Проктирование аналоговых устройств

Содержание
Введение 3
Технические задание 5
1.Анализ технического задания 6
1.1Особенности восприятия человеком звуковых волн 6
1.2 Способы получения псевдостереосигнала 8
2.Разработка структурной схемы устройства 18
3. Расчет формирователя псевдостереосигнала 19
3.1 Расчет выходного каскада 19
3.2 Расчет фильтра 21
3.3 Расчёт коэффициента гармоник 22
4.Моделирование работы устройства 24
Заключение 27
Список использованной литературы 28

Рисунок 1.2 – Стереофонический усилитель для ГТПри выполнении конструкции можно использовать отечественные транзисторы типов KT3I5B.. .КТ315Е (VI и V2), КТ345А... КТ345В (V3и V4), а также типа КТ604Б или КТ801Б (V5),снабженные дополнительным теплоотводом.Реализация эффекта присутствия. Чтобы у слушателя стереопрограммы создалось впечатление присутствия рядом с нимнаполнителя, в низкочастотный усилитель можно ввести устройство, принципиальная электрическая схема которого показана на рисунке 1.3Рисунок 1.3 – Устройство для реализации псевдостереосигналаЭто селективный усилитель (на микросхеме мА709 настроенный на частоту 2,5 кГц.В цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя (с выхода на инвертирующий вход) включен двойной Т-образный мост. Переменным резистором R3можно осуществить подъем частотной характеристики устройства на частоте 2,5 кГц на 12 дБ,Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц при выходном напряжении 10 В не превышает 0,1%. В селективном усилителе можно использовать операционный усилитель серии К153. Разработка структурной схемы устройстваИз монофонических сигналов (случай, когда левый L, правый Rи сигнал середины М равны между собой) можно искусственно сформировать псевдостереофонические сигналы. Для этою сигналы в обоих каналах определенным образом сдвигаются пофазе. Поскольку при этом АЧХ каналов должны остаться неизменными, то в качестве фазосдвигающих элементов используются фазовые (всепропускающие) фильтры. Структурная схема создания псевдостереофонического эффекта показана на рисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Структурная схема устройства для реализации псевдостереофонического эффект. В основе формирователя псевдостереосигналалежит фильтр из двойных Т-мостов, вносящих в частотную характеристику правого канала ("Вых.2") затухания на частоте1200 Гц. А в левый канал ("Вых.1") поступает разность между полным входным сигналом и сигналом правого канала. В результате суммарный коэффициент передачи по обеим каналам остается неизменным в пределах всего частотного спектра, но звуковая картинка приобретает объемность.3. Расчет формирователя псевдостереосигнала3.1 Расчет выходного каскадаВ качестве активного каскада используем не инвертирующий каскад на ОУ. Совместно с Т-образным режекторным фильтром данный каскад будет составлять один из каналов формирователя псевдостереосигнала.Схема не инвертирующего каскада представлена на рисунке 3.1 Рисунок 3.1 – Неинвертирующий каскад на ОУДля обеспечения коэффициента передачи (усиления) усилителя необходимо подобрать соответствующий операционный усилитель (ОУ). Выбор операционного усилителя при проектировании производится по следующим основным параметрам:1) частота единичного усиления;2) максимальная скорость нарастания выходного напряжения;3) амплитуда номинального напряжения сигнала на выходе.Рассчитаем требуемые параметры операционного усилителя каскада:.Найдем fв 0,7:По ТЗ Мв=2 дБ. Переведем это значение в безразмерную величину, приходящуюся на одну искажающую цепь:,где n — число искажающих цепей (в нашем случае — каскадов).тогда,т.е. требуемая .Определим коэффициент усиления каскада:где K0 — полный коэффициент усиления;Uвых — эффективное номинальное напряжение на выходе;Uвх—эффективное номинальное напряжение на входе.Заданным техническим характеристикам устройства.приведенным в ТЗ, удовлетворяет ОУ 140 УД7. Технические характеристики данного операционного усилителя представлены в приложении 1..Определим номиналы резисторов R1 и R2 данного каскада.Коэффициент обратной связи каскада равен:,Где – коэффициент усиления ОУ.Тогда номиналы резисторов определим из системы уравнений:.где – минимальное допустимое сопротивление нагрузки.Для выбранного типа ОУ Решая данную систему, получаем, что сопротивление . Примем Проверяем условие по минимальному сопротивлению нагрузки:Определим частоту полюса диаграммы Бодеданного каскадаТаким образом, рассчитанный каскад удовлетворяет требованиям по полосе пропускания сигнала.Определим нормированный коэффициент передачи каскадаи основные частотные характеристики каскада в режиме малого сигнала:уравнение коэффициента частотных искажений — ;3.2 Расчет фильтраДля внесения затухания в один из каналов используем режекторный фильтр.Режекторные фильтры используются для вырезания части спектра частот из рабочего диапазона частот усилителей в системах автоматического регулирования, в формирователях псевдостереосигналов усилителей звуковоспроизведения и т.д. В области инфранизких и звуковых частот они часто выполняются на основе RC цепей по схеме -фильтров (рисунок 3.2) Рисунок 3.2 –Режекторный 2Т фильтрОпределим параметры фильтра для заданной частоты fo = 1,2 кГцДля практической реализации примем .[1]Тогда добротность фильтра будет равна Найдем номиналы R иC:Примем. Тогда Определим номиналы остальных элементов:3.3 Расчёт коэффициента гармоникПроизведем оценкупредельного значения коэффициента гармонических искажений. Глубина обратной отрицательной связи в каскаде:.Амплитуда выходного сигнала этого каскада;где — максимально достижимая амплитуда выходного напряжения ОУ при коэффициенте гармоник 1—5 %, определяемая меньшим из значений низкочастотного и высокочастотного [2]. Такой коэффициент гармоник удовлетворяет ТЗ: он не превышает 0,5 %.Моделирование работы устройстваМоделирование проектируемого устройства производилось в программе схемотехнического моделирования Multisim 10.На рисунке 4.1 представлена схема режекторного 2Т фильтра, на основе расчетных параметров и номиналов элементов.Рисунок 4.1 – Схема режекторного фильтраКак можно видеть на рисунке 4.2, который представляет из себя график АЧХ данного фильтра измеренные характеристики (центральная частота, добротность) соответствуют расчетным. Таким образом, можно сделать вывод, что расчет фильтра выполнен верно.На рисунке 4.3 представлена схема формирователя псевдостереосигнала. Каскад на ОУ U1 вносит в сигнал первого канала затухание на частоте 1,2 кГц, тогда как ОУ U2 передает на второй канал разницу между исходным сигналом и сигналом первого канала. На рисунке 4.4 представлена АЧХ первого (U1)канала. На графике можно наблюдать расчетный спад АЧХ после 200 кГц, который соответствует диаграмме Боде, данного каскада.Рисунок 4.2 – АЧХ 2Т фильтраРисунок 4.3 – Схема формирователя псевдостереосигналаРисунок 4.4 – АЧХ первого каналаРисунок 4.5 – Результирующая АЧХ двух каналовЗаключениеВ результате выполнения курсовой работы была разработана схемаформирователя псевдостереосигнала. В ходе ее выполнения был глубоко изучен и проработан материал по аналоговой схемотехнике. Были рассмотрены различные варианты построения усилителей мощности и получены практические навыки по их разработке на основе предъявляемых требований. Список использованной литературыКолесов И.А. Усилительные устройства бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Учебное пособие. — Томск: ТМЦДО, 2003 — 79 с.Колесов И.А. Усилительные устройства бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Учебное методическое пособие. — Томск: Издательство НТЛ, 2003. — 292 с.Каратаева Н.А. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие. — Томск: ТМЦДО, 2001. — Ч.1. — 260 с.Шкритек П. Справочное руководство по звуковойсхемотехнике: Пер. с нем.- М.: Мир, 1991.-446 с.: ил.Титце, Шенк «Полупроводниковая схемотехника»Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1989. – 400 с.: ил.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. Изд. 2-е, стереотип. –М.: Мир, 1984. –598 с., ил.Операционные усилители для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. –М.: Радио и связь, 1981. –656 с., ил.Аксенов А. И. И др. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы: Справочник / А. И. Аксенов, А. В. Нефедов, А. М. Юшин. –М.: Радио и связь, 1993. –224 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1190).Розевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CapV. - М: СОЛОН, 1997Приложение 1Приложение 2Приложение 3