Разработка активного фильтра для сабвуфера

ИВАН САМКОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_________________________________________________________

РЕФЕРАТ

 

РАЗРАБОТКА АКТИВНОГО ФИЛЬТРА

 ДЛЯ САБВУФЕРА

___________________________________________________

ã МИФИ 2007

ã МОСКВА 2007

ã Ivan Samkov

1.  НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.

При малых габаритах акустической системы (АС) компьютера сабвуфер часто размещаемый вне поля зрения пользователя, обеспечивает воспроизведение низкочастотных звучаний без нарушения стереофонического эффекта. Самостоятельное изготовление сабвуфера позволяет исключить недостатки многих промышленных аналогов.

Наиболее оптимальное решение – это изготовление сабвуфера с активным разделительным фильтром.

Разработка активного фильтра велась на основе выполненной и испытанной ранее схемы, состоящей из микроконтроллера Z8 (DD1), выполняющего функцию анализатора внешнего воздействия от BQ1 и генератора импульсов для ультразвукового излучателя BQ3. Селекцию отражённого сигнала обеспечивает трёхкаскадный резонансный усилитель на транзисторах VT1…VT3. Такая схема обеспечивает выполнение заданных акустических характеристик.

2.  ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

Принцип действия локатора основан на излучении пачки импульсов ультразвуковой частоты и последующем приёме отражённого препятствием сигнала. Время от момента излучения до момента приёма отражённого сигнала прямо пропорционально расстоянию до объекта. В зависимости от расстояния до объекта локатор формирует один из двух звуковых сигналов: если оно менее 1 метра, генерируются частые тональные посылки, если от 1 до 2 метров – редкие. При расстоянии более 2 метров звуковой сигнал отсутствует. Время ожидания отражённого сигнала – 60 мс, после чего излучается следующая пачка импульсов и процесс повторяется.

Локатор питается напряжением 122,5В от цепи сигнальных фонарей заднего хода автомобиля. Микросхема DA1 стабилизирует питающее напряжение на уровне +5В, необходимом для нормальной работы МК. В цепи питания устройства установлен фильтр, состоящий из конденсаторов С2, С8, С13 и резистора R6.

Выбором элементов электрической схемы блока удовлетворены требования по максимальным (40°С) и минимальным (5°С) рабочим температурам и верхней (50°С) и нижней (-30°С) предельным температурам, а также предельной влажности (98%).

Конструкция устройства обеспечивает его устойчивость к механическим воздействиям и соответствует требованиям технического задания по

электрическим и эксплуатационным характеристикам.

3.  ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОЙ

КОНСТРУКЦИИ.

Анализ технического задания показывает, что акустический локатор будет работать в стационарных условиях. При этом жёстких ограничений на габариты и вес устройства не налагается. Режим работы и характеристики окружающей среды также не требуют разработки специальных конструкций. Величина вероятности безотказной работы также не налагает особых требований на акустический локатор. Было решено акустический локатор изготовить в виде отдельного блока с использованием печатных схем, к которому через разъёмы подключаются акустические приборы.

По условиям эксплуатации и производства изготовление печатной платы целесообразно проводить комбинированным негативным методом, основанном на травлении меди с пробелённых мест фольгированного одностороннего материала с последующим свершением и металлизацией отверстий.

Навесные элементы на печатной плате крепятся пайкой. Печатная плата с навесными элементами образует печатный узел. Установка навесных элементов производится в соответствии с ОСТ ГО.010.030-81.

Для обеспечения работоспособности блока при воздействии влаги и повышенных температур предусмотрено покрытие после сборки печатной платы специальным лаком УР231 или Э4100.

Для изготовления устройства не используются дефицитные изделия и материалы, и не требуется разработка или приобретение нового оборудования.

При разработке использовались известные технические решения, не требующие получения специального разрешения. Применяемые в устройстве составные части, покупные изделия и материалы по своим техническим характеристикам соответствуют режимам работы, гарантийным срокам и условиям эксплуатации данного изделия.

Акустический локатор разрешается подключать к сети только постоянного тока с напряжением, оговоренным техническим заданием.

4. РАСЧЁТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ НАДЁЖНОСТЬ ИЗДЕЛИЯ.

В соответствии с заданием на курсовое проектирование проведём оценку надёжности стробоскопического блока. Для этого определим интенсивность отказов печатного узла и вероятность его безотказной работы за 24 часа, использовав статический метод.

Для данного блока интенсивность отказов будет определяться следующим образом:

,

где k – количество интегральных схем (в данном случае k=1), - количество транзисторов (=3);  - суммарное количество резисторов и конденсаторов (=36); - число выводов на печатном узле (=12); - количество выводов i-й интегральной схемы (=18); - интенсивность отказа одного соединения (=10^-9 ч^-1 ); - коэффициент режима транзистора зависит только от температуры (для Т=50°С =2,6); интенсивность отказа i-й микросхемы находится из формулы:

,

где , - число транзисторов, диодов (резисторов, конденсаторов) в ИС, - коэффициент режима диода (резистора, конденсатора); , - интенсивность отказов интегрального транзистора и диода (=10^-8 ч ^-1, = 0,6*10^-8 ч ^–1); - интенсивность отказа навесных элементов (=). Для рассматриваемого изделия необходимые параметры сведены в табл.1 и 2.

Таблица 1. Параметры дискретных компонентов.

Элемент	10-6 ч -1			10-6 ч -1		10-6 ч -1
R1…R20	0,7	0,1	0,34	0,24	20	4,8
C1,C3…C7, C9…C16	1,4	0,2	0,07	0,098	18	1,76
C2,C8	2,4	0,7	1,24	2,98	2	5,95
L1	0,5			0,005	1	0,005
VT1…VT3	0,01			0,026	3	0,078
VD1…VD3	0,006			0,012	3	0,036
ZQ1	0,1	0,1	0,34	0,034	1	0,034
12,97

Таблица 2. Параметры ИС.

ИС				10-6 ч -1		10-6 ч -1
КР142ЕН5А	9	12	3	0,43	1	0,43
Z86E0208PSC	300000	300000	18	12900	1	12900
12900,43

Анализ этих данных показывает, что вклад в надёжность ИС и навесных элементов различается на 3 порядка.

=12,97*10^-6 ч ^–1=12900,43*10^-6 ч ^-1

Это связано с тем, что одна из ИС – это микроконтроллер. Т.к. это СБИС, можно приблизительно оценить количество интегральных элементов. Точное количество интегральных элементов в микроконтроллере узнать невозможно, т.к. эта ИС импортная.

На основании полученных данных находим =18853,65*10^-6 ч ^–1. Таким образом, вероятность безотказной работы акустического локатора за 24 часа оценивается следующей величиной

P=exp{-24*0,018854}»0,6338,

что удовлетворяет техническому заданию.