Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Стереомікшер

Міністерство освіти і науки, молоді і спорту України

Вінницький національний технічний університет

Інституту радіотехніки, зв’язку та приладобудування

Факультет радіотехніки та телекомунікацій

Кафедра ТКСТБ

CТЕРЕОМІКШЕР

Пояснювальна записка

з дисципліни „ Радіомовлення ”

до курсової роботи за спеціальністю

“Радіотехніка”

08-34.РМ.033.00.000.ПЗ

Керівник роботи

доцент, к.т.н. С.П. Кононов

„ ___” ____________2011р.

Розробив ст. гр. РТсп – 11_ЗВ

Р.В. Бондар

„ ___” ____________2011р.

Вінниця ВНТУ 2011

АНОТАЦІЯ

УДК: 621.396.67

Стерещмікшер: курсова робота / Бондар Р.В.- м. Вінниця: ВНТУ, 2011 - __рисунків, __ таблиць, __сторінки – на українській мові.

В роботі проводиться розрахунок двоканального стереомікшера, як окремої ланки звуковідтворювальної апаратури, і проводиться розрахунок регулятора рівння. Наведено відомості про призначення та вимоги до даного пристрою, вплив параметрів його роботи на якість відтворення звукового сигналу. Основну увагу при розгляді схеми побудови мікшерів приділяється застосування операційних підсилювачів що виконанні на інтегральних мікросхемах (ІМС).

Ключові слова: мікшер; регулятор рівння; звуковий тракт; інтегральна мікросхема; операційний підсилювач; фільтр.

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………...…….…..…….…..

1 РОЗРОБКА ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ……………………………………….

2 РОЗРАХУНОК СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ ………………….…

2.1 Попередній вибір основних вузлів структурної схеми пристрою…………

2.2 Вибір елементної бази………………………………………………………..

2.3 Розподіл частотних і нелінійних спотворень……………………………….

2.4 Розрахунок повної структурної схеми пристрою…………………………..

3 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ВУЗЛІВ ПРИСТРОЮ…………………….

3.1 Електричний розрахунок вхідного каскаду першого моновходу ………....

3.2 Електричний розрахунок вхідного каскаду другого моно входу………….

3.3 Електричний розрахунок пасивних регуляторів рівня……………………..

3.4 Розрахунок регулятора панорами……………………………………………

3.5 Електричний розрахунок суматора…………………………………………..

4 МОДЕЛЮВАННЯ ОДНОГО З КАСКАДІВ МІКШЕРА

НА ЕОМ……………………………………………………………………………

4.1 Вибір моделей компонентів……………………………………………..……

4.2 Аналіз моделі пристрою………………………………………………….……

4.3 Висновки по моделюванню……………………………………………….......

5 ПОРІВНЯННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ПРОЕКТУВАННЯ З ВИМОГАМИ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ……………………………………………………….

6 ПОРІВНЯНЯ ПРИСТРОЮ З НАЙКРАЩИМИ ЗРАЗКАМИ

ПОДІБНОЇ ТЕХНІКИ……………………………………………………………...

ВИСНОВКИ……………………………....…………………..…...…………..........

Література…………………………………………………………………….…….

Додаток А (довідниковий) Параметри ІМС LF257………………………………

ВСТУП

Для складання інформації, що подається з мікрофону чи іншого джерела звуку використовується такий пристрій як мікшер. Мікшер можна назвати суматором, оскільки в ньому додаються в необхідних амплітудних відношеннях вхідні сигнали[1].

На сьогоднішній час в схемотехніці мікшери будуються на операційних підсилювачах. Зазвичай в них є наступні блоки: вхідні підсилювачі, регулятори рівня сигналу в кожному каналі індивідуальні, вихідні суматори та вихідні підсилювачі[2].

Звичайно, в старій техніці ми можемо зустріти мікшери і на транзисторах, які також мають задовільні характеристики.

В даній курсовій роботі проводиться проектування моно мікшера з двома моно входами і з моно виходом. Призначення даного пристрою наступне: підсумовувати сигнали з двох входів і коректувати АЧХ пристрою. Причому оператор також повинен мати змогу змінювати рівні вхідних моно сигналів.

1 РОЗРОБКА ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

1 Область застосування

Мікшер призначено для використання у складі професійної апаратури обробки звуку. Мікшер – пристрій, який дозволяє формувати кінцевий (вихідний) сигнал з кількох вхідних сигналів і багатосмуговий регулятор тембру. В даній курсовій роботі мікшер підсумовує три вхідних моно сигнали і формує вихідний сигнал напругою 2,7 В [2].

2 Основа розробки

Основою для розробки курсової роботи є робочий навчальний план з дисципліни «Радіомовлення».

3 Мета та експлуатаційне призначення

Мета та експлуатаційне призначення:

а) мета – отримання практичних навичок розрахунків та розробка структурної і електричної схеми пристрою;

б) призначення розробки – навчальна курсова робота з дисципліни „Радіомовлення”.

4 Джерела розробки

Джерелом розробки мікшера є індивідуальне завдання на курсову роботу з дисципліни, патенти та інші технічні матеріали до розрахунків та розробки схем.

5 Технічні вимоги

5.1 Варіанти виконання

Пристрій виконується в стаціонарному варіанті.

5.2 Активні елементи

В якості активних елементів даного пристрою будуть використовуватись інтегральні мікросхеми.

5.3 Вхідна і вихідна напруги пристрою

З технічного завдання відомо , що, =60мВ =500мВ,

Номінальна вхідна напруга, яку необхідно забезпечити на вході мікшера становить 60(мВ)

5.4 Смуга робочих частот

Смуга робочих частот – діапазон частот, в якому коефіцієнт передачі мікшера на крайніх частотах діапазону відрізняється від максимального на задані частотні спотворення

Забезпечити значення нижньої робочої частоти F_н=90Гц, при коефіцієнті частотних спотворень не більше 2,2 дБ.

Забезпечити значення верхньої робочої частоти F_в=12кГц, при коефіцієнті частотних спотворень не більше 2,5 дБ.

Мікшер повинен мати у своєму складі регулятор рівня

5.5 Вхідний опір

Вхідний опір є дуже важливим параметром, оскільки характеризує узгодження пристрою з джерелом сигналу.

Забезпечити вхідний опір першого моновходу 330 кОм.

Забезпечити вхідний опір другого моновходу 1 кОм.

5.6 Живлення пристрою

Живлення здійснюється від первинної мережі змінного струму напругою В та частотою Гц. Блок живлення пристрою повинен забезпечувати стабілізованими напругами живлення мікросхеми. В блоці живлення пристрою необхідно стабілізатори напруги в інтегральному виконанні. Блок живлення пристрою повинен формувати стабілізовані постійні напруги В.

6 Кліматичні умови

6.1 Температура

Дуже часто пристрій перестає функціонувати, оскільки його окремі складові(транзистори, мікросхеми) виходять із свого температурного режиму, що призводить до поломки пристрою вцілому. Забезпечити стабільну роботу пристрою за умов його експлуатації в температурному діапазоні -10ºС…+80ºС.

6.2 Відносна вологість

При високій вологості можуть утворитися непередбачувані провідні зв’язки. Тому для стабільної роботи пристрою в таких випадках необхідно окремі вузли, плати покривати волого захисною плівкою.

Забезпечити стабільну роботу пристрою за умов його експлуатації при відносній вологості повітря не більше 90%.

6.3 Атмосферний тиск

Забезпечити стабільну роботу пристрою за умов його експлуатації при атмосферному тиску – 710-780мм. рт.ст.

7 Конструктивні вимоги

Пристрій виконується у вигляді окремого функціонального вузла, що з’єднується за допомогою роз’ємів з іншими пристроями.

8 Маса пристрою

Маса пристрою не повинна перевищувати 700г

9 Габаритні розміри

Ширина пристрою не повинна перевищувати 150 мм, довжина пристрою не повинна перевищувати 180 мм, висота пристрою не повинна перевищувати 50 мм.

10 Вимоги до рівня уніфікації та стандартизації

При розробці пристрою слід максимально використовувати стандартні і уніфіковані деталі. Графічна та текстова документація розробленого привода повинна відповідати всім діючим стандартам України. Стадії та етапи розробки привода включають елементи технічної пропозиції, ескізного та технічних проектів

11 Економічні показники

Пристрій повинен бути конкурентно спроможним на сучасному ринку України та на світовому ринку.

2 РОЗРАХУНОК СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ

2.1 Попередній вибір основних вузлів структурної схеми пристрою

Стерео мікшер будемо проектувати за структурою, яка зображена на рисунку 2.1.

Пристрій буде працювати таким чином. Вхідні сигнали надходять на індивідуальні канали обробки (КАНАЛ), де вони підсилюються по рівню. Сформовані вихідні сигнали каналів поступають на суматор (S), який додає два сигнали і ми отримуємо вихідну напругу[3,4].

Рисунок 2.1 – Узагальнена структурна схема стерео мікшера

Вузол КАНАЛ мікшера буде бути побудований за схемою, яка зображена на рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 – Структурна схема вузла КАНАЛ

Визначимо загальний коефіцієнт підсилення кожного каналу

. (2.1)

Загальний коефіцієнт підсилення для моновходу 1 становитиме

Загальний коефіцієнт підсилення для моновходу 2 становитиме

Вважатимемо, що регулювання підсилення кожного каналу буде становити 40 дБ і цього буде достатньо.

2.2 Вибір елементної бази

Вибір ОП будемо здійснювати за такими параметрами:

а) Вимоги до коефіцієнта підсилення за напругою:

б) Вимоги до напруги живлення. Необхідно максимально використовувати стандартну напругу живлення на яку є мікросхеми стабілізації, тобто

в) Вимоги до частоти одиничного підсилення

, (2.2)

Враховуючи дані обрахунки оберемо операційний підсилювач LF257[1]. Основні його параметри наведені в таблиці 2.1

Таблиця 2.1 – Основні параметри мікросхеми LF257

1	Напруга живлення
2	Коефіцієнт підсилення
3	Частота одиничного підсилення	20 МГц
4	Максимальна вихідна напруга
5	Максимальний вихідний змінний струм
6	Вхідний опір	Ом
7	Максимальна споживана потужність	680мВт
8	Вхідний струм	200пА

У всіх підсилювальних каскадах та буферних каскадах використаємо даний операційний підсилювач. Перевагою його використання є те, що він недорогий та має задовільні характеристики. Також він має захист від температурного перегріву та захист від короткого замикання на виході. Він має хорошу мінімальну шумову напругу на вході, яка становить близько 10 нВ.

Розрахуємо значення сигнал/шум для вхідного каскаду першого моновходу.

Даний рівень шумів цілком задовільний.

2.3 Розподіл частотних і нелінійних спотворень

Частотні спотворення розподілятимемо таким чином, щоб вони не перевищували заданих в завданні, тобто[2], [4]:

на вхідний підсилювач першого моновходу М_В1=2 дБ, М_Н1=1 дБ;

на вхідний підсилювач другого моновходу М_В2=2 дБ, М_Н2=1 дБ;

на регуляторі рівня М_Н=0,5 дБ;

на суматор пристрою М_В3=0,5 дБ, М_Н6=0,2 дБ;

Тоді сумарні спотворення в області НЧ для першого другого і третього моновходів будуть становити

М_Нзаг1= М_Нзаг2= М_Нзаг3= 0,5+0,5+1+0,2 =2,2 дБ.

Тоді сумарні спотворення в області ВЧ для першого другого і третього моновходів будуть становити

М_Взаг= 2,5 дБ.

Підрахуємо загальний коефіцієнт гармонік[1], [2].

, (2.3)

Де коефіцієнти гармонік каскадів оберемо наступні значення

на вхідний підсилювач першого моновходу

на вхідний підсилювач другого моновходу

на вхідний підсилювач третього моновходу

на суматор пристрою

на еквалайзер

не може бути більшим ніж .

Видно що рівень нелінійних спотворень не перевищує .

2.4 Розрахунок повної структурної схеми пристрою

В вхідний підсилювач називають іноді буфером, тому що він має ізолюючі властивості.

В схемі даного мікшера буферні підсилювачі використовується для узгодження вхідних сигналів різних моно входів.

Суматор виконує важливу функцію додавання сигналів і тому його характеристики повинні бути такими, щоб якісно сформувати вихідний сигнал, тобто він повинен мати маленький коефіцієнт гармонік, високе розділення між джерелами вхідних сигналів[4].

Рисунок 2.3 – Схема суматора

Після проведеного попереднього аналізу, вибору оптимальних схемотехнічних рішень і елементної бази складаємо детальну структурну схему стереомікшера (рисунок 2.4).

