ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования «Чувашский государственный  университет имени И. Н. Ульянова»

Факультет радиотехники и электроники 

Кафедра РРС 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине:

«Аудиотехника»

на тему: «РАЗРАБОТКА ПОЛНОГО УСИЛИТЕЛЯ  МОЩНОСТИ» 

КР 200700.18.ПЗ 
 
 
 

 
 
 

Чебоксары 2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Чувашский государственный университет имени  И. Н. Ульянова

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра РРС

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине:

«Аудиотехника»

         Студент     Светлов М.В     Группа     РТЭ 41-03     . 

Тема: Разработка усилителя мощности звуковой частоты 

      Разработать полный усилитель мощности на основе типовых узлов, выбираемых произвольно, и индивидуально заданных схем усилителей мощности с усилителями-корректорами АЧХ (усилитель монофонический). Конкретные параметры усилителей задаются индивидуально.

      Разработать печатную плату одного из узлов усилителя.

      Рассчитать  источник питания.

      Рассчитать  радиаторы для выходных транзисторов.

      Рассчитать  и построить АЧХ усилителя-корректора.

      Графический материал - 2-3 листа А1: электрическая принципиальная схема усилителя полностью, печатная плата, АЧХ, блок-схема усилителя. 

В состав усилителя входят: усилитель мощности, регуляторы громкости и тембра, входной  коммутатор на 5 входов, микрофонный  усилитель, нормирующий усилитель, индикатор выходной мощности, источник питания,  усилитель-корректор АЧХ, электрически не связанный с прочими узлами

      Радиаторы выбираются на основе проведенного теплового  расчета выходных транзисторов с  учетом заданного допустимого перегрева  транзисторов.

    Усилители мощности допустимо питать от нестабилизированных схем с максимальной амплитудой пульсаций не более 5% от Unnr, маломощные цепи запитаны от дополнительных обмоток трансформатора через ИМС стабилизаторов напряжения. 

 

Задание выдано «    »     сентября     2007г.

Подпись руководителя                    Подпись студента_____________    

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

ГЛАВА 1 МИКРОФОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 

     Микрофонный усилитель предназначен для усиления слабых сигналов микрофона и его согласования с последующими каскадами. Коэффициент усиления этого ФУ выбирают таким, чтобы номинальный уровень сигнала на выходе был в пределах 200…400 мВ. При необходимости в микрофонный усилитель вводят частотную коррекцию, чтобы компенсировать неравномерность АЧХ используемого микрофона.

     Особенностями микрофонного усилителя являются работа при малых уровнях входного сигнала (номинальная ЭДС, развиваемая разными  типами микрофонов, составляет 0,1…0,8 мВ) и совместная работа с источником     сигнала,    имеющим     низкое     внутреннее сопротивление (500 … 2000 Ом) которое остается постоянным в широком диапазоне рабочих частот. Основные сложности при разработке этого узла связаны с достижением низкого уровня собственных шумов и минимальных нелинейных искажений. Формирование необходимой АЧХ особых трудностей не представляет.

     Собственные (внутренние) шумы применяемых в  высококачественной звукотехнике электростатических (конденсаторных) и электродинамических (ленточных) микрофонов незначительны. Так шумы электродинамических микрофонов очень малы и, как правило, не нормируются. Конденсаторные микрофоны имеют сравнительно более высокий уровень шумов, обычно указываемый в паспорте микрофона. Но даже у них уровень собственных шумов не превышает нескольких микровольт. Поэтому важно, чтобы собственные шумы   микрофонного усилителя были малы.

     Как известно, чтобы достичь малого уровня шумов на выходе усилителя, необходимо уменьшать собственные шумы первого каскада и увеличивать полезный сигнал на его входе. Поскольку шумовые свойства усилительного каскада зависят от внутреннего сопротивления источников сигнала, при выборе режима работы транзистора в первом каскаде микрофонного усилителя необходимо учитывать внутреннее сопротивление микрофона.

     По  рекомендации Международной электротехнической комиссии номинальное входное сопротивление микрофонного усилителя, обеспечивающее наилучшее отношение сигнал-шум на его выходе, равно утроенному сопротивлению микрофона. В описанной далее конструкции входное сопротивление усилителя равно 3,3 кОм, что является компромиссным решением для различных типов применяемых микрофонов.

     Номинальный диапазон частот микрофонного усилителя  с учетом АЧХ используемого микрофона должен быть не хуже 20 Гц 20 кГц при неравномерности ±2 дБ. Невзвешенное значение отношения сигнал-шум достаточно иметь примерно равным 60 дБ. Запас по перегрузочной способности (относительно номинальной чувствительности) не следует делать менее 30 дБ.  

     Коэффициент гармоник в полосе частот не должен превышать 0,1…0,2%.

     Автоматическая  регулировка усиления, значительно сужающая динамический диапазон и используемая, как правило, в специальных усилителях (для усиления речи и т. п.) в рассматриваемом далее микрофонном усилителе не применяется.

     Микрофонные усилители имеют следующие параметры:

     максимальное  входное напряжение [мВ] - наибольшее    действующее значение синусоидального    входного    сигнала    на    частоте 1   кГц, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5%;

     максимальное  выходное напряжение [В] - наибольшее действующее значение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5 %;

     перегрузочная способность [дБ] - отношение максимального входного напряжения к номинальному входному;

     

     коэффициент гармоник [%] - наибольшее значение коэффициента нелинейных искажений выходного сигнала, измеряемого в полосе частот 20…20 000 Гц при номинальном выходном напряжении;

     отношение сигнал-шум (невзвешенное) [дБ] - отношение действующего значения номинального напряжения выходного синусоидального сигнала к действующему значению напряжения шума на выходе усилителя (измеряется без взвешивающих фильтров);

     номинальный диапазон [Гц] - диапазон частот, внутри которого нормированная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ.

     Высококачественный  микрофонный усилитель

     Использование схемотехники операционных усилителей при выполнении микрофонного усилителя на дискретных элементах позволяет улучшить его параметры и достичь следующих основных технических характеристик: 

 
 
 
 
 

     Принципиальная  схема высококачественного усилителя  на рисунке 1  

     

     Рис. 1 Микрофонный усилитель.

     

     

     Входной каскад выполнен по схеме дифференциального усилителя на транзисторах VT2, VT4. Чтобы получить минимальный уровень шума коллекторный ток транзисторов VT2, VT4 установлен примерно равным 100 мкА. Источник тока на транзисторе VT3 улучшает подавление фона и пульсаций источника питания и определяет оптимальный режим работы транзисторов VT2 VT4. Динамическая нагрузка на транзисторе VT1 обеспечивает максимальное усиление входного каскада. Согласующий каскад на транзисторе VT5 предотвращает пегрегрузку входного каскада. Выходной каскад на транзисторе VT6 работает  в режиме  А.

     Для того чтобы усиление было максимальным и улучшить линейность АЧХ в качестве нагрузки выходного каскада, используется источник тока на транзисторе VT7. Весь усилитель охвачен частотно-независимой в рабочем диапазоне частот ООС на элементах R12, С7, R14. Соотношение сопротивлении резисторов R14, R12 определяет коэффициент усиления микрофонного усилителя. 
 
 
 
 
 
 
 

    ГЛАВА 2 УСИЛИТЕЛЬ КОРРЕКТОР 

    Данный  нормирующий усилитель обладает АЧХ, сформированной в соответствии с ГОСТ 7893—72 и стандартом RIAA—78. При использовании в частотозадающих цепях элементов с допуском на номиналы не более ±5 % отклонение от АЧХ. предусмотренной RIAA—78, не превышает 1 дБ.

    Предусилитель-корректор  выполнен на микросхеме К548УН1А (в скобках указаны номера выводов интегрального усилителя другого канала) и отличается от него только целями коррекции. В корректоре использованы постоянные резисторы МЛТ-0,125 и подстроенный резистор СПЗ-9а. конденсаторы К50-6 (С2. С6), КМ-б (Cl. C4) и КМ 5 (остальные). Несколько слов о термостабильности применяемых элементов (в первую очередь это относится к конденсаторам). Испытания показали, что при использовании конденсаторов группы H90 с повышением температуры от -20 до +40 С^o (получасовой нагрев в сушильном шкафу) коэффициент усиления предусилителя- корректора на частоте I кГц увеличился на 0,5 дБ, а отклонение его АЧХ от исходной в диапазоне звуковых частот не превысило 1.5 дБ. Это позволило сделать вывод, что для работы в данном устройстве подойдут любые конденсаторы с ненормируемым ТКМ вплоть до группы H90 (отклонение АЧХ при изменении температуры в этом случае увеличится до 2...3 дБ). Питается он от выпрямители через простейший параметрический стабилизатор, обеспечивающий выходное напряженно 24 В. Налаживание корректора сводится к проверке напряжения на выводах 7 (8) микросхемы DAI.

      
 
 

    

      
 
 
 
 
 
 
 

    Рис 2. 

    Расчет  АЧХ усилителя-корректора. 

    Существует  четыре основные частоты среза АЧХ  усилителя-корректора, каждая из которых  формируется своей RC-цепью.  
 

    Для данной схемы это будут элементы: 

    t₁=R3C2=150Ом*50мкФ=7500мкс

    t₂=R11C7=68кОм*47нФ=3196мкс