Портативный одноканальный усилитель мощности низких частот на основе микросхемы MC34119
Основные варианты построения усилителя низких частот. Использование специализированной микросхемы-усилителя мощности низких частот. Особенности выбора режима усилителя мощности. Параметры портативного одноканального усилителя мощности низких частот.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | практическая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.05.2013 |
| Размер файла | 919,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ
«КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУ»
ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ
Отчет о выполнении практической работы
на тему: "Портативный одноканальный усилитель мощности низких частот на основе микросхемы MC34119"
по курсу "Прикладная электроника"
Работу выполнил студент группы ДЕ-81
Соверченко Д.В.
Киев 2012
Содержание
- Вступление
- Техническое задание
- Разработка принципиальной схемы
- Разработка печатной платы
- Технология изготовления платы
- Выводы
- Литература
Вступление
Усилитель низких частот (УНЧ) - прибор для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню - 3 дБ, лучшие образцы УЗЧ имеют диапазон от 0 Гц до 200 кГц, простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон воспроизводимых частот. Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств - телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т.д.
На сегодняшний день наиболее распространены три основных варианта построения усилителя низких частот:
· На основе одной интегральной микросхемы, реализующей в себе все необходимые каскады для получения требуемой мощности на заданной нагрузке.
· На основе операционного усилителя, реализующего функцию усиления напряжения, и выходных транзисторных каскадов, обеспечивающих получение заданной мощности в нагрузке
· На основе транзисторных каскадов предварительного усиления и усиления мощности, выполненных на дискретных элементах
Для выполнения данной работы предлагается первый вариант построения усилителя мощности, а именно: использование специализированной микросхемы-усилителя мощности низких частот. Это резко сокращает временные затраты на проектирование и расчет усилителя, обеспечивает стабильные характеристики, простоту схемы, высокую надёжность и низкую стоимость устройства.
Особенности выбора режима усилителя мощности связаны с задачами повышения экономичности питания и уменьшения нелинейных искажений.
В зависимости от способа размещения начальной рабочей точки усилительного прибора на статических и динамических характеристиках различают режимы усиления A, B, C, промежуточный режим AB. Существует также режим D.
В режиме А рабочая точка выбирается на середине прямолинейного участка сквозной динамической характеристики. Выходной сигнал практически повторяет форму входного сигнала при относительно небольшой величине последнего. Нелинейные искажения при этом минимальны. Ток в выходной цепи существует в течение всего периода входного сигнала. При этом среднее значение выходного тока велико по сравнению амплитудой его переменной составляющей. Поэтому КПД каскада невысок - 20-30%.
В режиме В рабочая точка выбирается так, чтобы ток через усилительный элемент протекал только в течении половины периода входного сигнала. Усилительный элемент работает с так называемой отсечкой. Ток покоя из-за нижнего изгиба сквозной характеристики оказывается не равным нулю, и форма выходного тока искажается относительно входного. В кривой тока появляются высшие гармоники, что приводит к увеличению нелинейных искажений по сравнению с режимом А. Среднее значение выходного тока уменьшается, в результате чего КПД каскада достигает 60-70%.
Усилители класса C усиливают менее 50% входного сигнала, а искажения достигают очень больших величин (десятки процентов). При этом высокий КПД каскада (до 90%) позволяет, несмотря на сильные искажения, использовать усилители класса C, к примеру, в мегафонах.
Немного поодаль стоят усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) - иначе говоря, усилители класса D. Принцип работы усилителей этого класса состоит в том, что выходной каскад возбуждается импульсами прямоугольной формы. Затем последовательность прямоугольных импульсов поступает на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме. Фильтр НЧ на выходе выделяет полезный сигнал, подавляя при этом несущую частоту, ее гармоники и боковые полосы спектра модуляции. КПД этих усилителей доходит до 92-95%. Это преимущество особенно проявляется при усилении сигналов малого уровня. Однако искажения сигналов малого уровня больше, чем среднего. Коэффициент нелинейных искажений обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1%.
Существует еще промежуточный режим АВ, когда рабочая точка выбирается на сквозной характеристике ниже, чем точка А и выше, чем в режиме В. Поэтому и показатели этого режима имеют промежуточное значение между режимами А и В - КПД 40-50% при невысоком уровне нелинейных искажений.
Рис.1. Углы отсечки полуволны сигнала в различных режимах
Техническое задание
Задачей данной работы является создания портативного одноканального усилителя мощности низких частот со следующими параметрами
|
Кол-во каналов |
1 |
|
|
Коэффициент усиления |
0…46дБ |
|
|
Диапазон усиливаемых частот |
20 Гц - 20 кГц |
|
|
Напряжение питания |
+2…+16 В |
|
|
Сопротивление нагрузки |
~8 Ом |
Поскольку усилитель является одноканальным и портативным, качество звука отходит на второй план, а главное в поставленной задаче - высокая надежность устройства.
Разработка принципиальной схемы
Исходя из заданных требований, наиболее рациональным будет использование специализированной микросхемы УНЧ, работающей в классе AB, что обеспечивает хороший КПД, при удовлетворительном коэффициенте искажений.
После обзора литературы, в качестве микросхемы была выбрана очень популярная и доступная МС34119, удовлетворяющая всем поставленным требованиям.
Микросхема предназначена для работы при напряжении источника питания 2 - 16 В и сопротивлении нагрузки ~ 8Ом. При этом достигается равномерное усиление сигнала в полосе частот 30 Гц - 20 кГц, а ток пика нагрузки 200 мА.
Рис.2. Принципиальная электрическая схема усилителя
Разработка печатной платы
Разводка платы производилась с помощью программы Sprint Layout 5.
портативный одноканальный низкая частота
Рис.3. Печатная и монтажная платы усилителя
|
№ |
Тип |
Количество |
Диаметр |
|
|
1 |
контактный |
8 |
0,6 мм |
|
|
2 |
контактный |
14 |
0,8 мм |
|
|
3 |
контактный |
2 |
1,0 мм |
|
|
4 |
монтажный |
4 |
2,0 мм |
|
|
28 отверстий |
Технология изготовления платы
1. Разработка топологического рисунка
Один из главных этапов создания любого прибора является его топологический рисунок. Который в дальнейшем будет применяться для переноса на подложку. Главная задача - создание рисунка токоведущих дорожек, которые будут объединять элементы схемы (резисторы, транзисторы, конденсаторы и т.п.). После подбора и ознакомления с формфактором элементов, которые будут использоваться в данной схеме инженер должен представить, как должны размещаться элементы согласно схеме принципиальной электрической. Провести расчеты и знать токи которые будут протекать в этой схеме. Чтобы при разработке ее учесть это, задав соответствующим толщиной дорожки, диаметр отверстий для установки элементов и монтажных отверстий. При этом надо учесть формфактор, мощность рассеяния, схему подключения и т.п.
Следующий этап, это технология которая будет применяться при создании шаблона топологии и разрешение оборудование, которое будет переносить шаблон какой вид травления будет применен для полученного рисунка.
Эти все аспекты должны быть учтены при создании топологии рисунка. В данной работе печатная плата и монтажная схема создавались в программе Sprint Layout 5.0.
2. Создание шаблона
Как только рисунок топологии готов и учтены все выше сказанные факторы, необходимо создать шаблон для переноса рисунка на медную подложку.
Для этого надо взять глянцевую бумагу (к примеру, из журнала). Протереть спиртом, загрузить в лазерный принтер и распечатать данный рисунок.
3. Подготовка подложки
· Необходимо вырезать пластину из фольгированного текстолита необходимых размеров, на которой будет располагаться схема. Также нужно не забывать оставлять место для монтажных отверстий.
· Провести химическую очистку (любыми порошковыми средствами для чистки).
· Провести механическую очистку, чтобы убрать окисел, который образовался во время прошлого процесса.
4. Нанесение рисунка на подложку
Для этого надо разогреть утюг примерно до 200 ?С - 220 ?С градусов (температура плавления тонера). Наложить на медную поверхность подложки топологический рисунок, который был распечатан на глянцевой бумаге, рисунком к медной части. В течение 3 мин. провести под давлением термообработку утюгом, поверх глянцевой бумаги.
5. Получение рисунка
После переноса рисунка пластина и шаблон под действием температуры склеиваются. Надо поместить пластину под холодную воду на 2-3 мин. Пока не размокнет бумагу. Далее бумага аккуратно снимается и на пластине остается топологический зеркальный рисунок.
6. Травление
В данной работе используется химическое травление (раствором хлорного железа с водой). Особенность его заключается в том, что медь которая не защищена резистом удаляется путем химической реакции. Но эта реакция протекает, как вертикально так и горизонтально. Горизонтальное травление может подтравливать медь под резист, это в свою очередь может снижать максимальный ток, который будет протекать по этой дорожке. И потому еще на самом начальном этапе это надо учитывать при создании топологического рисунка. Этот отрицательный эффект можно уменьшить путем правильного выбора времени травления и концентрацией активного вещества.
7. Очистка от активного вещества
Очистка происходит путем тщательного промывания проточной водой.
8. Отверстия
Отверстия делаются в соответствии с размерами выводов элементов, которые будут устанавливаться и места монтажа. И их делают в соответствующих местах, устанавливаемых при создании топологического рисунка.
9. Очистка платы от резиста выполняется в два этапа:
· Химическая (растворителя)
· Механическая, чтобы удалить окись образовавшийся после химического растворителя.
10. Установка и пайка элементов
Последний, но не менее важный процесс, это установление элементов схемы. Здесь использовался флюс спиртоканифольный и припой (ПОС-61). Главное на данном этапе - это не сжечь элемент который устанавливается. Для этого лучше всего использовать маломощную паяльную станцию ??с возможностью регулировки температуры.
Выводы
В данной работе был спроектирован и реализован походный усилитель мощности звуковых частот на основе микросхемы МС3119. В процессе работы была произведен разработка принципиальной схемы, разведена печатная плата, собрано устройство и проверено его работоспособность.
Печатная плата устройства была создана в программе SprintLayout.
Спроектированный усилитель был реализован на современной элементной базе. Лабораторные испытания показали, что устройство полностью соответствует выдвигаемым требованиям:
1. Стабильное усиление на нагрузке - 8 Ом
2. Стабильная работа усилителя от питания 12В
Очень важным упоминанием является медицинское предостережение по использованию данного усилителя вместе с наушниками при прослушивании музыки, поскольку допустимая величина для человеческого уха составляет 80 децибел (дБ). Уровень в 130 децибел уже вызывает болевые ощущения в барабанной перепонке. А звук в 150 дБ может стать смертельно опасным. Поэтому использование усилителя с наушниками возможно при минимальных звуковых настройках музыкального устройства или же с портативными колонками при любых допустимых настройках звука.
Литература
1. http://pdf. eicom.ru/datasheets/freescale_semi/mc34119/mc34119. pdf
2. http://cxem.net/sound/amps/amp19. php
3. Искусство схемотехники. П. Хоровиц, У. Хилл
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание блок–схемы транзисторного двухкаскадного усилителя мощности низких частот. Вычисление мощности, потребляемой цепью коллектора транзистора от источника питания. Расчёт выходного и предварительного каскадов усилителя, фильтра нижних частот.
контрольная работа [323,8 K], добавлен 18.06.2015Изучение предназначения усилителя звуковых частот, усилителя низких частот или усилителя мощности звуковой частоты - прибора для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 6 до 20000 Гц).
реферат [4,6 M], добавлен 27.10.2010Характеристики и параметры разрабатываемого усилителя низких частот. Обзор и анализ устройств аналогичного назначения. Разработка функциональной схемы. Расчет входного, промежуточного, выходного каскада, погрешностей. Схемотехническое моделирование.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.06.2013Основные характеристики и параметры разрабатываемого усилителя напряжения низких частот. Обзор существующих устройств аналогичного назначения. Выбор и обоснование функциональной схемы. Расчет входного каскада. Оценка метрологических характеристик.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 17.12.2013Разработка структурной и принципиальной схемы. Анализ и расчет фильтра низких частот, режекторного фильтра и предварительного усилителя (неинвертирующего). Расчет усилителя мощности и блока питания (трансформатора и стабилизатора). Интерфейсная часть.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 22.12.2012Выбор варианта построения структурной схемы и его техническое обоснование. Описание принципиальной схемы усилителя низких частот. Расчет выходного и дифференциального, предоконечного каскада. Принципы моделирования в программной среде CircuitMake.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 31.01.2016Создание в нагрузке заданной величины мощности при минимальных энергетических потерях и нелинейных искажениях. Расчет режимов и параметров схемы усилителя мощности звуковых частот звуковоспроизводящего тракта. Максимальное значение тока в нагрузке.
курсовая работа [508,4 K], добавлен 27.02.2012Основные понятия и определения важнейших компонентов усилителя. Проектирование и расчет усилителя низкой частоты (УНЧ) с заданными параметрами. Выбор и обоснование принципиальной электрической схемы выходного каскада, изучение его основных свойств.
курсовая работа [864,0 K], добавлен 13.01.2014Принципиальная схема бестрансформаторного усилителя мощности звуковых частот - УМЗЧ. Расчеты: выходного каскада УМЗЧ, предоконечного каскада УМЗЧ, каскада предварительного усилителя, цепи отрицательной обратной связи, разделительных конденсаторов.
курсовая работа [333,7 K], добавлен 11.02.2008Составление эквивалентной схемы усилителя для области средних частот, расчет его параметров. Определение сопротивления резистора, мощности, рассеиваемой им для выбора транзистора. Вычисление полного тока, потребляемого усилителем и к.п.д. усилителя.
контрольная работа [133,5 K], добавлен 04.01.2011Структурная и принципиальная схемы усилителя для фоторезистора. Проектирование входного устройства. Расчет масштабирующего усилителя, блока регулировки, усилителя мощности. Разработка фильтра нижних частот, режекторного фильтра, источника питания.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 10.12.2015Общее представление о транзисторах. Обзор научной технической базы по бестрансформаторному усилителю мощности звуковых частот. Методика расчёта бестрансформаторного усилителя мощности. Особенности электрической принципиальной схемы спроектированного УМЗЧ.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.05.2010Назначение и принцип работы усилителя мощности и звуковых частот. Выбор, описание и обоснование метода производства печатной платы. Расчет электромагнитных помех, длины участка при емкостной и взаимоиндуктивной наводках, электромагнитного экрана.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 24.02.2013Состав и анализ принципа работы схемы усилителя низких частот, ее основные элементы и внутренние взаимодействия. Расчет параметров транзисторов. Определение коэффициента усиления в программе Electronic Work Bench 5.12, входного и выходного сопротивлений.
курсовая работа [748,3 K], добавлен 20.06.2012Методика расчета двухкаскадного трансформаторного усилителя мощности, выполненного на кремниевых транзисторах структуры p-n-p, и его КПД. Особенности составления эквивалентной схемы усилителя для области средних частот с учетом структуры транзисторов.
курсовая работа [232,8 K], добавлен 21.02.2010Разработка усилителя мощности, с использованием операционных усилителей, класс работ АБ (вид и спад амплитудно-частотных характеристик не имеет значения) с заданными параметрами выходной мощности, тока нагрузки, входного напряжения, диапазона частот.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.07.2009Разработка структурной схемы свип-генератора. Схема генератора качающейся частоты. Основные характеристики и параметры усилителей. Нелинейные искажения усилителя. Входное и выходное напряжения. Расчёт коэффициента усиления по мощности усилителя.
курсовая работа [456,4 K], добавлен 28.12.2014Проектирование усилителя мощности радиостанции. Конструкторские особенности разрабатываемого блока. Расчеты параметров. Рассмотрение технологичности конструкции. Разработка технологии сборки и регулировки. Конкурентоспособность усилителя мощности.
дипломная работа [335,2 K], добавлен 26.03.2012Разработка и расчет схемы двухтактного усилителя мощности с заданными параметрами. Расчет оконечного, промежуточного и входного каскада. Выбор цепи стабилизации тока покоя. Результирующие характеристики усилителя. Требования к мощности источника питания.
курсовая работа [617,9 K], добавлен 16.10.2011Основные технические показатели электронного усилителя: коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон, нелинейные, частотные и фазовые искажения. Разработка гибридной интегральной микросхемы.
курсовая работа [772,0 K], добавлен 08.04.2014
