Содержание: 1. Введение …………………………………………………………. …...……......1
2. Обоснование и расчет структурной схемы……………………. …...…. ……. 5 3. Определение числа каскадов тракта РЧ и
распреде ление усиления по каскадам………. …………………. …...…...….... 7 4. Выбор и обоснование выбора структурной схемы УЗЧ………………………………………………...…………. …………9 5. Расчет входной цепи…………………………………………...…......…...…. …11 6. Заключение……………………………………………………………………. 15 7. Литература……………………………………………………………………. 16 1. Введение
Звукотехника является одной из областей массовой технологической деятельности, при которой средствами электроники осуществляется обработка, накопление и распространение в электрической форме сигналов звукового диапазона частот. Современная звукотехника направлена на удовлетворение потребностей человека в знаниях, культуре, образовании. Благодаря повсеместному распространению звукотехнических устройств в сочетании со средствами массовой аудиовизуальной информации и коммуникации формируется та содержательная часть окружающей человека искусственной акустической среды, которая оказывает, как правило, позитивное рациональное и эмоциональное воздействие на людей. Широкое распространение стереофонии началось с 50-х годов. Однако первая попытка пространственной звукопередачи была предпринята почти 100 лет назад, сразу же после изобретения телефона. В 1881 году на Всемирной выставке в Париже изобретатель Клемент Адер осуществил двухканальную передачу звука из оперного театра. Передача велась по телефонным проводам, соединенным с двумя группами микрофонов, одна из которых размещалась справа, а другая слева от сцены. Посетители выставки, ведя прослушивание на несколько пар головных телефонов, могли определить расположение певцов на сцене, а также размещение инструментов в оркестре. В 1912 году подобные опыты были проведены в Берлине. Передача из оперного театра велась по двум телефонным линиям и воспроизводилась несколькими громкоговорителями. В 20-х годах были предприняты попытки стереофонической передачи по двум радиоканалам.
Как только кинематограф стал звуковым, представилось целесообразным заставить звук следовать за перемещениями актеров вдоль экрана. В 1930 году французский кинорежиссер Абель Ганс осуществил пространственное воспроизведение звука в зале кинотеатра, для чего установил громкоговорители не только за экраном, но и в самом зале. Советские инженеры Б. Н. Коноплев и М. З. Высоцкий в 1936-1937 годах провели работы по съемке и демонстрации в столичном кинотеатре“Москва”фрагментов обычного 35-мм кинофильма с двухканальным стереофоническим звуковым сопровождением. В эти же годы во Всесоюзном научно-исследовательском кинофотоинституте (НИКФИ) под руководством П. Г. Тагера были проведены опыты по двухканальной записи и воспроизведению звука в кино с целью изучения стереофонического эффекта.
Опыты проводились и в области стереофонической грамзаписи. В 1931 году английский изобретатель А. Блюмейн предложил способ записи двух сигналов в одной канавке грампластинки путем независимой модуляции стенок канавки. Спустя два года фирма“Коламбия грэмофон компани” изготовила стереофонические грампластинки по этому способу. По мере накопления опыта и теоретического осмысливания результатов, выяснились некоторые недостатки и ограничения, свойственные двухканальной стереофонии: эффект провала звука в центре между громкоговорителями, узкая зона прослушивания, в которой ощущается стереоэффект, искажения локализации источников звука. Поэтому были предприняты эксперименты по трехканальной стереофонической передаче симфонических концертов.
В 1933-1935 годах такие эксперименты в США провел Г. Флетчер совместно с дирижером Л. Стоковским, а в СССР - И. Е. Горон.
В Москве передача осуществлялась из Колонного зала Дома Союзов, где перед оркестром на сцене были установлены микрофоны, в Октябрьский зал. Качество воспроизводимого звучания было настолько высоким, что создалось полное впечатление присутствия на сцене Октябрьского зала самого оркестра, а не системы громкоговорителей.
Эксперименты со стереофоническими записями на кинопленке, а потом на магнитной ленте продолжались и в послевоенные годы. Однако только в 50-е годы эти разработки стали осваиваться промышленностью.
Первые успехи были достигнуты в кинематогорафе, когда было налажено производство широкоэкранных кинофильмов по системе“Синемаскоп”с четырехканальной магнитной фонограммой. Это была первая практическая реализованная система квадрофонии. Три канала стереофонической передачи работали на заэкранные громкоговорители, а четвертый - так называемый канал звуковых эффектов - на громкоговорители, расположенные на стенках по периметру зала. В СССР широкоэкранные кинофильмы со стереозвуком демонстрируются с 1954 года.
Были выпущены также панорамные кинофильмы с семью в американской системе и девятью в советской системе каналами звукового сопровождения. В отечественной системе пять каналов обслуживали заэкранные громкоговорители, а остальные каналы четыре группы громкоговорителей, расположенные соответственно на правой, задней и левой стенках, а также на потолке зрительного зала кинотеатра. В широкоформатных фильмах на 70-мм кинопленке в настоящее время используется секстафония, т. е. шестиканальная стереофония: пять каналов работают на заэкранные громкоговорители и один канал - на громкоговорители зрительного зала.
В 1958 году был разработан принятый затем во многих странах способ записи стереофонических грампластинок путем модуляции двух стенок канавки, в основе которых лежат идеи А. Блюмейна. В 60-х годах стереофонические грампластинки уже нашли широкое распространение в быту. Стали выпускаться стереофонические бытовые проигрыватели и магнитофоны - катушечные, а затем и кассетные. С конца 50-х годов в ряде стран стали проводиться интенсивные работы по созданию стереофонического радиовещания. Первая стереофоническая радиопередача в нашей стране состоялась в 1960 году. Использовалась система с полярной модуляцией, разработанная во Всесоюзном научно-иcследовательском институте радиовещательного приема и акустики (ВНИИРПА) имени А. С. Попова. В 1961 году в США была разработана и внедрена система стереофонического радиовещания пилот-сигналом, предложенная фирмами“Дженерал электрик” и “Зенит”. Вскоре этот способ с небольшими изменениями был принят рядом радиостанций Канады, Японии, а также некоторыми организациями Европы. Как система с пилот-сигналом, так и система с полярной модуляцией рекомендована Международной консультативной комиссией по радиовещанию (МККР) для применения в международном радиовещании.
Двухканальная стереофония получила в 60-х годах довольно широкое распространение. В то же время наиболее квалифицированные любители музыки начали отмечать ее недостатки: недостаточно полную передачу акустической“атмосферы”зала и глубины звуковой картины, ограниченность зоны стереоэффекта при прослушивании. Все чаще начали производиться опыты по трех- и четырехканальному воспроизведению.
В 1969-1971 годах на мировом рынке первые образцы четырехканальной (квадрофонической) аппаратуры: магнитафоны, электрофоны, грампластинки. Начались опытные квадрофонические радиопередачи.
Вначале квадрофония была принята как новинка, которой вряд ли суждено получить широкое распространение: слишком уж дорогой ценой - двухкратным увеличением числа каскадов - улучшается стереофонический эффект. Дальнейший ход событий не подтвердил этого, квадрофония продолжает привлекать к себе все больше любителей высококачественного звуковоспроизведения.
Современная звукотехника развивается в двух основных направлениях. Во-первых, это все более расширяющееся применение интегральных схем и, во-вторых, использование цифровой техники не только для управления и регулирования, но и для передачи сигналов. Современные способы передачи и записи звука, реализованные, например, в системе компакт-диск, потребовали аналоговых усилителей с весьма высокими показателями качества: динамическим диапазоном до 100 Дб и коэффициентом нелинейных искажений около 0, 002. Управляющие звенья, где все чаще используются средства цифровой техники, это такие электронные устройства, как, например, переключатели, регуляторы громкости, тембра и т. д. Быстро прогрессирующие возможности интегральной схемотехники прежде всего используются в указанных областях.
При обработке сигналов в электронных звуковых устройствах стремятся по возможности более полно сохранить содержащуюся в сигналах информацию. При этом объективная оценка качества звукотехнических устройств осуществляется по следующим основным показателям:
- линейные искажения (неравномерность амплитудно- и фазочастотной характеристик),
- нелинейные искажения и паразитная модуляция (появление новых составляющих в частотном спектре сигнала, вариации уровня и частоты подаваемых сигналов детонация), - относительный уровень помех (отношение сигнал/помеха).
Совершенствующиеся методы анализа звукотехнических схем позволяют вскрывать все новые причины, приводящие к искажениям при воспроизведении. Решающую роль при анализе электронных схем звукового оборудования играют расчеты и моделирование на ЭВМ, а при конструировании - машинное проектирование. Значителен прогресс и в технике звукотехнических измерений. Только благодаря новым методам и средствам измерений стало возможным объективное подтверждение самых различных эффектов, предсказуемых на основе расчетов. 2. Обоснование и расчет структурной схемы.
Для того чтобы приемник мог принимать сигналы от различных станций, имеющих различные частоты, он должен иметь перестраиваемую резонансную систему для настройки на эти частоты.
Перестраиваемые резонансные системы находятся во входной цепи, гетеродине и в усилителях высокой частоты (ВЧ), если они резонансные.
Конструктивно настройка этих каскадов - это изменение реактивных элементов резонансной системы: индуктивности или емкости. Чаще всего реактивный элемент емкость.
Конструктивно невозможно перестраивать емкость так, чтобы резонансная частота изменялась от fmin ДВ-диапазона до fmax УКВ диапазона. Поэтому диапазон частот, который должен принимать приемник, разбивают на под диапазоны. Переход с поддиапазона на поддианазон осуществляется при помощи переключающихся индуктивностей.
Критерием, для того чтобы узнать, необходимо ли разбивать диапазон приемника на под диапазоны, служит коэффициент диапазона Кg, рассчитываемый по формуле. fmax Кg = fmin , где fmax - максимальная частота диапазона, КГц; fmin - минимальная частота диапазона, КГц. Исходя из моих данных 11975 Кg = 11700 = 1. 02
Разбивка на поддиапазоны производится, если Кg > 3. Так как в данном случае Кg = 1. 02, то разбивка на поддиапазоны не нужна, то есть можно перекрыть диапазон одним переменным элементом. Следовательно, в моем случае будет однодиапозонный приемник.
2. 1. Из условия обеспечения полосы пропускания предварительно находим полосу тракта сигнальной частоты. Эта полоса будет одинакова на СВ и КВ диапазонах, т. к. используется один контур. Пf= fсп+fдоп+fнес , где fсп=2*Fмах=10кГц; fдоп=0, fнес=2 где Dс – нестабильность сигнала (10-6), Dг – нестабильность гетеродина (10-6),
fc – максимальная частота принимаемого сигнала (11975 кГц), fг – частота гетеродина: fг = fmax. c – fпромежут = 11975 – 465 = 11510 кГц, Dн – погрешность настройки (Dн=0), Dпр – нестабильность по промежуточной частоте (0, 001), fпр – промежуточная частота (465 кГц). fнес=2=0, 43 Пf=10+0+0, 43=10, 43 кГц.
2. 2. Так-как, унас радиоприемник принимает АМ, то fпр=465кГц.
2. 3. Определим количество избирательных контуров в преселекторе. Qэ =*, (для КВ 30470) где n – количество избирательных контуров, Узк= fз=fmax+2fпр=11975+2*10700=33375 кГц Узк= , Узк=2, 43 Берем n=1: Qэ =0. 41*=41
Qэ=41 удовлетворяет нашему диапазону что означает-преселектор будет состоять из одного контура.
3. Определение числа каскадов тракта РЧ и распределение усиления по каскадам
Для того, чтобы определить число каскадов тракта радиочастоты необходимо задать величину напряжения на выходе детекторного каскада (Ud) из расчета обеспечения режима линейного детектирования. Для детекторного каскада, выполненного на полупроводниковом диоде, это напряжение должно быть 0, 2– 0, 6 В. Необходимый коэффициент усиления тракта радиочастоты с 0, 6 - 0, 8 кратным запасом, учитывающим разброс параметров усилительных элементов, равен: (0, 6 - 0, 8)Ud К’вч = Ц2*Ea , где Ud - напряжение на выходе детекторного каскада, В; Ea - чувствительность по техническим данным, мкВ.
Из моих исходных данных Еа=35 мкВ. Величину Ud, выбираемую в пределах (0, 2 – 0, 6)В, в моем случае равна 0, 6 В. ___ К’вч = 0, 8*0, 6/(Ц2 *35 *10-6) = 9796.
При использовании схемы тракта промежуточной частоты, настроенной по принципу сосредоточенной избирательности, при внешней антенне коэффициент усиления тракта радиочастоты рассчитывается по формуле n-1 Квч = Квх ц * Кувч * Кпр * Капч * Кшпч1 * Кшпч2, где n - количество контуров в тракте ВЧ;
Квх ц - коэффициент усиления входной цепи с внешней антенной; Кувч - коэффициент усиления каскада высокой частоты; Кпр - коэффициент усиления преобразователя частоты;
Капч - коэффициент усиления апериодического каскада промежуточной частоты; Кшпч1- коэффициент усиления одноконтурного широкополосного усилителя промежуточной частоты;
Кшпч2- коэффициент усиления одноконтурного широкополосного усилителя на входе детектора.
Коэффициент усиления входной цепи (Квх ц) выбирают в пределах 0, 1-0, 4, в данном случае 0, 1. Коэффициент усиления апериодического каскада промежуточной частоты (Капч)выбирают в пределах 10-40, в данном случае 10. Коэффициент усиления одноконтурного широкополосного усилителя промежуточной частоты (Кшпч1) выбирают в пределах 20-30, в данном случае 20. Коэффициент усиления одноконтурного широкополосного усилителя на входе детектора (Кшпч2) выбирают в пределах 30-150, в данном случае 50. Квч = 0, 1*12*20*50*10 = 12000.
После расчетов должно выполняться условие Квч > К’вч. По полученным результатам расчета составляем структурную схему тракта радиочастоты, изображенную на рисунке [1]. Рисунок [1].
По расчетам мы видим, что коэфициент усиления достаточен для DA1.
3. 1. Для работы смесителя и детектирования сигнала мы будем использовать микросхему типа DA1 TDA7021. 4. Выбор и обоснование структурной схемы УЗЧ
В качестве схемы выходного каскада тракта звуковой частоты выбирают двухтактную схему в режиме В или АВ на мощных транзисторах, так как Pвых > 0, 2 Вт. Транзисторы выходного каскада выбирают исходя из условия допустимой мощности рассеивания на коллекторе (Pк max > Pк). Pк рассчитывают по формуле: Рк = 0, 6*Р’вых , hтр * xІ
где hтр - коэффициент полезного действия выходного трансформатора; x - коэффициент использования коллекторного напряжения;
P’вых = Рвых/2 - выходная мощность, приходящаяся на один транзистор при двухтактной схеме. Исходя из моих исходных данных рассчитываем P’вых. P’вых = 1/2 = 0, 5 Вт
Выбираем hтр исходя из предела 0, 7-0, 8, в данном случае hтр = 0, 7. Выбираем x из предела 0, 8-0, 95 , в данном случае x = 0, 8. 0, 6*0, 5 Рк = 0, 7*(0, 8)І = 0, 67 Вт
Исходя из полученных данных в формуле (2. 19), выбираем транзистор П 201. Следующим этапом является определение коэффициента усиления по мощности тракта звуковой частоты, который рассчитывается по формуле. P’вых Кр нч = Рвх ’
где Рвх- мощность сигнала звуковой частоты на входе первого каскада тракта звуковой частоты, Вт.
Из рассчитанных в данной главе данных, можем определить Кр нч. Кр нч = 0, 5/10 = 500000
Учитывая, что коэффициент усиления по мощности выходного каскада (Кр вых) находится в пределах 30-100, рассчитывают коэффициент усиления по мощности предварительных каскадов (Кр пред) по формуле Кр нч Кр пред = Кр вых
Из формулы (2. 20) Кр нч = 5*105 , а Кр вых выбирают из предела 30-100, я выбираю Кр вых = 50. 5*105 Кр пред = 50 = 10000
Полученное значение Кр пред позволяет ориентировочно определить число каскадов предварительного усиления, полaгая, что один каскад, выполненный по схеме с общим эмиттером, обеспечивает коэффициент усиления мощности не менее 30-100.
Исходя из расчетов выбираем три каскада усиления с коэффициентом усиления каждого каскада 50, следовательно общий коэффициент усиления будет равен 125000. Так как общий коэффициент усиления по мощности больше чем рассчитанный, то при введении отрицательной обратной связи, коэффициент усиления уменьшается, но не станет меньше рассчитанного и поэтому добавочные каскады не требуются. Исходя из полученных данных составляем структурную схему радиоприемника, которая изображена на рисунке [2]. 5. РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ. 5. 1. Определим емкость схемы. Ссх = Скmах-К2д*Сmin , К2д-1 где Кд= fmах = 11975_ = 1. 02 fmin 11700 Ссх = 14. 4-1. 0404*9. 6_ =110. 4 пф. 1. 0404-1 5. 2. Определим индуктивност контура. L(мкГн) = 2. 53*1010 f2mах+f2min = 9 мкГн. Скmах-Сmin f2mах*f2min
5. 3. Расчитаем коэфициент включения контура с транзистором ГТ310А, с параметрами g11п=0, 3*10-3См; С11п=20пф. gое мах= 2¶fmах*Сmin *10-3 =0. 0098*10-3 См. Q Pвх===0, 1Вт 5. 4. Вычисляем емкость подстроечного конденсатора, См=8-10пФ (я взял 8 пФ), СL=4-10пф (я взял 4 пФ). Свх = 1. 5*С11п = 30 пф. Сп = Ссх-См-СL-Pвх*Свх = 110. 4-8-4-0. 01*30 пФ = =98. 1пФ. 5. 5. Находим индуктивность контура связи. Lсв = (Рвх_)2 •L = 0. 12 •9мкГн = 0. 13 мкГн. k 0. 7
5. 6. Определяем необходимую действующую высоту феритовой антены. Nтр=6; Nw=12. 2Df0=fmin/Qэ=11700/40=293кГц ______________________________ hg = Ц 2Df0 [КГц] * 2Df * L[мкГн]* Nw = 3*Е[мкв/м] ___________________ = Ц 293*60*23*10-3*12 = 2*10-3 М. 3*0. 7*103 5. 7. Расчитываем коэфициент передачи по полю. Ке= Qэ*hg*Pвх = 41*2*10-3 *0. 1 = 0. 0082 5. 8. Находим напряжения на входе первого транзистора. Uвх = Е*Kе = 0. 7*103*0. 0082 = 5. 74 мкВ. 5. 9. Находим дополнительную емкость Сдоп. Сдоп = Скmах-Скmin *К2д = 14. 4-9. 6*1. 022 = 110. 3 пф. К2д-1 1. 022-1 6. Заключение.
В современных радиоприемниках применены последние достижения науки и техники. Новейшие радиоприемники выполнены на микросхемах. В них применена автоматическая цифровая настройка радиоприемника на нужную частоту, а также имеется возможность запоминания частот радиостанций, что значительно облегчает его использование 7. Литература 1. В. Ф. Барклан, В. К. Жданов “Радиоприемные устройства”, М, “Сов. Радио”, 1978 г. 2. П. Хоровиц, У. Хилл “Искуство схемотехники - 1” , М “Мир” , 1984 г.