.

Расчет усилителя воспроизведения

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
2 727
Скачать документ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра РПрУ и ТВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

«Расчёт усилителя воспроизведения для магнитофона»

Выполнил

студент группы Р-17 Семёнов И.В.

Проверил

ст.преподаватель кафедры РПрУ и ТВ Снежкова Л.А.

Таганрог 2000

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать усилитель воспроизведения для магнитофона со стандартной
зависимостью коэффициента усиления от частоты со следующими параметрами:

;

.

.

.

.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………….5

1. Краткий обзор теоретических основ звукозаписи………………..6

2. Анализ ТЗ……………………………..…………………………….9

3. Выбор элементной базы………..…………………………………10

4. Расчёт принципиальной схемы УВ………………………………14

Заключение………………………………………………………………21

Список литературы…………………………………………………..…22

Приложения…………………………………………………………..…23

ВВЕДЕНИЕ

Усилители воспроизведения предназначены для усиления сигналов,
поступающих от воспроизводящей или универсальной головки, и частотной
коррекции. Особенности УВ следующие:

работа при слабых сигналах на входе (ЭДС, развиваемая воспроизводящей
головкой, не превышает нескольких милливольт для катушечныхных
магнитофонов и нескольких сотен микровольт для кассетных, например,
самое большое значение развиваемой ЭДС лучшей отечественной головкой
воспроизведения для кассетных магнитофонов 3Д24.80 на частоте 1 кГц при
номинальном магнитном потоке, проходящим через её сердечник, равным
110…190 мГн, равно 350 мкВ);

2) внутреннее сопротивление источника сигнала (магнитной головки)
зависит от частоты и изменяется в широких пределах;

3) неравномерность АЧХ, необходимая для частотной коррекции сигналов,
может достигать 25…35 дБ.

Основные трудности, встречающиеся при разработке усилителя
воспроизведения, заключаются в достижении низкого уровня собственных
шумов и минимального уровня нелинейных искажений. Получение необходимой
АЧХ особых трудностей не представляет.

В настоящее время разработан большой класс микросхем для усилителей
воспроизведения магнитофонов, в которых учитываются все
вышеперечисленные особенности построения усилителей воспроизведения для
магнитофонов, они практически не уступают по шумовым параметрам УВ,
построенным на лучших по шумовым параметрам дискретных элементах,
поэтому для миниатюризации УВ желательно использование таких микросхем,
при этом также возрастает надёжность УВ и он меньше подвержен влияниям
различных наводок и помех.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЗВУКОЗАПИСИ

Входным сигналом усилителя воспроизведения является ЭДС воспроизводящей
головки, величина которой на нижних частотах не превышает 100…150 мкВ и
растёт с увеличением частоты. Это требует от усилителя большого
коэффициента усиления, чтобы обеспечить необходимый динамический
диапазон. Как известно, динамический диапазон ограничивается снизу
шумами. Источниками шума являются магнитная лента, магнитная головка и
собственно усилитель воспроизведения. Шумы усилителя воспроизведения
преобладают над шумами, создаваемыми головкой и лентой. Отсюда первое
требование к усилителям подобного рода – низкий уровень собственных
шумов, обеспечивающий наибольшее отношение сигнал/шум. Удовлетворение
этого требования зависит как от схемных решений каскадов электрической
схемы, так и от рационального их исполнения.

Наиболее ответственным узлом усилителя является первый каскад, так как
именно к нему предъявляются жёсткие требования по обеспечению
необходимого превышения сигнала над собственными шумами. Даже
незначительные шум или помеха, возникающие в первом каскаде и усиленные
остальными каскадами, способны значительно уменьшить отношение
сигнал/шум на выходе усилителя воспроизведения.

Высокочастотные шумы ощущаются на слух как шипение в акустических
системах или наушниках, оказывающее раздражающее действие на слушателя.
Поэтому в относительном уровне суммарных помех усилителя воспроизведения
доля высокочастотных помех должна быть на 20…30 дБ меньше остальных.

Второе требование к усилителям воспроизведения – малые нелинейные
искажения, возникающие при усилении. Величина их должна быть по
возможности меньшей.

На качество воспроизведения магнитной записи кроме нелинейных
(гармонических) искажений и шумов существенное влияние оказывают
частотные искажения. Форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)
усилителя должна быть строго определённой.

, 3…4 дБ при скорости ленты 9.53 см/с и 2 дБ при скорости 19.05 см/с
для современных головок воспроизведения. Частотные потери возникают
вследствие уменьшения эффективной магнитной проницаемости сердечника
головки на высших частотах.

Подъём АЧХ головок в области низших частот обусловлен тем, что для
улучшения отношения сигнал/шум запись на этих частотах выполнена с
большим, чем на средних частотах, уровнем. При воспроизведении подъём
компенсируют завалом низших частот. В результате уровень шумов на этих
частотах снижается на 6…12 дБ.

Чтобы получить горизонтальную АЧХ тракта воспроизведения, АЧХ УВ должна
быть обратной относительно АЧХ головки, т.е. в области средних частот
АЧХ должна иметь спад в сторону высших частот с крутизной 6 дБ/окт. В
области высших частот начиная с некоторой частоты АЧХ должна быть близка
к горизонтальной.

Коррекция частотной характеристики усилителя воспроизведения
осуществляется RC- и LRC-цепями, включаемыми как в цепь сигнала, так и в
цепь отрицательной обратной связи. Чаще коррекцию производят в
промежуточных каскадах и лишь иногда на входе усилителя.

Практически всегда необходимая коррекция АЧХ УВ в области средних частот
достигается при помощи последовательной цепи из резистора и
конденсатора, включаемой параллельно нагрузке корректирующего каскада
или в цепь ООС.

такой цепи зависит от параметров магнитной головки и магнитной ленты.

и определяющей АЧХ в области низших рабочих частот.

. Эти постоянные времени в идеальном случае и должны определять АЧХ
усилителя воспроизведения, если не учитывать влияние на АЧХ УВ
индуктивности ГВ. Это влияние пренебрежимо мало, если входное
сопротивление УВ значительно больше полного сопротивления головки на
наивысшей рабочей частоте (в принципе это условие легко достижимо).

Также для коррекции АЧХ УВ на высших рабочих частотах применяют
включение конденсатора определённой ёмкости параллельно ГВ. Это
включение образует параллельный колебательный контур, поднимающий АЧХ УВ
в области высших частот. Контур выбором корректирующего конденсатора
настраивают на частоту 16…18 кГц и подбором сопротивления, параллельно
включенного этому контуру, получают необходимую форму АЧХ в области
высших частот.

В настоящее время последовательная и параллельная цепи, указанные выше
включают только в цепь обратной связи усилителя с большим коэффициентом
усиления, т.к. при этом АЧХ УВ будет определяться только параметрами
этой цепи и характеристики такого УВ имеют лучшие показатели чем УВ в
котором последовательная цепь включена параллельно нагрузке, а
параллельная перед нагрузкой последовательно с ней. Наилучшие шумовые
параметры при наименьшем уровне нелинейных и частотных искажений
достигаются при включении вышеуказанных цепей в цепь обратной связи с
выхода всего усилителя на первый малошумящий каскад, при этом с ростом
частоты, его входное сопротивление сильно увеличивается, что важно для
высокоомных ГВ.

2. АНАЛИЗ ТЗ

. Это условие уже говорит и том, что сигнал на входе усилителя будет
очень небольшой величины, поэтому необходимо разработать усилитель с
малым уровнем собственных шумов

. Примем что частотный диапазон равен 31,5…16000Гц , т.к. для кассетных
магнитофонов он наиболее распространённый.

При использовании современных высокочастотных транзисторов, ОУ или
усилителей в виде ИМС, для самого усилителя нетрудно обеспечить
указанную в ТЗ полосу рабочих частот, в основном рабочая полоса тракта
ГВ-УВ определяется только характеристиками ГВ. Для головки 3Д24.80 при
использовании ленты с магнитным слоем на основе оксида железа рабочий
диапазон частот составляет значение 40…12500 Гц, при использовании ленты
с рабочим слоем на основе оксида хрома – 31.5…16000 Гц и при
использовании «металлических» лент – 31.5…18000 Гц.

Для расчёта коррекции на высших рабочих частотах необходимо знать
значение индуктивности используемой головки, для головки 3Д24.80
индуктивность составляет значение 110…190 мГн.

Как указывалось во введении существуют специальные микросхемы для УВ
магнитофонов, содержащие в себе усилитель переменного тока с большим
коэффициентом усиления и малым уровнем собственных шумов, таким образом
для уменьшения габаритных размеров УВ мы применим одну из таких
микросхем для УВ.

3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ УВ

Как указывалось при анализе технического задания в качестве УВ
желательно выбрать интегральный малошумящий усилитель переменного тока с
большим входным сопротивлением для уменьшения влияния индуктивности ГВ
на АЧХ усилителя и желательно с большим коэффициентом усиления, для
того, чтобы АЧХ УВ, построенного на этой микросхеме зависела только от
параметров цепи отрицательной обратной связи (при этом легко обеспечить
стандартный вид АЧХ УВ).

Наилучшими шумовыми параметрами из отечественных интегральных усилителей
переменного тока, предназначенных для использования в УВ кассетных
магнитофонов, обладает усилитель в виде ИМС К157УЛ1А.

Это двухканальный усилитель воспроизведения для стереофонических
магнитофонов с низким уровнем шумов. Напряжение шумов, приведённое ко
входу усилителя воспроизведения кассетного магнитофона, в полосе частот
20…20000 Гц, может быть получено не более 0.5 мкВ, Функциональная схема
усилителя и схема её включения приведены на рис. 1.

Уменьшение собственных шумов микросхемы достигнуто применением режима
микротоков во входном и оконечном усилителях и большими коэффициентами
усиления.

На выходе усилителя – эмиттерный повторитель с динамической нагрузкой,
что позволяет обеспечить хорошее согласование микросхемы с последующими
каскадами магнитофона. Кроме того, усилитель на выходе имеет защиту от
короткого замыкания.

АЧХ усилителя задаётся внешней цепью ООС по току, включаемой между
выходом усилителя и эмиттера первого транзистора. Как указывалось выше,
такое построение УВ даёт наилучшие характеристики УВ: во-первых
усилитель имеет наилучшие шумовые параметры, во-вторых он имеет
минимальный коэффициент нелинейных искажений, в третьих его АЧХ зависит
только от параметров цепи обратной связи (при большом усилении усилителя
без ООС как и в нашем случае), так что легко реализовать стандартный вид
АЧХ для нашего случая, и в четвёртых входное сопротивление такого
усилителя повышается с ростом частоты, поэтому минимизируется влияние
индуктивности ГВ на АЧХ тракта ГВ-УВ.

при работе с головкой 3Д24.80.

Основные электрические параметры микросхемы К157УЛ1А

Номинальное напряжение питания
12 В

Коэффициент усиления по напряжению в полосе частот 20…20000 Гц

без ООС, не менее
8000…13000

Потребляемый ток (по двум каналам), не более
6 мА

Входное сопротивление, не менее
60 кОм

, не более 0.2%

Переходное затухание, не менее
-70 дБ

Напряжение шумов, приведённое ко входу, в полосе частот 20 Гц…20 кГц

,

, не более
0.3 мкВ

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Диапазон питающих напряжений
8.1…20 В

Входной ток, не более
1 мА

Выходной ток, не более
5 мА

Рассеиваемая мощность, не более
250 мВт

Описание типовой схемы включения

.

Рис. 1. Функциональная и типовая схемы включения микросхемы К157УЛ1А:

1 – входной каскад; 2 – каскад основного усиления; 3 – выходной каскад;

4 – стабилизатор режима первого каскада.

Электролитические конденсаторы С3, С4 выбираются ёмкостью 20 мкФ при
типовой схеме включения микросхемы и рассчитаны на номинальное
напряжение 6 В.

.

Сопротивления резистора R7 и его номинальная мощность рассчитываются
исходя из выбранного значения напряжения питания микросхемы и напряжения
питания, заданного в ТЗ.

Ёмкость конденсатора С11 выбирается при типовой схеме включения равной
100 мкФ, и при номинальном напряжении питания микросхемы конденсатор С11
выбирается с номинальным рабочим напряжением 15 В.

составляет 1 дБ, таким образом выбирая ёмкость конденсаторов С5, С6
как и в типовой схеме мы снижаем нижнюю рабочую частоту усилителя 20 Гц
по уровню –1 дБ.

Таким образом необходимо произвести лишь расчёт цепей, задающих АЧХ
усилителя, расчёт емкостей конденсаторов С1, С2 и расчёт сопротивления
резистора R7 в фильтре питания.

Т.к. усиление УВ требуется довольно большое, т.е. сравнимое по порядку с
усилением микросхемы без ООС, то необходимо проверить отклонение АЧХ
нашего усилителя от стандартной, при которой считается, что усилитель
без ООС имеет бесконечно большое усиление. При отклонении АЧХ
рассчитанного усилителя от стандартной особенно на нижних частотах более
чем на 3 дБ, необходимо будет произвести коррекцию сопротивлений R5, R6
в сторону увеличения для того, чтобы поднять усиление на нижних рабочих
частотах и приблизить форму АЧХ нашего усилителя к стандартной.

Исходя из всех вышеперечисленных рассуждений выбираем принципиальную
схему УВ, показанную на рис. 2.

4. РАСЧЁТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

УСИЛИТЕЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Рис. 2. Электрическая принципиальная схема усилителя воспроизведения

Расчёт будем вести для левого канала и результаты расчёта распространим
на правый канал.

Стандартная АЧХ УВ (при бесконечно большом усилении микросхемы без ООС)
рассчитывается по формуле:

(4.1).

При этом должно выполняться условие R1<<R3, что при большом усилении,
как в нашем случае, всегда выполняется.

, поэтому реальная АЧХ усилителя будет рассчитываться по формуле:

(4.2).

Таким образом при расчёте необходимо подобрать такие номиналы резисторов
R3, R5 и конденсатора С7, чтобы расхождения между требуемой и
получаемой АЧХ были минимальными.

, то необходимое усиление на этой частоте УВ составит значение

.

. Определим необходимый коэффициент передачи цепи отрицательной
обратной связи по напряжению исходя из формулы

, рассчитаем необходимый коэффициент передачи цепи отрицательной
обратной связи по напряжению

.

Тогда, учитывая пренебрежимо малое влияние резистора R5 на частоте

1 кГц и вышеуказанное условие R1<<R3, легко рассчитать сопротивление
резистора R3 исходя из формулы для коэффициента ООС

. (4.3)

.

.

Т.к. сопротивление резистора R1 выбрано, то рассчитываем сопротивление
резистора R3

.

.

.

.

.

.

.

Рассчитаем сопротивление резистора R7

.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R7

.

.

.

.

.

Теперь по формулам (4.1) и (4.2) рассчитаем и построим АЧХ нашего УВ и
стандартную АЧХ, также строим нормированную по стандартной АЧХ
зависимость их разности от частоты.

Рассчитаем ёмкость конденсатора С1, исходя из настройки контура
ГВ-конденсатор С1 на частоту 16 кГц.

.

Тогда ёмкость конденсатора С1 будет равна

.

На этом расчёт УВ можно считать законченным.

отклонение не превышает 10 дБ и резко уменьшается в сторону увеличения
частот, т.е. отклонения реальной АЧХ от стандартной меньше 2дБ по
напряжению, поэтому рассчитанный усилитель можно признать
удовлетворяющим ТЗ.

Рис. 3

Рис. 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был рассчитан УВ для кассетного магнитофона.
Основной особенностью этого УВ являлась необходимость большого усиления,
особенно на нижних рабочих частотах ИМС, что и было достигнуто на
микросхеме К157УЛ1А. При разработке УВ мы руководствовались
необходимостью уменьшения габаритов УВ для уменьшения уровня наводок на
УВ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Даниленко Б.П., Манкевич И.И. Отечественные и зарубежные магнитофоны:
схемы, ремонт. – Мн.: Беларусь, 1994. 617 с.: ил.

Галкин В.И. и др. Полупроводниковые приборы: Справочник 2-е изд.
перераб. и доп. Минск: Беларусь. 1987. 283 с.

Гершунский Б.С. Справочник по расчёту электронных схем. Киев: В. шк.,
1983. 240 с.

Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учеб. пособие для ВУЗов. 2-е изд.
переб. и доп. М: Связь, 1977. 360 с.

Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учебн. пособие для
радиотехнических специальностей техникумов. Киев: Изд-во. ун-та., 1968.
250 с.

Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые
приёмно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. Киев: Наукова
Думка, 1985, 671 с.: ил.

PAGE 3

PAGE 12

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019