3 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ВУЗЛІВ ПРИСТРОЮ

3.1 Електричний розрахунок вхідного каскаду першого моновходу

Вихідні дані:

ввімкнення мікросхеми - неінвертувальне;

операційний підсилювач LF257;

коефіцієнт підсилення за напругою K_U=45;

частотні спотворення в області НЧ M_H=1дБ;

частотні спотворення в області ВЧ M_B=2дБ;

вхідний опір R_ВХ=330кОм[4].

Схема вхідного підсилювача зображена на рисунок 3.1 [2],[4].

Рисунок 3.1 – Схема вхідного підсилювача першого моновходу

Опір R_вх=R₁=330кОм

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R1: С2-23-0,125 – 330кОм±10%.

Ємність С₁ визначається з умови

, (3.1)

М_н=1 дБ=1,122

(мкФ).

З довідника обирається конденсатор С1: С1 – К50 35-25В-10мкФ20%.

Задаємося номіналом резистора R₂=10 кОм.

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R2: С2-23-0,125–10 кОм±10%.

Розраховуємо значення резистору R3

, (3.2)

, (3.3)

(кОм).

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R3: С2-23-0,125–470 кОм±5%.

Перевіряємо які спотворення вносить ОП на верхній частоті

, (3.4)

, (3.5)

М_В=1,0031 раз=0,0032дБ

Отже, тому ОП підібраний вірно.

Розрахуємо за формулою

, (3.6)

(дБ).

Коректуючу ємність розраховуємо за формулою

, (3.7)

(пФ).

З ряду стандартних ємностей вибираємо [4], [8]:

С2 – К71-7-250В-22пФ±5%.

3.2 Електричний розрахунок вхідного каскаду другого моновходу

Вихідні дані:

ввімкнення мікросхеми - неінвертувальне;

операційний підсилювач LF257;

коефіцієнт підсилення за напругою K_U=5,4;

частотні спотворення в області НЧ M_H=1дБ;

частотні спотворення в області ВЧ M_B=2дБ;

вхідний опір R_ВХ=1кОм[4].

Схема вхідного підсилювача зображена на рисунок 3.2 [2],[4].

Рисунок 3.2 – Схема вхідного підсилювача другого моновходу

Опір R_вх=R₁=1кОм

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R1: С2-23-0,125 – 1кОм±5%.

Ємність С₁ визначається з умови (3.1)

М_н=1 дБ=1,122

(мкФ).

З довідника обирається конденсатор С1: С1 – К50 35-25В-3,3мкФ10%.

Задаємося номіналом резистора R₂=33 кОм.

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R2: С2-23-0,125–33 кОм±5%.

Розраховуємо значення резистору R3 за формулою (3.3)

(кОм).

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R3: С2-23-0,125–150 кОм±5%.

Перевіряємо які спотворення вносить ОП на верхній частоті (3.4)

Отже, тому ОП підібраний вірно.

Розрахуємо за формулою (3.6)

Коректуючу ємність розраховуємо за формулою (3.7)

(пФ).

З ряду стандартних ємностей вибираємо [4], [8]:

С2 – К10-16-25В-68пФ±10%.

3.3 Електричний розрахунок пасивних регуляторів рівня

Вихідні дані для розрахунку пасивних регуляторів рівня[1]:

Dг = 40 дБ

Мн = 1дБ

Мв = 0 дБ

Рисунок 3.3 – Принципова схема пасивного регулятора рівня

Змінний резистор вибираємо типу А, щоб в нього залежність опору від кута повороту була лінійною.

Вибираємо резистор R1 – СП4-1б-0,125-6,8кОм20%

Знаходимо значення розділового конденсатора з врахуванням М_Н=1 дБ тобто 1,122 раз.

, (3.8)

(мкФ).

Виберемо 74мкФ.

С1 – К50-35-25В-75мкФ5%.

3.4 Розрахунок регулятора панорами

В мікшері застосуємо пасивну схему (рисунок 3.6) регулятора панорами.

Рисунок 3.4 – Регулятор панорами

Змінний резистор вибираємо типу А, щоб в нього залежність опору від кута повороту була лінійною.

Вибираємо резистор R1 та R2– СП4-1б-0,125-10кОм20%

(кОм)

Вибираємо резистор R3 СП4-1А-0,125-15кОм20%

Максимальний коефіцієнт передачі регулятора панорами складе

раз.

Це значить, що сигнал потрібно буде підсилити і 1,7 рази у суматорі, щоб компенсувати таке послаблення.

3.5 Електричний розрахунок суматора

Вихідні дані для розрахунку суматора[1]:

частотні спотворення в області нижніх частот 0,2 дБ;
частотні спотворення в області верхніх частот 0,5 дБ.

Рисунок 3.5 – Електрична схема суматора

Коефіцієнт передачі по напрузі суматора кожного входу визначається за формулою

. (3.9)

Оскільки вхідний опір рівний кОм

З ряду стандартних опорів вибираємо [5],[7] R1, R2, R3: С2-23-0,125 – 10кОм±5%.

рази.

Маємо

кОм.

Візьмемо резситор R4 С2-23-0,125 – 18 кОм±10%.

Ємності С₁, С₂, С₃ визначається з умови

М_н=0,2 дБ= 1,023

(мкФ).

З ряду стандартних ємностей вибираємо [4], [8]:

С1,С2,С3, – К50-35-25В-1мкФ±10%.

Перевіряємо які спотворення вносить ОП на верхній частоті (3.7)

Отже, тому ОП підібраний вірно.

Розрахуємо

Розраховуємо коректуючу ємність

(пФ).

З ряду стандартних ємностей вибираємо [4], [8]:

С4, – К71-7-250В -100пФ±5%.

На основі структурної схеми та розрахунків складаємо повну схему електричну принципову мікшера (рис. 3.6)

4 МОДЕЛЮВАННЯ ОДНОГО З КАСКАДІВ МІКШЕРА НА ЕОМ

4.1 Вибір моделей компонентів

При моделюванні спроектованого суматора використаємо систему схемотехнічного моделювання Electronics Workbench 5.12.

В системі схемотехнічного моделювання Electronics Workbench 5.12 вибір резисторів та конденсаторів не викликає проблем, основним завданням при моделюванні є вибір моделей мікросхем, оскільки в базі елементів цієї програми відсутні вітчизняні мікросхеми, тому слід використовувати їх аналоги. В Electronics Workbench 5.12 наведено список аналогових підсилювачів що використовуються в списку міститься такі пункти “База даных”, “Раздел” та “Семейство” та “Компонент” з допомогою котрих здійснюється вибір потрібного елемента.

Рисунок 4.1 – вибір моделей елементів

Із цього списку вибираємо аналог операційний підсилювач – TL071CP, та інших потрібних моделей елементів які визначають режим його роботи та коефіцієнт підсилення, вони були розраховані у п. “4.1 Розрахунок схеми вхідного буферного підсилювача”.

4.2 Аналіз моделі пристрою

Даний каскад являється буферним підсилювачем на ОП з К_П=1,7, для дослідження його характеристик використаємо схему зібрану в системі Circuit Electronics Workbench 5.12., зображена на рис. 4.2. Модель містить у своєму складі крім операційного підсилювача, додаткові елементи які визначають режим його роботи та коефіцієнт підсилення.

Рисунок 4.2 – Модель суматора

На схему подаються прямокутні імпульси від генератора рис. 4.2.

Для визначення нелінійних спотворень схеми в панелі меню програми виберемо Моделирование – вид моделирования - режым Искажения, задамо параметри для моделювання рис. 4.3.

Рисунок 4.3 – Завдання на визначення нелінійних спотворень

Для отримання АЧХ та ФЧХ схеми в панелі меню програми виберемо Моделирование – вид моделирования - режым AC, задамо параметри для моделювання. Отримані графіки зображені на рис. 4.4.

Рисунок 4.4 – АЧХ та ФЧХ пристрою

На рисунку 4.5 зображено осцилограми вхідних та вихідної напруг, яка яка є сумою всіх

Рисунок 4.5 – Осцилограми вхідних та вихідної напруг

4.3 Висновки по моделюванню

При моделюванні в системі схемотехнічного моделювання Electronics Workbench 5.12. спроектованого каскаду було виявлено що характеристики змодельованого каскаду майже повністю ідентичні розрахунковим, тому можна вважати що методика розрахунку даного каскаду вірна.