Розробка двохсмугової активної акустичної системи з сабвуфером (стр. 4 из 12)

3.1. Вибір і розрахунок підсилювача для сабвуфера

Вибір інтегрального підсилювача проведемо на основі даних, заданих в технічному завданні:

- амплітуда вхідного сигналу 1 В;

- вихідна потужність сабвуфера 25 Вт.

Візьмемо мікросхему TDA2050V фірми виробника SGS-Thomson. Експлуатаційні та електричні параметри такого інтегрального підсилювача наступні:

- вихідна потужність, Р_вих = 25 Вт;

- опір навантаження, R_н = 4 Ом;

- коефіціент підсилення К_у = 80 дБ;

- коефіціент гармонік К_г = 0,5 %;

- напруга живлення U_ж = ±25 В;

- допустиме відхилення напруги живлення U_д = ±2,5 В;

- мінімальний споживаний струм І = 55 мА;

- нижня гранична робоча частота f_н = 20 Гц;

- верхня гранична робоча частота f_в = 20 кГц;

- корпус ТО220 (5 виводів).

Схема включення запропонована фірмою виробником наведена на рис. 3.1.1.

Конденсатор С1 – роздільчий конденсатор. А ланка R1C1 відіграє роль диференціюючої ланки, яка застосовується для того, щоб вихідна напруга із цієї ланки була пропорційна швидкості зміни вхідного сигналу. При скачку напруги на вході зміна напруги на конденсаторі рівна 0 і опір R1 являє собою навантаження зі сторони входу мікросхеми. Елемент R1 вибирається не дуже малим, щоб сильно не навантажувати вхід. Фірма виробник дані елементи пропонує прийняти рівними С1 = 1 мкФ, R1 = 22 кОм. Візьмемо наступні типи елементів: К53-4-16-1мкФ±20% ОЖО.467.037.ТУ та С2-23-0,125-22кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ.

Конденсатори С2 та С4 відіграють роль згладжуючих конденсаторів від різних високочастотних викидів по напрузі живлення. Вони вибираються в межах від 1 нФ до 100 нФ. Приймемо рівними 10 нФ і при практичній реалізації застосуємо тип К73-17-63В-0,01мкФ±10% ОЖО.461.104.ТУ.

Ланка R2=680 Ом, С3=22мкФ, R3=22кОм, включена у зворотній зв’язок мікросхеми, задає необхідний коефіціент підсилення. Конденсатор візьмемо типу К53-4-63В-22мкФ ОЖО.647.037.ТУ, а резистори С2-23-0,125-22кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ та С2-23-0,125-680 Ом±5% А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ.

Діоди VD1 та VD2 – захисні діоди. Більшість конденсаторів мають достатньо невеликий опір, на якому при замиканні виникає піковий імпульс струму величиною до 20 А і при включенні діодів цей імпульс струму проходить не через мікросхему, а через них. Хоча мікросхема має захист від пікових імпульсів струму, така схема включення збільшує надійність роботи підсилювача. У ролі захисних діодів візьмемо елементи типу 1N4001.

Ємність С6 – роздільнча ємність по постійному струму, береться великою, оскільки вихідна потужність, яка заводиться на гучномовець, складає 25 Вт, а нижня робоча частота 20 Гц. В даному випадку ємність С6 можна взяти номіналом 2200 мкФ типу К53-4-35В-2200мкФ ОЖО.467.037.ТУ.

Ланка R4, С5 – ланка Бушеро, відіграє роль узгоджувальної ланки підсилювача з гучномовцем.

Повний електричний опір гучномовця [1], як відомо, сладається з суми електричного опору звукової котушки Z_K(jω) та вносимого опору Z_RH(jω), який визначається параметрами механічної та магнітної системи гучномовця, опором випромінювання, типом та параметрами акустичного оформлення гучномовця, тобто:

Z_ГМ(jω) = Z_K(jω) + Z_RH(jω). (3.1.1)

Вносимий опір Z_RH(jω) матиме незначний вплив, якщо повна добротність гучномовця є малою. Для гучномовця ARN-150-02/4 Q=0,24. Тобто в нашому випадку опір гучномовця визначається комплексним опором звукової котушки:

Z_ГМ(jω) = Z_K(jω) = R_K + jωL_К, (3.1.2)

де R_K – резистивний опір звукової котушки;

L_К– індуктивність звукової котушки.

Для вибраного типу гучномовця R_K = 3,5 Ом, L_К = 1 мГн.

В нашому випадку розрахунок ланки Бушеро [1] можна здійснити наступним чином:

R4 = R_K = 3,5 Ом. (3.1.3)

Візьмемо потужний резистор С5-37-5Вт-3,9Ом ОЖО.467.540 ТУ.

Ємність С5 можна розрахувати за формулою

С5 = L_К/R_K², (3.1.4)

С5 = 10^-3/(3,5)² = 8,1·10^-5 мкФ

Візьмемо конденсатор типу МБГО-2-35-100мкФ ОЖО.462.023 ТУ.

3.2. Вибір і розрахунок низькочастотного підсилювача двосмугової АС

Необхідно забезпечити вихідну потужність 8 Вт на канал. Для цього виберемо підсилювач низьких частот мікросхему TDA1010A фірми виробника PHILIPS.

Експлуатаційні та електричні характеристики:

- максимальна напруга живлення U_max = 24 В;

- типова напруга живлення U_тип = 15 В;

- нормальний робочий режим при зміні напруги живлення від 6 до 24 В;

- вихідна потужність Р_вих = 9 Вт;

- опір навантаження R_Н = 4 Ом;

- мінімальний споживаний струм І_мін = 31 мА;

- робоча частота f = 20 … 20000 Гц;

- вхідний опір R_вх = 20 кОм;

- коефіціент підсилення К = 54 дБ;

- коефіціент шуму К_ш = 2 мкВ;

- корпус SiL9MP.

Схема включення наведена на рис. 3.2.1.

С1 – роздільчий конденсатор візьмемо типу К52-4-16-1мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Конденсатори С2 та С3 відіграють роль згладжуючих конденсаторів від різних високочастотних викидів по напрузі живлення. Вони вибираються в межах від 1 нФ до 100 нФ, приймемо рівними 10 нФ, при практичній реалізації застосуємо тип К73-17-63В-0,08мкФ±10% ОЖО.461.104 ТУ.

Мікросхема TDA1010А у своєму корпусі містить попередній та вихідний підсилювачі. Резистор R1 обмежує подачу струму на попередній підсилювач. Рекомендовано взяти номінал резистора 150 кОм. Візьмемо тип С5-23-0,125-150кОм А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ.

Конденсатори С4 та С5 служать ланкою для внутрішньої настройки та частотної корекції між попереднім та вихідним підсилювачами. Для оптичмальної роботи мікросхеми фірма виробник пропонує номінали цих елементів прийняти наступними С4 = 0,1 мкФ, С5 = 1000 мкФ. Візьмемо такі типи елементів К-73-17-63В-0,1мкФ±10% ОЖО 461.104 ТУ та К53-4-16-1000мкФ±20% ОЖО 467.037 ТУ.

Конденсатор С6, включений у зворотній зв’язок, візьмемо типу К53-4-16-100мкФ±20% ОЖО 467.037 ТУ.

Ємність С8 – роздільний конденсатор по постійному струму, потрібно взяти достатньо великою, оскільки вихідна потужність складає 9 Вт, а нижня робоча частота 20 Гц. В даному випадку ємність С8 можна взяти номіналом 1000 мкФ типу К53-4-25-1000мкФ±20% ОЖО 467.037 ТУ.

Ланка R2C7 – ланка Бушера, відіграє роль узгоджувальної ланки підсилювача з гучномовцем. Розрахунок ланки Бушера проведемо за методикою, описаною в розділі 3.2.

Для вибраного типу гучномовця 20ГДН-2 опір звуковох котушки R_К = 3,5 Ом, індуктивність звукової котушки L_К = 0,5 мГн.

R2 = R_К = 3,5 Ом.

Візьмемо резистор С5-37-5Вт-3,9 Ом ОЖО.467.5430 ТУ.

Розрахуємо ємність

С7 = L_К/R_К² = 0,1·10^-3/3,5² = 4,08·10^-5 Ф = 40 мкФ.

Візьмемо конденсатор типу МБГО-2-35-47мкФ ОЖО.462.023 ТУ.

3.3. Вибір і розрахунок високочастотного підсилювача двосмугової АС

Для підсилення високочастотних звукових сигналів застосуємо мікросхему TDA 1904 фірми виробника PHILIPS. Її експлуатаційні та електричні параметри наведені нижче:

- номінальна напруга живлення U = 15 В;

- допустиме відхилення напруги живлення ΔU= 4 В;

- вихідна потужність Р_вих = 4 Вт;

- опір навантаження R_Н = 4 Ом;

- мінімальний споживаний струм І_мін = 10 мА;

- робоча частота f = 30 … 20000 Гц;

- вхідний опір R_вх = 150 кОм;

- коефіціент підсилення К = 40 дБ;

- коефіціент гармонік К_Г = 0,1 %;

- коефіціент шумів К_Ш = 3 мкВ;

-

корпус DIP16.

-

С1 – розділюючий конденсатор, візьмемо типу К53-4-16-1мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Конденсатор С3 – згладжує високочастотні завади у напрузі живлення. Приймемо рівним 10 нФ і використаємо тип К73-17-63В-0,01мкФм±10% ОЖО.461.104 ТУ.

Ланка R1, R2, C2 включена у зворотній зв’язок мікросхеми. Для забезпечення потрібного коефіціента підсилення фірма виробник пропонує номінали цих елементів прийняти наступними: R1 = 10 кОм, R2 = 100 Ом, С2 = 2,2 мкФ. Застосуємо такі типи елементів: С2-23-0,125-10 кОм±5% ОЖО.467.104 ТУ, С2-23-0,125-100 ±5% ОЖО.467.104 ТУ, К53-4-16-2,2мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Конденсатор С6 – роздільчий по постійному струму. Номінал ємності С6 приймаємо ріною 1000 мкФ типу К53-4-25В-2200мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Враховуючи, що індуктивність звукової котушки високочастотного гучномовця незначна і в робочому діапазоні частот на електричний опір гучномовця практично не впливає, то потреба в узгоджувальній ланці для високочастотного каналу відпадає.

3.4. Вибір і розрахунок регуляторів гучності

Враховуючи той факт, що вхідний звуковий сигнал є незмінним і рівний 1 Вт згідно з ТЗ, а підсилювачі міають постійний коефіціент підсилення, то на вході акустичної системи потрібно ставити регулятори гучності. Оскільки дана акустична система фактично поділяється на дві окремі системи, то необхідно зробити регульовані входи, як у сабвуфері так і в двосмуговій активній системі.

Враховуючи різні нюанси відтворення та запису звуку, вхідний сигнал може бути не збалансований по правому та лівому каналу. Виходячи із попередніх міркувань, в даному випадку доцільним є застосування мікросхеми, яка б виконувала всі ці функції.

Візьмемо мікросхему М 51523L фірми виробника MITSUBISHIELECTRIC. Схема включення зображена на рис. 3.4.1.

Електричні характеристики М51523L:

- напруга живлення U_Ж = 6 ... 18 В;

- опір навантаження R_Н = 10 кОм;

- коефіціент шуму К_Ш = 12 мкВ;

- коефіціент гармонік К_Г = 0,2 %;

- регулювання гучності в межах –50 ... 0 дБ.

Конденсатори С1, С2, С6, С7 – роздільні конденсатори по постійному струму вибираються в межах 1...10 мкФ. Виробник пропонує застосовувати дані конденсатори номіналом 1 мкФ. Візьмемо електролітичні полярні конденсатори К53-4-10-1 ОЖО.467.037 ТУ.

С3 – згладжуючий конденсатор по живленню. Щоб не було пульсацій по напрузі живлення, завод виробник пропонує поставити ємність у 100 мкФ. Візьмемо полярний електролітичний конденсатор К53-4-25-100 ОЖО.467.037 ТУ.