Усилитель звуковой частоты

Создание макета усилителя звукового сигнала

Мишечкин Михаил группа МТО-91

Руководитель: Дондокова Любовь Гармаевна

Добрый день, я хочу рассказать об основах построения усилителя звукового сигнала. Это будет интересно тем кто никогда не занимался   радиоэлектроникой,  конечно же она будет смешна тем кто не расстаётся с паяльником. И поэтому я попытаюсь рассказать о данной теме как можно проще.
Что такое усилитель звука?

Качественный аудиоприбор, будь то магнитола в автомобиле или акустическая система для домашнего кинотеатра, практически всегда снабжается усилителем звука. Это специальное электрическое устройство, преобразующее слабый электрический сигнал в более сильный с помощью увеличения мощности тока. Усилитель мощности звука может быть как отдельным прибором, входящим в аудиосистему, так и являться внутренним компонентом, например, колонок, входящим в их гибридную систему.
Зачем нужен усилитель звука?

Обыватели нередко полагают, что усилить звук стараются непременно для повышения его громкости. Такое утверждение верно лишь отчасти. Усилитель звука в машину или для домашнего, профессионального использования необходим для качественного преобразования слабого электрического сигнала в более мощный.

   Актуальность: в современном мире, в котором мы живем, пользуемся устройствами воспроизведения – плееры, магнитофоны и магнитолы, но они имеют разную величину выходного аудиосигнала, которой не всегда хватает для качественного звучания. С усилителями звук получается более качественным, без помех и искажений.

        Цель: выяснить, реально ли самостоятельно создать усилитель звукового сигнала.        

       Задачи:

1. Выяснить, на каких принципах основывается работа устройств, усилителя звукового сигнала.
2. Попробовать создать усилитель звукового сигнала.
3. Узнать о будущем данной технологии и определить, какой фактор развития она преподнесёт в современную жизнь общества.

                Гипотеза: можно ли самим создать усилитель звукового сигнала, создав для этого несложное устройство;

     Объект исследования: усилитель звукового сигнала.

     Методы исследования: анализ научной, учебной литературы, интернет данных; систематизация данных; создание несложного устройства для усилителя звукового сигнала; проведение опытов с созданным устройством; анализ опытов; выдвижение теорий и предположений.

II. Основная часть

Усиление низких частот

Усилитель звуковой частоты или усилитель низкой частоты. Усиление низких частот и устройства, выполняющие эту функцию, находятся в области звуковоспроизведения, а значит определённом диапазоне, который начинается с 20 Гц и заканчивается в пределах 20 000 Гц(20 кГц). Именно эти звуковые колебания может слышать человеческий слух. То есть, чтобы человек услышал звуковые колебания в качестве речи, музыки, песен и т. д. они должны пройти через специальное устройство усиливающие эти, называющиеся, низкими частотами. Чем проще и дешевле эти устройства, тем меньше диапазон передаваемых в динамики или громкоговорители частот.

Применение и реализация усиления звука низкой частоты

Во многих аудиосистемах бытового и профессионального назначения используется специальный компонент – усилитель звука. Он необходим для качественного, громкого воспроизведения аудиоинформации без помех и искажений. Устройства отличаются исходными характеристиками, совместимостью с другими приборами и сферой применения.

Устройство усилителя звука

Стандартный усилитель звука для колонок имеет следующие конструкционные особенности:

1. Входная система усилителя звука. К ней подсоединяется сам источник, который может отличаться выходным напряжением.
2. Блок питания, отвечающий за преобразование входящего тока в величину с более высоким напряжением. Основным прибором этой группы является трансформатор.
3. Выходной каскад, главными элементами которого являются транзисторы. Они преобразуют повышенное напряжение от блока питания в нужную форму сигнала, который передается на устройство вывода звука.
4. Блок регулировки настроек присутствует только в автономных устройствах и позволяет тонко настраивать качество получаемого звука на выходе.

Принцип работы усилителя звука.
Любой простой усилитель звука вне зависимости от класса и конструктивных особенностей работает по следующей схеме:

1. В блоке питания входящий электрический ток от стандартной сети электропитания или автомобильного аккумулятора преобразуется в постоянный ток.
2. Усилители звука для домашней акустики через входную систему получает сигнал от подключенного устройства (CD-плеера, например) и изменяет (увеличивает) его амплитуду с помощью постоянного тока. Длина звуковой волны остается без изменений.
3. Усиленный звуковой сигнал передается на выходное устройство (колонки), через которые и воспроизводится в новом, улучшенном качестве.

Характеристики усилителя звука.

Основные характеристики, которыми обладает усилитель звука для компьютера или другого прибора:

1. Выходная мощность. Она может быть номинальной, то есть измеряемой при заданном коэффициенте нелинейных искажений и максимальной, которая учитывается при ненормированном коэффициенте.
2. Даже мини усилитель звука для колонок обладает такими параметрами, как коэффициент усиления и коэффициент полезного действия.
3. Частотный диапазон, то есть разнообразие частот, с которыми прибор способен работать. Оптимальный вариант – 20-20000 Гц.
4. Коэффициент гармонических искажений показывает слышимую часть тех самых искажений на частоте 1 кГц и составляет 0,001-0,1%.
5. Отношение сигнал/шум показывает, на сколько собственные шумы усилителя меньше полезного музыкального сигнала.
6. Демпинг-фактор или способность подавлять паразитарные напряжения, влияющие на качество мелодии.

В качестве дополнительных характеристик могут быть указаны:

• коэффициент интермодуляционных искажений;
• скорость нарастания выходного сигнала;
• перекрестные помехи.

Виды усилителей звука.

Акустическая аппаратура имеет разнообразные характеристики и области применения, поэтому и усилитель звука имеет несколько разновидностей. По мощности бывают:

• предварительные, являющиеся промежуточным звеном;
• оконечные, непосредственно увеличивающие мощность;
• интегральные, объединяющие две предшествующие разновидности в единый прибор.

По элементной базе различают:

• ламповые;
• транзисторные;
• интегральные устройства.

По количеству подключаемых каналов приборы делятся на:

• одноканальные устройства;

• двухканальный девайсы;
• многоканальные усилители.

Важным критерием классификации является и область применения устройства:

1.Автомобильный усилитель звука.

2.Концертная аппаратура.

3.Студийная аппаратура.

Практическая часть.

    Для создания усилителя звукового сигнала я использовал микросхему.

Микросхема TDA2003 — усилитель звука

Микросхема TDA2003 дает возможность собрать простой усилитель звуковой частоты, при использовании минимального количества внешних компонентов. При этом она обеспечивает высокую нагрузочную способность по току (до 3.5 А) и очень низкие уровни гармоник и перекрестных помех. Безопасная работа обеспечивается защитой от короткого замыкания по постоянному и переменному току, тепловой защитой и отключением нагрузки при всплесках напряжения до 40 В.

Комплектующие: звуковая  микросхема TDA 2003 . конденсатор на 10 мкФ, 16 В, вход, 100 мкФ, 16 В, конденсатор керамический 2 штуки на 1мкФ, резистор 1 кОм, резистор 1 Ом, резистор 5 Ом, конденсатор электролитический 25 В, 470 мкФ, шнур для подачи звукового сигнала, блок питания 12 В до 18 В, колонка с сопротивление 2 Ом.

Заключение.

 В результате проведённой работы я изучил большое количество теории, связанной с усилителем звукового сигнала. Так же выяснил, что устройства, можно собрать самостоятельно, но это довольно трудоёмкий процесс, который требует определённых знаний и способностей как в физике, так и в радиотехнике.

        Также я узнал, что выбирая усилитель звука для ноутбука или другого прибора, стоит обратить внимание и на класс понравившейся модели. Он демонстрирует сумму выходного сигнала в зависимости от схемы прибора в течение одного цикла работы при возбуждении входящим синусоидальным сигналом. Все классы можно условно разделить на группы.

1.Классическую, куда входят приборы класса А,В,АВ и С. Они считаются самыми качественными, дающие на выходе максимально «чистый» звук. В основе лежит ламповый или транзисторный способ преобразования, поэтому приборы применяются в домашней и профессиональной акустике.

2.Устройства класса D, E, F, G, T,D. В них используются цифровые схемы и  широтно – импульсные модуляции. Такие устройства чаще применяются в малогабаритных приборах.

3.Отдельно стоит выделять класс Н, используемый в автомобильной акустике.

Рейтинг усилителей звука

При подборе оптимальной модели усилителя звуковой частоты можно ориентироваться и на отзывы профессионалов акустического дела и обычных пользователей. В рейтинг популярных приборов неизменно входят:

SMSL SA-36A Plus – компактный прибор класса D с поддержкой беспроводной сети по протоколу Bluetooth. Стоимость – $70.

 Литература.

1.Дуглас Селф. Проектирование усилителей мощности звуковой частоты. Третье издание. 2009.

2.Сухов Н.Е. Радиохобби. Лучшие конструкции УНЧ и сабвуферов своими руками. Издательство НиТ.  2012.

3.Шкритен П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Москва «Мир». 1991.

4. Интернет – ресурсы. RadioKOTstraktor,ru.