Расчет підсилювача воспроизведения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВИЩОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ТАГАНРОЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ РАДІОТЕХНІЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра РПрУ і ТВ

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової работе

«Розрахунок підсилювача відтворення для магнитофона»

Выполнил

студент групи Р-17 Семенов І.В. Проверил

ст. преподаватель кафедри РПрУ і зайнялося ТБ Снежкова Л. А.

Таганрог 2000

ЛИСТЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ТЕХНІЧНЕ ЗАДАНИЕ

Розрахувати підсилювач відтворення для магнітофона зі стандартним залежністю коефіцієнта посилення від частоти з такими параметрами:

1. Швидкість руху стрічки [pic];

2. Середнє квадратическое значення вихідного напруги попереднього підсилювача на частоті [pic] [pic].

3. Чутливість магнітної голівки на частоті [pic] [pic].

4. Напруга харчування [pic].

5. Смуга пропускання [pic], [pic].

Введение… 5

1. Короткий огляд теоретичних основ звукозаписи… … 6

2. Аналіз ТЗ… … 9

3. Вибір елементної базы… …10

4. Розрахунок принципової схеми УВ…14

Заключение… 21

Список литературы… …22

Приложения… …23

Підсилювачі відтворення призначені посилення сигналів, які від відтворюючою чи універсальної голівки, і частотною корекції. Особливості УВ следующие:

1) робота при слабких сигнали на вході (ЭДС, развиваемая відтворюючою голівкою, вбирається у кількох мілівольт для катушечныхных магнітофонів і знання кількох сотень мікровольт для касетних, наприклад, найбільше значення развиваемой ЭДС кращої вітчизняної голівкою відтворення для касетних магнитофонов

3Д24. 80 на частоті 1 кГц при номінальному магнітному потоці, які пройшли через її сердечник, рівним 110…190 мГн, одно 350 мкВ);

2) 2) внутрішній спротив джерела сигналу (магнітної голівки) залежить від частоти змінюється в широких пределах;

3) 3) нерівномірність АЧХ, необхідна для частотною корекції сигналів, може становити 25…35 дБ.

Основні труднощі, які розробки підсилювача відтворення, полягають у досягненні низького рівня власних шумів і рівня нелінійних спотворень. Одержання необхідної АЧХ особливих проблем не представляет.

Нині розроблений великий клас мікросхем для підсилювачів відтворення магнітофонів, у яких враховуються всі перелічені вище особливості побудови підсилювачів відтворення для магнітофонів, вони мало поступаються по шумовим параметрами УВ, збудованим на кращих по шумовим параметрами дискретних елементах, для мініатюризації УВ бажано використання таких мікросхем, у своїй також зростає надійність УВ і він менше піддається впливам різних наведень і помех.

1. КОРОТКИЙ ОГЛЯД ТЕОРЕТИЧНИХ ОСНОВ ЗВУКОЗАПИСИ

Вхідним сигналом підсилювача відтворення є ЭДС відтворюючою голівки, розмір якої на нижніх частотах вбирається у 100…150 мкВ і із збільшенням частоти. Це від підсилювача великого коефіцієнта посилення, щоб забезпечити необхідний динамічний діапазон. Як відомо, динамічний діапазон обмежується знизу шумами. Джерелами шуму є магнітна стрічка, магнітна голівка та власне підсилювач відтворення. Шуми підсилювача відтворення переважають над шумами, створюваними головкою та стрічкою. Звідси перша вимога до підсилювачам такого роду — низький рівень власних шумів, який би найбільше ставлення сигнал/шум. Задоволення цього вимоги залежить як від схемних рішень каскадів електричної схеми, так і південь від раціонального їх исполнения.

Найбільш відповідальним вузлом підсилювача є перший каскад, так як саме щодо нього пред’являються жорсткі вимогами з забезпечення необхідного перевищення сигналу над власними шумами. Навіть незначні шум чи перешкода, що у першому каскаді і посилені іншими каскадами, здатні значно зменшити ставлення сигнал/шум не вдома підсилювача воспроизведения.

Високочастотні шуми відчуваються на слух як шипіння в акустичних системах чи навушниках, що надає дражливе дію на слухача. Тож у відносному рівні сумарних перешкод підсилювача відтворення частка високочастотних перешкод мусить бути на 20…30 дБ менше остальных.

Друге вимогу до підсилювачам відтворення — малі нелинейные спотворення, які під час посиленні. Величина їх мусить бути наскільки можна меньшей.

На якість відтворення магнітної записи крім нелінійних (гармонійних) спотворень і шумів значний вплив надають частотні спотворення. Форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) підсилювача повинна бути суворо определённой.

АЧХ УВ є залежність напруги сигналу не вдома від частоти при постійної ЭДС відтворюючою голівки. А, щоб у даному магнітофоні можна було відтворювати фонограми, записані на інших магнітофонах, суворо нормують АЧХ тракту відтворення (відтворювальна голівка — УВ). Отже, вимоги, які пред’являються АЧХ УВ, залежить від параметрів відтворюючою голівки, її АЧХ, знятої при відтворенні фонограми з вимірювальної стрічки. ЭДС голівки при відтворенні фонограми з однаковим залишковим магнітним потоком пропорційна частоті, тому АЧХ голівки є похилу пряму з крутістю близько 6 дБ/окт (у неповній середній частини діапазону робочих частот). У сфері вищих робочих частот крутість АЧХ голівки зменшується нанівець, та був змінює знак (ЭДС голівки зменшується). Це пов’язано з переважно щілинними втратами і лише частково частотними втратами. Щелевые втрати залежить від ефективної ширини робочого зазору голівки і швидкості стрічки. На частоті 18 кГц щелевые втрати досягають 5…7 дБ при швидкості стрічки [pic], 3…4 дБ при швидкості стрічки 9. 53 см/с і 2 дБ при швидкості 19. 05 см/с сучасних головок відтворення. Частотні втрати виникають внаслідок зменшення ефективної магнітної проникності сердечника голівки на вищих частотах.

Підйом АЧХ головок у сфері нижчих частот зумовлено тим, що з поліпшення відносини сигнал/шум запис цих частотах виконано з великим, ніж середніх частотах, рівнем. При відтворенні підйом компенсують завалом нижчих частот. Через війну рівень шумів цих частотах знижується на 6…12 дБ.

Щоб самому отримати горизонтальну АЧХ тракту відтворення, АЧХ УВ мусить бути зворотної щодо АЧХ голівки, тобто. у сфері середніх частот АЧХ повинен мати спад убік вищих частот з крутістю 6 дБ/окт. У сфері вищих частот починаючи із певною частоти АЧХ мусить бути близька до горизонтальной.

Корекція частотною характеристики підсилювача відтворення здійснюється RC- і LRC-цепями, включаемыми як і ланцюг сигналу, і у ланцюг негативною зворотний зв’язок. Частіше корекцію роблять у проміжних каскадах і лише інколи на вході усилителя.

Практично необхідна корекція АЧХ УВ у сфері середніх частот досягається з допомогою послідовної ланцюзі з резистора і конденсатора, включаемой паралельно навантаженні коригувального каскаду чи ланцюг ООС.

Необхідна стала часу [pic]такой ланцюга залежить від параметрів магнітної голівки і магнітної ленты.

По стандарту кожної з певних номінальних швидкостей руху стрічки з магнітним шаром з урахуванням оксиду заліза [pic] визначено стандартний вид АЧХ підсилювача відтворення, також і касетних магнітофонів зі швидкістю переміщення стрічки [pic] визначено до окремого виду АЧХ для стрічки з магнітним шаром з урахуванням оксиду заліза [pic] окрема вид АЧХ для стрічок з магнітним шаром з урахуванням оксиду хрому [pic] і з магнітним шаром на основі суміші порошків металів нікелю, заліза та інших. Всі ці види АЧХ визначаються послідовної ланцюгом, що з резистора і конденсатора, із постійною часу [pic] і паралельної ланцюгом, що з резистора і конденсатора, із постійною часу [pic] і визначальною АЧХ у сфері нижчих робочих частот.

Постійна часу послідовної ланцюга для швидкість руху стрічки [pic] і за використанні магнітної стрічки під робочою шаром з урахуванням оксиду заліза [pic] мусить бути дорівнює [pic]. Постійна часу паралельної ланцюга тих параметрів мусить бути дорівнює [pic]. Ці постійні часу у ідеальному разі і дружина мають визначати АЧХ підсилювача відтворення, а то й враховувати впливом геть АЧХ УВ індуктивності ГВ. Це вплив пренебрежимо мало, якщо вхідний опір УВ значно більше повного опору голівки на найвищої робочої частоті (у це умова легко достижимо).

Також для корекції АЧХ УВ на вищих робочих частотах застосовують включення конденсатора певній ёмкости паралельно ГВ. Це включення утворює паралельний коливальний контур, який підіймає АЧХ УВ у сфері вищих частот. Контур вибором коригувального конденсатора налаштовують на частоту 16…18 кГц і добором опору, паралельно включеного цьому контуру, отримують необхідну форму АЧХ у сфері вищих частот.

Нині послідовна і паралельна ланцюга, вищезазначені включають лише у ланцюг зворотний зв’язок підсилювача з великим коефіцієнтом посилення, т.к. у своїй АЧХ УВ визначатиметься лише параметрами цієї кайдани й посадили характеристики такого УВ мають найкращі фінансові показники ніж УВ у якому послідовна ланцюг включена паралельно навантаженні, а паралельна перед навантаженням послідовно із нею. Найкращі шумові параметри при найменшому рівні нелінійних і частотних спотворень досягаються включення вищевказаних ланцюгів в ланцюг зворотного зв’язку з виходу всього підсилювача на перший малошумящий каскад, цьому з зростанням частоти, його вхідний опір сильно збільшується, це важливо для высокоомных ГВ.

2. АНАЛІЗ ТЗ

У ТЗ необхідно розрахувати підсилювач відтворення для касетного магнітофона зі стандартним АЧХ УВ для швидкість руху стрічки [pic]. Це умова вже свідчить і тому, що сигнал на вході підсилювача буде, дуже невеличкий величини, необхідно розробити підсилювач малим рівнем власних шумов

Т.к. заданий нестандартний рівень вихідного сигналу для підсилювача відтворення [pic], то расчётах використовуватимемо [pic]. Приймемо що частотний діапазон дорівнює 31,5…16 000Гц, т.к. для касетних магнітофонів він найбільш распространённый.

З використанням сучасних високочастотних транзисторів, ЗУ чи підсилювачів як ІМС, самих підсилювача неважко забезпечити зазначену в ТЗ смугу робочих частот, переважно робоча смуга тракту ГВ-УВ визначається лише характеристиками ГВ. Для голівки 3Д24. 80 при використанні стрічки з магнітним шаром з урахуванням оксиду заліза робочий діапазон частот становить значення 40…12 500 гц, під час використання стрічки з робочим шаром з урахуванням оксиду хрому — 31. 5…16 000 гц та під час використання «металевих» стрічок — 31. 5…18 000 Гц.

Для розрахунку корекції на вищих робочих частотах треба зазначити значення індуктивності використовуваної голівки, для голівки 3Д24. 80 индуктивность становить значення 110…190 мГн.

Як зазначалося у запровадженні існують спеціальні мікросхеми для УВ магнітофонів, містять у собі підсилювач змінного струму з великим коефіцієнтом посилення малий рівнем власних шумів, в такий спосіб для зменшення габаритних розмірів УВ ми застосуємо жодну з таких мікросхем для УВ.

3. ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ УВ

Як зазначалося під час аналізу технічного завдання ролі УВ бажано вибрати інтегральний малошумящий підсилювач змінного струму з великим вхідним опором зменшення впливу індуктивності ГВ на АЧХ підсилювача і з великим коефіцієнтом посилення, у тому, щоб АЧХ УВ, побудованого в цій мікросхемі залежала тільки від параметрів ланцюга негативною зворотний зв’язок (у своїй легко забезпечити стандартний вид АЧХ УВ).

Найкращими шумовими параметрами з вітчизняних інтегральних підсилювачів змінного струму, виділені на використання їх у УВ касетних магнітофонів, має підсилювач як ІМС К157УЛ1А.

Це двухканальный підсилювач відтворення для стереофонических магнітофонів з низькому рівні шумів. Напруга шумів, приведённое до входу підсилювача відтворення касетного магнітофона, в смузі частот 20…20 000 гц, то, можливо отримано трохи більше 0.5 мкВ, Функціональна схема підсилювача і схема її включення наведено на рис. 1.

Зменшення власних шумів мікросхеми досягнуто застосуванням режиму микротоков у вхідному і оконечном підсилювачах великими коефіцієнтами усиления.

На виході підсилювача — эмиттерный повторювач з динамічним навантаженням, що дозволяє забезпечити хороше узгодження мікросхеми з наступною каскадами магнітофона. З іншого боку, підсилювач не вдома має захисту від короткого замыкания.

АЧХ підсилювача ставиться зовнішньої ланцюгом ООС по току, включаемой між виходом підсилювача і эмиттера першого транзистора. Як зазначалося вище, таке побудова УВ дає найкращі характеристики УВ: по-перше підсилювач має найкращі шумові параметри, по-друге вона має мінімальний коефіцієнт нелінійних спотворень, по-третє його АЧХ залежить від параметрів ланцюга зворотний зв’язок (при великому посиленні підсилювача без ООС як і у разі), отже легко реалізувати стандартний вид АЧХ до нашого випадку, й у четвёртых вхідний опір такого підсилювача підвищується з зростанням частоти, тому мінімізується вплив індуктивності ГВ на АЧХ тракту ГВ-УВ.

Коефіцієнт посилення визначається у своїй опором зовнішнього резистора, включеного між висновками 1, 3 (7, 5 на другому каналу) і параметрами ланцюга ООС. Для отримання максимального посилення основного підсилювача і усунення зменшення посилення нижчих частотах між висновками 14, 3 (8, 5) включають конденсатор великий ёмкости (за стандартного на включенні цієї мікросхеми як УВ касетного магнітофона ёмкость цього конденсатора вибирають рівної 100 мкФ і номінальне напруга цього конденсатора вибирається рівним 15 У при напрузі харчування мікросхеми [pic]). Стійкість роботи підсилювача забезпечується включенням конденсатора між висновками 2, 3 (6, 5). Цей конденсатор що з ГВ утворює паралельний коливальний контур, який підіймає АЧХ тракту ГВ-УВ в області вищих частот, частоту настройки цього контуру вибирають рівної [pic] під час роботи з голівкою 3Д24. 80.

Основні електричні параметри мікросхеми К157УЛ1А

Номінальне напруга питания

12 В

Коефіцієнт посилення за напругою в смузі частот 20…20 000 Гц

без ООС, не менее

8000…13 000

Споживаний струм (з двох каналам), не более

6 мА

Вхідний опір, не менее

60 кОм

Коефіцієнт гармонік при [pic], [pic], трохи більше 0. 2%

Перехідний згасання, не менее

-70 дБ

Напруга шумів, приведённое до входу, в смузі частот 20 Гц…20 кГц при опір джерела сигналу 10 Ом, [pic],

[pic], не более

0.3 мкВ

Гранично допустимі режими эксплуатации

Діапазон що живлять напряжений

8. 1…20 В

Вхідний струм, не более

1 мА

Вихідний струм, не более

5 мА

Рассеиваемая потужність, не более

250 мВт

Опис типовий схеми включения

При типовий схемою включення обраної мікросхеми резисторы R1 і R2, які у ланцюгах эмиттеров транзисторів перших каскадів рекомендується вибирати не більше 90. 110 Ом, через те, що з збільшенні опорів цих резисторів збільшується рівень шумів підсилювача, а при зменшенні починає позначатися вхідний диференціальний опір эмиттеров транзисторів першого каскаду і з його нелінійності збільшуються нелинейные спотворення сигналу не вдома підсилювача. Вибираємо опір резисторів R1 і R2 рівними 91 Ом. Номінали резисторів і конденсаторів ланцюгів, котрі задають АЧХ підсилювачів R3, R5, C7 для лівого каналу та R4, R6, C8 для правого каналу, розраховуються з необхідного посилення на частоті [pic] й необхідною АЧХ підсилювачів. Ёмкости конденсаторів С1 і С2 розраховуються з умови настройки контурів, утворених индуктивностями голівки і конденсаторами на частоту [pic].

Рис. 1. Функціональна і типова схеми включення мікросхеми К157УЛ1А:

1 — вхідний каскад; 2 — каскад основного посилення; 3 — вихідний каскад;

4 — стабілізатор режиму першого каскада.

Электролитические конденсатори С3, С4 вибираються ёмкостью 20 мкФ при типовий схемою включення мікросхеми і на номінальне напруга 6 В.

Ёмкость конденсаторів С9, С10 розраховується з заданого вхідного опору наступного каскади, зазвичай такий каскад має високе вхідний опір 10…100 кОм, тому достатнє значення ємностей конденсаторів С9 і С10 лежать у межах 10…100 мкФ для запобігання спаду рівня низькочастотних складових. Номінальне напруга цих конденсаторів вибирається рівним 10 У при номінальному напрузі харчування [pic].

Опору резистора R7 та її номінальна потужність розраховуються виходячи з обраного значення напруги харчування мікросхеми і напруження харчування, заданого в ТЗ.

Ёмкость конденсатора С11 вибирається при типовий схемою включення рівної 100 мкФ, і за номінальному напрузі харчування мікросхеми конденсатор С11 вибирається з номінальним робочим напругою 15 В.

Ёмкости конденсаторів С5, С6 вибираються рівними 100 мкФ при типовий схемою включення, вони у основному визначають спад на нижніх робочих частотах АЧХ підсилювача, тих значень спад АЧХ підсилювачів на частоті [pic] становить 1 дБ, в такий спосіб обираючи ёмкость конденсаторів С5, С6 як й у типовий схемою ми знижуємо нижню робочу частоту підсилювача 20 гц по рівню -1 дБ.

Отже необхідно справити лише розрахунок ланцюгів, котрі задають АЧХ підсилювача, розрахунок ємностей конденсаторів С1, С2 і розрахунок опору резистора R7 в фільтрі питания.

Т.к. посилення УВ потрібно досить велику, тобто. зрівнянний усе своєю чергою з одночасним посиленням мікросхеми без ООС, необхідно перевірити відхилення АЧХ нашого підсилювача від стандартної, коли він вважається, що підсилювач без ООС має нескінченно неабияке посилення. При відхиленні АЧХ розрахованого підсилювача від стандартної особливо у нижніх частотах понад 3 дБ, потрібно буде зробити корекцію опорів R5, R6 убік збільшення здобуття права підняти посилення на нижніх робочих частотах і наблизити форму АЧХ нашого підсилювача до стандартной.

З усіх перелічених вище міркувань вибираємо принципову схему УВ, показану на рис. 2.

4. РОЗРАХУНОК ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМЫ

ПІДСИЛЮВАЧА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Рис. 2. Електрична принципова схема підсилювача воспроизведения

Розрахунок вестимемо для лівого каналу та результати розрахунку поширимо на правий канал.

Стандартна АЧХ УВ (при нескінченно великому посиленні мікросхеми без ООС) розраховується за формуле:

[pic] (4. 1).

У цьому мало виконуватися умова R1

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой