Расчет регулятора тембра

2.2 Расчет регулятора тембра

В ряде усилительных устройств необходимо регулировать АЧХ в определенных областях частот. Осуществляемая с помощью регуляторов тембра, она позволяет существенно приблизить тембр звучания к естественному. Для регулировки АЧХ используют пассивные частотно- зависимые цепи либо цепь с частотно- зависимой ООС. В этапе разработки структурной схемы, мы условились, что регулировку тембра сделаем пассивной. По техническому заданию требуется рассчитать регулятор тембра с двусторонней регулировкой в области ВЧ. Схема пассивного регулятора тембра ВЧ изображена на рис. 3

Рис. 3.

При расчете регулятора тембра необходимо учитывать влияние смежных цепей. Выбирать сопротивление регулятора следует в таких пределах, чтобы, с одной стороны регулятор тембра не нагружал предшествующую ему цепь, а с другой—последующая цепь несущественно нагружала регулятор, или, другими словами, необходимо реализовать достаточно большие значения коэффициентов включения нагрузки:

 ,

где и -минимальное входное и максимальное выходное сопротивления регулятора; -сопротивление источника сигнала (в нашем случае это входной источник сигнала усилителя), -входное сопротивление последующего каскада (каскада предварительного усиления).

Зададим обычные для практики коэффициенты нагрузок:

Выберем частоту начала спада (подъема АЧХ в области ВЧ): ,

тогда:

.

Определим коэффициент коррекции по зависимостям для ВЧ регуляторов тембра. По техническому заданию , находим: .

Сопротивление регулятора определяется приближенным соотношением:

,

по техническому заданию сопротивление источника сигнала для усилителя равно , тогда:

Постоянная времени регулятора:

 ,

обычно, x’ принимают равным 0.5 для регуляторов ВЧ:

Определим емкость регулятора:

.

Выясним какое затухание вносит регулятор тембра в полосе равномерного усиления:

.

Рассчитаем необходимое сопротивление следующего каскада по приближенной формуле:

Элементы схемы рассчитываемого регулятора определяются следующим образом:

Выберем номиналы элементов следующими:

Рассчитаем коэффициент передачи тембрблока на СЧ:

2.3 Расчет предоконечного каскада

Важным элементом схемы является предварительный усилитель. Основной задачей предварительного каскада является увеличение уровня входного сигнала усилителя Uвх до величины, необходимой для возбуждения оконечного каскада и равной U1m. Кроме того, каскад предварительного усиления должен компенсировать ослабление сигнала в регуляторе тембра, коэффициент передачи которого Крт<<1. Помимо того, мы договорились на предварительном усилителе реализовать регулировку усиления всего усилителя. Предусилитель определяет отношение сигнал- шум всей схемы, поскольку он работает с малыми сигналами. Поэтому при выборе ОУ следует обратить особое внимание на его показатели. Принципиальная схема предварительного усилителя реализованного на ОУ К157УД4А приведена на рис. 4.

Рис. 4.

В конечном счете в результате предварительного усиления должна быть обеспечена величина:

 ,

что достигается при коэффициенте усиления предварительных каскадов:

где Кu – заданный в техническом задании коэффициент усиления по напряжению разрабатываемого усилителя, а Крт – коэффициент передачи регулятора тембра.

Таким образом, необходимый коэффициент усиления предоконечного каскада:

Для выбранной микросхемы К157УД4А, при заданном техническим заданием питании 12В, коэффициент усиления по напряжению . Чтобы получить рассчитанное значение , необходимо ввести ООС с глубиной:

.

Очевидно, что коэффициент гармоник при такой глубине ООС будет меньше чем указанный в задании, так как глубина ООС оказалась значительно больше, чем необходимая (ранее рассчитанная):

Коэффициент передачи обратной связи в этом случае равен:

Расчет регулировки усиления и элементов схемы предоконечного каскада.

Выразим коэффициент усиления Кu в децибелах:

По техническому заданию требуется обеспечить регулировку усиления в рассчитываемом усилителе 30 дБ. Поэтому, минимальный коэффициент усиления усилителя равен 60-30=30 дБ. Выразим его в разах:

Итак, коэффициент передачи усилителя должен варьироваться в диапазоне

.

В выбранной схеме предоконечного каскада коэффициент передачи определяется соотношением:

При  коэффициент усиления .

Пусть

, а .

При  Коэффициент усиления.

Возьмем R4=3.3 кОм.

Резисторы R1 и R2 необходимы для подачи на неинвертирующий вход ОУ напряжения смещения, равное E/2, поскольку для питания ОУ используется несимметричный источник. Параллельное соединение этих резисторов по переменному току определяет входное сопротивление каскада. Из этапа проектирования регулировки тембра было выяснено, что входное сопротивление этого каскада должно быть не меньше 520.6 кОм. Поэтому зададим R1=R2=1.5 МОм.

Расчет разделительных конденсаторов схемы.

Оглядываясь на структурную схему проектируемого устройства (рис.1) и детализированную схему предоконечного каскада (рис.8) видно, что разделительных конденсаторов в усилителе всего четыре. Распределим заданные в техническом задании искажения на нижних частотах по долям на каждый из этих элементов в следующем порядке. Суммарные искажения составляют 2.5 дБ. На все конденсаторы кроме того, который отделяет нагрузку, отведем по 0.5 дБ, на нагрузочный же отложим 1 дБ.

Рассчитаем конденсаторы в схеме предоконечного каскада.

С1- разделительный конденсатор.

где М- доля искажений, отводимая на данный элемент. R- входное сопротивление ОУ, которое определяется параллельным соединением резисторов R1, R2. Поскольку  получаем:

Выберем С1=8.2 нФ.

Конденсатор С2 необходим для изоляции второго входа ОУ от постоянного напряжения источника питания. Выбирается он из соображений:

Выберем С1=100 мкФ.

С3- корректирующая емкость, необходимая для предотвращения самовозбуждения ОУ на верхних частотах. С4=30 пФ.

Итого, номиналы элементов схемы предоконечного каскада следующие:

Рассчитаем теперь разделительные емкости на входе и выходе.

Входной конденсатор Ср (рис.1) рассчитывается по соотношению:

Выберем Ср=0.1 мкФ.

Выходной разделительный конденсатор Ср перед нагрузкой (рис.1):

Так как на него отведено  искажений, то:

Выберем Ср=470 мкФ.

Определим зависимость смещения выходного напряжения от температуры в заданном диапазоне.

По заданию усилитель должен стабильно работать в пределах Тмин=5 ’С Тмакс=35 ‘С.

Поэтому . У выбранного операционного усилителя в предоконечном каскаде, температурный дрейф напряжения смещения составляет ..

Таким образом смещение выходного напряжения составит:

Это напряжение существенно меньше напряжения выхода, поэтому какую-либо компенсацию вводить не будем, так как это дополнительно усложнит схему.

Заключение

 

В данном курсовом проекте было разработано устройство усиления звуковых частот, удовлетворяющее техническому заданию. Данный усилитель получился достаточно простым и дешевым, что удовлетворяет серийности производства. К достоинствам этого аппарата можно отнести его компактность, и малый коэффициент гармоник. Недостатками данного усилителя является не проконтролированный уровень шумов (Еш более 2 мкВ) и довольно невысокое входное сопротивление.

Список использованных источников

 

1.  Аналоговые электронные устройства: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. Д. И. Попов. Рязань, 1992. 32 с.

2.  Регуляторы тембра: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. В. С. Осокин. Рязань, 1993. 24 с.

3.  Регуляторы усиления: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. В. С. Осокин. Рязань, 1990. 28 с.

4.  Мигулин И. Н., Чаповский И. З. Усилительные устройства на транзисторах (проектирование). Киев: Техника, 1971. 324 с.

5.  Справочная книга радиолюбителя- конструктора. Под ред. Н.И. Чичтякова М.: Радио и связь, 1990. 624 с.

6.  Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот / Н. Л. Безладнов, Б. Я. Герценштейн, В. К. Кожанов и др.; под ред. Н. Л. Безладнова. М.: Связь, 1979. 368 с.

7.  Проектирование усилительных устройств: Учеб. пособие / В. В. Ефимов, В. Н. Павлов, Ю. П. Соколов и др.; под ред. Н. В. Терпугова. М.: Высш. школа, 1982. 190 с.

8.  Интегральные микросхемы: Справочник / Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лукин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред. Б. В. Тарабрина. М.: Радио и связь, 1984. 528 с.

9.  Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К. М. Брежнева, Е. И. Гатман, Т. И. Давыдова и др.; Под ред. Б. Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. 656 с.

10.  Курс лекций по дисциплине "Схемотехника аналоговых электронных устройств" ./Попов Д.И.