Проектирование эквалайзера с активными фильтрами (стр. 2 из 5)

Недостаточная звукоизоляция помещения приводит к тому, что прослушивать звуковые программы приходится с уровнем, значительно сниженным по отношению к тому, на котором они формируются (примерно 90 фон). В результате, для сохранения тембра звучания требуется подъем уровня громкости на частотах ниже 200 и выше 5000 Гц. Соответствующая компенсация, которую вводят в регуляторы громкости, как правило, бывает неполная.

Регулирование АЧХ необходимо и для решения других задач: корректирования звучания фонограмм невысокого качества и погрешностей АЧХ аппаратуры, компенсирования возрастных изменений слуха, подбора тембрального звучания по вкусу слушателя. Для этого применяются эквалайзеры.

Эквалайзеры пользуются заслуженной популярностью у любителей звуковоспроизведения. Только эти устройства позволяют существенно менять качество акустического звукового сигнала и тем самым исправлять некоторое «несовершенство» тракта источник сигнала — усилитель — акустика с учетом индивидуального восприятия конкретного слушателя. Регулируя коэффициент передачи эквалайзера на выбранных частотных интервалах звукового сигнала, можно добиться улучшения звуковоспроизведения даже аппаратов среднего уровня, в том числе и монофонических конструкций.

Применение в эквалайзерах активных полосовых фильтров позволяет увеличить эквивалентную добротность фильтров, а значит, уменьшить их полосу пропускания и увеличить крутизну спада. Это в свою очередь позволяет увеличить количество регулируемых интервалов и сконструировать так называемый графический эквалайзер.

Вариант исполнения устройства - стационарная РЭА, работающая на открытом воздухе, что соответствует:

работе на открытом воздухе со следующими климатическими условиями: диапазон температур от 233до 333К; влажность 93 %; удары отсутствуют, вибрация от 10 до 30Гц, виброускорение 19,6 м /с2, пониженное атмосферное давление 61 кПа;

отсутствием механических перегрузок во время работы;

транспортированием в амортизирующей упаковке;

хранением в складских условиях в климатических зонах изготовителя и потребителя.

При конструировании такой аппаратуры возникает общая задача защиты от вибрации, ударов, пыли в условиях нормального атмосферного давления.

Данный вариант - эквалайзер с семью полосами и глубиной регулирования ±15 дБ на всех частотах. Операционный усилитель DА1 выполняет роль нормирующего усилителя. В цепи обратной связи операционного усилителя DA2 включены семь фильтров с центральными частотами 40, 100, 270, 700, 2000, 5000, 12 500 Гц. Ширина полосы фильтра определяется параметрами двухзвенной RС-цепи.

При проектировании возникает задача выбора ЭРЭ. Основными параметрами выбора является: номинальные значения соответствуют схеме электрической принципиальной, а условия эксплуатации должны соответствовать ТУ.

Поскольку данное устройство относится к классу бытовой аппаратуры, то в качестве разъема для подведения питания выбран стандартный разъем А16М500; в качестве разъемов для входного и выходного сигнала – А10F330 (разъем типа “Jack”).

Регулировку коэффициента передачи в отдельных полосах производят переменными резисторами, поэтому для удобства использования эквалайзера выбираются переменные резисторы серии SL-30V1 (с линейным регулятором, так что положение их движков на панели регулировок наглядно отражает форму АЧХ).

Для сохранения стереобаланса при любом положении регуляторов необходимо, чтобы значения резонансной частоты и добротности фильтров в левом и правом каналах отличались друг от друга не более чем на 5 %. Отличие их от расчетных значений менее существенно. Для этого в устройстве используются пассивные компоненты с малым допуском (танталовые чип конденсаторы и толстопленочные чип резисторы).

Для уменьшения массы и габаритных размеров готового устройства выбираются планарные корпуса микросхем мА741, R01374 и вМ324.

2. Расширенное техническое задание

Наименование изделия: "Эквалайзер с активными фильтрами".

Эквалайзер представляет собой многополосный регуляторы тембра, позволяющий осуществлять одновременную и взаимонезависимую регулировку на нескольких частотах, предназначен для формирования нужной амплитудно-частотной характеристики.

Основные параметры РЭА, влияющие на конструкцию прибора: напряжение питания (плюс 5В); Номинальная величина входного сигнала 250 мВ. центральные частоты фильтров: 40, 100, 270, 700, 2000, 5000, 12 500 Гц; глубина регулирования ±15 дБ.

Конструкция должна обеспечивать необходимый уровень стандартизации и унификации.

При проектировании должны учитываться требования к внешнему виду изделия, определяемые правилами технической эстетики и условиями эксплуатации. Форма изделия прямоугольная, корпус из лёгкого и прочного сплава алюминия с покрытием чёрного цвета. Габаритные размеры корпуса определяются размерами печатной платы.

Данный прибор относится к стационарной РЭА, работающей на открытом воздухе, что соответствует 2 группе по ГОСТ16019-78. Характеристики внешних воздействий одинаковы для режимов хранения, перевозки и работы: диапазон температур от 233до 333К; влажность 93%; удары отсутствуют, вибрация от 10 до 30Гц, виброускорение 19,6м/с2, пониженное атмосферное давление 61кПа.

При конструировании должны учитываться требования эргономики к конструкции РЭА. Она должна быть приспособлена к эксплуатации неквалифицированным человеком. С этой целью корпус должен быть снабжён всеми необходимыми переключателями, расположенными на видном и легкодоступном месте с надписями, объясняющими их назначение. Все токоведущие части аппаратуры должны быть надёжно изолированы от случайного контакта с человеком.

Среднее время наработки на отказ должно быть не менее 10 тысяч часов.

Гарантийный срок эксплуатации 2 года. Запасной инструмент и приспособления не предусматриваются.

При конструировании должна быть обеспечена возможность использования прибора как законченной функциональной части.

3. Разработка конструкции

На этапе предварительной компоновки определена необходимость разработки печатной платы, схемы электрической принципиальной и ее размеров. Основными критериями размещения ИС и ЭРЭ на печатной плате являются: плотность теплового режима, равномерное распределение масс элементов по поверхности платы.

Установка корпусных микросхем и ЭРЭ должна производиться в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.030 для соответствующих групп эксплуатации РЭА. После трассировки платы производится расчёт минимальных необходимых размеров элементов проводящего рисунка печатной платы с учётом протекающих токов. Определяются диаметры контактных площадок, ширина проводников и зазора между ними, а также зазоры между проводниками и контактными площадками. С помощью электромагнитной совместимости определяется помехоустойчивость платы.

На следующем этапе расчётов определяется прочность ячейки в условиях механических воздействий: вибрации. При необходимости следует ввести дополнительную защиту, например, амортизаторы. Для защиты от влаги печатных проводников применяют органические лаки УР-231, обеспечивающие твёрдое, прочное покрытие от минус 60 до плюс 1200С.

Корпус является основным элементом при функционально-блочном конструировании. Масса несущих конструкций составляет примерно 70 процентов общей массы аппаратуры. Поэтому желательно придерживаться следующих требований:

а. упростить несущую конструкцию до наименьшего числа деталей;

б. широко применять лёгкие сплавы и пластмассы;

в. использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющие минимальную массу.

Особое внимание уделяется вопросам выбора технологического варианта исполнения конструкции, выбора марки материала, выбора метода осуществления разъёмных и неразъёмных соединений. Исходя из этих требований выбирается алюминиевый сплав с кремнием и медью, который хорошо обрабатывается резанием, коррозионная стойкость удовлетворительная и по техническим характеристикам подходит для изготовления корпусов приборов. Для придания сплаву повышенной коррозийной стойкости будет применяться покрытие из анилинового красителя чёрного цвета, что позволяет улучшить теплоотдачу излучением.

Крепление платы к корпусу осуществляется креплением разъемов в пазы и прикручиванием переменных резисторов к лицевой панели. Винтовое соединение удовлетворяет требованиям прочности, а также простоты разборки изделия при необходимости.

Следующий шаг – проектирование конструктивных элементов защиты блока РЭА от механических воздействий: выбор и расчёт системы амортизации. Выбираем систему размещения амортизаторов и их число, типы амортизаторов, способы предохранения крепёжных изделий от самоотвинчивания; способы повышения жёсткости элементов конструкции.

Далее производится выбор конструктивных элементов электрического монтажа:

- выбор способа обеспечения электрических соединений;

- выбор припоя и флюса;

- выбор марки материала, сечения жилы, вида изоляции монтажных проводов.

4. Конструкторские расчеты

4.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства

а) Рассчитываем площадь печатной платы

, мм2 по формуле: