Стереомікшер

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-10мкФ 20%.

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-3,3мкФ 10%.

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-0,125-6,8кОм 20%

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

 

,                                (3.8)

(мкФ).

Виберемо  74мкФ.

С1 – К50-35-25В-75мкФ 5%.

 

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-0,125-10кОм 20%

 

(кОм)

 

Вибираємо резистор R3 СП4-1А-0,125-15кОм 20%

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.