Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko

Gramofonski predojačevalec

FEUNITK – Komunikacijska vezja

Matevž Kunaver Tigerheart@email.si

64990113

Ljubljana, 23.1.2003

i

Kazalo

1. UVOD........................................................................................................................... 1

2. TEORETIČNI DEL ........................................................................................................... 1

2.1 Frekvenčne zahteve ................................................................................................... 1

2.2 Shema vezja............................................................................................................... 3

2.3 Izračuni ....................................................................................................................... 4

2.3.1 Prvi ojačevalnik .................................................................................................... 4

2.3.2 Drugi ojačevalnik.................................................................................................. 5

3. EKSPERIMENTALNI DEL ................................................................................................. 7

3.1 Izdelava vezja............................................................................................................. 7

3.2 Meritve........................................................................................................................ 8

4. ZAKLJUČEK .................................................................................................................. 9

ii

Kazalo slik

Slika 1 Frekvenčna karakteristika.............................................................................................. 1

Slika 2 Idejna shema ................................................................................................................. 2

Slika 3 Shema vezja .................................................................................................................. 3

Slika 4 Izračunani Bodejev diagram .......................................................................................... 6

Slika 5 Razporeditev elementov na vezju.................................................................................. 7

Slika 6 Tiskano vezje ................................................................................................................. 8

Slika 7 Primerjava meritev s pričakovanji .................................................................................. 9

1

1. Uvod

V današjem času pridobiva v audio medijih CD (zgoščenka) vedno več na popularnosti, medtem ko nekateri mediji tonejo v pozabo. Eden od takih je na primer tudi gramofonska plošča. Ker je vedno teže dobiti audio predvajalnik, ki bi imel tudi gramofon, sem začel iskati način, kako bi lahko zapis na gramofonski plošči prenesel na CD. Dobiti glasbeni CD v dobi, ko ima že vsakdo doma zapisovalec CD plošč ni problem. Probleme sem srečal, ko sem hotel gramofon priključiti na računalnik. Izkaže se namreč, da je signal gramofona zelo šibak in povrhu tega ima frekvenčno sliko čisto drugačno od CD standarda. Zato sem se odločil narediti ojačevalnik, ki bo rešil oba problema.

2. Teoretični del

2.1 Frekvenčne zahteve

Kot sem že omenil, srečamo pri predvajanu gramofonskih plošč na računalniku težave s frekvnečno sliko.

Slika 1 Frekvenčna karakteristika

Na sliki 1 vidimo dve krivulji. Tista ki je risana s celo črto (recording curve), nam prikaže naš problem. Prikazuje namreč RIAA standard po katerem so snemane gramofonske plošče. Vidimo da se pri snemanju nizke frekvence oslabijo, visoke frekvence pa ojačajo. Če tak signal nato pripeljemo na računalniški vhod, ki ni prilagojen temu standardu, dobimo zelo popačeno zvočno sliko. Zato želimo to popraviti s pomočjo našega ojačevalnika. Črtkana krivulja (playback curve) prikazuje kakšno karakteristiko mora imeti naš ojačevalec. Druga težava pa je v šibkem signalu na gramofonskem izhodu. Če uporabljamo premično tuljavo(movig coil) imamo na izhodu približno 2mv, pri dinamičnem

2

gramofonu pa še manj, in sicer 0.2mv. Vezje sem zato načrtoval tako, da bi imelo ojačanje približno 100, oziroma 1000. Idejna zasnova bi zato izgledala takole:

Slika 2 Idejna shema

V vezju sta po dva operacijska ojačevalca za vsak kanal. Z enim od njih dosežemo ojačanje 100 in popravimo karakteristiko, z drugim pa dodamo še 10 kratno ojačanje, če je to potrebno. Sicer pa sklenemo mostička in ta ojačevalec izklopimo iz vezja.

3

2.2 Shema vezja

Končna shema vezja (z dodanim napajalni vezjem) izgleda takole:

Slika 3 Shema vezja

Poleg ojačevalcev je bilo potrebno vgraditi še prilagoditev na vhodno upornost, čemur služita R1 in R8, ter C1 in C8. Na izhod vezja pa dodamo še C5 in C10, s katerima odstranimo enosmerno komponento signala. Kondenzator C17 nam pomaga, da preprečimo, da bi vezje ob vklopu prasketalo in pokalo. Z njmi namreč dosežemo zamik pri vklopu, tako da se izhod vklopi, ko so vsi elementi že nabiti in pripravljeni na delovanje. Z JP1 in JP2 lahko v vezje vklopimo ali izklopimo IC3 in IC4, ki nam ojačanje povečata za faktor 10. IC1 in IC2 pa sta tista operacijska ojačevalnika, ki nam popravita frekvenčno sliko.

4

2.3 Izračuni

Samo vezje lahko razdelimo na dva operacijska ojačevalnika s povratno vezavo, medtem ko ostali elemnti služijo ali prilagoditvi na vhodno upornost ali pa zaščiti operacijskih ojačevalnikov pred napačno vezanim izhodom.

2.3.1 Prvi ojačevalnik

R1= 5.62Ω

R2= 47.5Ω

R3= 475Ω C= 22nF Po daljšem posvetu s knjigo Operacijski ojačevalniki ugotovimo, da lahko R3 zanemarimo. Ostali računi:

2

21

21 CRj1

R)CjR1(Z

ω+=ω+= −

2

21

21

1

12

21

2

CRj1RR

RRCj1*

RRR

CRj11*

RR1A

ω++

ω++=

ω++=

Vstavimo številke in dobimo

6

6

10*9,0j110*9

j1*45,9A ω+

ω+= Iz tega rezultata vidimo, da ta ojačevalnik res opravlja

5

svojo funkcijo, torej nam daje 10 kratno ojačanje. Njegov pol in ničla, pa sta na takih frekvencah, da na nas ne zanimata, ker sta daleč iz slušnega območja.

2.3.2 Drugi ojačevalnik

R1=3,92kΩ R2=49,9kΩ R3=768kΩ R4=51,1Ω C1=18nF C2=1,5nF C3=68nF

323

321

32

32313

321 R||RCj1

R||R)R||R

)R||R(*Cj1()CjR||R

1(Zω+

=ω+=ω+= −−

121

12 R)CC(j1

RZ+ω+

=

)R)CC(j1)(R||RCj1(

))CCC(R||RRR*R||Rj1)(R||RR(

R)CC(j1R

R||RCj1R||RZ

121233

321321

132321

121

1

323

32

+ω+ω+

+++

ω++=

+ω++

ω+=

)R)CC(j1)(R||RCj1(*R

))CCC(R||RRR*R||Rj1)(R||RR(

1RZ1A

1212334

321321

132321

4 +ω+ω+

+++

ω+++=+=

6

Vstavimo številke:

)10*13

j1)(313j1(

10*2,3j1

*9331A3

3

ω+ω+

ω++= Edini način da se znebimo enice, je reševanje

kvadratne enačbe. Dobimo:

)10*13

j1)(313j1(

)10*3,1

j1)(10*2,3

j1(*1000A

3

63

ω+ω+

ω+ω+=

Če bi sedaj to ojačanje skušali predstaviti z Bodejevim diagramom :

Slika 4 Izračunani Bodejev diagram

7

3. Eksperimentalni del

3.1 Izdelava vezja

Vezje sem izdelal na enostranskem tiskanem vezju. Pri sami izdelavi vezja ni bilo posebnosti, razen da sem že pri načrtovanju vezja predvidel močnejšo ozemljitev in tudi poskrbel za to, da so bili vsi deli na istem potencialu (s stališča ozemljitve)

Slika 5 Razporeditev elementov na vezju

8

Slika 6 Tiskano vezje

3.2 Meritve

Glede na to, da je vezje konstruirano za specifičen vhod (0,2mV do 2mV), sem si v eksprerimentalnem delu skoncentriral na Bodejev diagram ojačanja. Ker smo imeli pri spektralnem analizatorju težave z offsetom, sem vezje priključil na sinusni generator, ter osciloskop, ter se ročno sprehodil po frekvencah. Iz tega sem potem narisal graf in ga primerjal s pričakovanim Bodejem.

9

Slika 7 Primerjava meritev s pričakovanji

4. Zaključek

Z delovanjem tega vezja sem zelo zadovoljen, ker svojo nalogo opravlja v skladu z osnovnimi pričakovanji. Po tem, ko sem ga končno sestavil, sem ga že večkrat uspešno uporabil. Pri njegovi konstrukciji sem se naučil veliko novega, med drugim tudi samega sestavljanja in izdelave tiskanega vezja z jedkanjem.