Введение
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
Современный мир невозможен без искусства. Одним из видов искусства является музыка. Этот вид искусства обладает тысячелетней историей и является неотъемлемой частью жизни человека.
Музыка — искусство, средством воплощения художественных образов для которого являются звук и тишина, особым образом устроенные во времени.
Любая музыка, бесспорно хороша в живом исполнении, но это не всегда является возможным. Тогда на помощь человеку приходят его достижения в области науки и техники, а именно электронные приборы, способные записать и воспроизвести композиции. Записи хранят в виде аналоговых сигналов на носителях, например пластинках, кассетах, и в виде цифровых данных на съёмных носителях, таких как компакт-диск, флэш-носители, дискеты.
Когда дело доходит до воспроизведения, то в дело вступают устройства, способные воспроизвести записанные данные с этих носителей. Это могут быть такие устройства как патефон, он же граммофон, магнитофон, CD-чейнджер, магнитола, компьютер и так далее. Мощность звука зависит от выходной мощности устройства, воспроизводящего запись. Зачастую этой мощности бывает достаточно для того чтобы обеспечить хорошую слышимость источника звука. Когда же её недостаточно, в дело вступают усилители мощности звуковой частоты.
Усилитель звуковой частоты, усилитель низкой частоты (УНЧ, усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню −3 дБ, лучшие образцы УМЗЧ имеют диапазон от 0 Гц до 200 кГц, простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
воспроизводимых частот. Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. Д.
Усилители мощности бывают разных типов. Тип определяют усилительные элементы входящие в его состав, классы бывают: A; B; AB; C; D; G, H, D, TD (развитие класса AB).
Режим А – такой режим работы усилительного элемента (транзистора или лампы), в котором при любых допустимых мгновенных значениях входного сигнала (напряжения или тока) ток, протекающий через усилительный элемент, не прерывается. Усилительный элемент не входит в режим отсечки, не отключается от нагрузки, поэтому форма тока через нагрузку более или менее точно повторяет входной сигнал.
В режиме B усилительный элемент способен воспроизводить либо только положительные (лампы, npn-транзисторы), либо только отрицательные (pnp-транзисторы) входные сигналы. При усилении гармонических сигналов угол
проводимости равен 180° или незначительно превосходит эту величину.
Режим AB является промежуточным между режимами A и B. Ток покоя усилителя в режиме AB существенно больше, чем в режиме B, но существенно меньше, чем ток, необходимый для режима А. При усилении гармонических сигналов усилительный элемент проводит ток в течение большей части периода: одна полуволна входного сигнала (положительная или отрицательная) воспроизводится без искажений, вторая сильно искажается. Угол проводимости такого каскада существенно больше 180°, но меньше 360°.
В режиме C, также как и в режиме B, усилительный элемент воспроизводит только положительные, либо только отрицательные входные сигналы. Однако рабочая точка усилительного элемента выбрана
так, что при нулевом напряжении на входе (или при нулевом управляющем токе) усилительный элемент заперт. Ток через усилительный элемент
возникает только после перехода управляющего сигнала через ноль; если этот сигнал гармонический, то усилитель воспроизводит одну искажённую полуволну (угол проводимости меньше 180°)
Режим D – импульсный. В усилителе с таким режимом работы, роль усилительного элемента выполняют полевые транзисторы. В режиме C форма тока выходных транзисторов может принимать вид почти прямоугольных импульсов, в режиме D такая форма тока заложена по определению: транзистор либо заперт, либо полностью открыт.
Классы G, H, D, TD – это эволюция усилителей класса AB, в которых различными способами организованно питание от разных шин, в зависимости от требуемой мощности на выходе.
Перечень используемых сокращений.
УНЧ- усилитель низкой частоты
УМЗЧ- усилитель мощности звуковой частоты
УЗЧ- усилитель звуковой частоты
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
2.Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы усилителя мощности звуковой частоты
Рисунок 1 принципиальная схема усилителя мощности звуковой частоты
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
Устройство представляет собой усилитель мощности звуковой частоты, построенной на микросхеме TDA7294, и её обвязки, в виде дискретных элементов.
Входные цепочки R1C1 и R2C2 представляет собой фильтр высоких частот (ФВЧ), обрезающий частоты 90 кГц.
Далее цепочки R3C3 и R4C4 выполняют функцию фильтра низких частот – не пропускает на вход частоты ниже 7 Гц. Так же резисторы R2 и R4 задают входное сопротивление усилителя.
Резисторы R5, R11, R6, R14 создают цепь отрицательной обратной связи. Конденсатор С5 последовательно с резистором R5 и конденсатор С7 с резистором R6 создают 100%-ю ООС по постоянному току.
Конденсатор С6 шунтирует С5 на высоких частотах, а С8 шунтирует С7 так как у электролитических конденсаторов плохая способность заряжаться и разряжаться на высоких частотах.
Цепи С17R19 С18R20 увеличивают устойчивость усилителя.
Конденсаторы С13, С15, С14, С16 осуществляют так называемую вольтодобавку. Через них часть выходного напряжения поступает обратно в предоконечный каскад и складывается с напряжением питания. В результате напряжение питания внутри микросхемы оказывается выше, чем напряжение источника питания.
Резисторы R7, R13, R8,R16, конденсаторы С9, С11, C10, C12, и диоды VD1, VD2 управляют режимами Mute и StdBy при включении и выключении питания. Они обеспечивают правильную последовательность включения/выключения этих режимов.
Конденсаторы С19, С20, C21, C22, C23, C24, C25, C26 фильтруют питание. Их использование обязательно – даже с самым наилучшим источником питания сопротивления и индуктивности соединительных проводов могут повлиять на работу усилителя.
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
Резисторы R17 и R18 служат для разделения входной и выходной земли.
Микросхемы TDA7294 выполняют роль усилителя сигнала.
Все прочие элементы лишь обеспечивают правильный режим их работы.
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
3.Выбор и обоснование электрической структурной схемы усилителя мощности звуковой частоты
Основу любого усилителя составляет усилительный элемент, такой как транзистор, или лампа. Включенный в правильный режим работы, этот элемент обеспечивает усиление сигнала на выходе, сигнала поступившего на вход. В последнее время распространения получают усилители на интегральных микросхемах, поскольку обеспечивают необходимый уровень и мощность усиления при малых габаритах.
Простейшая схема усилителя будет содержать входной фильтр, цепь задающую режим работы усилительного элемента, может быть включена цепь отрицательной обратной связи, сам усилительный элемент.
На основе выбранной мной темы, я разработал структурную схему, которая состоит из следующих блоков: фильтры верхних частот R1 C1 и R2 C2; фильтры нижних частот R3 C3 и R4C4; микросхем DA1 DA2 (в составе каждой из которых коммутатор, компаратор, сборка полевых транзисторов); цепи обратной связи R5C5, R11,и R6C7, R14 и источника питания. (На схеме показан один канал, схемы левого и правого канала полностью идентичны и не отличаются друг от друга. Это свойство и обеспечивает идентичность выходных сигналов.).
| ЗКНО15.02.07.02.04.04 ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
Рисунок 2 Структурная схема усилителя мощности звуковой частоты
| ЗКНО15.02.07.02.04.04ПЗ
МТКМ 220301.00.21.11
МТКМ 220301.00.21.11 ПЗ
|
4.Выбор и обоснование электрической функциональной схемы усилителя мощности звуковой частоты
Рисунок 3 Функциональная схема усилителя мощности звуковой частоты
Разрабатываемое мной устройство можно условно разделить на 4 функциональных узла: фильтра, схемы усиления, цепи отрицательной обратной связи и источника питания. Фильтр обеспечивает подавление нежелательных составляющих входного сигнала, таких как слишком низкие и слишком высокие частоты. Схема усиления производит увеличение мощности отфильтрованного сигнала. Цепь ООС даёт стабильность усилителю, компенсирует случайное изменение параметров входного сигнала, делает систему более устойчивой. Источник питания обеспечивает снабжение всех компонентов схемы энергией необходимой для их работы.