регулировка усиления согласно техническому заданию 30дБ имеет достаточно большую глубину регулировки громкости. Для получения высокой линейности Усилитель воспроизведения электропроигрывателявыбираем схему регулировки громкости на ОУ К157УД2.

Выбираем бестрансформаторный оконечный каскад, работающий в режиме АВ. Так как в них отсутствуют вносимые трансформатором частотные, переходные и нелинейные искажения, уменьшены габариты, масса и стоимость каскада, а также исключаются потери мощности в трансформаторе и искажения, вызываемые отсечкой тока в режиме АВ. В такой схеме используется симметричное питание от двух источников питания. При этом по постоянному току, т. е. по отношению к источнику питания, транзисторы включены последовательно, а по переменному току – параллельно. Выполнение схемы на комплементарных транзисторах, т. е. двух транзисторах разной проводимости, позволяет обойтись без инверсного каскада. При возбуждении каскада однофазным напряжением инверсия осуществляется за счёт различного типа проводимости транзисторов, так как сигнал, открывающий транзистор n-p-n, будет закрывать транзистор типа p-n-p. Транзисторы работают попеременно, каждый в течении одного полупериода, что соответствует двухтактному режиму АВ.

2. Расчёт оконечного каскада


При расчёте оконечного каскада основными исходными величинами являются мощность усилителя Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, сопротивление его нагрузкиУсилитель воспроизведения электропроигрывателя,нижняя и верхняя рабочие частоты Усилитель воспроизведения электропроигрывателя и Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, коэффициент гармоник Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Заданная мощность в нагрузке обеспечивается выбором напряжения источника питания и типом оконечных транзисторов.

1) Рассчитываем необходимое значение напряжения источника питания, задаваясь величиной коэффициента использования напряжения Усилитель воспроизведения электропроигрывателя и Усилитель воспроизведения электропроигрывателя:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


2) Расчёт амплитуды коллекторного тока и напряжения на нагрузке:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


3) Постоянное и переменное напряжение в выходной цепи каскада создают максимальное напряжение между коллектором и эмиттером:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


4) Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора в режиме Б, равна

Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Предельная частота оконечных транзисторов должна быть в 2...3 раза выше верхней рабочей частоты, т. е.


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


По рассчитанным данным Усилитель воспроизведения электропроигрывателявыбираем комплементарную пару транзисторов VT3, VT4. При этом рассчитанные данные не должны превышать соответствующих максимально допустимых данных выбранного типа транзистора.

Из справочника также находим Усилитель воспроизведения электропроигрывателя и характеристики выбранных транзисторов. КТ-817 Б - n-p-n проводимость


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


КТ-816 Б - p-n-p проводимость


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

5) На выходных характеристиках транзисторов проводим нагрузочную прямую через точки :

Усилитель воспроизведения электропроигрывателяи Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


По площади треугольника со сторонами Усилитель воспроизведения электропроигрывателяопределяем фактически отдаваемую оконечными транзисторами мощность:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


То есть заданная мощность в нагрузке обеспечивается.

Уточняем фактический коэффициент использования напряжения:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Для каждого транзистора по выходным характеристикам определяем амплитуду базового тока Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, соответствующую амплитуде Усилитель воспроизведения электропроигрывателя.

КТ 816 Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя40 мА

КТ 817 Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя80 мА


3. Выбор предоконечных транзисторов


Амплитуда переменной составляющей тока коллектора предоконечных транзисторов:


КТ 816 Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

КТ 817 Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Выберем Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Для того, чтобы получить достаточно низкий уровень переходных искажений, выбираем наименьшую допустимую величину тока покоя:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Тогда сопротивления резисторов R20 и R21 будут равны (падение напряжения на резисторах R20 и R21 порядка 0,4 В):


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Мощность, рассеиваемая на каждом предоконечном транзисторе при отсутствии сигнала, равна Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Так как базовая цепь оконечных транзисторов потребляет мощность Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, то предоконечные транзисторы с учётом потерь в резисторах R20 и R21 должны отдавать мощность Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, что приводит к дополнительному рассеиванию мощности Усилитель воспроизведения электропроигрывателя . В результате предоконечные транзисторы выбираем по величине максимальной рассеиваемой мощности:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Кроме того, при выборе транзисторов учитываем величины Усилитель воспроизведения электропроигрывателяи Усилитель воспроизведения электропроигрывателя.

По рассчитанным данным выбираем комплементарную пару транзисторов VT1 и VT2 с идентичными характеристиками:

КТ 814 А – p-n-p проводимость


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


КТ 815 А –n-p-n проводимость


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Определив по справочнику величину Усилитель воспроизведения электропроигрывателя , рассчитываем токи базовой цепи:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

По входным характеристикам для транзисторов VT1 и VT2 определяем величины Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, Усилитель воспроизведения электропроигрывателя,Усилитель воспроизведения электропроигрывателя и Усилитель воспроизведения электропроигрывателя.


Усилитель воспроизведения электропроигрывателяУсилитель воспроизведения электропроигрывателя

Усилитель воспроизведения электропроигрывателяУсилитель воспроизведения электропроигрывателя


Находим напряжение смещения между базами транзисторов VT1 и VT2:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя,

где Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Напряжение смещения обеспечивается диодами. Для того чтобы при максимальном входном сигнале диоды не запирались, выбираем ток смещения:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Для обеспечения малого значения тока покоя транзисторов между базами транзисторов VT1 и VT2 следует приложить постоянное напряжение Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Это достигается с помощью диодов, установленных в цепи управления базы VT1 и VT2. Резисторы R22 и R23 задают необходимый ток смещения.

По статическим характеристикам выбранного типа диода находим соответствующее току Усилитель воспроизведения электропроигрывателянапряжение на диоде. Сопоставляя последнюю величину с напряжением Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, определяем необходимое число диодов, нам необходимо 2 диода.

Выбираем диоды типа Д9Е. Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Выберем R22=R23=2 кОм


4. Расчёт нелинейных искажений


Для определения нелинейных искажений оконечного каскада необходимо построить сквозную динамическую характеристику, устанавливающую зависимость тока Усилитель воспроизведения электропроигрывателяв нагрузке Усилитель воспроизведения электропроигрывателяот входного напряжения каскада Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, т. е. Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Обычно вначале строится сквозная характеристика только для одного плеча, а затем с учётом возможной асимметрии плеч строится характеристика для каскада в целом. Связано это с тем, что весьма большая глубина обратной связи в таких схемах эффективно нивелирует малые расхождения в действительной форме характеристик плеч. С учётом присущей эмиттерному повторителю обратной связи входное напряжение:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Для построения сквозной характеристики одного плеча достаточно трёх точек. Первая точка соответствует току Усилитель воспроизведения электропроигрывателяи входному напряжению:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Для второй точки может быть выбрано значение тока Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. По выходным характеристикам оконечного транзистора определяем ток Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, а по входным характеристикам – напряжение Усилитель воспроизведения электропроигрывателя.

Третья точка соответствует значениям тока


Усилитель воспроизведения электропроигрывателяи Усилитель воспроизведения электропроигрывателя.

1) Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Для КТ816Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

КТ817Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

2) Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

КТ816Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

КТ817Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

3) Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

КТ816Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

КТ817Б: Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


По трём точкам строим сквозную характеристику для одного плеча. Ток Усилитель воспроизведения электропроигрывателясоответствует амплитуде входного сигнала:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Значения токов Усилитель воспроизведения электропроигрывателя являются исходными для определения сквозной динамической характеристики.

Так как параметры оконечных транзисторов отличаются не более чем на Усилитель воспроизведения электропроигрывателя%, то при определении сквозной динамической характеристики каскада в целом следует принимать коэффициент асимметрии b=0,15

Рассчитаем коэффициент гармоник методом пяти ординат. Для этого, пять значений тока, необходимых для расчёта по методу пяти ординат, определяются исходя из токов плеча Усилитель воспроизведения электропроигрывателяна основе следующих выражений:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Средние значения тока и амплитуды токов гармоник получаются из следующих выражений:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Усилитель воспроизведения электропроигрывателя Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Выполним проверку:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

0,23+2,34+0,175+0,07-0,055=2,76


Коэффициент гармонических нелинейных искажений (или коэффициент гармоник) каскада определяется из выражения:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Обозначим Усилитель воспроизведения электропроигрывателя.

Сравним рассчитанную величину коэффициента гармоникУсилитель воспроизведения электропроигрывателя с заданной величиной Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Необходимо принять меры по снижению коэффициента гармоник, для этого оконечный каскад совместно с промежуточным каскадом охватываем отрицательной обратной связью.

Определяем необходимую глубину обратной связи:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Выберем F=5.

С учётом глубокой ООС:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Последнее выражение для Усилитель воспроизведения электропроигрывателя удовлетворяет техническому заданию.


5. Промежуточный усилитель


Промежуточный усилитель собран на ОУ КР1408УД1, который имеет повышенные выходные характеристики.

Промежуточный усилитель предназначен для согласования между предварительными каскадами усиления и регуляторов громкости и тембра с усилителем мощности. Коэффициент усиления промежуточного усилителя должен обеспечить на выход амплитуду сигнала не менее величины входного напряжения предоконечного каскада. При этом оба каскада охвачены ООС , а промежуточный каскад выполнен на ОУ в неинвертирующем включении. Коэффициент усиления по напряжению на средних частотах равен:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Так как неинвертирующий вход связан с общей шиной резистором балансировки R25, то разность напряжений между входами ОУ будет равна входному напряжению смещения. Более точную регулировку балансировки напряжения смещения на выходе оконечного каскада выполняется с помощью балансировочного резистора R28=10 кОм. Так как входное сопротивление ОУ очень большое 6 МОм, то Усилитель воспроизведения электропроигрывателяпромежуточного усилителя определяется величиной резистора балансировки R25. При включении регулятора тембра между входными и промежуточными усилителями величина резистора R25 выбирается по результатам расчёта регулятора тембра из условия, чтобы характеристики регулятора не искажались из-за шунтирующего действия этого резистора. Выберем R25=47 кОм.

Так как оконечный каскад совместно с промежуточным каскадом охвачен ООС, то коэффициент передачи цепи ОС равен:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя, где Усилитель воспроизведения электропроигрывателя- глубина ООС;


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя- коэффициент передачи по напряжению цепи ОС; Усилитель воспроизведения электропроигрывателя- исходный коэффициент передачи по напряжению каскадов, охваченных ОС.

Усилитель воспроизведения электропроигрывателя , где F=5 найдено ранее, выбираем равным 1,8 , меньше выбирать нежелательно, так как это приводит к росту входного напряжения на инвертирующем входе ОУ.


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


При Усилитель воспроизведения электропроигрывателя выбираем R24=100кОм и R27=130кОм.

Для снижения влияния по симметричному источнику питания Усилитель воспроизведения электропроигрывателяработы усилителя мощности на входные каскады усилителя, после запитки промежуточного усилителя снижаем напряжение до Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Для этой цели выбираем стабилитроны КС515А при этом ток стабилизации 5мА.

Тогда рассчитываем значения резисторов R29 и R30:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Выберем R29=R30=620 Ом.


6. Расчёт регулятора усиления


Схема регуляторов собрана на двух ОУ микросхемы К157УД2.

По техническому заданию необходимо обеспечить плавную регулировку усиления на 30 дБ.


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Конденсаторы С11 и С10 берём согласно схеме включения микросхемы К157УД2, возьмём С11=С8=27 пФ.

Рассчитаем резистор R19:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


7. Расчёт регулятора тембра


По техническому заданию необходимо обеспечить регулировку тембра Усилитель воспроизведения электропроигрывателяна частотах Усилитель воспроизведения электропроигрывателя и Усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Для экономии микросхем воспользуемся вторым ОУ в том же корпусе.

В разрабатываемом регуляторе тембра будем использовать резисторы типа А, с линейным законом изменения сопротивления при перемещении движка. В области средних частот коэффициент передачи по напряжению равен единице, что является достоинством данного типа регуляторов.

Определяем коэффициенты n и p:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Для гарантированной работы выберем n и p с запасом при Усилитель воспроизведения электропроигрывателя:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Теперь проверим выполнение условия отсутствия взаимного влияния регуляторов на средних частотах:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Следовательно, для заданного диапазона регулирования это требование выполняется.

Для регулировки тембра будем использовать переменные резисторы R11 и R16 сопротивлением по 43 кОм.

Исходя из условия:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Выберем резисторы таким образом, чтобы они не превышали входного сопротивления ОУ 500 кОм, возьмём R13=R14=100 кОм.

Резисторы R10,R12 и R15,R17 рассчитываем по следующим формулам:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Выбираем: R10=R12=R17=R15=11 кОм.

Из следующего соотношения выбираем ёмкости конденсаторов C12 и С13:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Выберем С12=51 нФ.


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Выберем С13=750 пФ.

Далее находим минимальное входное сопротивление рассчитываемого регулятора тембра:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


Рассчитаем ёмкость разделительного конденсатора С14:


Усилитель воспроизведения электропроигрывателя


8. Расчёт предварительного усилителя – корректора


Строим схему усилителя-корректора на микросхеме К157УД2. Эта микросхема является малошумящей и имеет минимальное количество внешних корректирующих цепей.

Электрическая часть магнитного звукоснимателя включает в себя следующие элементы:

Сопротивление катушки Усилитель воспроизведения электропроигрывателя

Индуктивность Усилитель
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: