Усилители низких частот - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника контрольная работа

Основные характеристики и параметры разрабатываемого усилителя напряжения низких частот. Обзор существующих устройств аналогичного назначения. Выбор и обоснование функциональной схемы. Расчет входного каскада. Оценка метрологических характеристик.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Выбор и обоснование функциональной электрической схемы устройства
1.1 Основные характеристики и параметры разрабатываемого устройства
В соответствии с техническим заданием в данном курсовом проекте необходимо разработать усилитель напряжения низких частот, основные характеристики и параметры которого приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Основные характеристики и параметры разрабатываемого усилителя напряжения низких частот
Амплитуда выходного напряжения, U н
Частотные искажения на низкой и высокой рабочих частотах, М н
Частотные искажения на низкой и высокой рабочих частотах, М в
Амплитуда входного напряжения, U вх
Сопротивление источника сигнала, R н
Температурный диапазон, T min , T max .
На рисунке 1.1 приведена амплитудно-частотная характеристика разрабатываемого УНЧ.
Рисунок 1.1 - АЧХ разрабатываемого УНЧ
1.2 Обзор существующих устройств аналогичного назначения
а) Усилитель напряжений нижних частот KIT NM2044
Принципиальная электрическая схема усилителя напряжений нижних частот KIT NM2044 приведена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Принципиальная электрическая схема усилителя напряжений нижних частот KIT NM2044
Предлагаемый набор позволит радиолюбителю собрать простой и надежный автомобильный усилитель нижних частот, обладающий минимальным коэффициентом нелинейных искажений и уровнем собственных шумов. Благодаря использованию мостовой схемы включения усилитель развивает мощность до 22 Вт на нагрузке 4 Ом в каждом из двух каналов. Устройство обладает малыми габаритами, широким диапазоном питающих напряжений и сопротивлений нагрузки. Основное назначение УНЧ - установка в автомагнитоле вместо старого усилителя для повышения ее выходной мощности. Основные технические характеристик KIT NM2044 приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Основные технические характеристик KIT NM2044
Усилитель также можно использовать для проведения мероприятий на открытом воздухе с использованием аккумуляторной батареи 12 В в качестве основного источника питания аппаратуры. [1]
б) Усилитель напряжений нижних частот NF264
Принципиальная электрическая схема усилителя напряжений нижних частот NF264 приведена на рисунке 1.3.
Стереофонический усилитель мощности имеет хорошие эксплуатационные характеристики, он надежен в работе и прост в сборке. Его можно использовать как в домашних условиях, так и в автомобиле. В комплект набора входят радиаторы.
Рисунок 1.3 - Принципиальная электрическая схема усилителя напряжений нижних частот NF264
Применение в качестве усилительных элементов интегральной микросхемы TDA2005 позволило реализовать следующие функции [2]:
- защита от бросков напряжения питания в диапазоне до 40 В.
Основные технические характеристик KIT NM2044 следующие:
- диапазон воспроизводимых частот: 40…20000 Гц;
- коэффициент нелинейных искажений: 1%;
- входная чувствительность: 300 мВ;
- размеры печатной платы: 120х47 мм. [2]
в) Усилитель напряжения звуковых частот BM2073N
Принципиальная электрическая схема усилителя звуковых частот BM2073N приведена на рисунке 1.4.
Функциональность и параметры устройства делают его доступным для использования в различных областях - начиная от построения высококлассного Hi-Fi автомобильного усилителя мощности и заканчивая стационарным усилителем для систем цифровых домашних кинотеатров класса HiEnd. Работает как двухканальный звуковой усилитель D-класса с возможностью расширения до 6-ти каналов. Усилитель поставляется как одноплатный стерео модуль с интегрированными на одной плате модулятором сигналов TAS5086 и 2-канальным оконечным усилителем TAS5162 мощностью до 2х210 Вт.
Рисунок 1.4 Принципиальная электрическая схема усилителя звуковых частот BM2073N
В усилителе реализована возможность подключения цифрового источника с широко-распространенным интерфейсом S/PDIF, например, персонального компьютера или DVD-проигрывателя [3].
1.3 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства
Поскольку проектируемый усилитель относится к низкочастотным, то для связи между отдельными каскадами используем ёмкостную связь, т.е. связь с помощью RC-цепочек. Так как определённые требования предъявлены как к входной, так и к выходной частям усилителя, то сначала решаются вопросы реализации входного и выходного каскадов, а затем проектируется часть усилителя, связывающая их.
Так как выходное напряжение усилителя не превышает 18В, то выходной каскад на транзисторах не требуется. Входной каскад усилителя напряжения низкой частоты должен иметь разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую сигнала [6].
В зависимости от количества каскадов, вносящих основной вклад в получение требуемого коэффициента усиления по напряжению, операционные усилители (ОУ) условно делят на двухкаскадные и трёхкаскадные. Предпочтение отдают первым, поскольку они имеют лучшую стабильность параметров, нормально работают при значительных изменениях напряжения питания, более экономичные. Для коррекции частотной характеристики двухкаскадные ОУ требуют введения минимального количества внешних элементов (практически необходим один конденсатор малой ёмкости). Кроме того, в них легко осуществляется регулировка уровня выходного напряжения (установка нуля), для чего обычно требуется установка только одного внешнего регулируемого резистора балансировки [7].
Для реализации схемы УНЧ целесообразно выбрать ОУ на дифференциальных каскадах. Необходим источник постоянного напряжения для питания ОУ, разделительные конденсаторы на входах ОУ, формирующие спад на нижней граничной частоте. Исходя из требуемых параметров необходимо введение ёмкостной обратной связи (ОС), обеспечивающей завал на верхней граничной частоте.
Применение отрицательной ОС обеспечивает повышение стабильности коэффициента усиления при смене активных компонентов, изменении напряжения питания и т.д.; расширение полосы пропускания усилителя; уменьшение фазового сдвига между входным и выходным напряжениями; снижение уровня нелинейных искажений и собственных помех, возникающих в той части усилителя, которая охвачена отрицательной ОС.
Согласно техническому заданию коэффициент усиления УНЧ определяется, как [8]:
где - амплитуда выходного напряжения; - амплитуда входного напряжения.
Подставляя заданные в техническом задании и в формулу (1) [8], получаем:
Исходя из этого, необходимо выбрать ОУ с коэффициентом усиления не менее 10 на верхней граничной частоте.
В качестве такого ОУ выбираем К1401УД2Б (зарубежный аналог LM324). Данная микросхема содержит четыре операционных усилителя в одном корпусе. Основные параметры этого ОУ следующие [2]:
- наименьший коэффициент усиления К=25000;
- потребляемый ток от источника питания I п =3 мА;
- температурный дрейф ТКе см =30 мкВ/К;
- средний входной ток i вх =150 нА;
- разностный входной ток ?i вх =30 нА;
- допустимые значения дифференциального и синфазного напряжений U д и U сф составляют 13 В;
- коэффициент ослабления синфазного сигнала М сф = 70 дБ;
- частота единичного усиления f 1 =1 МГц;
- максимальная скорость нарастания выходного напряжения v=0,5 В/мкс;
- наибольшая амплитуда выходного напряжения U вых =12 В;
- наименьшее сопротивление нагрузки R н =2 кОм.
Коэффициент усиления каскада на ОУ , при котором обеспечиваются заданные частотные искажения на высокой частоте, вычисляется по формуле (2) [6]:
Подставляя в формулу (2) заданное в техническом задании и значение частоты единичного усиления f 1 , указанной в технических параметрах ОУ, получаем:
Число каскадов n определяется по следующей формуле, указанной в [6].
Подставляя рассчитанные по формулам (1) и (2) значения и , соответственно, получаем:
Принимаем количество каскадов на ОУ n = 1.
Таким образом, функциональная схема разрабатываемого устройства имеет следующий вид, приведенный на рисунке 1.4:
Разработанная принципиальная электрическая схема усилителя напряжения низких частот приведена в Приложении А.
Для получения рассчитанных коэффициентов усиления необходимо использовать резисторы ОС и входные резисторы [8].
2. Разработка принципиальной электрической схемы устройства
2.1 Описание и принцип работы устройства
Принципиальная электрическая схема разрабатываемого УНЧ представлена в Приложении Б 2001062.К13.106.00.00 Э3.
Входной сигнал поступает через разъем Х1 на каскад усиления, построенный на операционном усилителе DA1 и резисторах R1 и R2. Здесь происходит усиление сигнала в 10 раз. Конденсатор С2 задает верхнюю частоту среза. Конденсатор С3 задает нижнюю частоту среза.
Усиленный сигнал в заданном диапазоне частот поступает на разъем Х2.
2.2 Выбор элементов и расчет параметров электрической схемы устройства
Для нормальной работы схемы необходимо выполнение условия R вх >>R г , где R г - заданное в техническом задании сопротивление источника сигнала. Учитывая, что R г =100кОм, задаем значения R1=10 кОм. Принимаем R1=10 кОм и выбираем его значение из ряда Е24. Определяем значение R2 из формулы (3) [6]:
Подставляя в формулу (3) полученные значения, получаем:
Стандартное значение R2 выбрано из ряда Е96 номиналом 100 кОм.
Уточним К u 1 , учитывая стандартные значения сопротивлений R1 и R2.
где k-число разделительных конденсаторов.
Стандартное значение C1=58,4 нФ выбрано из ряда Е96. Таким образом, выбираем конденсатор полистирольный К71-4 с допуском ±10% [10].
Конденсатор С2=115 пФ соответствует ряду Е96. Таким образом, выбираем конденсатор керамический однослойный с допуском ±10%.
Значение емкости конденсатора С3 вычисляем следующим образом:
где - сопротивление нагрузки, заданное в техническом задании.
Из ряда Е96 выбираем С3=14,4 мкФ [10]. Таким образом, выбираем конденсатор полистирольный К71-4 с допуском ±10%.
2.3 Оценка метрологических характеристик устройства
Необходимо на основании расчета температурной нестабильности оценить работу схемы в критических условиях. По техническому заданию - при t = +10 °C и при t = +45°C.
Относительное изменение сопротивления резистора от температуры характеризует температурный коэффициент сопротивления (ТКС) [6].
Сопротивление резистора при заданной температуре можно найти по формуле [6]:
где R - сопротивление при заданной температуре; RT - сопротивление резистора при комнатной температуре (+20 0 С); -температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (у резисторов C2-29Б ±1/ 0 С при диапазоне -60+20 0 С, ±100 1/ 0 С при диапазоне +20-+200 0 С); T - заданная температура, 0 С.
Температурный коэффициент емкости характеризует обратимые изменения емкости конденсатора с изменением температуры. Подобным образом можно найти емкость конденсатора:
где C - емкость при заданной температуре; СT - емкость конденсатора при комнатной температуре; -температурный коэффициент емкости (ТКЕ) (в нашем случае +33*10 1/ 0 С для конденсаторов К10-17-1и ±90*10 1/ 0 С для К10-17) [6]; T - заданная температура.
Рассчитаем сопротивления резисторов при t = +10 0 С:
Произведем расчет емкости конденсаторов при t=+10 0 С.
С учетом влияния ТКС и ТКЕ рассчитаем возможное изменение коэффициентов усиления, обусловленное изменением температуры. Получаем:
Проведем расчет сопротивлений резисторов при t = +45 0 С:
Рассчитаем емкости конденсаторов при t= +45 0 С:
Проведенные расчеты показали, что температурные погрешности коэффициента усиления не превышают 1%.
Погрешность коэффициента усиления, обусловленная разбросом параметров выбранного типа резисторов
Т.к. для резисторов R1 и R2 выбран тип С2-29Б - 0,125-10 кОм 5% и С2-29Б - 0,125-100 кОм5% соответственно, то рассчитаем отклонение сопротивления резисторов, которые обеспечивают необходимый коэффициент усиления:
3. Моделирование работы устройства
3.1 Достоинства и недостатки моделирования MicroCAP
Схема усилителя моделировалась при помощи САПР Micro-Cap 9.
Семейство программ схемотехнического анализа Micro-Cap (разработчик Spectrum Software) пользуется достаточно большой популярностью. Это связано с тем, что эти программы традиционно имеют удобный, дружественный интерфейс и достаточно скромные требования к программно-аппаратным средствам компьютера. Но при этом предоставляемые возможности достаточно велики. Micro-Cap позволяет анализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства. Возможно также и смешанное моделирования аналого-цифровых электронных устройств. Опытные пользователи пакета могут также в нестандартной ситуации создавать собственные макромодели, облегчающие имитационное моделирование без потери существенной информации о поведении системы.
Программа схемотехнического моделирования (симулятор) Micro-Cap может представлять интерес для широкого круга людей, занимающихся или изучающих электронику. Существенным недостатком MicroCap можно считать отсутствие встроенных средств трассировки печатных плат, поскольку для этих целей придется использовать программы сторонних производителей.
3.2 Описание модельного эксперимента, его результаты и анализ
В нашем случае использовался анализ частотных характеристик схемы.
На рисунках 3.1 - 3.4 представлены этапы моделирования разработанного УНЧ.
Рисунок 3.1 - Создание проекта в MicroCAP
Рисунок 3.2 - Запуск окна для анализа АЧХ
Рисунок 3.3 - Установка настроек для анализа и вывода АЧХ УНЧ
Рисунок 3.4 - АЧХ разработанного УНЧ
Допустимые погрешности рассчитываются следующим способом:
1) Погрешность коэффициента усиления
где -относительная погрешность коэффициента усиления, %; - абсолютная погрешность коэффициента усиления; - коэффициент усиления, полученный при моделировании; - заданное значение коэффициента усиления.
Погрешность коэффициента усиления, выраженного в децибелах, определяется, как:
2) Погрешность нижней частоты среза
где - относительная погрешность нижней частоты среза, %; - абсолютная погрешность нижней частоты среза, Гц; - нижняя частота среза, полученная при моделировании; - заданное значение нижней частоты среза.
3) Погрешность верхней частоты среза
где - относительная погрешность верхней частоты среза, %; - абсолютная погрешность верхней частоты среза, кГц; - верхняя частота среза, полученная при моделировании; - заданное значение верхней частоты среза, кГц.
Экспериментальные исследования показали, что погрешности коэффициента усиления, нижней и верхней частот среза не превышают 1%.
усилитель напряжение каскад метрологический
1 http://www.micel.ru/one.php? id=763317
2 http://www.allcomponents.ru/html/kit/nf264.html
3 http://elcotel.ru/index.php? tmpl=main&page=news&id=350
6 Ланкин М.В. Методические указания к курсовому проекту по микроэлектронике / Новочерк. гос. тех. Ун-т. Новочеркасск, НГТУ, 1998, 17 с.
10 Горячева Г.А., Добромыслов Е.Р. Конденсаторы: Справочник. М.: Радио и связь, 1984, С. 482.
Характеристики и параметры разрабатываемого усилителя низких частот. Обзор и анализ устройств аналогичного назначения. Разработка функциональной схемы. Расчет входного, промежуточного, выходного каскада, погрешностей. Схемотехническое моделирование. курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.06.2013
Выбор варианта построения структурной схемы и его техническое обоснование. Описание принципиальной схемы усилителя низких частот. Расчет выходного и дифференциального, предоконечного каскада. Принципы моделирования в программной среде CircuitMake. контрольная работа [1,0 M], добавлен 31.01.2016
Основные понятия и определения важнейших компонентов усилителя. Проектирование и расчет усилителя низкой частоты (УНЧ) с заданными параметрами. Выбор и обоснование принципиальной электрической схемы выходного каскада, изучение его основных свойств. курсовая работа [864,0 K], добавлен 13.01.2014
Изучение предназначения усилителя звуковых частот, усилителя низких частот или усилителя мощности звуковой частоты - прибора для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 6 до 20000 Гц). реферат [4,6 M], добавлен 27.10.2010
Состав и анализ принципа работы схемы усилителя низких частот, ее основные элементы и внутренние взаимодействия. Расчет параметров транзисторов. Определение коэффициента усиления в программе Electronic Work Bench 5.12, входного и выходного сопротивлений. курсовая работа [748,3 K], добавлен 20.06.2012
Описание блок–схемы транзисторного двухкаскадного усилителя мощности низких частот. Вычисление мощности, потребляемой цепью коллектора транзистора от источника питания. Расчёт выходного и предварительного каскадов усилителя, фильтра нижних частот. контрольная работа [323,8 K], добавлен 18.06.2015
Основные параметры и характеристики рассматриваемых устройств. Обоснование принципиальной электрической схемы. Выбор номинальных значений, наиболее близких к вычисленным значениям. Расчет операционного усилителя. Перечень элементов схемы устройства. курсовая работа [940,3 K], добавлен 08.12.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Усилители низких частот контрольная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Dodge Neon Essay Research Paper Since its
Эссе Царствование Николая 2
Дипломная работа по теме Разработка программного обеспечения для складского учета
Комментарий От Фипи К Направлениям Итогового Сочинения
Реферат: Кресты 2
Темперамент Психология Реферат
Курсовая По Менеджменту На Примере Организации
Сочинение На Тему Представлений
Реферат: ЮФО экономико-географическая характеристика хозяйственного комплекса
Курсовая работа по теме База данных автобусного парка
Контрольная работа по теме Документоведение управленческой деятельности
Курсовая работа по теме Технология ремонта тягового трансформатора ОДЦЭ-5000
Гдз Контрольные Работы 11 Класс Гинзбург
Реферат: Rear Window And Gentlemen Prefer Blondes Blondes
Реферат по теме Математические предложения и методика их изучения
Доклад: Конец денежного изобилия
Реферат: Ocean Pollution Essay Research Paper IntroductionIf humans
Реферат: Основні види правової відповідальності за якість продукції в CРСР
Контрольная работа: Аккредитивная форма расчетов
Реферат: Документационное обеспечение деятельности предприятия 2
Коммуникационное сопровождение деятельности студенческих организаций - Журналистика, издательское дело и СМИ курсовая работа
Разработка микропроцессорного устройства контроля сетевого напряжения - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника диссертация
Материальные блага - Государство и право курсовая работа