Administratie | Alimentatie | Arta cultura | Asistenta sociala | Astronomie |
Biologie | Chimie | Comunicare | Constructii | Cosmetica |
Desen | Diverse | Drept | Economie | Engleza |
Filozofie | Fizica | Franceza | Geografie | Germana |
Informatica | Istorie | Latina | Management | Marketing |
Matematica | Mecanica | Medicina | Pedagogie | Psihologie |
Romana | Stiinte politice | Transporturi | Turism |
Sa se proiecteze si sa se verifice prin simulare in Spice un sistem analogic de prelucrare a semnalelor de audiofrecventa, realizat cu amplificatoare operationale (AO) alimentate cu o singura tensiune continua.
Fig. 1. Schema bloc a sistemului analogic
pentru preamplificatorul cu amplificare constanta:
;
castigul ;
pentru preamplificatorul de banda magnetica sau doza magnetica:
castigul ;
frecventele caracteristice: ;
pentru preamplificatorul de banda magnetica sau doza magnetica:
castigul ;
frecventele caracteristice: ;
pentru mixerul analogic (circuitul sumator):
castigul ;
rezistenta de intrare "vazuta" dupa cursorul potentiometrelor: Rin3,min=10kW;
pentru corectorul de ton:
castigul ;
frecventele caracteristice: ;
pentru egalizorul grafic
castigul ;
frecventele caracteristice: ;
frecventele limita ale benzii de audiofrecventa:
amplitudinea semnalului la iesirea sistemului: ;
alimentare: .
Cele mai multe circuite realizate cu AO se alimenteaza cu tensiune dubla: plusul sursei +VCC se leaga la borna de alimentare pozitiva a AO (V+) iar minusul sursei -VCC se conecteaza la borna de alimentare negativa a AO (V-). Celelalte borne ale surselor de alimentare se conecteaza impreuna si constituie referinta de potential = masa (fig. 2, a).
La
alimentarea cu tensiune simpla, plusul sursei unice VCC se leaga la
borna de alimentare pozitiva a AO (V+) iar minusul sursei VCC se
conecteaza la borna de alimentare negativa a AO
(V-), devenind referinta de potential = masa (fig. 2, b).
Fig. 2. Alimentarea AO: a) dubla; b) simpla
Pentru ca semnalul de iesire sa poata efectua o excursie simetrica (adica sa contina ambele alternante - pozitiva, respectiv negativa) pinii AO (intrarea neinversoare, cea inversoare si iesirea) trebuie sa se afle la un potential egal cu jumatate din tensiunea de alimentare (VCC/2).
Semnalele prelucrate pot fi numai de curent alternativ iar pentru separarea componentei alternative de cea continua trebuie sa se utilizeze condensatoare de cuplaj.
Condensatoare de cuplaj inrautatesc raspunsul la frecvente joase al circuitului in care se monteaza, ceea ce constituie un aspect important de care trebuie sa se tina seama in proiectare.
Tensiunea VCC/2 se obtine, cel mai simplu, cu ajutorul unui divizor de tensiune, Ra, Rb (fig. 3):
Fig. 3. Metoda de obtinere a tensiunii de polarizare VCC/2
Cele doua rezistente trebuie sa aiba valori egale. Condensatorul de filtrare CF are rolul de a imbunatati comportarea la frecvente joase a circuitelor alimentate.
AO trebuie sa produca la iesirea lui semnalul amplificat, fara a-i deteriora forma. Daca AO nu poate urmari semnalul amplificat (AO este "lenes", avand viteza mica), atunci forma sinusoidala a semnalului de iesire este transformata de AO intr-o forma triunghiulara. Parametrul care caracterizeaza viteza de variatie a semnalului de la iesirea AO se numeste Slew Rate, prescurtat SR. Unitatea de masura este volt pe microsecunda [V/μs].
Criteriul SR permite evaluarea SR-ului necesar pentru AO care va fi ales, dupa formula:
(1)
unde
fmax reprezinta valoarea maxima a frecventei semnalelelor prelucrate, in cazul benzii de audiofrecventa;
- amplitudinea semnalului de la iesirea AO.
Pana, Gh. - Indicatii date la orele de proiect, Universitatea "Transilvania", Brasov, 2009.
Pana,
Gh. - Circuite integrate analogice, Indrumar de proiectare, Universitatea
"Transilvania",
Pana, Gh. - Amplificatoare operationale. Aplicatii, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000.
Pana,
Gh. - Electronica analogica implementata cu AO, Editura
Universitatii "Transilvania",
Tudor, M. - Spice, Editura Teora, Bucuresti, 1996.
Observatie: pozitiile 2, 3 si 4 se pot accesa pe https://vega.unitbv.ro/~pana/
Pentru a nu se utiliza rezistente cu valori nepractici de mari se alege o configuratie neinversoare (fig. 4).
Fig. 4. Schema preamplificatorului
Din relatia amplificarii circuitului (amplificarea in bucla inchisa)
(2)
cunoscand valoarea se determina raportul celor doua rezistente
(3)
Se alege pentru R21 o valoare standard in domeniul 10k . 100kW si rezulta valoarea lui R11.
Deoarece rezistenta de intrare a configuratiei inversoare este foarte mare, rezulta:
(4)
Valorile condensatoarelor Cin1, C11 si CL1 se determina astfel incat frecventa limita inferioara a circuitului sa fie egala cu valoarea minima din banda de audiofrecventa si anume 20 Hz.
Pentru simplificare, se poate considera ca cele 3 frecvente inferioare sunt identice si se noteaza cu finf. Daca frecventa limita inferioara a circuitului este f'inf, atunci:
Valorile celor 3 condensatoare se determina cu relatiile:
Se alege valoarea standard cea mai apropiata, superioara celei rezultata din calcul.
Preamplificatorul de banda magnetica asigura o egalizare in amplitudine si faza a semnalului audio obtinut de la un cap magnetic. Raspunsul circuitului este in conformitate cu standardul NAB (National Association of Broadcasters) si este prezentat in fig. 5, a.
a) Functia de transfer. Circuitul care aproximeaza raspunsul NAB se prezinta in fig. 5, b. Considerand condensatorul C12 scurtcircuit in toata gama audio, functia de transfer se scrie:
. (5)
b) Frecventele de frangere ale caracteristicii se determina cu relatiile:
(6,a)
(6,b)
a) |
b) |
Fig. 5. Corectia NAB: (a) Raspunsul in frecventa; (b) Schema circuitului de corectie |
Pentru dimensionare se considera reactanta capacitiva a condensatorului C12 mult mai mica decat valoarea lui R12.
Cunoscand G2NAB, pentru f<f , se determina din relatia (5):
(7)
Relatiile (6) formeaza un sistem de
doua ecuatii cu trei necunoscute (R22,
R32 si C22). Pentru a rezolva
sistemul se alege o valoare standard pentru C22
in domeniul 4,7nF . 24nF (pentru valoarea standard de capacitate vezi valorile
posibile intr-o decada de la rezistente cu toleranta 5%
[2, Anexa 1, Tabelul A1-1]).
Din relatia (6, a) se determina valoarea lui R22:
(8)
si se alege
valoarea standard cea mai apropiata cu toleranta de 5%, eventual cu
toleranta de 1%
[2, Anexa 1].
Din relatia (6, b) se determina valoarea lui R32:
(9)
si se alege
valoarea standard cea mai apropiata cu toleranta de 5%, eventual cu
toleranta de 1%
[2, Anexa 1].
Din relatia (7) se determina valoarea lui R1-2:
(10)
si se alege valoarea standard cea mai apropiata, eventual cu toleranta de 1% [2, Anexa 1].
Valorile condensatoarelor Cin2, C12 si CL2 se determina astfel incat frecventa limita inferioara a circuitului sa fie egala cu valoarea minima din banda de audiofrecventa si anume 20 Hz.
Pentru simplificare, se poate considera ca cele 3 frecvente inferioare sunt identice si se noteaza cu finf. Daca frecventa limita inferioara a circuitului este f'inf, atunci:
(11)
Valorile celor 3 condensatoare se determina cu relatiile:
(12,a)
(12,b)
(12,c)
Se alege valoarea standard cea mai apropiata, superioara celei rezultata din calcul.
Preamplificatorul de doza magnetica realizeaza o corectie RIAA.
Circuitele de corectie RIAA sunt preamplificatoare care au
amplificarea dependenta de frecventa, astfel ca semnalul de la
iesire sa aiba amplitudinea
Raspunsul in frecventa corespunzator standardului RIAA (Record Industry Association of America) are aspectul din fig. 6, a. Amplificarea se specifica, de obicei, la frecventa de 1kHz. In cazul caracteristicii din fig. 6, a, amplificarea la 1kHz este egala cu G2RIAA.
Un circuit capabil sa asigure
corectia RIAA se prezinta
in fig. 6, b. Grupul Rpol2 Cp2 de la intrare
asigura adaptarea de impedanta cu traductorul (de exemplu,
pentru doza magnetica
Rpol2=47kW iar Cp2=100pF). Condensatorul C12 se dimensioneaza astfel incat acesta sa se
poata considera scurtcircuit in toata banda audio si sa
asigure un punct de frangere a caracteristicii de frecventa a
circuitului la fi=20Hz.
a) Functia de transfer a circuitului este de forma , unde Zr(jw reprezinta impedanta circuitului din bucla de reactie:
. (13)
b) Frecventele de frangere ale caracteristicii se exprima cu ajutorul relatiilor:
(14,a)
(14,b)
(14,c)
a) |
b) |
Fig. 6. Corectia RIAA: (a) Raspunsul in frecventa; (b) Schema circuitului de corectie |
Se considera reactanta capacitiva a condensatorului C12 mult mai mica decat valoarea rezistentei R12.
Pentru f<f (fig. 6, a), caracteristica de frecventa se deplaseaza cu 20dB fata de G2RIAA, castigul devine G2RIAA+20dB si din relatia (13) se obtine relatia:
(15)
Relatiile (14) formeaza un sistem de trei ecuatii cu patru necunoscute (R22, R32, C22 si C32). Pentru a rezolva sistemul se alege C22=10nF.
Din relatia (14,b) se calculeaza valoarea lui R22:
(16)
si se alege
valoarea standard cea mai apropiata cu toleranta de 5%, eventual cu
toleranta de 1%
[2, Anexa 1].
Din relatiile (14,a) si (13,c) se obtine:
(17)
Se alege valoarea standard cea mai apropiata celei rezultata din calcul.
Valoarea lui R32 se determina din (14,c):
(18)
si se alege
valoarea standard cea mai apropiata cu toleranta de 5%, eventual cu
toleranta de 1%
[2, Anexa 1].
Din relatia (14) se determina valoarea lui R12:
(19)
si se alege
valoarea standard cea mai apropiata cu toleranta de 5%, eventual cu
toleranta de 1%
[2, Anexa 1].
Valorile condensatoarelor Cin2, C12 si CL2 se determina astfel incat frecventa limita inferioara a circuitului sa fie egala cu valoarea minima din banda de audiofrecventa si anume 20 Hz.
Pentru simplificare, se poate considera ca cele 3 frecvente inferioare sunt identice si se noteaza cu finf. Daca frecventa limita inferioara a circuitului este f'inf, atunci:
(20)
Valorile celor 3 condensatoare se determina cu relatiile:
(21,a)
(21,b)
(21,c)
Se alege valoarea standard cea mai apropiata, superioara celei rezultata din calcul.
Mixarea analogica a celor trei semnale presupune transmiterea spre corectorul de ton sau egalizorul grafic a oricarui semnal dintre cele trei, precum si a combinatiilor dintre ele (suma a cate 2 sau chiar suma celor 3 semnale).
Circuitul analogic adecvat acestei operatii este sumatorul inversor cu trei intrari. Reglarea volumului se poate face separat pentru fiecare semnal de intrare cu ajutorul potentiometrelor Rpot, precum si global pentru toate semnalele din potentiometrul Rpot_master (fig. 7). Circuitul are avantajul ca nu-si modifica functia de transfer in cazul in care lipseste semnalul de la careva dintre intrarile sale.
Fig. 7. Schema mixer-ului cu contolul volumului
Expresia tensiunii de iesire se scrie sub forma:
(22)
Castigul G3 este egal cu zero daca rapoartele de rezistente din expresia (22) sunt egale cu unitatea si cursorul potentiometrului Rpot_master in extrema stanga de pe fig. 7, valoarea de rezistenta fiind egala cu 0:
(23)
de unde rezulta:
(24)
Mixer-ul analogic este un circuit inversor, ceea ce presupune ca rezistenta "vazuta" de fiecare semnal de intrare V1a, V2a, V3a este egala cu rezistenta conectata in serie pe intrarea respectiva.
Rezulta ca , astfel ca rezistentele mixer-ului analogic trebuie sa aiba valorile:
(25)
Toleranta lor nu este critica. Se poate lucra cu rezistente care au toleranta
Valoarea potentiometrului Rpot_master se determina stiind ca la amplificarea maxima de 20,8dB se poate scrie relatia:
(26)
de unde
(27)
Rezistenta de compensare a curentulor de polarizare a intrarilor se determina cu relatia:
(28)
Deoarece valoarea rezistentei Rpol3 nu este critica iar Rpot_master se modifica intre 0 si 100kΩ se poate considera ca valoarea lui R pol3 se obtine prin legarea in paralel a 4 rezistente de 10kΩ.
Valorile condensatoarelor C13, C23 C33 si CL3 se determina astfel incat frecventa limita inferioara a circuitului sa fie egala cu valoarea minima din banda de audiofrecventa si anume 20 Hz.
Pentru simplificare, se poate considera ca cele 4 frecvente inferioare sunt identice si se noteaza cu finf. Daca frecventa limita inferioara a circuitului este f'inf, atunci:
Valorile celor 4 condensatoare se determina cu relatiile:
Se alege valoarea standard cea mai apropiata, superioara celei rezultata din calcul.
Controlul activ al tonului se efectueaza, cel mai des, asupra frecventelor joase si inalte si asigura ajustarea independenta a amplificarii in zona frecventelor joase si inalte ale domeniului de audiofrecventa. Un circuit utilizat frecvent are schema reprezentata in fig. 8, a. Raspunsul in frecventa are aspectul din fig. 8, b.
In domeniul frecventelor joase din banda audio (20Hz . 100Hz), condensatoarele schemei se considera circuite deschise (gol), astfel ca in circuitul de reactie intra numai rezistoarele R1a4, R1b4 si rezistorul R24. Circuitul reprezinta o configuratie inversoare si se determina:
a) Amplificarea si atenuarea circuitului la frecvente joase:
amplificarea maxima la frecvente joase, pentru cursorul potentiometrului R24 aflat in extrema stanga:
; (29)
atenuarea maxima la frecvente joase, pentru cursorul potentiometrului R24 aflat in extrema dreapta:
. (30)
Se poate considera ca
a) |
|
b) |
Fig. 8. Controlul activ al tonului pentru frecvente joase si inalte: (a) Schema circuitului corector; (b) Raspunsul in frecventa |
b) Frecventa de frangere a caracteristicii in zona frecventelor joase, comuna atat pentru amplificarea maxima cat si pentru atenuarea maxima, este:
(31)
In domeniul frecventelor inalte din banda audio (10kHz . 15kHz), condensatoarele schemei se considera scurtcircuit, iar rezistenta R24 nu conteaza, fiind suntat de condensatorul C14. Aplicand echivalarea stea-triunghi pentru circuitul tip stea format din cele doua rezistoarele R1a4 si R1b4 si rezistorul R54 si punand conditia se pot determina:
c) Amplificarea si atenuarea circuitului la frecvente inalte:
amplificarea maxima la frecvente inalte, pentru cursorul potentiometrului R44 aflat in extrema stanga:
; (32)
atenuarea maxima la frecvente inalte, pentru cursorul potentiometrului R44 aflat in extrema dreapta
. (33)
d) Frecventa de frangere a caracteristicii in zona frecventelor inalte, comuna atat pentru amplificarea maxima cat si pentru atenuarea maxima, este:
(34)
Observatie: Corectorul de ton fiind de tip inversor, impedanta de intrare este determinata de elementele de circuit conectate in serie cu intrarea inversoare a AO, intre care se afla si potentiometrele R24 si R44. Impedanta de intrare depinde de pozitia cursoarelor potentiometrelor si de frecventa semnalului prelucrat. Pentru ca circuitul din lantul audio, conectat in amonte de corectorul de ton, sa nu fie influentat negativ de aceasta variatie de impedanta, la intrarea corectorului de ton se conecteaza un circuit repetor, realizat tot cu un AO sau semnalul de intrare in corector se culege de la iesirea unui circuit cu impedanta de iesire foarte mica (circuit realizat cu AO).
Castigul de 20dB corespunde la o amplificare de 10V/V (adica de 10 ori). Rezulta
conform relatiei (29):
(35)
si conform relatiei (32):
(36)
Se alege pentru R24 un potentiometru de 100kW. Din relatia (35) se calculeaza R1a4 si R1b4:
(37)
Pentru a avea cat mai putine valori distincte de rezistente, se alege:
(38)
Din relatia (36) se obtine
(39)
Pentru a se indeplini conditia , unde , se alege
Se alege pentru R44 un potentiometru de 500kW
Condensatoarele C14 si C24 se dimensioneaza cu ajutorul relatiilor:
(40a)
respectiv
(40b)
si se aleg valorile standard cele mai apropiate.
Valorile condensatoarelor Cin4 si CL4 se determina astfel incat frecventa limita inferioara a circuitului sa fie egala cu valoarea minima din banda de audiofrecventa si anume 20 Hz.
Pentru simplificare, se poate considera ca cele 2 frecvente inferioare sunt identice si se noteaza cu finf. Daca frecventa limita inferioara a circuitului este f'inf, atunci:
Valorile celor 2 condensatoare se determina cu relatiile:
Se alege valoarea standard cea mai apropiata, superioara celei rezultata din calcul.
Egalizorul grafic se realizeaza cu filtre trece-banda al caror raspuns individual in frecventa se ajusteaza cu ajutorul unor potentiometre aranjate vertical, unul langa altul, astfel incat cursoarele lor descriu un anumit grafic, de unde ii provine si numele de egalizor grafic.
Schema tipica a unei celule de egalizor grafic si unele valori uzuale de componente se prezinta in fig. 9:
Fig. 9. Schema tipica a unei celule de egalizor grafic
In banda (in jurul
frecventei f0)
condensatorul C14 se
comporta ca gol iar C24
ca scurtcircuit. Efectul de amplificare sau atenuare depinde de pozitia
cursorului potentiometrului R24
(stanga - amplificare; dreapta - atenuare).
In afara benzii, condensatorul C24 se comporta ca gol iar C14 ca scurtcircuit si circuitul are amplificarea egala cu unitatea (A=1).
Daca se pun conditiile: , relatia frecventei centrale a fiecarei benzi se scrie:
(41)
Marimea amplificarii la frecventa f0 este:
(42)
Avand ca date de intrare valorile frecventelor f0, valorile condensatoarelor C24 si C14 se determina cu relatiile:
(43)
unde iar valorile pentru frecventele f0 se iau din datele de proiectare.
(44)
Valorile frecventelor si ale capacitatilor se trac in tabelul 1:
Tabelul 1
f0 [Hz] |
C24 |
C14 |
f0 [Hz] SPICE |
||
analitic |
standard |
analitic |
standard |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Schema bloc a unui egalizor cu n celule se prezinta in fig. 10. Fiecare celula are forma celei din fig. 9.
Cele n celule sunt conectate in paralel iar iesirile lor se insumeaza cu semnalul de intrare divizat cu (n-1).
Rezistoarele notate cu R se pot alege cu valoarea de 10kW
Valorile condensatoarelor Cin4 si CL4 se determina astfel incat frecventa limita inferioara a circuitului sa fie egala cu valoarea minima din banda de audiofrecventa si anume 20 Hz.
Pentru simplificare, se poate considera ca cele 2 frecvente inferioare sunt identice si se noteaza cu finf. Daca frecventa limita inferioara a circuitului este f'inf, atunci:
Valorile celor 2 condensatoare se determina cu relatiile:
Se alege valoarea standard cea mai apropiata, superioara celei rezultata din calcul.
Fig. 10. Egalizor grafic cu n benzi
Se prezinta in schema bloc din fig. 11
Fig. 11. Modul de conectare a condensatoarelor de cuplaj
Condensatorul de cuplaj Cin se dimensioneaza astfel incat pentru fi=20Hz reactanta sa capacitiva sa egaleze valoarea Rvolum1. Daca se considera Rvolum1=10kΩ, se obtine:
(45)
Se alege valoarea standard cea mai apropiata.
Un exemplu de lista de componente se prezinta in tabelul 2
Tabelul 2
Nr. crt. |
Denumire din schema |
Tip/valoare |
Caracteristici |
Buc. |
|
U1A-U1D |
LM324 |
AO cuadruplu de uz larg |
1 |
|
R11 |
20 kW |
rezistor cu pelicula de carbon, seria RCG1025, toleranta |
1 |
|
R21 |
180 kW |
rezistor cu pelicula de carbon, seria RCG1025, toleranta |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R13, R23, R33, R43 |
10 kW |
rezistor cu pelicula de carbon, seria RCG1025, toleranta |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C12 |
47mF/10V |
condensator electrolitic cu aluminiu |
1 |
|
C22 |
10nF |
Condensator bobinat cu polistiren (sau poliester metalizat) |
1 |
|
|
|
|
|
Acest document nu se poate descarca
E posibil sa te intereseze alte documente despre:
|
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate QReferat.com | Folositi documentele afisate ca sursa de inspiratie. Va recomandam sa nu copiati textul, ci sa compuneti propriul document pe baza informatiilor de pe site. { Home } { Contact } { Termeni si conditii } |
Documente similare:
|
ComentariiCaracterizari
|
Cauta document |