Contribution to International Economy

  • контрольная по информатике (усилители)
Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ 1
ВВЕДЕНИЕ 2
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4
1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ 4
1.2 АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 5
1.3 ФАЗО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 7
1.4 АМПЛИТУДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 7
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 9
2.1 ЗВУКОВЫЕ КОЛОНКИ – НЕОТЪЕМЛЕМАЯ ЧАСТЬ МУЛЬТИМЕДИЙНОГО КОМПЬЮТЕРА 9
2.2 ЗВУКОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ.НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ К174УН14 11
2.3 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ К174УН14 14
2.4 ЗВУКОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ.НА TDA2003 14
ВЫВОДЫ 16


Введение
В настоящее время усилители получили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности, в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления. Но прежде, чем усилитель стал таким распространенным ему пришлось пройти очень долгий путь.
Активным элементом первых усилителей была электронная лампа. Такие усилители были громоздки, потребляли много энергии и быстро выходили из строя. Только в середине нашего столетия после долгих упорных поисков, наконец, удалось впервые создать усилительный полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Это важное открытие произвело переворот в радиоэлектронике. Габариты транзисторных усилителей стали в несколько раз меньше ламповых, а потребляемая мощность - в десятки раз меньше. К тому же значительно увеличилась надежность.
Научно-технический прогресс на этом не остановился. Появилась первая микросхема. Сейчас широко применяются усилители, полностью собранные на микросхемах и микросборках. Практически единственная проблема на сегодняшний день - это отвод тепла. Так как мощные усилители рассеивают большое количество тепла, необходимо интенсивно отводить это тепло, что не позволяет миниатюризировать мощные усилители.
Следующим этапом развития является технология поверхностного монтажа кристаллов. Технология поверхностного монтажа кристаллов обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа и уменьшает массо-габаритные показатели. Наряду с этим для большей миниатюризации применяют микросборки и гибридные интегральные схемы.
В настоящее время многие усилители выполняются на печатных платах. Применение печатных плат дало возможность, по сравнению с объемными конструкциями, увеличить плотность монтажа, надежность, ремонтопригодность, уменьшить массу конструкции, разброс параметров и т.д..

1. Теоретическая часть
1.1 Общие сведения об усилителях
Рассмотрим, из чего состоит усилитель, в каких режимах работает, как подключается. Для начала разберемся в обобщенной структуре типичного усилителя (причем не только звуковых частот). Структурная схема усилителя приведена на рис.1.

Рис. 1 - Структурная схема усилительного устройства
ИС - источник сигнала, т. е. то, что необходимо усилить,
ВхУ - входное устройство предназначено для передачи сигнала от источника во входную цепь первого усилительного элемента. Входное устройство используется, когда непосредственное подключение источника сигнала к усилителю невозможно или нецелесообразно.
КПУ - каскад (или каскады) предварительного усиления. Его основное назначение - усиление сигнала до величины, необходимой для работы мощного усилителя.
КМУ - каскад (каскады) мощного усиления. Мощный усилитель предназначен для отдачи в нагрузку необходимой мощности. ВУ - выходное устройство, служит для передачи сигнала от каскада мощного усиления в нагрузку, когда непосредственное подключение нагрузки к мощному усилителю невозможно или нецелесообразно.
Наиболее часто встречаются характеристики - АЧХ, ФЧХ и АХ. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - это графическое изображение зависимости коэффициента K усиления от частоты f. По вертикальной оси откладывается коэффициент усиления в линейном или логарифмическом масштабе, или выходное напряжение, соответствующее неизменному входному, по горизонтальной оси откладывается частота (или угловая частота ω = 2πf), опять же в линейном или логарифмическом масштабе. Логарифмический масштаб на оси частот применяют вследствие широкого диапазона рабочих частот. Диапазоном рабочих частот называют полосу частот от нижней fн до верхней fв, в пределах которой абсолютная величина (модуль) коэффициента усиления, иногда и его фаза не должны выходить за пределы заданных допусков. Коэффициент усиления - это отношение, сигнала на выходе (т. е. напряжение, ток, мощность и пр.) к сигналу на входе.
1.2 Амплитудно-частотная характеристика
АЧХ является графическим изображением отношения сигнала на выходе (т. е. напряжение, ток, мощность и пр.) к сигналу на входе. По виду АЧХ можно определить очень многое, к примеру, диапазон рабочих частот, коэффициент усиления, нижнюю граничную частоту, верхнюю граничную частоту и многое другое. Чем ровнее (т. е. линейней) АЧХ в рабочем диапазоне, тем точней устройство передает исходный сигнал. АЧХ идеального усилителя имеет вид прямой линии в полосе частот от 0 до бесконечности, или, по крайней мере, в рабочем диапазоне частот. Изменяя форму АЧХ, т. е. меняя коэффициент усиления на определенных частотах, можно менять тембр звучания или осуществлять корректировку звука. Это явление как раз и используется в регуляторах тембра и эквалайзерах. Изменение формы АЧХ приводит к изменению окраски звука. На рис. 2 изображена АЧХ идеального и реального усилителя. Там же показано, как определяется диапазон рабочих частот.

Рис. 2 - АЧХ идеального и реального усилителя
Вот такой вид бугра имеет реальный усилитель. Загиб вниз кривой называется спадом частот, загиб вверх - подъемом. В действительности, речь идет о подъеме и спаде уровня сигналов на соответствующих частотах. 0,707К0 - это относительный коэффициент усиления по уровню 0,707 или единица на корень из 2. По этому уровню определяется нижняя и верхняя границы диапазона частот. Относительный коэффициент усиления определяется, как отношение коэффициентов усиления на всех частотах к коэффициенту усиления на средней частоте. Для звукотехники принято значение средней частоты, равное 1 кГц. По идее, на частоте 1 кГц должно быть максимальное усиление, поэтому на других частотах вроде как должен быть небольшой спад, хотя в идеале значения коэффициентов усиления на всех частотах должны быть одинаковыми. Таким образом, относительный коэффициент усиления будет равен 1. Например, есть усилитель с коэффициентом усиления на частоте 100 Гц, равным 4,8, 500 Гц - 4,9, 1 кГц - 5, 2 кГц - 4,9, 5 кГц - 4,8. На частоте 1 кГц относительный коэффициент усиления составит 1 (5/5=1), 500 Гц - 0,98, 100 Гц - 0,96 и т. п. Другими словами образуется тот самый бугор с подъемом и спадом. За 1 принимается максимальный коэффициент усиления, а на уровне 0,707 определяются граничные частоты или полоса пропускания - промежуток между нижней и верхней рабочими частотами на уровне 0,707 относительного коэффициента усиления.
1.3 Фазо-частотная характеристика
Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) - это зависимость угла сдвига фазы φ между выходным и входным напряжениями от частоты. Ухо человека не реагирует на изменения фазы гармонических сигналов, поэтому ФЧХ редко используется для описания электроакустических усторойств, и зря, так как искажения фазы могут привести к искажению формы звуковых колебаний, более сложных, нежели гармонический сигнал. Ниже на рисунке показана типичная ФЧХ усилителя. Идеальный вид ФЧХ представляется прямой линией.

Рис. 3 - Типичная ФЧХ усилителя
1.4 Амплитудная характеристика
Амплитудная характеристика (АХ) - зависимость амплитуды или действующего значения напряжения сигнала на выходе от амплитуды или действующего значения напряжения сигнала на входе. Точно так же определяется коэффициент усиления, и поскольку для усилителя эта величина постоянна, то и амплитудная характеристика будет иметь вид прямой линии, проходящей через начало координат, а ее наклон, точнее угол наклона, будет определять усиление усилителя (на рис. 4 показана пунктиром). У реального усилителя АХ не проходит через начало координат (на рис. 4 сплошная), а изгибается при малых входных напряжениях, пересекая вертикальную ось в точке Uш, поскольку при отсутствии входного напряжения выходное равно напряжению шумов в выходной цепи (не "шумит" лишь идеальный усилок). При слишком больших входных напряжениях реальная АХ также изгибается вследствие перегрузки нелинейных элементов усилителя, поскольку амплитуда сигнала на выходном усилительном элементе выходит за пределы рабочего участка его характеристик.

Рис. 4 - Амплитудная характеристика усилителя

2. Практическая часть
2.1 Звуковые колонки – неотъемлемая часть мультимедийного компьютера
Неотъемлемой частью современного мультимедийного компьютера является наличие двух активных звуковых колонок (закрепленных на мониторе или установленных рядом с ним). В силу ряда физических ограничений от двух малогабаритных компьютерных колонок невозможно добиться хорошего воспроизведения всего диапазона звуковых частот. Особенно заваливаются и искажаются низкие частоты. Поэтому для получения музыкального сопровождения высокого качества обычно используют еще и третью колонку - субвуфер (sabwoofer).
В высококачественных активных колонках, например фирмы Altec Lansing, у встроенного звукового усилителя имеется выход с маркировкой "SUB" (для модели ACS40, рис.5). Он предназначен для подключения низкочастотной активной колонки. Такая колонка может иметь любые габариты (обычно она больше боковых) и располагается по центру на попу, например под столом.
В этом случае используется особенность восприятия человека: стерео эффект проявляется на средних и высоких частотах и для его передачи достаточно боковых колонок. Третья колонка применяется для улучшения воспроизведения низкочастотного диапазона звуковых частот. Использование такой дополнительной низкочастотной колонки позволяет сделать звук более естественным, объемным и приятным. Эффект особенно заметен при прослушивании музыкальных компакт дисков, но это и в играх лишним не будет, так как многие из них имеют хороший музыкальный фон.

2.2 Звуковой усилитель.на основе интегральной микросхемы К174УН14
В качестве субвуфера можно использовать любую колонку от бытовой радиоаппаратуры, но для ее питания потребуется собрать звуковой усилиитель. Проще всего такой усилитель выполнить на основе интегральной микросхемы К174УН14, рис.6.
Микросхема DA1 применена в типовом включении и в особых пояснениях не нуждается. Ее коэффициент усиления зависит от соотношения резисторов R8-R9. Цепь из элементов R10-C6 ограничивает полосу усиливаемых частот что повышает устойчивость работы, исключая возникновение генерации на частотах выше 100 кГц.
Третья колонка применяется для улучшения воспроизведения низкочастотного диапазона звуковых частот. Использование такой дополнительной низкочастотной колонки позволяет сделать звук более естественным, объемным и приятным. Эффект особенно заметен при прослушивании музыкальных компакт дисков, но это и в играх лишним не будет, так как многие из них имеют хороший музыкальный фон.
В качестве субвуфера можно использовать любую колонку от бытовой радиоаппаратуры, но для ее питания потребуется собрать звуковой усилиитель. Проще всего такой усилитель выполнить на основе интегральной микросхемы К174УН14.





Звуковые сигналы с выхода "SUB" поступают на смеситель, собранный из полевых транзисторов (VT1, VT2). Смеситель обеспечивает развязку между выходами и усиливает сигнал примерно в 3 раза. Резистором R6 устанавливается необходимый уровень звука в низкочастотной колонке ВА1 по отношению к боковым колонкам, а основная (общая) регулировка громкости и тембра обычно выполняется в основном усилителе на корпусе в одной из боковых колонок или же из программы.
2.3 Основные технические характеристики усилителя на основе интегральной микросхемы К174УН14
Приведенная схема усилителя имеет следующие основные технические характеристики:
1) выходная мощность на нагрузке 4 Ом до 4 Вт;
2) полоса усиливаемых частот 60...120000 Гц;
3) ток потребления при Uвх=0 не более 35 мА;
4) напряжение питания может находиться в диапазоне 9...15 В;
5) коэффициент нелинейных искажений не более 0,5%.
В схеме применены детали: постоянные резисторы МЛТ, регулятор R6 - типа СП--33; конденсаторы С1, С2 и С6 из серии К10 (например К10-17а, К10-49), полярные С-..С5, С7 типа К50-35 на 16 В или аналогичные малогабаритные.
2.4 Звуковой усилитель.на TDA2003
Микросхема усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом TDA2003. Так как она греется, для нормальной работы микросхемы необходимо установить теплоотвод, в качестве которого возможно использование металлических узлов конструкции самого корпуса.
Все элементы схемы, выделенные пунктиром, кроме переменного резистора R6, размещены на печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5...3 мм с размерами 80х25 мм, рис.7.
Для питания схемы подойдет любой стабилизированный источник напряжением 12 В и допустимым током до 0,8 А.
Все внешние соединительные кабели между блоками желательно выполнять экранированными проводами, а общее сопротивление используемых в колонке звуковых динамиков не должно быть меньше 4 Ом.
Схему дополнительного усилителя можно собрать и на более дешевой микросхеме К174УН7 (импортный аналог ТВА810) в типовом включении, рис.8. Работает она не хуже выше описанной, но содержит больше внешних элементов, обеспечивающих режим.

Основные технические параметры усилителя:
1) выходная мощность на нагрузке 4 Ом - 2 Вт;
2) полоса усиливаемых частот 40...20000 Гц;
3) ток потребления при Uвх=0 не более 40 мА;
4) напряжение питания может находиться в диапазоне 6...12 В;
5) коэффициент нелинейных искажений не более 1%


Выводы
В последнее время научно-исследовательские и производственные предприятия радиотехнической и электронной промышленности передовых стран мира тратят много сил и средств на отыскание путей уменьшения габаритов и массы радиоэлектронной аппаратуры. Работы эти получают поддержку потому, что развитие многих отраслей науки и техники, таких как космонавтика, вычислительная техника, кибернетика, бионика и другие, требуют исключительно сложного электронного оборудования. К этому оборудованию предъявляются высокие требования, поэтому аппаратура становится такой сложной и громоздкой, что требования высокой надежности и значительного уменьшения габаритов и массы приобретают важнейшее значение. Особенно эти требования предъявляются ракетной технике. Известно, что для подъема каждого килограмма массы аппаратуры космического корабля необходимо увеличить стартовую массу ракеты на несколько сотен килограммов. Чтобы удовлетворить эти требования, необходимо миниатюризировать аппаратуру. Это достигается несколькими методами конструирования радиоэлектронной аппаратуры.
Применение гибридных интегральных микросхем и микросборок дало возможность миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры. При использовании микросхем повышение плотности монтажа достигается тем, что на общей изоляционной подложке располагаются в виде тонких пленок резисторы, проводники, обкладки конденсаторов, такой же принцип используются и в устройствах, изготовленных методом молекулярной электроники, при этом для создании пассивных (резисторы и конденсаторы) и активных (диоды, транзисторы) элементов схем используются слои полупроводниковых материалов.
Следующий этап развития технологии производства радиоэлектронной аппаратуры - технология поверхостного монтажа кристалла (ТПМК). ТМПК обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа и уменьшает массо-габаритные показатели. ТПМК допускает высокую автоматизацию установки электрорадиоэлементов вплоть до роботизации.
Увеличение надежности конструкций, выполненных методами микроминиатюризации, объясняется гораздо большими возможностями обеспечить защиту от воздействия внешней среды. Малогабаритные узлы могут быть гораздо легче герметизированы, что к тому же увеличит и механическую прочность. Наконец, применение миниатюрных узлов и деталей позволяет лучше решить задачи резервирования как общего, так и раздельного.


Другие работы по теме: