Разработка усилителя мощности звуковой частоты

Разработка усилителя мощности звуковой частоты

Курсовая работа

Разработка усилителя мощности звуковой частоты

Содержание

1. Назначение и область применения

. Анализ технических характеристик

. Описание принципиальной схемы

. Описание элементной базы системы усилителя мощности

. Составление структурной схемы УМЗЧ

. Расчёт трансформатора

. Расчет стабилизатора +15В

. Расчёт надёжности

. Описание конструкции усилителя мощности

. Экономическая часть

. Указание мер безопасности

Заключение

Список литературы

трансформатор стабилизатор усилитель звуковая частота

1. Назначение и область применения

Усилитель звуковой частоты (УЗЧ), усилитель низкой частоты (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) - прибор (электронный усилитель <#"697807.files/image001.gif">(4.3)

. Выбираем магнитопровод Ш20х40

a = 20

c = 20

h = 50

H = 70

L = 80

в = 40

S_c = 7,82 см²

. ΔU₁ = 5%

ΔU₂ = 9%

ω₁ = U₁ × (1 - 0,01 × ΔU₁) × 10⁴ / 4,44 × f_c × B × S_c = 220 × (1 - 0,01 × 5) × 10 000 / 4,44 × 50 × 1,35 × 7,82 = 892 (4.4)

ω₂ = U₂ × (1 + 0,01 × ΔU₂) × 10⁴ / 4,44 × f_c × B × S_c =

= 38 × (1 + 0,01 × 9) × 10 000 / 4,44 × 50 × 1,35 × 7,82 = 177 (4.5)

ω₃ = U₃ × (1 + 0,01 × ΔU₂) × 10⁴ / 4,44 × f_c × B × S_c =  48 × (1 + 0,01 × 9) × 10 000 / 4,44 × 50 × 1,35 × 7,82 = 224 (4.6)

7. q₁ = I₁ / J = 0,457 / 2,5 = 0,1828мм² (4.7)₂ = I₂ / J = 2 / 2,5 = 0,8мм²₃ = I₃ / J = 0,2 / 2,5 = 0,08мм²₁ = 0,570 мм₂ = 1,160 мм₃ = 0,415 мм

.1ω_1.1 = (h - 2ε₁) / d₁ = (50 - 2 × 1,5) / 0,570 = 82

ω_2.1 = (h - 2ε₁) / d₂ = (50 - 2 × 1,5) / 1,160 = 40 (4.8)

ω_3.1 = (h - 2ε₁) / d₃ = (50 - 2 × 1,5) / 0,415 = 113

гдеε₁ - расстояние от обмотки до ярма, обычно 1 - 2 мм.

.2 m₁ = ω₁ / ω_1.1 = 892 / 82 = 11 (4.9)

m₂ = ω₂ / ω_2.1 =177 / 40 = 5

m₃ = ω₃ / ω_3.1 =224 / 113 = 2

.3 U_1.1 = U₁ / m₁ = 220 / 11 = 20В, < 50В (4.10)

U_2.1 = U₂ / m₂ = 38 / 5 = 7,6В, < 50 В

U_3.1 = U₃ / m₃ = 48 / 2 = 24В, < 50 В

изоляция слоёв нигде не требуется

δ₁ = m₁ × (d₁ + γ₁) = 11 × (0,57 + 0) = 6,27 мм (4.11)

δ₂ = m₂ × (d₂ + γ₁) = 5 × (1,16 + 0) = 5,8 мм

δ₃ = m₃ × (d₃ + γ₁) = 2 × (0,415 + 0) = 0,83 мм

где γ₁ - толщина изоляции между слоями, 0,05 мм (не требуется)

.4 С_необх = K(ε₂ + δ₁ + δ_1.2+ δ₂ + δ_2.3+ δ₃ + ε₃) + ε₄ =  1,15 × (1,5 + 6,27 + 0,5 + 5,8 + 0,5 + 0,83 + 1) + 1 = 19,86 <C = 20. (4.12)

где К - коэффициент не плотности прилегания слоёв, 1,1 - 1,2

ε₂ - толщина изоляции между обмотками и стержнем, 1 - 2 мм

ε_1.2, ε_2.3 - толщина изоляции между обмотками, 0,5 - 1 мм

ε₃ - толщина наружной изоляции, 0,5 - 1 мм

ε₄ - расстояние от катушки до второго стержня, 1 - 4 мм

С_необх<C, обмотки помещаются в окне выбранного магнитопровода.

7. Расчет стабилизатора +15В

Расчет производится в соответствии с[5]

Произведем расчет параметрического стабилизатора без термокомпенсации.

Исходные данные для расчета:

Uвых = +16В

Iн = 20мА

DIн¹ = DIн¹¹ = 2мА

DUвх¹/DUвх = DUвх¹¹/DUвх = 0,1

Кст> 10

·   выбираем стабилитрон типа 1N4745A , имеющий следующие технические характеристики: Uст = 16 В

Iст мин = 5мА

Iст макс = 57мА

Iст н = 15,5мА

Rд = 16 Ом

·   задаемся значением n_ст, где n_ст - величина обратная коэффициенту передачи стабилизатора, n_ст выбирается в пределах 1,4 … 2,5

Примем n_ст = 2,3 При этом необходимое входное напряжение стабилизатора:

Uвх = n_ст*Uвых(4.13)

Uвх = 2,3*16 = 36,8 В

·   сопротивление балластного резистора:

Rо = Uвых (n_ст -1) / (Iст н + Iн) (4.14)

Rо = 16(2,3 - 1) / (15,5 + 20)*10^-3 = 586оМ

Из ряда номинальных значений сопротивлений выбираем

Rо = 560оМ

·   токи, протекающие через стабилитрон:

Iмин = Iст-(DUвх¹¹/Rо+DIн¹¹) (4.15)

Iмин = 16-(3,8/560+2)*10³ =9,2мА

Iмакс = Iст+(DUвх¹/Rо+DIн¹) (4.16)

Iмакс = 16+(3,8/560+2)*10³=22,7мА,

где DUвх¹ = DUвх¹¹ = 0,1Uвх (4.17)

DUвх¹ = DUвх¹¹ = 0,1 * 38 = 3,8В

·   коэффициент стабилизации напряжения:

Кст = (Rо / Rд + 1) / n_ст (4.18)

Кст = (560/16 + 1)/2,3 = 14,3 > 10, что соответствует заданным условиям.

8. Расчёт надёжности

Надёжность - комплексное свойство изделия, включающее в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Эти свойства имеют соответствующие количественные показатели. Показатели надёжности имеют статистический характер и зависят от допустимых границ изменения контролируемого параметра.

Из всех количественных показателей наибольшее значение имеют показатели безотказности:

- вероятность безотказной работы - вероятность того, что в течение
заданной наработки отказ объекта не наступает

средняя наработка на отказ - математическое ожидание наработки объекта до отказа

интенсивность отказов - статистическая характеристика, определяемая как  количество отказов в единицу времени, приходящееся на одно изделие,  продолжающее исправно работать в рассматриваемый момент времени. Интенсивность отказов lодля различных типов радиокомпонентов является экспериментально определённой величиной и имеет статистический характер и определяется в нормальных условиях работы. В реальных условиях работы на интенсивность отказов влияют различные факторы (температура, механические воздействия, электрический режим работы и т. д.). Влияние этих факторов учитывают с помощью коэффициента влияния a, который определяется коэффициентом нагрузки элемента и температурой окружающей среды по графикам зависимости a(Кн, t^о) или по соответствующим таблицам из РТМ (руководящих технических материалов).

тогда li = lо * a(4.20)

Интенсивность отказов всего изделия рассчитывается как сумма интенсивностей отказов групп компонентов, входящих в состав изделия:

lизд = SNi * li(4.21)

где Ni - количество компонентов в изделии.

Средняя наработка на отказ за время эксплуатации определяется по формуле:

Тср = 1/lизд = 1/SNi * li(4.22)

Вероятность безотказной работы, изменяющаяся по экспоненциальному закону, определяется за заданное время работы:

tзад = 100 час.

Р(t) = е ^{- lизд*tзад} - если lизд* tзад<1, то е ^{- lизд*tзад}=1-lизд* tзад(4.23)

Данные показателей безотказной работы сведены в таблицу

Общая интенсивность отказов:

lизд = 74,033* 10^-6 1/час

Средняя наработка на отказ:

Тср = 1/(74,033*10^-6) = 13507,5час(4.24)

Вероятность безотказной работы устройства:

Р(t) = (1-74,033*10^-6*100)=0,9925967(4.25)

9. Описание конструкции усилителя мощности

В настоящее время электрический монтаж РЭА осуществляется методами объемного и печатного монтажа. Так как объемный монтаж имеет большую трудоемкость и проблемы автоматизации и механизации операций, то данное устройство выполняем на печатной плате, которая имеет следующие преимущества: обеспечение малогабаритности, уменьшение трудоемкости монтажно-сборочных работ, конструкция печатных плат имеет большую механическую прочность и, соответственно, большую стабильность электрических параметров платы, обеспечивается максимальная идентичность отдельных функциональных блоков, что дает высокую взаимозаменяемость при сборке радиоэлектронной аппаратуры, высокая ремонтопригодность и технологичность конструкции, обеспечивается автоматизация ручных процессов. Для изготовления печатной платы используют фольгированные и нефольгированные диэлектрики. Данное устройство выполнено на фольгированном диэлектрике - стеклотекстолите. Стеклотекстолит по сравнению с гетинаксом обладает более высокими электромеханическими характеристиками.

Фольгированное покрытие выполнено из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.

Детали блока питания смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита

Расположение контрольных точек и органов регулировки

Контрольные точки выполнены на плате в виде стержней (штырьков)

Все контрольные точки пронумерованы в соответствии с принципиальной схемой.

До проведения настройки необходимо.

1. Проверить не истёк ли срок проверки используемых приборов

2.      Расположить на рабочем месте проверяемое устройство и приборы таким образом чтобы в процессе работы не производить лишних перемещений не путаться в проводящих шлейфах, не нарушать алгоритм регулировки и технику безопасности.

.        Перевести органы управления приборами в исходное положение.

Генератор НЧ установить на заданные частоты, амплитуды выходных сигналов установить на минимальное значение.

В частотомере все органы управления установить в среднее положения.

В осциллографе Развертку и Чувствительность перевести в среднее положение. Убедится что все плавные регуляторы переведены в крайнее положение до «щелчка» Вольтметр постоянного напряжения установить на предел измерения 20В

Порядок регулировки.

1) Установка тока усилителей напряжения 5мА

)Установка тока покоя выходного каскада.

) Регулировка симметрии

) Установка тока дифференциальных усилителей 3мА

) Регулировка узла защиты положительной полярности.

) Регулировка узла защиты отрицательной полярности.

7) Регулировка узла токовой защиты

Методы настройки.

1)КТ3, КТ4. Установка тока каждого плеча 5мА

До установки на плату элементов R32, R33, R26 подбором резисторов R9, R10. Подключая миллиамперметр одним выводом к общему проводу, а другим - поочерёдно к коллектору VT8 и VT9.Устанавливают ток, вытекающий из коллекторов соответственно VT8, VT9, одинаковым для каждого плеча (5 мА). Эту операцию следует проделать, подключая миллиамперметр одним выводом к общему проводу, а другим - поочерёдно к коллектору VT8 и VT9.

) КТ5 - КТ7 устанавливаем ток покоя.

Подключить вольтметры к КТ5, КТ7 и к КТ6 как общей точке. Вращая движок переменного резистора R34, установить ток покоя равным 100 мА, контролируя его по падению напряжения на резисторах R47, R48. Это напряжение вычисляется по формуле U = I₀ / R47 = 0,1/0,24 = 0,417 В.

)КТ5 - КТ7 Регулировка симметрии

Подключить оба канала осциллографа к КТ5, КТ7, аКТ6 - общий. Подать на вход УМЗЧ гармонический сигнал амплитудой 1В, частотой 1 кГц. Амплитуда полуволн на R47и R48 должна быть одинаковой. Этого можно добиться подбором R32 и R33.

)КТ1, КТ2 Установка тока дифференциальных усилителей 3мА

Включить миллиамперметр в разрыв стока VT3, затем VT4. Подбором резисторов R9 иR10 Выставляем ток источников тока на транзисторах VT3-4 равным 3 мА. Ток измеряется в разрывах стоков VT3-4.

) КТ8 Регулировка узла защиты положительной полярности.

Подключить вольтметр к КТ8. Подстройкой R54 установить напряжение в КТ8 равным 2 В.

) КТ9 Регулировка узла защиты отрицательной полярности.

Подключить вольтметр к КТ9. Подстройкой R55 установить напряжение в КТ9 равным -2 В.

)Регулировка узла токовой защиты

Подключить ГНЧ к входу УМЗЧ. К выходу подключить эквивалент нагрузки с сопротивлением 8 Ом. Подстройкой резистора R49 добиваются, чтобы узел защиты не срабатывал на пиках максимального сигнала.

Алгоритм поиска неисправности

1)Есть ли неисправности при внешнем осмотре?

)Устранить неисправность.

)Включить.

)Работает ли устройство?

) Регулировка.

) Все напряжения питания в норме?

)Устранение неисправностей БП.

)Установить ГНЧ на частоту 1 кГц, амплитуду 100 мВ.

Подключить ГНЧ к базам VT20 и VT21.

Подключить осциллограф к выходу УМЗЧ.

)На выходе есть обе полуволны сигнала?

)Заменить VT20 и/или VT21.

)Подключить ГНЧ к базам VT18 и VT19.

) Есть ли сигнал на выходе УМЗЧ ?

) Заменить VT18 и/или VT19.

) Подключить ГНЧ к эмиттеру и коллектору VT15.

) Есть ли сигнал на выходе УМЗЧ ?

) Подключить осциллограф эммиттеру и базе VT15.

) На осциллографе есть сигнал?

)Заменить VT15.

)Проверить и заменить VT16 и/или VT17.

) Подать сигнал с ГНЧ на базы VT7 и VT10. Осциллограф подключить к выходу УМЗЧ.

) Есть ли сигнал на выходе УМЗЧ ?

) Сработала ли защита?

) Проверить VT7 - VT10, VD5 VD6. Неисправные элементы заменить.

) Отпаять R40. Отключить напряжение питания ± 38 В.

) Проверить VT12, VT14 и заменить неисправные элементы.

) Проверить VT22, DA1, DA2. Неисправные элементы заменить.

) Подключить осцилогроф к колекторам VT5 и VT6 ГНЧ к их эмитрам

) Проходит ли сигнал через VT5 и VT6?

)Заменить VT5 или VT6

) Подать сигнал на вход УМЗЧ

)Если сигнал на осцилографе?

)Проверить и заменить VT1,VT2,VT3,VT4,VD1,VD2

) Проверить печатные проводники на наличее микротрещин, сухой пайки, коротких замыканий.

Также проверить правильность монтожа элементов и их соответствие требуемым типом элементов

Обноруженные неисправности устранить

Таблица возможных неисправностей

10. Экономическая часть

Расчет стоимости УМЗЧ с малыми интермодуляционными искажениями.

Расчет стоимости материалов и комплектующих изделий

.Расчет стоимости стеклотекстолита

С_{ед м} = Ом • Цм *Кт-з

Ом= 28,2*10,2*0,15*2,1=90г

С_{ед м} =0,09*200*1,4=25,2

Ом - масса стеклотекстолита на единицу изделия, кг:

Цм - пена стеклотекстолита за килограмм, руб/кг;

Кт-з - коэффициент транспортно-заговительных работ [1,03- 1,05]

. Рассчитаем массу стеклотекстолита на ед, изделия

Coм = Седм*N

Coм =25,2*1=25,2

Coм = 28,2*10,2*0,15*2,1=90г

где

а - ширина, см;

Ь - длина, см; с - толщина платы, см;

Р - удельная плотность стеклотекстолита, г/см\

3.Расчёт стоимости вспомогательных материалов.

Таблица №1

Расчет стоимости покупных изделий

Спд=Р*Ц*Ктз

СпдR=53*577=306

СпдC=25*10,98=274,5

СпдL=7*4,59=32,17

СпдVD=12*8,82=105

СпдVT=22*12 =264

Спд.Общ=982,9р

Расчёт стоимости покупных изделий на программу выпуска

Таблица №2. Стоимость покупных изделий.

С=Нрас*КТЗ*Ц

С=1*0,05*1,62=1,69 С=1*0,05*1,75=1,83

Расчет стоимости оборудования.

Стоимость

Расчет фондов заработной платы.

1. Расчет ФЗП производственным рабочим.

Р ед. = Т шт. * (S час. / 60)

Р ед. - расценка за операцию.

Т шт. - норма на операцию.

S час. - часовая тарифная ставка.

Р ед. = 42 * (61 / 60 ) = 58,8

ФЗП производственных рабочих.

ФЗП производственных рабочих

Начисление зарплаты производственным рабочим.

ЗоМонтажника. = З н. + П + Р+ДопЗп = 58,8+29,4+13,23+4,1=105.53

ЗоРегулировщика. = З н. + П + Р +ДопЗп= 81,2+40,6+18,27+5,6=145,6

Фзп=105,53+145,6=251,13

З н. - нормированная зарплата.

П - премия.

Р - районный коэффициент.

З н. = ∑ Р. * N=58,8*1=58,8 Рсд. - расценка за операцию.

N - годовая программа выпуска.

П = З н. * 50%=58,8*50%=29,4

Р = (З н. + П) * 15% =(58,8+29,4)*15%= 13,23

Расчет трудоемкости монтажных работ

Тшт=Топ*Р*(1+К/100)

Тшт2=42*(1+ 9,3/100)=45,9

Тшт3=14*(1+ 9,3/100)=15,32

Тшт=Тшт2+Тшт3=61,20

Топ- время на операцию

Р- количество однотипных изделий

К- коэффициент учитывающий однотипные работы

Фзп Регулировщика

Расчет Трудоемкости регулировочных операций

Тшт= Топ*Р*(1+К/100)

Тшт2=10*(1+ 9,3/100)=10,93

Тшт3=10*(1+ 9,3/100)=10,93

Тшт4=20*(1+ 9,3/100)=21,86

Тшт4=10*(1+ 9,3/100)=10,93

Тшт=Тшт2+Тшт3+Тшт4=54,65

Заработная плата

З о. = З н. + П + Р = 81,2+40,6+18,27=140,0

З н. - нормированная зарплата.

П - премия.

Р - районный коэффициент.

З н. = ∑ Р. * N=81,2*1=81,2

Рсд. - расценка за операцию.

N - годовая программа выпуска.

П = З н. * 50%=81,2*50%=40,6

Р = (З н. + П) * 15% =(81,2+40,6)*15%= 18,27

Приборы и оборудование

Ведомость Амортизационных отчислений.

Расчет сумма амортизации На 1 изделие

,3/6216=1,6

Затраты на проведения регулировки

∑=140+1,6=141,6

Таким образом, стоимость изделия по прямым затратам составила 1285,89.

Затраты на регулировку - 141,6

11. Указание мер безопасности

При подготовке рабочего места и изделия к работе, выполнении монтажных, ремонтных и регулировочных работ необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. К работе допускаются только лица достигшие 18-ти лет и имеющие группу по электробезопасности не ниже 3;

2.      Убедиться в исправности заземления, не отключать его, не использовать приспособлений прерывающих цепь заземления;

.        Не вносить изменения в схему защиты, не отключать блокировки. Убедиться что они работают исправно;

.        Убедиться, действительно ли обесточена схема, приборы, модули и т.д., проверять наличие напряжения при помощи специальных приборов;

.        Не использовать для измерения приборы с неисправными щупами и изоляцией;

.        Использовать приборы, оборудование и инструменты, указанные в инструкции;

.        Использовать приборы, инструменты и оборудование только по назначению;

.        Производить пайку, доработку монтажа и т.д. только после отключения питания;

.        Перед началом работы необходимо снять все кольца, браслеты и др. металлические предметы;

10. Не работать во влажной одежде;

11.    При работе использовать диэлектрические коврики или другие изолирующие подставки. Не допускается применения ковриков размеров менее 50X50 см.

.        Электрооборудование, механизмы, приборы, конструкции и т.д., которые могут оказаться под напряжением должны быть заземлены;

.     Не реже раза в год необходимо проходить медицинский осмотр;

14.    После работы тщательно вымыть руки с мылом;

.        Спец одежду необходимо регулярно стирать;

.        Все доступные для прикосновения токоведущие части должны быть ограждены;

.        Рабочий электроинструмент, лампы местного освещения должны быть рассчитаны на напряжение 36 или 42 вольта. При необходимости- понизить сетевое напряжение до 36 или 42 вольтов используя понижающий трансформатор. Применять для этих целей автотрансформатор запрещается.

Соблюдение данных требований и выполнение правил техники безопасности, регулярное проведение соответствующих мероприятий способствуют повышению производительности труда, качеству продукции и сохранению здоровья трудящихся.

Заключение

В результате проделанной работы было выполнено техническое задание дипломного проекта в полном объеме.

Были обоснованы тема дипломного проекта - разработка документации на регулировку и диагностику УМЗЧ с малыми интермодуляционными искажениями, был обоснован выбор узлов структурной схемы, контрольных точек и их назначение.

Далее были рассмотрены и объяснены структурная схема, принцип работы, описание элементной базы УМЗЧ.

В расчетной части дипломного проекта была определена надежность, был произведен расчет трансформатора и стабилизатора питания.

В конструктивной части дипломного проекта была рассмотрена конструкция УМЗЧ.

В технологической части дипломного проекта была разработана инструкция по регулировке УМЗЧ, порядок диагностики источника.

В экономической чести дипломного проекта была определена величина стоимости устройства, затрат на регулировку и диагностику УМЗЧ.

Таким образом, тема дипломного проекта раскрыта полностью в соответствии с заданием на проектирование.

Список литературы

1. Журнал «Радио»: №8, 2003 г; №7, 2006 г.

. Варварин В. К. Выбор и наладка электрооборудования. М.: Фокус 2008 г.

. Сибикин Ю. Д. Охрана труда и электробезопасность. М.: РадиоСофт. 2007 г.

. Транзисторы. Справочник. Под редакцией Перельмана Б.
М.: радио и связь. 1981 г.

. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания
радиоэлектронных устройств. М. «Энергоатомиздат» 1990г.

. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры. - М.: Высшая школа, 1989.

. Бессонов Л. А. «Теоретические основы электротехники. Электрические цепи»2001

8. Жеребцов И. П. «Основы электроники»2006

. В.А. Шахнов «Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры»2008