Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Підсилювач для спрямованого мікрофона - Радіоелектроніка

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

З вищої освіти

Уральський державний технічний університет - УПІ

Радіотехнічний факультет

Кафедра "Радіоприймальні пристрої"

Підсилювач низької частоти

для спрямованого мікрофона

Пояснювальна записка до курсового проекту по курсу

"Аналогові електронні пристрої"

Керівник:

.

Студент:

Номер залікової книжки:

Оцінка роботи:

___

г.Екатеринбург 1997р.

ЗМІСТ

ВСТУП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Ескізне проектування

Технічне завдання. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Ескізне проектування. . . . . . . . . . . . . . . . 5

РОЗРАХУНОК КАСКАДІВ ПІДСИЛЮВАЧА

Розрахунок кінцевого каскаду. . . . . . . . . . . . . . . . 8

Розрахунок активного RC-фільтра. . . . . . . . . . . . . . .11

Розрахунок каскадів попереднього підсилення. . . . . . . .14

ВИСНОВОК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

ДОДАТОК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

СПИСОК. . . . . . . . . . . . . . . . . 20

ВСТУП

В даний час прослуховування розмов вже не є прерогативою тільки спецслужб. У продаж надходить різна апаратура для прослуховування та запису розмов, хоча вона є більш простий, ніж застосовувана спецслужбами.

Даний підсилювач призначений для підсилення сигналів прийнятих будь-яким спрямованим мікрофоном. Найбільше посилення виходить в діапазоні частот 300 - 3400 Гц, тобто тих частот в межах яких розташовується людська мова. При використанні спрямованого мікрофона поміщеного в резонатор вдається прослуховувати мова об'єкта на відстані до 500 м. В умовах прямої видимості, а також з деякої відстані через залізні двері і бетонні стіни невеликої товщини.

Принципова електрична схема наведена на малюнку 1 (див. Додаток).

2. ескізного проектування

2.1. Технічне завдання

на курсовий проект підсилювального пристрою

Спроектувати підсилювальне пристрій, призначений для посилення сигналів мови надходять від приймаючого блоку переговорного пристрою. Отримати потужність на виході не менше 20 мВт для підключення гучномовця.

Підсилювач повинен мати такими характеристиками:

Коефіцієнт акустичного підсилення - не менше 65 дБ.

Напруга живлення - 9 В.

Вихідна потужність - не менше 20 мВт.

Коефіцієнт гармонік - не більше 7%.

Діапазон частот - не вужче 100-5000 Гц.

Вихідна напруга на гучномовці - не менше 3,5 В.

Вхідна напруга - не більше 2 мВ.

Діапазон робочих температур від -45?С до + 50?С.

Ескізне проектування

Вибір елементної бази

Для реалізації даного підсилювача в якості елементної бази виберемо наступні дискретні елементи:

В якості активних елементів використовуємо:

а) у вихідному каскаді - малошумні біполярні транзистори - їх переваги перед ІМС - краща стійкість до кліматичних і різним зовнішнім факторам; вони дешевші, ніж ІМС;

- Недоліки - менший коефіцієнт посилення, більший рівень шумів;

б) в каскаді попереднього посилення - операційний підсилювач, так як його коефіцієнт гармонік значно нижче, ніж у транзисторного каскаду і більший коефіцієнт підсилення;

в) в активному RC-фільтрі - операційний підсилювач.

Монтаж дискретних елементів здійснюється шляхом друкованого монтажу.

Вибір типів каскадів

Реалізований підсилювач складається з 4-х каскадів:

- 2-х каскадів попереднього підсилення - їхнім завданням є посилення сигналів до величини достатньої для порушення вихідного каскаду;

- Вихідного каскаду - його завдання посилення потужності сигналу до рівня достатнього для прослуховування на головних телефонах;

- Активного фільтра - його завдання відсікання «шумових» ВЧ складових, прийнятих мікрофоном.

Вибір схеми кінцевого каскаду

Двотактний крайовий каскад зібраний за бестрансформаторних схемою. Такий тип каскаду характеризується простотою схеми, відсутністю нестандартних деталей, високими якісними показниками, більш високою стабільністю, ніж у трансформаторних каскадів, малими габаритами і вагою. Недоліки бестрансформаторних каскадів - менший коефіцієнт посилення по потужності, ніж у трансформаторних каскадів, отже більша потужність, споживана від предоконечного каскаду, і більш високий коефіцієнт нелінійних спотворень. Застосування більш глибокою, ніж в трансформаторних каскадах, негативного зворотного зв'язку дозволяє знижувати нелінійні спотворення до величини, яка перевищує нелінійні спотворення в каскадах з трансформаторами.

Даний каскад працює в режимі класу АВ і має досить високий к.к.д. (Порядку 70%). Сумарний струм плечей каскаду знаходиться як середнє за полперіода:

Jп.ср. = (2Jmк) / ?

Вихідна потужність що віддається транзисторами Р? = UmкJmк / 2, а потужність харчування Рп = ЕпJп.ср. Тому к.к.д. в режимі АВ:

? = Р? / Рп = / 4 ? 78,5%

де ? = Umк / Еп- коефіцієнт використання напруги живлення.

Каскад слабо чутливий до пульсація напруги живлення Еп, завдяки їх компенсації в різницевому струмі. При пульсаціях Ептокі спокою обох плечей змінюються однаково, тому їх різниця продовжує залишатися рівною нулю.

Вибір активного RC-фільтра

Першим завданням синтезу є знаходження функції, за допомогою якої можна побудувати фільтр. АЧХ фільтра, задовольняючи умовам фізичної реалізованим і технічним вимогам, повинна найкращим чином наближатися до ідеальної АЧХ. Процес знаходження такої функції називається апроксимацією. Будь фізично реалізована електричний ланцюг має коефіцієнт передачі:

К (р) = U вих (р) / Uвх (р). (2.2.4.1)

Тому завдання апроксимації полягає в тому, щоб з класу функцій (2.2.4.1) вибрати такі, квадрат модуля яких найкращим чином наближається до одиниці в межах смуги пропускання і до нуля поза нею.

Критерієм якості апроксимації в даному випадку слугує її монотонність, і найкращою апроксимуючої функцією буде та, яка забезпечує найкращу точність апроксимації з усіх монотонних функцій класу (2.2.4.1) однакового порядку. Монотонну апроксимацію здійснюють методом Тейлора. При цьому найкращими є функції, квадрат модуля яких виражається поліномами Баттерворта. За характером апроксимації вона максимально плоска.

Другим завданням синтезу є реалізацією знайденої апроксимуючої функції, тобто визначення на її основі структурної (функціональної) схеми пристрою, модуль коефіцієнта передачі якої задовольняє пропонованим технічним вимогам і найкращим чином наближається до ідеальної АЧХ. В якості критерію оптимальності може служити мінімум числа елементів схеми, мінімум чутливості характеристик ланцюга до зміни в часі або технологічного розкиду величин її елементів.

Наступним завданням синтезу є розрахунок елементів обраної електричного кола.

Вибір каскадів попереднього посилення

Каскад попереднього підсилення представляє собою двохкаскадний підсилювач, виконаний на базі ОУ з неінвертірующім включенням. Для цього необхідні ОУ, що мають неінвертуючий вхід щодо вхідних сигналів і инвертирующий для підключення ланцюга зворотного зв'язку. Перевагою такого включення є високий вхідний опір (приблизно таке ж, як вхідний опір ОУ), що робить можливим підключення мікрофона, для яких опір навантаження досить високо. Недоліком такого включення є зростання власних шумів підсилювача.

Вибір регулювання посилення

Регулятор гучності ставиться в ланцюг ОС вхідного каскаду.

При зсуві повзунка змінюється рівень вхідного сигналу і відбувається регулювання посилення шляхом зміни загасання вхідного сигналу.

При застосуванні даної схеми регулювання посилення, змінюється тільки рівень вихідного сигналу, а інші параметри залишаються незмінними.

РОЗРАХУНОК КАСКАДІВ ПІДСИЛЮВАЧА

Розрахунок кінцевого каскаду

При побудові даного двотактного каскаду використовуються два транзистора з близькими за величиною параметрами. Вихідними даними є потужність, що віддається в навантаження Рвих, і опір навантаження Rн. Розрахунок проведемо для одного плеча каскаду графоаналітичним методом.

Транзистори вибираються по допустимій потужності розсіювання на колекторі Ркmaxі максимальній амплітуді колекторного струму Iкmax.

Ркmax? (0,25 - 0,3) вих = 5 - 6 мВт (3.1.1)

Iкmax? ? (2Рвих / Rн) = ? (2 * 0,02 / 300) = 11,5 * 10-3А.

В якості пари транзисторів приймаємо транзистори МП16Б і МП38А.

За вхідний характеристиці транзистора МП38А (рис. 3.1.1) визначаємо вихідну робочу крапку: Uбе0 = 0,145 В і Iб0 = 25 * 10-6А.

Рис. 3.1.1

Е.р.с. джерела живлення знаходимо з умови:

2Uкеmax? Еп? 2 (Uнач + Umн) (3.1.2)

де Uкеmax = 15 В, Uнач = 1 В, Umн = ? (2Pвих * Rн) = ? (2 * 0,02 * 300) = 3,5 В.

Тоді Епвибіраем рівним 9В.

Використовуючи вихідні характеристики транзистора (рис. 3.1.2), через точки Uке = Еп / 2 = 4,5 В і Ік = Еп / (2Rн) = 15 * 10-3А проводимо навантажувальну пряму і визначаємо вихідний колекторний струм: Iк0 = 3 * 10-3А. Побудувавши з точки Еп / 2 трикутник потужності зі сторонами Umн = 3,5 В і Imн = 11,5 * 10-3А, переконуємося в можливості отримання заданої вихідної потужності (Р вих = 0,5 * 3,5 * 11,5 * 10 -3 = 0,02 Вт).

Рис. 3.1.2

За вхідний і вихідним характеристикам визначаємо:

g21 = Imн / Umбе = 11,5 * 10-3 / 0,035 = 0,33 (3.1.3)

Звідси глибина зворотного зв'язку:

F = 1 + g21Rн = 1 + 0,33 * 300 = 100 (3.1.4)

Розрахуємо величини резисторів базового подільника: - для забезпечення падіння напруги на резисторах R12, R13 рівного 2Uбе0 = 0,29 В, струм через них повинен бути Iд = (5-10) Iб0.

Приймемо Iд = 0,15 * 10-3А.

Звідси:

R12 = R13 = 2Uбе0 / Iд = 0,29 / 0,15 * 10-3 = 2 кОм. (3.1.5)

R14 = R15 = (Eп-2Uбе0) / Iд = 8,71 / 0,15 * 10-3 = 58 кОм. (3.1.6)

Rдел = (R12 || R14) / 2 = 970 Ом. (3.1.7)

Вхідна провідність транзистора:

g11 = Imб / Umбе = 50 * 10-6 / 0,04 = 1,25 * 10-3См. (3.1.8)

Тоді вхідний опір каскаду з урахуванням ОСС:

Rвх = FRдел / (F + g11Rдел) = (100 * 970) / (100 + 1,25 * 10-3 * 970) = 960 Ом. (3.1.9)

Коефіцієнт посилення по напрузі:

К0 = (g21Rн) / (1 + g21Rн) = (0,33 * 300) / (1 + 0,33 * 300) = 0,99 (3.1.10)

Тоді амплітуда напруги вхідного сигналу:

Umвх?Umн = 3,5 В. (3.1.11)

Амплітуда вхідного струму:

Imвх = Umвх / Rвх = 3,5 / 960 = 3,6 * 10-3А. (3.1.12)

Переймаючись fн = 20 Гц; Мн = 0,707 визначимо ємність розділового конденсатора:

C10 = (2? * fн * Rн) -1 = (2 * 3,14 * 20 * 300) -1 = 26,5 мкФ. (3.1.13)

За вхідний і вихідним характеристикам будуємо наскрізну динамічну характеристику транзистора для визначення коефіцієнта нелінійних спотворень.

Таблиця 3.1.1

 номер точки

1

2

3

4

5

6

7

 I б, мА

 0,175

 0,15

 0,125

 0,1

 0,075

 0,05

 0,025

 U бе, В

 0,225

 0,218

 0,21

 0,195

 0,18

 0,161

 0,145

 J до, мА

 14,5

 14,3

 13,6

 11,8

 9,2

 6,1

3

 E г = U бе + I б * R іст, В

 0,395

 0,364

 0,331

 0,292

 0,253

 0,210

 0,169

За даними таблиці 3.1.1 будуємо наскрізну динамічну характеристику транзистора (рис. 3.1.3).

Рис. 3.1.3

Методом семи ординат (який для двотактного каскаду виражається в метод чотирьох ординат) знаходимо амплітуди гармонік струму:

Im1 = (J4 + J3 / b) / 2 Im2 = ? (JB + JA) / 4 (3.1.14)

Im3 = (JN + JM) / 4 Im4 = ? (J1-J3 + J4 / 2) / 4

Im5 = (JN-JM) / 4 Im6 = ? (JB-JA) / 4

де IA = (J1-2J2 + J3 + J4 / 2) / 2b IB = J4 / 2-J1

IM = [a (J4 + J3 / b) -2J2] / c IN = J4-J3 / b

a = 0,383 b = 0,707 c = 0,923

? - коефіцієнт асиметрії плечей, (транзистори підбираються близькими по крутизні наскрізної передачі, таким чином, щоб ? = 0,1)

Підставляючи у формули (3.14) знайдені значення

I1 = 1 мА IA = 6,2 мА

I2 = 6 мА IB = 6,25 мА

I3 = 12,5 мА IM = - 0,35 мА

I4 = 14,5 мА IN = - 3,2 мА

отримуємо наступні амплітуди гармонік струму (в мА):

Im1 = 16,1 Im2 = 0,3 (3.1.15)

Im5 = - 0,7 Im4 = -0,1

Im3 = - 0,9 Im6 = 0,001

Знаходимо коефіцієнт гармонік: Кг = ? [(Im2) 2+ (Im3) 2+ (Im4) 2+ (Im5) 2+ (Im6) 2] / Im1 = 0,06 = 6% (3.1.16)

3.2. Розрахунок активного RC-фільтра низьких частот

Для найбільш якісного прийому сигналів в діапазоні низьких частот застосуємо в даному підсилювачі ланка з активним RC-фільтром низьких частот.

Вихідними даними при розрахунку ARC-фільтра є:

f1- гранична частота смуги пропускання;

а1 максимально припустиме загасання в смузі пропускання;

fзн- гранична частота смуги загородження;

аз- мінімально допустиме загасання в смузі загородження.

Для того, щоб АЧХ фільтра в смузі пропускання була максимально плоскою застосуємо до даного фільтру апроксимацію по Баттерворта.

Задамо початкові дані для розраховується фільтра:

f1 = 2,5 кГц, а1 = - 3 дБ (3.2.1)

fз = 5,0 кГц, аз = -15 дБ

За вихідними даними отнорміруем частоту:

?1 = fв / fв = 2500/2500 = 1 ?з = fз / fв = 5000/2500 = 2 (3.2.2)

Для визначення порядку фільтра скористаємося монограмою з довідкової літератури. Виробляючи необхідні розрахунки отримуємо, що даний фільтр повинен бути другого порядку. З довідника визначаємо, що для фільтра другого порядку є два полюси:

p1 = -0,707-j0,707 і p2 = -0,707 + j0,707 (3.2.3)

Співмножники полінома Баттерворта мають вигляд:

p2 + 1,41p + 1 (3.2.4)

Власна частота ланки другого порядку:

?0 = ? (?2 + ?2) = ? (0,7072 + 0,7072) = 1 (3.2.5)

Коефіцієнт загасання:

d = 2? / ?0 = 2 * 0,707 = 1,41 (3.2.6)

Для підвищення крутизни АЧХ поблизу частоти зрізу, відлічуваного на рівні -3 дБ, використовується слабка позитивний зворотний зв'язок, стабілізована за допомогою негативного ОС, ланцюг якої представлена дільником напруги R10R11 з коефіцієнтом передачі напруги:

B = R10 / (R10 + R11) (3.2.7)

З метою отримання максимально плоскою АЧХ параметр

КF?1 / В = 1 + R11 / R10 (3.2.8)

вибирають рівним 1,2.

Сама АЧХ описується виразом:

Кф (?) = Кф?02 / ? [?04 + ?02?2 (d-2) + ?4] (3.2.9)

де КF = Кф,

?0 = ?с = 2?f1 = 1 / ? (C6R8C7R9) (3.2.10)

Маючи в своєму розпорядженні двома рівняннями щодо елементів фільтра при шести невідомих, слід надати чисельні значення чотирьом з них. Відомими параметрами в даному випадку є:

частота зрізу - ?с = 2?fс = 2? * 2500 = 15700 рад / с (3.2.11)

коефіцієнт посилення КF = 1,2

Нехай R9 = 10R8, тоді рівняння щодо C4 має вигляд:

121C72 + 24,4C6C7 + 0,04C62 = 0 (3.2.12)

Вирішуючи дане рівняння отримуємо, що C6 = 5C7 і тоді

2 (C6R8) 2 = 1 / (4?2fс2) (3.2.13)

Звідси отримуємо:

R8 = 1 кОм

R9 = 10 кОм

R10 = 1 кОм

R11 = 200 Ом

C6 = 5,6 мкФ

C7 = 1,1 мкФ

Для реалізації даного фільтру можна застосувати операційний підсилювач 140УД14.

Амплітудно-частотна характеристика розрахована за формулою (3.2.9) представлена на малюнку 3.2.1.

Рис. 3.2.1

3.3Расчет каскадів попереднього посилення

Розглянемо питання розрахунку величин навісних елементів підсилювача на ОП, що включає розрахунок ланцюгів зворотного зв'язку, корекції, балансування, захисту від перевантаження і т.д., а саме розрахуємо величини резисторів R1 - R6.

Вихідними даними є:

Кu = 50 - коефіцієнт підсилення:

Rн = 10 кОм - опір навантаження

fв = 5 кГц - верхня гранична частота

Rг = 0 - внутрішній опір джерела сигналу

Uвихmax = 4,5 В - максимальна амплітуда вихідної напруги

Вибираємо тип ОУ, який з точки зору частотних властивостей повинен мати:

1) f1> Ku * fв = 250кГц, (3.3.1)

де f1- частота одиничного підсилення;

2) Vuвих> 2?Uвихmaxfв = 6,28 * 4,5 * 5000 = 0,15В / мкс (3.3.2)

Таким вимогам задовольняє ОУ типу К157УД2.

Величина опору резистора R1 = R4 повинні задовольняти таким умовам:

R1
Невідкладні стани в амбулаторній стоматологічній практиці
Омська Державна Медична Академія Міська клінічна стоматологічна поліклініка N 1 Омська стоматологічна асоціація П.І.ІВАСЕНКО, В.Д.ВАГНЕР, Е.А.МІТІНА, Л.В.ВАГНЕР Невідкладні стани У АМБУЛАТОРНОЇ СТОМАТОЛОГІЧНІЙ ПРАКТИЦІ (Навчально-методичний посібник) ОМСЬК 1999 Автори: Івасенко Петро - доктор

Оптимізація. Якість. Ефективність: параметри реформування Збройних Сил Росії
Генерал-полковник Валерій Манілов, перший заступник начальника Генерального штабу Збройних Сил Російської Федерації, доктор політичних наук Вибір Питання військової реформи, перетворення Збройних Сил як її стержневого компонента переведений, нарешті, з площини теоретичних побудов, наукових

Походження і роль сімейного клану Сен-Клеров в історії Шотландії
Зараз багатьом відомим шотландським сімейним кланам часто приписується нормандское походження, хоч насправді, якщо вийти з результатів останніх генеалогічних і геральдичних досліджень, більш ймовірно, що вони були нащадками виходців з Фландрії. Виїзд їх предків в Шотландію активно заохочувався

Про щастя Полікрата (по Геродоту)
Частина I. Власть і Успіх. Про предки Полікрата відомо мало. Його дідом називали самосского тирана Силосона (це ім'я означає Приховувач Краденого), але його батько, Еак або Анакес, тираном вже не був, оскільки Самос після деякої смути визнав верховну владу персидського царя Кира. Військового

Промислове застосування лазерів
В даний час області застосування лазерів розширюються з кожним днем . Після першого промислового використання лазерів для отримання отворів в рубінах для годин ці пристрої успішно застосовуються в самих різних областях. Мрійники і фантасти неодноразово передбачали появи незвичайних речей,

Хтонизм Геракла (по матеріалах античного Херсонеса)
Одним з найбільш шановних героїв античного Херсонеса був Геракл. Могутній герой вважався заступником міста і його сільськогосподарської округи (хори), оборонцем, спасителем не тільки всієї Херсонесського держави, але і окремих громадян. Знахідки, отримані внаслідок розкопок в Херсонесе і на

Бюджетний дефіцит і його форми
Міністерство освіти РФ Інститут управління та економіки Петрозаводський філія Контрольна робота по курсу «Економічна теорія» на тему: «Бюджетний дефіцит і форми державного боргу» Виконав: студентка I курси спец. «Бух. облік і аудит » Голдашевская Лариса Леонідівна Викладач: Силантьєва Лідія

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати