Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Вінницький державний технічний університет

Інститут РТЗП

Кафедра ТСТБ

Курсовий проект

з дисципліни: Пристрої підсилення сигналів

Підсилювач НЧ радіоприймача

Анотація

В даному курсовому проекті було розроблено схему підсилювача НЧ радіоприймача стерео, тобто був розроблений підсилювач на два канали. Підсилювальний каскад було розроблено на інтегральних мікросхемах. Це дало багато переваг таких як зменшення маси пристрою, менші енергоспоживання, низька собівартість, малі габарити, менші нелінійні спотворення. Також було виконано моделювання трьох смугового АЧХ при допомозі схемного пакету Electronic Workbench 5.12.

Перелік скорочень

- коефіцієнт корисної дії

Рвих - вихідна потужність

Е - напруга джерела живлення

Fh21е - гранична частота коефіцієнта передачі по струму в схемі СЕ

Fh21б - гранична частота коефіцієнта передачі по струму в схемі СБ

Fh21к - гранична частота коефіцієнта передачі по струму в схемі СК

FY21e - частота коефіцієнта передачі по струму в схемі СЕ

FY21к - частота коефіцієнта передачі по струму в схемі СК

h21emin - мінімальний коефіцієнт передачі по струму

S - крутизна характеристики транзистора

Кр - коефіцієнт підсилення по потужності

Мн - частотні спотворення в області НЧ

Мв - частотні спотворення в області ВЧ

Uвх - вхідна напруга

Uке - напруга колектор-емітер

Rн - опір навантаження в колі колектора

Ср - розділова ємність

Вступ

Метою даного курсового проекту є розробка підсилювача НЧ радіоприймача.

Електронними підсилювачами називають пристрої, які призначені для збільшення потужності вхідних електричних сигналів. При цьому процес підсилення сигналів здійснюється за допомогою підсилювальних елементів - транзистори, що володіють керуючими властивостями.

Малопотужний вхідний сигнал керує расходом енергії джерела живлення значно більшого рівня потужності.

Роботу підсилювача НЧ характеризують наступними параметрами : коефіцієнт підсилення, амплітудна та амплітудна - частотна характеристика припустима величина коефіцієнта нелінійних спотворень, рівень власних шумів, рівень фона, паразитна генерація , вхідна напруга, номінальна вихідна потужність та інші.

По призначенню розрізняють підсилювачі напруги, струму и потужності.

В залежності від характеру зміни в часі вхідного сигналу розрізняють підсилювачі постійного та змінного струму. Для підсилення постійного струму характерне наявність підсилення вже при частоті .

Якщо підсилення одного підсилювального елемента недостатня, то в якості нагрузки каскаду використовують вхідне коло другого підсилювального елементу и т.д.

Підсилювач, який містить декілька ступенів підсилення, називають багатокаскадним.

Підсилювач НЧ на транзисторах складається з попереднього та кінцевого підсилювача. Низькочастотний сигнал підводиться до регулятора гучності далі на попередній каскад підсилення, регулятор форми АЧХ та на каскад кінцевого підсилення до виходу якого підключається акустична система .

Розглянуті принципи побудови підсилювальних каскадів використовують при проектуванні інтегральних мікросхем аналогічного призначення. Технологічно такі підсилювачі виконують в виді монолітної схеми, яка містить всі необхідні елементи в інтегральному виконанні. Виконувана ними функція описується рівнянням

В ході виконання курсового проекту буде розроблено структурну схему підсилювача НЧ з параметрами, що повністю задовольняють технічне завдання. Пiд час попереднього розрахунку буде визначено кількість та типи каскадів підсилення для забезпечення необхiдного коефіцієнту пiдсилення, одночасно будуть визначатись орієнтовні значення коефіцієнтів частотних та нелiнiйних спотворень спотворень, та глибина зворотних зв'язкiв, що покращують цi показники.

1. Розробка технічного завдання

каскад тембр транзистор регулятор

Технічне завдання розробляється по завданню до курсового проекту на розробку пристрою.

1. Експлуатаційне призначення: підсилювач НЧ радіоприймач. Джерелом вхідного сигналу для нього є напруга, яка відкладається на Rн детектора. Вибравши тип з параметрами: Uдж= 0,2 В; Rдж= 2000 Ом.

2. Варіант виконання: стаціонарний або переносний, джерелом напруги живлення є блок живлення постійної напруги працюючий від побутової електричної мережі, сумарна напруга споживана від джерела буде визначатись в ході розрахунку структурної схеми та електричного розрахунку, тому що від напруги живлення залежить вихідна потужність, лінійність амплітудної характеристики та інші параметри.

3. Підсилювальні елементи: транзистори або інтегральні мікросхеми. При використанні інтегральних підсилювачів ми можемо отримати більш високе значення коефіцієнта корисної дії ніж в транзисторному підсилювачі, зменшення спотворень (нелінійних, частотних, фазових).

4. Вихідна потужність: 20Вт х 2. Тобто необхідно розробити стерео підсилювач з номінальною вихідною потужністю 20Вт на канал. Навантаженням підсилювача будуть гучномовці або акустичні системи магнітофона.

5. Частотний діапазон: 40 Гц - 10 кГц. Це означає, що даний підсилювач повинен мати рівномірну амплітудно-частотну характеристику в цій смузі.

6. Нелінійні спотворення: 2 %. Тобто сума всіх гармонічних складових сигналу, які утворилися на виході підсилювача при подачі на вхід основного сигналу амплітудою 0,2B, повинно складати два відсоток від основного сигналу (на частоті 1кГц).

7. Частотні спотворення: Мн=2 дБ, Мв=3 дБ. Це означає, що загальний коефіцієнт підсилення на межі смуги проникнення в області низьких частот (в даному випадку нижня частота складає 40Гц) зменшується на 2 дБ, а на межі смуги проникнення в області високих частот (10 кГц) загальний коефіцієнт зменшується на 3 дБ.

8. Співвідношення сигнал/ шум: 60дБ. Цей параметр вказує на те, що мінімальний сигнал на вході підсилювача повинен перевищувати напругу шумів на 60дБ.

9. Регулятори:

9.1. Гучності 40дБ

9.2. Тембр: ± 15дБ. Регулятор тембру має змінювати АЧХ в областях НЧ, СЧ та ВЧ на рівні ± 15дБ.

10. Живлення: Напруга живлення визначається у процесі проектування. Живлення може використовуватися внутрішнє або зовнішнє.

2. Розробка структурної схеми пристрою

2.1 Визначення величини опору навантаження

Номінальна потужність акустичної системи

Рном.= ( 2…5 ) Pвих

Рном.=( 2...5)*20 = 3*20 =60 Вт

Діапазон робочих частот має бути в межах або більшим за діапазон частот підсилювача за ТЗ:

Fн.гр. < 40 Гц , Fв.гр. > 10 кГц

Виходячи з вище перерахованих даних, доцільно обрати акустичну систему S-90 [2] з слідуючими технічними характеристиками :

Номінальна потужність: Рном = 90 Вт

Номінальний електричний опір: Rн = 4 Ом

Ефективний діапазон частот: fн = 25Гц, fв = 25000 Гц

2.2 Вибір схеми підсилювача потужності

Для отримання Рвих = 20 Вт, необхідно вибрати двотактну схему підсилювача потужності (ПП), що дозволяє зменшити потужність споживання від джерела живлення. Оскільки опір навантаження підсилювача незмінний, застосовуємо безтрансформаторну схему ПП. Основною перевагою цієї схеми є відсутність узгоджувального трансформатора, що зменшує масу і габарити пристрою, при цьому без ускладнень реалізується достатньо широка смуга пропускання. Обираємо схему з додатковую симетрією плеч, так як вона дозволяє застосовувати вихідні транзистори одного типу та провідностей.

Рис. 1. Структурна схема без трансформаторного підсилювача потужності

2.3 Визначення корисної потужності, що забезпечується транзистором кінцевого каскаду підсилення

Величина потужності, що віддається транзисторами одного плеча в без трансформаторному ПП, розраховується:

Рт.пл. = Рвих / 2 = 20/2 = 10 Вт

2.4 Вибір типу транзисторів ККП

Так як VT5, VT6 є потужними транзисторами одного типу провідності, і сумісно з VT3, VT4 різної провідності, являють собою схеми емітерних повторювачів, що працюють з відсічкою колекторного струму, близькою до 90о, тому вибирати ці транзистори необхідно лише для одного плеча, вважаючи їх ввімкненими за схемою „спільний колектор (СК)”. VT2, на якому зібраний каскад попереднього підсилення з ”СЕ”, працює в режимі класу B.

Визначимо максимальну потужність втрат на колекторі VT5, VT6:

Рк.мах = Рт.пл.(1-?)/? = 10(1 - 0.5)/0.5 = 10 Вт

Напругу живлення визначається як:

Ek=2()=В

де Uзал = 1,3 В - Залишкова напруга , що визначається сімейством вихідних характеристик транзистора

Допустима напруга емітер-колектор:

В

Допустимий струм колектора визначається як:

- амплітуда імпульсу колекторного струму

А

А - струм в робочій точці

А

За даними значень, розрахованих вище - обираємо транзистор для кінцевого каскаду підсилення КТ837И [5] параметри якого наведені в табл.1.:

Таблиця 1

Рк.мах.доп	30 Вт
Uке мах доп	45 В
Ік мах доп	7,5 А
h21е	40
fгр	1 МГц
So	350мА/В
	150пс
	3пФ

Перевіримо транзистор по частоті:

- обэмний опір бази

де m = 1,6 для дрейфових дифузійних транзисторів

= 240кГц > 10кГц

Для того, щоб визначити VT3 та VT4, визначимо коефіцієнт підсилення по потужності каскаду на VT5, VT6. Так як він зібраний за схемою „СК”, то:

Кр = 0.7* h21е = 0.7*40 = 28 або 14,5 дБ,

а відповідно вхідна потужність цього каскаду :

Рвх = Рвих.пл / Кр = 10/28 = 0.36 Вт

Оскільки VT3 та VT4 працюють з відсічкою колекторного струму, то потужність розсіювана на колекторі кожного із них, буде визначатися:

Рк = (1,2…1,5) Рвх = 1.3*0.36 = 0,468 Вт

Амплітуда колекторного струму повинна перевищувати значення імпульсу базового струму VT5, VT6 приблизно у 2…3 рази:

Іб мах = Ік мах доп / h21е =3,41/40 = 0.08525 А

Виходячи з приведених обрахунків, в якості VT3, VT4 використовуємо компламентарну пару транзисторів КТ814Б - КТ815Б [5] параметри якої наведені в табл.2.

Таблиця 2

Рк.мах.доп	10 Вт
Uке мах доп	80 В
Ік мах доп	1.5А
h21е	40
fгр	3 МГц

Коефіцієнт підсилення по потужності такого каскаду, максимальний імпульс базового струму та велечина вхідної потужності обраховується:

Кр = 0.7 h21е = 0.7 = 28 або 14.5 дБ;

Іб мах = Іб мах vт5 / h21е =0.085/40 = 4,2 мА;

Рвх = Рвих.пл / Кр = 0.36/28 = 13 мВт.

Оскільки VT2 працює в режимі класу А, його потужність, розсіювана на колекторі, повинна бути в 8…10 раз більше вхідної потужності, а колекторний струм у 2…4 рази більше за вхідний струм VT3, VT4, тобто:

Рк = 10*Рвх = 10*0.013 = 0.13 Вт = 130 мВт;

Ік мах = 3Іб мах = = 12,6 мА.

Виходячи з отриманих результатів, вибираємо транзистор КТ3102Д [5], параметри якої наведені в табл.3:

Таблиця 3.

Рк.мах.доп	250 мВт
Uке мах доп	30 В
Ік мах доп	100 мА
h21е	200
fгр	250 МГц
So	80 мА/В
	100 пс
	6 пФ

2.. Визначення необхідного загального коефіцієнта підсилення за потужністю

Для знаходження загального коефіцієнта підсилення каналу за потужністю, використовуємо вираз:

Кр.заг = 10 lg (),

де Рдж - потужність джерела сигналу, Вт;

Рдж = U2 мах вх /2Rвих дж

в якості джерела збудження використовуємо

Rвих дж = 2000 Ом; Uвих = 0.2 В, а

звідси Рдж = U2 мах вх /2Rвих дж = (0.2)2/2*2000 = 1*10-5 Вт

Враховуючи високі вимоги до частотних та неленійних спотворень підсилювача, охопимо ПП з деякою кількістю попередніх каскадів підсилення - від'ємним зворотнім зв'язком (ВЗЗ), велечину якого виражемо через значення поправочного коефіцієнта:

А12 = 22 =4,

Оскільки ПП стереофонічний , у ньому передбачається регулювання стереобалансу , поправочний коефіцієнт в даному випадку буде таким:

А22 = 1,22 = 1,44 .

тоді а1 = А12 А22 = = 5,76

Коефіцієнт а2 враховує вплив регуляторів форми АЧХ . Якщо регулятор тембру забезпечує як ”завал “ так і “підйом” частотної характеристики, то згасання сигналу можна розрахувати за формулою:

Nрт(дБ)= N+(дБ)+(2…3)(дБ)

де N+(дБ)- необхідний підйом ЧХ у відповідності з ТЗ, у нашому випадку N+(дБ)=15 дБ, отже Nрт(дБ)=17дБ. Наявність згасання Nрт(дБ) потребує додаткового підсилення по потужності, тому загальний коефіцієнт підсилення повинен бути збільшений у Nрт раз. При умові забезпечення “підйому” та “завалу” АЧХ регулятором тембру , величини а2= Nрт., отже а2=50раз.

У зв'язку з лінійністю АЧХ підсилювача потужності радіоприймача коефіцієнт а3=1.

Отже знайдемо загальний коефіцієнт підсилення каналу за потужністю:

Кр.заг.(дБ) = 10 lg = 10 lg = 87,6 (дБ).

2.6 Визначення загальної кількості каскадів підсилювача

Коефіцієнти підсилення за потужністю, відповідно рівні:

Для спільного колектора

Кр vт5(vт6) = = =14,5 дБ;

Кр vт3(vт4) =14,5 дБ;

Для сільного емітера

Кр vт2 = 10 lg (0.3 *(h21е.min )2) = 10 lg (0.3 *2002) = 40.8 дБ.

Звідси визначимо коефіцієнт підсилення по потужності какаду зібраного на КТ3102Д, по схемі „СЕ” :

Одже загальний коефіцієнт підсилення по потужності усього підсилювального каскаду рівний:

Кр заг(дБ) = Кр vт5(vт6) + Кр vт3(vт4) +Кр vт2 = 14,5+14,5+40,8 = 69,8дБ

Отримана величина не відповідає умовам ТЗ. Для одержання необхідного результату введемо ще один каскад попереднього підсилення по схемі зі спільним емітером на транзисторі КТ3102Д довідникові параметри якого приводились вище. Введений каскад дасть можливість отримати додатковий коефіцієнт підсилення

Кр vт1 = 10 lg (0.3 *(h21е.min )2) = 10 lg (0.3 *2002) = 40.8 дБ

Загальний коефіцієнт підсилення по потужності усього підсилювального каналу дорівнює:

Кр заг(дБ) = Кр vт5(vт6) + Кр vт3(vт4) +Кр vт2 + Крvт1 = 14,5+14,5+40,8 + 40,8 = =110,6 дБ

Отже, даний підсилювач буде складатися із чотирьох каскадів підсилення.

2.7 Розрахунок співвідношення сигнал/шум

Згідно до технічного завдання = 60 дБ (1000 раз), визначимо велечину мінімальної вхідної напруги:

Uвх мін = ,

де Rвх = Rвих.дж / 2 = 2000/2 = 1000 Ом =1кОм;

?F = Fв - Fн = 10 000 - 40 = 9960 Гц =9,96 кГц;

Fш = 4 дБ (2,5)- відносний коефіцієнт шуму біполярного транзистора першого каскаду.

Одже обрахуємо:

Uвх мін = 0.125= 0.125*1000=

= 623мкВ = 0.623 мВ ‹ Uвх мах = 200 мВ

транзистор першого каскаду вибраний вірно.

2.8. Розподіл частотних та неленійних спотворень по каскадах

2.8.1. Розраховуємо велечину коефіцієнта частотних спотворень в області верхніх частот, Мв

а) частотні спотворення, що вносяться безпосередньо транзисторами КТ837И, при ввімкненні їх за схемою „СК”:

пс, Ск = 3 пФ, = 1,6 MГц , S0 = 350 мA/В

Мв.т = ,

Де fY21К - гранична частота транзистора по крутизні в схемі з спільним колектором:

Fв - верхня частота робрчого діапазону пристрою.

fY21К = fY21Е (1+SоRг.м.) = (1+SоRг.м.)

де

fY21К == 0,22Гц

Мв = = = 1.001 ? 0,0043дБ;

б ) частотні спотворення, що вносяться безпосередньо транзисторами КТ814Б та КТ815Б, при ввімкненні їх за схемою „СК”:

пс, Ск = 60 пФ, = 3 MГц , S0 = 200 мA/В

fY21К = = 0,74;

Мв = = = 1.0001 ? 0,00044дБ;

в ) частотні спотворення, що вносяться безпосередньо транзистором КТ3102Д, включений за схемою спільний емітер:

пс, Ск = 6 пФ, = 30 MГц , S0 = 80 мA/В

Мв.т = ,

де - гранична частота транзистора покрутості в схемі з спільним емітером.

= 6,25МГц.

Мв.т == 1 ? 0 дБ

в ) частотні спотворення, що вносяться безпосередньо елементами схеми:

каскад на VT5, VT6 - „СК” Мв сх = 0.1 дБ;

каскад на VT3, VT4 - „СК” Мв сх = 0.1 дБ;

каскад на VT2 - „СЕ” Мв сх = 0.2 дБ;

каскад попереднього підсилення VT1 - „СЕ” Мв сх = 0.2 дБ.

А тому загальна велечина частотних спотворень:

Мв = 0,1 + 0,1 + 0,2 + 0,2 + 0,0043 + 0,00044 = 0,60474дБ < MВтз = 3дБ

2.8.2 Частотні спотворення в області низьких частот визначимо слідуючим чином:

- каскади зі „СЕ”:

Мн (дБ) = 0.8 дБ

каскади зі „СК”:

Мн (дБ) = 0.2 дБ

Таким чином загальні частотні спотворення на низьких частотах складають:

Мн (дБ) =0.2+0,2+2*0,8 = 2 дБ = MНтз = 2дБ

Значення частотних спотворень не перевищує задані в технічному завданні.

Неленійні спотворення розділимо наступним чином: на кінцевий каскад (VT5, VT6, VT3, VT4) відводимо 1.5 % , на інші каскади - 0.5 %.

Враховуючи, що ПП вміщує глибокий ВЗЗ, велечина неленійних спотворень не перевищить цих значень.

2.9 Розробка структурної схеми

В основу розробки структурної схеми підсилювача НЧ радіоприймача покладемо дані отримані у процесі розрахунку. Регулювання тембру введемо безпосередньо після регулятора гучності. Регулятор гучності розмістимо після першого підсилювального каскаду. Структурна схема підсилювача наведена на рис.2

Рис.2. Структурна схема підсилювача НЧ радіоприймача на дискретних елементах

2.10 Аналіз можливостей побудови підсилювача НЧ радіоприймача на ІМС

Виходячи з результатів розрахунків структурної схеми пристрою на дискретних елементах, розглянемо можливість побудови пристрою на ІМС, що буде відповідати сучасному напрямку побудови пристроїв аналогічного призначення.

Зробимо аналіз можливостей побудови окремих каскадів на ІМС:

Усі каскади на транзисторах VT1-VT6 можна замінити каскадом на ІМС

TDA2050 [8], яка являє собою підсилювач потужності звукової частоти з номінальною вихідною потужністю 20Вт на навантаженні 4Ом і використовується в пристроях високоякісного звуковідтворення.

Електричні параметри ІМС TDA2050

Вихідна потужність Рвих, Вт ........................... 20

Напруга живлення Uж, В................................... 15

Коефіцієнт підсилення напруги Кu, дБ................30,5

Коефіцієнт гармонік Кг, % ............................…...0,5

Вхідний опір Rвх, кОм…………………………..500

Смуга частот на рівні -3дБ, Гц…………………20…80000

Визначимо коефіцієнт підсилення по потужності:

Таблиця 4.

	Необхідно забезпечити	Забезпечує мікросхема TDA2050
RH, Ом	4	4
Рвих ,Вт	20	20
FH, Гц	40	20
FB, Гц	10000	80000
Кр,дБ	87,6	82

Регулятор тембру повинен забезпечити підйом і відповідно завал в області НЧ, СЧ та ВЧ ±15 дБ. Для регулювання тембру застосовуємо активний регулятор тембру з використанням операційного підсилювача.. Активні регулятори звичайно будують по інвертуючій схемі. Переваги активних регуляторів тембру полягають в слідуючому:

- низькоомний вихід;

в нейтральному положенні регулятора (рівномірна передача по всій смузі частот) затухання рівне 0 дБ, коефіцієнт підсилення КU=1;

можливість застосування потенціометра з лінійною характеристикою регулювання;

симетричність областей підйому та спаду частотної характеристики.

Схему регулятора тембру має вигляд

Рис.3. Трьохсмуговий регулятор тембра

У даному регуляторі тембру операційний підсилювач у поєднанні резисторів R1, R2, R3 виконує функції повторювача напруги, оскільки опори резисторів R1=500кОм, R3=500кОм.

Коефіціент підсилення по потужності вхідного каскаду регулятора тембру визначається:

Кр=Rвх/Rвих,

де Rвх=R1=500кОм, а Rвих дорівнює вихідному опору мікросхеми Rвих=50кОм.

Кр(дБ) = 10lg(Rвх/Rвих)=10lg(500/50)=10дБ.

Отже, коефіцієнт підсилення потужності дорівнює 10дБ.

Тобто загальний коефіцієнт

Кр(дБ) =82+10 = 92 дБ

З характеристик наведених вище видно, що вона повністю задовольняє вимогам технічного завдання, а в деяких випадках перевищує їх.

Структурна схема зображена на рис.4.

Рис.4. Структурна схема підсилювача НЧ радіоприймача на ІМС

3. Електричний розрахунок каскадів пристрою

3.1 Розрахунок каскаду кінцевого підсилення

Схема підсилювача потужності на ІМС TDA2050 зображена на рисунку.

Рис .5. Підсилювача потужності на ІМС TDA2050

Параметри для перевірочного розрахунку:

Кu = 30,5 дБ; Мн = 2дБ; Мв = 3 дБ.

Коефіцієнт підсилення по напрузі схеми, зображеної на рис..:

Величина розділової ємності Сроз розраховується по формулі:

Сроз>>

Сроз>>=1,04*10-8Ф

де Rвх - вхідний опір схеми, MН = 1,26

Частотні спотворення в області нижніх частот:

Визначимо частотні спотворення на верхніх частотах:

= 0,1дБ

Вхідний опір мікросхеми дуже великий, тому значення лінійних спотворень мале при відповідних значеннях розділових ємностей.

3.2 Вибір регулятора тембру (форми АЧХ)

У технічному завданні регулятор тембра повинен ослаблювати та підсилювати вхідний сигнал на 15 дБ в області НЧ, СЧ та ВЧ . Тому було обрано схему регулятора тембру на операційних підсилювачах. При проектуванні цього складного регулятора тембру не вдається скористатись простими розрахунковими співвідношеннями, тому беремо стандартне включення трьохсмугового еквалайзера.



Рис.6. Трьохсмуговий регулятор тембра

R1 = 500 кОм	R10 = 3.6 кОм	C5 = 4,7 нФ
R2 = 24 кОм	R11 = 3.6 кОм
R3 = 500 кОм	R12 = 500 кОм
R4 = 11 кОм	R13 = 3.6 кОм
R5 = 100 кОм
R6 = 11 кОм	C1 = 18 мкФ
R7 = 11 кОм	C2 = 47 нФ
R8 = 3.6 кОм	C3 = 1,2 нФ
R9 = 100 кОм	C4 = 22 нФ

Для підвищення (зменшення) меж коефіцієнта підсилення на НЧ відповідно зменшують (збільшують) опір резисторів R4 і R6 при цьому нижня частота настройки НЧ регулятора тембра підвищується (знижується). Зміна R8 і R10 у незначній мірі діє на корекцію на ділянках СЧ діапазона. Зміна R11 та R13 діє на корекцію на ділянці ВЧ діапазона.

У якості операційного підсилювача застосуємо мікросхему К140УД12, електричні параметри якої наведені в табл.5:

Таблиця 5

Напруга живлення: Uж ,В	+3…+18
Вхідний опір Rвх, МОм	5
Вихідний опір: Rвих , кОм	1
Коефіцієнт підсилення напруги: Кu	5*104
Максимальна вхідна напруга Uвих.мах , В	10
Максимальна вихідна напруга Uвх.мах , В	10
Струм споживання, Iспож мА	0,17
Вхідний струм: Івх ,нА	50
Споживана потужність Рсп, мВт	8

3.3 Розрахунок регулятора гучності

Застосуємо схему регулятора гучності, що дасть змогу підключати його безпосередньо до темброблоку.

Рис.7. Схема електрична принципова регулятора гучності.

Мінімальний рівень сигналу у данному випадку встановлюється за допомогою додаткового опору R2. Приймаємо R2=510 Ом, тоді для забезпечення заданої у ТЗ глибини регулювання гучності 40 дБ або 100 раз опір змінного резистора R1 обиратимемо:

R1 100*R2

R151 кОм

По довіднику [3] обираємо змінний здвоєний резистор РП1 - 57-12:

Номінальна потужність: Рном= 0,25 Вт

Межі номінальних опорів: 1кОм…330 кОм

Межова робоча напруга: Uмеж=50 В

При такому технічному виконанні даний регулятор гучності буде мати глибину регулювання:

218 рази. = 46,7 дБ

4. Дослідження коефіцієнта нелінійних спотворень ККП НЧ підсилювача радіоприймача методом моделювання

4.1 Вибір моделюючої системи

Для досліджень параметрів і характеристик реалізації схемних рішень було розроблено велика кількість програм. За допомогою них можна провести повний схематичний аналіз складних пристроїв. Це програмне забезпечення відрізняється рівнем та кількістю запропонованих тестів для схем, зручностями для користувачів та елементною базою.

Розглянемо переваги та недоліки деяких програм:

MicroCap VІ - має великі можливості щодо різних варіантів тестування схем як по змінному так і постійному струму, є можливість корегування параметрів. Досить незручна у користуванні і призначена більше для одержання параметрів і характеристик уже готової статичної схеми ніж для динамічного моделювання та зміни варіантів схеми. Є можливість визначати карти напруг, розсіюванні потужності, при нажиманні одної кнопки. Для користувача є недолік - це незручний інтерфейс.

Electronic Work Bench 5.12 - має ті ж можливості, як і Micro Cap V, але має зручніший візуальним інтерфейсом, що схожий до лабораторних умов. Програма максимізована для динамічних досліджень. . Дозволяє працювати як з аналоговими так із цифровою схемотехнікою. Має невеликий, але достатній набір можливих тестів . Елементна база програми досить широка. Гнучке збереження результатів. Для елементів активних і пасивних є можливість зміни їх параметрів.

Враховуючи ці недоліки та переваги для моделювання трьохсмугового регудятора тембра буде використана програма Electronic Work Bench 5.12.

4.2 Вибір моделей компонентів

Для вибору моделей пасивних елементів в Electronic Work Bench 5.12. потрібно вибрати зображення резистору, конденсатору, котушки, і в вікні їх фізичних параметрів задати номінал.

Єдиний елемент, який бути відсутній у елементній базі вибраної програми це мікросхема TDA2050 . Тому для одержання вірних результатів створимо новий елемент, який буде названий TDA2050 з максимально наближені параметри мікросхеми. Параметри мікросхеми TDA2050 зображені на рис.8,9.

Рис. 8. Перший лист із параметрами мікросхеми



Рис. 9. Другий лист із параметрами мікросхеми

4.3 Аналіз пристрою

В редакторі моделюючого пакету набирається досліджувана схема

Рис.10. Модель ККП

Потрібно дослідити коефіцієнт нелінійних спотворень. Для цього подамо на вхід синусоїдальний сигнал з амплітудою 200 мВ та частотою 1кГц.

Далі для дослідження пройдемо путь Analysis/Fourier в відкритому вікні (рис.11.)

Рис.11

Output node - вихідна точка відносно, якої ведеться дослідження.

Fundamental frequency - основна частота.

Numbers of harmonics - кількість гармонік.

Натискаємо Simulate та дивимось результат.

Результати вимірювань приведені на рис.12.

Рис.12. Результат досліду

4.4 Аналіз результатів моделювання

Як видно з результатів досліду коефіцієнт нелінійних спотворень 0,838367% не виходить за межі того яке дане в технічному в завданні (2%), але й перебільшує те яке мало бути теоретично (0,5%)

Ці похибки визначаються не лише програмою Electronics Workbench, а й похибкою при виборі елементів зі стандартного ряду після обчислення елементів схеми.

Виходячи з отриманих результатів можна зробити висновок, що схему ККП вибрано вірно.

5. Порівняння результатів проектування та моделювання з вимогами ТЗ

Розроблений пристрій повністю відповідає вимогам технічного завдання.

Зокрема завдяки застосуванню у якості підсилювальних каскадів ІМС TDA2050 вдалося значно спростити схемне рішення усього підсилювача.

Отримані результати і вимоги ТЗ занесемо до таблиці 6:

Таблиця 6

Параметр пристрою	Заданий у ТЗ	Розробленого пристрою
Вихідна потужність	20 Вт	20 Вт
Частотний діапазон	40 Гц-10кГц	20 Гц-25кГц
Нелінійні спотворення	2 %	0,9 %
Частотні спотворення	Мн=2дБ Мв=3дБ	Мн=0,7дБ Мв=0,1дБ
Співвідношення сигнал/шум	60 дБ	>40дБ
Регулювання гучності	40 дБ	46,7дБ
Регулюання форми АЧХ	15 дБ	20дБ

Висновок

При проектуванні підсилювача вдалося забезпечити виконання усіх параметрів ТЗ. В курсовому проекті було розглянуто проектування підсилювача НЧ радіоприймача на транзисторах та на інтегральних мікросхемах.

Пристрої на транзисторах більш складніші у розрахунках, ніж на ІМС.

Використання ІМС дало змогу зменьшення неленійних спотворень, енергоспоживання, пристрій став меньшої маси та з меньшими габаритами. Реалізацією на ІМС підсилювача було виконано всі вимоги технічного завдання.

Вдалося забезпечити регулювання підсилення на рівні 40 дБ та регулювання АЧХ у областях НЧ, СЧ та ВЧ на рівні 20 дБ, що повністю підтвердилося за допомогою моделювання схеми регулятора системою автоматичного проектування Electronics Workbench 5.12.

Література

1. Рудик В.Д.”Методичні вказівки до курсового проектування аналогових та підсилювальних електронних пристроїв”.Вінниця ВДТУ 1999

2. Бытовая электроакустическая аппаратура: Справочник./Под ред. Алдошина И.А.

3. ТерещукР.М., Терещук К.М., Седов С.А ?Полупроводниковые приемно-усилительные устроиства? Справочник радиолюбителя. -К.;?Наукова думка?, 1989 р.

4. Шкритэк П.?Справочное руководство по звуковой схемотехнике?. -М.;?Мир?, 1991 г.

5. А.В.Нефедов, В.И.Гордеева “Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги.” - Радио и связь 1990р.

6. Шульгин О.А., Шульгина И.Б.,Воробьев А.Б. Справочник по аналоговым микросхемам для аудиоапаратуры. (Електронний варіант)

7. С.Т.Усаченко , Т.К.Каченюк , М.В.Терехова “Графическое изображение электро - радиосхем “ - Киев “ Техніка ” 1986.

Размещено на Allbest.ur

...