Echipament Audio Pentru Baliza Radio

Cap. 1 Semnalizarea stațiilor

1.1. Introducerea

Semnalizarea stațiilor , a porțiunilor de linie slăbita si a obstacolelor.

Noțiunea de semnal poate avea doua semnificații :

indicație data conducătorului unui vehicul ; in acest caz , noțiunea de semnal presupune conținut informațional ;

mijlocul tehnic prin care se da o indicație mecanicului vehiculului feroviar .

Instrucția de semnalizare , in viguare la SNCFR , prevede următoarele cinci categorii de semnale :

semnale fixe ;

semnale mobile ;

semnale date de agenți cu instrumente portative ;

indicatoare de cale si semnalizare ;

semnale aplicate pe vehicule .

1.2. Semnalele mobile

Aceste semnale au amplasament stabilit in funcție de necesitați , de exemplu , pentru acoperirea temporala a unei porțiunii de linie slăbita sau a unei porțiuni de linie închisa circulației , datorita unor lucrări la linii sau instalații .

Semnalele mobile furnizează indicații optice sau acustice .

Principalele semnale mobile sunt :

paleta galbena ;

paleta galbena cu diagonale negre ;

balize avertizoare cu dungi negre pe fond galben ;

discul galben (felinar cu geam galben pe timpul nopții) ;

discul roșu (felinar cu geam roșu pe timpul nopții) ;

paleta galbena cu dungi orizontale albastre ;

capse pocnitoare .

1.2.1. Amplasarea pe teren a semnalelor mobile , in cazul existentei unei porțiuni de linie slăbita , care necesita reducerea vitezei de circulație .

Figura 1.1 . Semnalizarea unei porțiuni de linie slăbită

Semnalizarea acestei zone se realizează cu semnale mobile , amplasate pe partea dreapta a sensului de mers :

o paleta galbena cu diagonale negre , amplasate pe linia slăbita . La trecerea prin dreptul ei , vehiculul feroviar trebuie sa aibă viteza redusa indicata (implicit 30 K/ora) , altfel se declanșează frinarea de urgenta ;

o paleta galbena , poziționata cu 1000 m înaintea paletei galbene cu diagonale negre . Aceasta paleta prevestește apariția paletei galbene cu diagonale negre si indica mecanicului faptul ca trebuie sa înceapă frinarea ;

trei balize avertizoare cu 1 , 2 sau 3 dungi negre pe fond galben . Numărul de dungi indica distanta , in sute de metri , fata de paleta galbena .

Deasupra paletei galbene cu diagonale negre poate fi amplasat si un indicator , pe care este înscrisa viteza redusa permisa in dreptul ei (de exemplu , 40 K/h).

1.2.2. Amplasarea semnalelor mobile in cazul unei porțiuni de linie închisa circulației .

Închiderea temporala a liniei se produce in cazul existentei unui obstacol sau al execuției unor lucrări la linie sau instalații .

Semnalele mobile folosite in aceasta situație sunt :

discul galben ;

discul roșu ;

capse pocnitoare .

In cazul existentei pe linie a unui obstacol cunoscut , zona de cale ferata închisa temporar circulației este acoperita cu semnale mobile care furnizează indicații optice (disc roșu , precedat de disc galben) – figura 1.2 ; in cazul cind obstacolul de pe linie este neprevăzut (de exemplu , avalanșe , căderi de pietre , etc. , existenta lui fiind cunoscuta de revizorii de linie) , semnalizarea zonei se realizează prin mijloace acustice (capse pocnitoare , amplasate din 20 in 20 de metri , pe ambele fire ale caii , cu cel puțin 1000 de metri înaintea obstacolului , ca in figura 1.3) .

Figura 1.2. Semnalizarea unui obstacol ,

folosind semnale mobile

Figura 1.3. Semnalizarea unui obstacol neprevăzut ,

folosind semnale mobile .

1.2.3. Amplasarea semnalelor mobile , in scopul avertizării echipelor de lucrători .

La o distanta de cel puțin 1000m fata de locul lucrării se amplasează, pentru ambele sensuri de mers , palete albe cu dungi albastre . La întâlnirea acestei palete , locomotiva trebuie sa emită semnale sonore , avertizând echipa de lucrători asupra apropierii vehiculului feroviar .

Figura 1.4. Semnalizarea locului unei lucrări la linia sau instalații , cu semnale mobile .

Cap. 2 Prezentarea soluției

2.1. Introducere

Se va proiecta un echipament audio pentru baliza radio , cu rolul de semnalizare auditiva care sa dubleze semnalizarea vizuala pentru o mai mare siguranța .

Echipamentul de semnalizare auditiva se poate proiecta in doua feluri :

cu ajutorul unei memorii ce are memorat semnalul de avertizare ;

sau cu banda magnetica .

Din analizarea celor doua metode sa ales metoda a doua si anume cu banda magnetica din cauza prețului scăzut de fabricație .

Deci in cazul proiectării metodei cu banda sa ales o parte mecanica de casetofon cu un preamplificator de redare si o caseta înregistrata cu semnalul de avertizare („linie ocupata”) . Acesta se va cupla la un radiotelefon .

Radiotelefonul va emite câtre locomotiva semnalul de avertizare pentru dubla semnalizare a liniei ocupate (in cazul in care mecanicul nu a văzut semnalul vizual) .

Alimentarea se va face de la rețea cu ajutorul unui transformator si un circuit de redresare iar in cazul căderi de tensiune se va face de la acumulatorul radiotelefonului de emisie .

2.2. Prezentarea schemei bloc

Figura 2.1. Schema bloc a montajului

Componentele schemei bloc :

casetofonul ;

alimentatorul ;

radiotelefonul ce emite semnalul de pe banda ;

radiotelefonul de la locomotiva ce recepționează semnalul de avertizare .

2.3. Prezentarea radiotelefonului

Acest radiotelefon portabil lucrează in gama UUS având cel mult 6 canale pilotate pe cuarț . Se folosește modulația de frecvență si se poate lucra atât SIMPLEX cin emisia si recepția se face pe aceiași frecventa sau SEMIDUPLEX când cele doua frecvente sunt diferite .

Aparatele se pot echipa si cu generatoare de ton , pentru apel selectiv , precum si cu un microreceptor – ce permite utilizarea in medii cu zgomot ridicat .

Alimentarea se face cu 8.4 V , tensiune asigurata in mod normal de o baterie de 7 acumulatoare Cd-Ni cu capacitatea de 500 – 600 mAh . Încărcarea se face la un curent de 50 mA timp de 14 ore .

Caracteristici tehnice :

gama de frecventa 146 148 MHz

numărul de canale 6

ecartamentul minim intre canale 25 kHz

ecartamentul maxim intre canale extreme 800 kHz

impedanța antenei 50

tensiunea de alimentare 8.4 V

variații admise pentru tensiunea de alimentare 7 9 V

consum maxim

recepție cu squelch 25 mA

emisie 300 mA

putere de RF 0.5 W

stabilitate de frecventa

deviația maxima de frecventa 5 kHz

distorsiuni maxime 10 %

nivel de intrare la microfon 400 mV

zgomot -40 dB

radiații parazite

armonici 20 microwatt

alte radiații 2 microwatt

temperaturii de lucru -40 +50C

Receptorul

sensibilitatea Rx pentru raportul (S+D+Z) / (D+Z) = 12 dB

selectivitatea minima 78 dB

intermodulație minima 67 dB

distorsiuni maxime 10 %

puterea AF la deviație maxima 100 200 mW

atenuarea minima a semnalelor perturbatoare de recepție 70 dB

radiația parazita maxima 0.01 microwatt

caracteristica de AF 300 3000 Hz cu o descreștere de 6 dB / octava referitor la 1 kHz

Radiotelefonul este dotat cu un squlch (atenuator de zgomot) având pragul de acționare reglat la un nivel inferior sensibilității aparatului

Cap. 3. Proiectarea circuitului

3.1. Regulator de turație

– se va folosi un regulator de turație cu circuit integrat ; circuitul folosit va fii TDA 655

3.1.1. Prezentarea circuitului

3.1.1.1. Destinație

Circuitul integrat TDA 655 este destinat menținerii constante a vitezei de rotație a motoarelor de curent continuu cu magnet permanent , de mica putere , utilizate in casetofoane sau radiocasetofoane . Schema de aplicație conține un număr redus de componente : o capacitate de compensare , o rezistenta si un potențiometru semireglabil pentru reglajul turației .

Tensiunea de referința interna se caracterizează printr-o stabilitate ridicata la variația tensiunii de alimentare si a temperaturii . Etajul de ieșire este proiectat pentru un curent maxim de circa 1.8 A si o tensiune de saturație de valoare mica , fapt ce oferă o flexibilitate in adaptarea schemei de aplicație la motoare cu caracteristici diferite . Gama de valori a tensiunii de alimentare este cuprinsa intre 3.8 V si 18 V . Circuitul conține si un etaj de protecție termica . Încapsularea se realizează intr-o capsula TABS cu 12 terminale .

Performantele electrice ale schemei de aplicație cu TDA 655 sunt net superioare variație cu elemente discrete , circuitul menținând practic nealterata caracteristica de rotație a motorului in timp si la variația cu sarcina (cuplu) .

3.1.1.2. Schema bloc

Funcția de regulator de turație a motoarelor de mica putere cu magnet permanent urmărește compensarea variației cuplului motor , astfel incit tensiunea contra-electromotoare (t.c.e.m.) sa fie practic independenta de variațiile tensiunii de alimentare si ale curentului prin motor (IM) .

Schema bloc a circuitului integrat TDA 655 prezentata in figura 3.1 conține următoarele etaje :

o referința flotanta de tensiune de tip ‘banda interzisa’ ce are o valoare tipica de 1.5 V ;

o protecție termica care blochează etajul de ieșire atunci cind temperatura cipului atinge valoarea Tj = + 125C ;

un amplificator de eroare ;

un etaj de putere .

Figura 3.1. Schema bloc a circuitului TDA 655 .

3.1.2. Schema electrica

Schema electrica a circuitului integrat TDA 655 este prezentata in

figura 3.2.

3.1.2.1. Referința de tensiune

Sursa de tensiune de referința este de tip banda interzisa . Ea este formata (vezi figura 3.3) din tranzistorele Q3 , Q4 si Q5 si rezistentele R10 , R11 , R12 , R14 , R 15 . Rezistentele R4 , R5 si R6 permit obținerea unor fracțiuni din Vref . Tensiunea de referita este flotanta ; ea se obține intre colectorul si emitorul tranzistorului Q5 , respectiv intre terminalele 2 si 5 ale capsulei ce au o valoare tipica de 1.5 V . Cu ajutorul unei prize pe rezistenta R5 se polarizează baza unui tranzistorului Q6 destinat circuitului de protecție termica . Generatorul de curent format din Q14 , Q8 , Q9 si rezistenta R16 asigura curentul prin generatorul de curent din etajul diferențial de intrare .

Figura 3.2. Schema electrica a circuitului TDA 655 .

Grupul R8 , Q1 si Q2 asigura un curent constant prin diodele sursei de curent de referința , curent ‘fabricat’ chiar cu ajutorul tensiunilor de referința . Rezistenta R7 asigura pornirea sursei de curent , deci polarizarea referinței de tensiune si a etajului diferențial din amplificatorul de eroare .

Pentru o tensiune de alimentare Vcc = +12 V si presupunând N = 100 pentru curenții prin fiecare ramura a schemei rezulta valorile : IE1 = 5A ; IE3 = 1.2 mA ; IE4 = 130 A ; IE5 = 3.4 mA ; IR = 0.25 mA ; IE7 = 5 mA ; IS = 2.3 mA .

Curentul de referința , ce intra in terminalul 5 are valoarea

IREF = IR + IE7 6 mA .

Rezistenta R12 , din colectorul tranzistorului Q3 , se determina punând condiția ca variația de tensiune colector-emitor al tranzistorului Q3 sa fie nula la variația curentului de colector ; rezistenta R11 compensează variațiile câștigului static al tranzistorului Q3 cu variația curentului de colector .

3.1.2.2. Protecția termica

Încălzirea excesiva a structurii circuitului integrat , datorita puterii disipate de tranzistorul de ieșire (Q18 vezi figura 3.2,) conduce la distrugerea circuitului prin depășirea temperaturii maxim admisibila a joncțiunii (TjMAX) . Blocarea etajului de ieșire , deci anularea curentului prin tranzistorul Q18 se obține prin deschiderea tranzistorului Q17 . La deschiderea tranzistorului Q17 tensiunea pe baza tranzistorului Q16 devine egala cu tensiunea de saturație a tranzistorului Q17 si etajul de ieșire se va bloca . Comanda de deschidere a tranzistorului Q17 la o temperatura precisa (egala cu TjMAX = +125C) este data de tranzistorul Q6 care joaca rolul de traductor de temperatura ‘citind’ temperatura cipului (la 25C tranzistorul Q6 – polarizat cu o tensiune baza-emitor VREF * (R4 + R5’) / (R4 + R5’ + R5’’ + R6) 0.5 V – este practic blocat) .

Variațiile tehnologice influențează cu aproximativ 3C temperatura la care protecția termica blochează etajul final . Abaterea este cu totul neglijabila in ceea ce privește asigurarea protecției circuitului in cazul încălzirii excesive a structurii (cipului) .

3.1.2.3. Amplificatorul de eroare

Amplificatorul de eroare (vezi figura 3.4.) este format din etajul diferențial Q12 si Q13 având ieșirea asimetrica . Oglinda de curent Q10 – Q11 constituie sarcina activa a etajului de intrare . Ieșirea asimetrica , colectorul tranzistorului Q13 , este legata in baza tranzistorului npn – Q15 . Polarizarea etajului de intrare este asigurat de generatorul de curent format din tranzistorul Q14 si diodele Q8 si Q9 . Curentul de colector al tranzistorului Q14 are o valoare tipica de 600 A , variind datorita dispersiei tehnologice intre 460 … 830 A .

In aceste condiții , pentru un câștig static al tranzistorele de intrare de 100 , curentul de intrare este :

IB12 = IB12 = 2.3 A … 4.15 A ,

având o valoare tipica de 3 A .

Câștigul in tensiune al etajului de intrare are o valoare tipica de peste 1000 si o impedanța de ieșire mai mare de 100 k¹² .

Semnalul de eroare obținut la ieșirea amplificatorului de intrare este amplificat de tranzistorul Q15 , divizat de grupul R18 , R19 aproximativ in raportul 2/3 si aplicat etajului de ieșire Q16 , Q18 – amplificator de putere .

Figura 3. 3. Sursa de referința flotanta de tip ‘banda interzisa’ .

3.1.2.4. Etajul de putere

Etajul de putere (vezi figura 3.4) este format din tranzistorele Q16 , Q18 in montaj colector comun – emitor comun , si rezistentele R21 , R22 , R1 , R2 , R3 .

Figura 3.4. Amplificatorul de eroare si etajul final .

Intrările inversoare (terminalul 12) si ne-inversoare (terminalul 1) ale amplificatorului de eroare sunt definite fata de baza tranzistorului Q16 – intrarea etajului de putere .

Grupul de rezistente R1 , R2 si R3 din colectorul tranzistorului de putere Q18 permite alegerea factorului de reacție in funcție de aplicația dorita .

Constructiv , tranzistorul Q18 a fost proiectat sa reziste la un curent de peste 1.8 A . Totuși in cazul unui scurt circuit pe sarcina , intre terminalul de colector – 9 si tensiunea de alimentare – 11 , el se poate distruge ne fiind protejat la scurtcircuit.

Intr-adevăr in cazul extrem care corespunde saturării tranzistorului Q16 , pentru o tensiune de alimentare de +12V , curentul IC16 este limitat de rezistenta R21 la o valoare de circa 32.8 mA . Deoarece IB18 IC16 rezulta ca valoarea curentului de colector al tranzistorului Q18 (presupunând ca h21E,18 60) in cazul unui scurtcircuit intre colector si alimentare , depășește 1.9 A fapt care poate duce la distrugerea tranzistorului de ieșire .

3.1.3. Parametrii

3.1.3.1. Performantele circuitului

Parametrii electrici ce caracterizează regulatorul de turație TDA 655 sunt prezentați in Tabelul 3.1 .

Tabelul 3.1.

Configurația terminalelor

Rolul pinilor

1 – intrare NE-INVERSOARE 7 – IESIRE (R2)

2 – REFERINTA 8 – IESIRE (R1)

3 – REFERINTA (R6) 9 – IESIRE

4 – REFERINTA (R5) 10 – MASA

5 – REFERINTA 11 – Vcc (alimentare)

6 – COMPENSARE 12 – intrare INVERSOARE

Nota : Aripioarele de răcire (TABS) ale capsulei sunt legate intern la terminalul 10 (masa) si pot fi conectate la masa sursei de alimentare sau lăsate liber.

Caracteristici electrice (la Ta = +25C si Vcc = +12V daca nu se specifica altfel)

Tabelul 3.1 (continuare)

Nota 1. Curentul consumat de circuit in prezenta sarcinii exterioare se calculează cu relația Icc = 8 mA + Io/80 .

Caracteristici termice

Nota 2. Temperatura capsulei se considera drept temperatura punctelor de fixare pe un radiator infinit

3.1.3.2. Măsurători la fabricant

Măsurarea parametrilor electrici prezentați in Tabelul 3.1 se face cu ajutorul unui sistem automat de testare . Schema electrica de principiu a plăcii de testare este prezentata in figura 3.5. . Configurația de măsura , specifica fiecărui parametru , se face prin comanda corespunzătoare a comutatoarelor K1 , K2 si K3 si aplicarea tensiunilor sau curenților doriți .

Testarea circuitului integrat in frecventa nu se justifica , pentru ca el funcționează in aplicații la frecvente joase , având conectat intre terminalul de compensare 6 – baza tranzistorului Q16 – si terminalul de ieșire 9 – colectorul tranzistorului Q18 (vezi figura 3.2.) – o capacitate de 4.7 nF care este multiplicata prin efect Miller . Aceasta observație este intru totul justificata daca luam in considerație inerția mecanica a asamblului cinematic din casetofon (motor – curea – volant) .

Figura 3.5. Schema electronica de principiu

pentru testarea circuitului TDA 655

3.1.3.3. Măsurători la utilizator

In majoritatea cazurilor utilizatorul verifica funcțional circuitul integrat , in schema de aplicație aleasa . Aceasta remarca este îndreptățită in special in cazul in care dorim sa știm daca circuitul integrat TDA 655 dintr-un casetofon este defect sau nu .

Cu ajutorul schemei de măsura din figura 3.5. se pot efectua următoarele măsurători :

in poziția ‘STOP’ – etajul e ieșire blocat – se poate măsura curentul de alimentare care trebuie sa fie in gama 4 … 12 mA ;

intre terminalele 5 si 2 se măsura tensiunea de referința a cărei valoare este cuprinsa intre 1.2 … 1.8 V ;

verificarea etajului comparator si a etajului de ieșire se face măsurând excursia tensiunii de ieșire . Pentru a obține valoarea maxima , VOH , a tensiunii de ieșire se leagă terminalul 1 la masa si terminalul 12 la terminalul 2 . Valoarea minima , VOL , a tensiunii de ieșire se obține legând terminalul 1 la +Vcc si terminalul 12 la terminalul 2 .

In ambele cazuri terminalul 5 se leagă la +Vcc deoarece polarizarea etajului diferențial se face din tensiunea de referința .

Răspunsul etajului de ieșire se poate verifica si prin acționarea potențiometrului P (vezi figura 3.5) in care caz turația motorului trebuie sa se schimbe . Daca in locul motorului se conectează o rezistenta de 10 se poate verifica capabilitatea in curent a etajului de putere .

3.1.4. Aplicație practica

2.1.4.1. Schema de aplicație

La motoarele electrice de curent continuu cu magnet permanent utilizate in casetofoane , câmpul magnetic inductor este asigurat de un magnet permanent de forma cilindrica , iar comanda turației se face prin indus (rotor) .

Daca e , estre fluxul de excitație produs de magnetul permanent (având o valoare constanta pentru un motor dat) ecuațiile motorului de curent continuu sunt următoarele :

unde s-a notat :

VM – tensiunea continua la bornele motorului de c.c. ;

E – tensiunea contra electromotoare (t.c.e.m.) ;

rM – rezistenta electrica a indusului (a bobinajului si contactelor la perii) ;

Ke – constanta electrica a motorului ;

KM – constanta mecanica a motorului ;

IM – curentul prin indus ;

– turația ;

M – cuplul motor .

Din relațiile 3.1 , 3.2 si 3.3 rezulta expresiile caracteristicilor de funcționare ale motorului :

caracteristica de turație

caracteristica mecanica

In aceste relații :

este viteza ideala de mers in gol a motorului de curent continuu.

In practica ansamblul motor , regulator de turație , cureaua de transmisie , volant si rola presoare se măsoară ca un tot unitar cu ajutorul fluctometrului si caracterizează performantele electromagnetice ale casetofonului .

Proiectarea lanțului cinematic trebuie realizat astfel incit sa asigure o funcționare optima caracterizata de transferul maxim de putere de la motor spre banda magnetica .

Puterea mecanica utila a indusului se definește ca diferența dintre puterea de comanda aplicata indusului si pierderile in circuitul indusului :

Înlocuind in relația 3.7 t.c.e.m. definita in relația 3.2 si ținând cont de 3.6 se obține:

Maximul puterii utile se obține pentru o turație max a cărei valoare rezulta din rezolvarea ecuației :

Înlocuind rezultatul din relația 3.9 in 3.8 se găsește ca :

Schema mecanica de principiu a unui casetofon este prezentata in figura 3.6. In figura sunt indicate si valorile care corespund acestui calcul .

Mișcarea de rotație a motorului este transmisa volantului prin intermediul curelei . Banda magnetica este presata de rola presoare câtre axul volantului si mișcarea de rotație a axului volantului este transformata in mișcare de translație a benzi magnetice . Sistemul trebuie sa asigure mișcarea benzii cu viteza constanta prin fata capului de înregistrare – redare .

Viteza benzii magnetice la un casetofon este de 1 1/7 inch/s sau

Valoarea turației volantului , v , rezulta direct

Viteza ideala de mers in gol a motorului este :

deci :

Raportul de transmisie motor – volant este :

deci :

Figura 3.6. Schema de principiu a mecanicii de casetofon .

3.1.4.2. Motorul de curent continuu

Motoarele de curent continuu se utilizează la casetofoane unde alimentarea se face cu baterii . Acestea sunt motoare de tip serie cu colector alimentate la tensiuni cuprinse intre 3 24 V , având turația intre 15 170 rotații / sec . Deoarece turația motorului variază mult in funcție de sarcina , se impun masuri speciale de stabilizare . Pentru micromotoarele de c.c. ale casetofoanelor exista doua metode de stabilizare a turației : prin dispozitive mecanice si cu stabilizatoare electronice . Sistemul mecanic de reglare a turației este prezentat in figura 3.7.

Figura 3.7. Reglajul mecanic automat al turației la un motor de c.c.

Acest sistem este așezat pe un suport fixat pe axul motorului rotindu-se împreuna cu acesta . motorul este alimentat printr-un comutator acționat de forța centrifuga . El este realizat dintr-o lamela a cărui arcuire poate fi reglata cu un șurub . La creșterea turației , forța centrifuga devine mai mare ca forța de arcuire a lamelei si contactele se desfac întrerupându-se alimentarea . Turația scade , contactul se reface si apoi ciclul se repeta . Prin acest sistem se poate obține o turație constanta in limitele de 0,5 – 1% .

Stabilizatoarele electronice sunt concepute pe baza legii de variație a turației in funcție de sarcina (cuplul de tracțiune) a motoarelor serie de c.c. . Principiul stabilizării consta in conectarea motorului in serie cu o rezistenta variabila , care va fi comandata corespunzătoare (figura 3.8). Pentru o valoare data a rezistentei turația motorului (n) variază puternic după o hiperbola in funcție de cuplul M . Presupunem ca la un moment dat exista o sarcina caracterizata prin cuplul care determina pentru o valoare a rezistentei , o turație n1 (punctul ) . Daca cuplul va creste la valoarea atunci turația va scădea la (punctul ). Pentru aducerea turației la valoarea inițiala n1, trebuie redusa rezistenta de la valoarea . Punctul de funcționare se va amplasa din pe o noua caracteristica in , unde cuplul se menține la valoarea ceruta de sarcina iar turația revine la valoarea .

Figura 3.8. Caracteristica de variație a turației in funcție de sarcina

la un motor de serie de c.c.

In practica trebuie sa ținem cont si de alunecarea curelei pe rola motor si volant . Totuși , chiar daca turația reala nu este riguros egala cu turația calculata pentru Pmax se poate considera ca motorul lucrează in condiții optime de putere mecanica utila maxima , deoarece curba de variație a puterii utile in funcție de turație in jurul valorii Pmax , este suficient de plata pentru variații mici ale vitezei de rotație .

Examinând relațiile 3.1 , 3.2 si 3.3 se constata ca daca tensiunea VM la bornele motorului este menținuta constanta si cuplul motor variază (din cauza sarcinii) , atunci curentul prin motor variază proporțional cu cuplul (relația 3.3) . Cum am presupus VM = constant , atunci t.c.e.m. , E , variază iar conform relației 3.1 se deduce ca turația , , variază si ea . In concluzie : alimentarea motorului cu tensiune constanta nu stabilizează turația motorului la variația cuplului motor , variație care apare in mod natural in funcționarea casetofonului la antrenarea benzii magnetice in caseta . Daca printr-o metoda oarecare in relația 3.1.

t.c.e.m. este menținuta constant , atunci si turația motorului este constanta .

Referindu-ne la figura 3.9. se fac urmatoarele ipoteze si notatii :

amplificarea cu bucla deschisa a amplificatorului de eroare , Avo este suficient de mare astfel ca in calcule eroarea introdusa de valoare finita a amplificarii este neglijabila ;

Figura 3.9. Schema de principiu a aplicatiei

cu regulatorul de turatie TDA 655 .

notam :

Re – rezistenta exterioara circuitului care are rolul de a citi curentul ce trece prin motor ;

RM – rezistenta electrica a motorului ;

In aceste condiții se scriu ecuațiile :

Inmultind relațiile (3.1) si (3.13) cu K1 se obține :

Egalând (3.14) cu (3.16) si înlocuind cu (3.15) se obține :

Relația 3.17 descrie principiul de funcționare a regulatorului de turație . Membrul doi al expresiei conține trei termeni din care primii doi sunt constanți si cunoscuți . Al treilea termen este dependent de curentul prin motor , IM .

daca :

atunci t.c.e.m. (E) – respectiv expresia 3.17 – devine independenta de curentul prin motor deci :

E – constant

ceea ce implica si

– constant

deoarece

In concluzie , pentru un motor dat (cunoscut) si o configurație a schemei de aplicație cunoscuta () alegând rezistenta exterioara egala cu :

turația motorului este constanta .

Se observa ca sistemul format din circuitul TDA 655 , motor si rezistenta exterioara , (vezi figura 3.9) conține o bucla de reacție negativa de tensiune si o bucla de reacție pozitiva . Intre ramura ce cuprinde rezistentele – nodul A si intrarea inversoare (amplificatorul reprezentat cu linie întrerupta) se închide bucla de reacție negativa . Intre punctul B , ce corespunde cursorului potențiometrului P si intrarea neinversoare a amplificatorului (linie întrerupta) se închide bucla de reacție pozitiva . Intr-adevăr urmărind numai aceasta bucla de reacție , daca presupunem ca creste , tensiunea de referința fiind flotanta , potențialul punctului B coboară datorita căderii de tensiune pe rezistenta . Tensiunea aplicata pe intrarea neinversoare scade si in final tensiunea de ieșire , , scade . Scăderea tensiunii de ieșire () , conduce la creșterea curentului prin motor . Expresia tensiunii de ieșire (in c.c.) , in ipoteza mare , se scrie :

din relația 3.1 explicând si înlocuind E cu relația 3.17 obținem :

atunci :

si

Observam ca tensiunea la bornele motorului , si tensiunea (vezi figura 3.9) nu depinde de valoarea tensiunii e alimentare , . Variațiile tensiunii de alimentare sunt preluate de tranzistorul – prin modificarea tensiunii colector – emitor (vezi relația 3.22) .

3.1.4.3. Stabilitatea schemei de aplicație

In relațiile 3.17 , 3.21 , 3.22 si 3.23 variabila este curentul prin motor .

Considerând schema echivalenta in c.a. a aplicației prezentate in figura 3.9 se determina condiția de stabilitate a sistemului motor-circuit regulatorul de turație. Aceasta condiție de stabilitate se impune a fi cunoscuta deoarece sistemul este realizat cu o bucla de reacție pozitiva .

Schema echivalenta in curent alternativ a aplicației cu TDA 655 este prezentata in figura 3.10 .

Reacția de tensiune de la ieșire prin divizorul , aplica pe intrarea inversoare o tensiune notata cu proporționala cu tensiunea .

Reacția in curent apare prin intermediul căderii de tensiune pe rezistenta parcursa de curentul ce trece prin motor , notata cu care se aplica pe intrarea neinversoare .

Ne interesează sa găsim o relație intre variația t.c.e.m. , e , si variația curentului prin motor , , provocata de sarcina motorului (variația cuplului motor) si deoarece exista si o reacție pozitiva sa obținem condiția e stabilitate a sistemului .

Prin operații algebrice simple din relațiile :

unde s-a notat :

factorul de reacție in curent , se gaseste ca :

presupunind suficient de mare relația 3.27 devine :

Figura 3.10. Schema echivalenta in c.a. a aplicației cu TDA 655

Expresia 3.28 ne da relația dintre variațiile curentului prin motor (cuplul) si variația t.c.e.m. . Cu t.c.e.m. este legata de turație prin relația 3.2 rezulta legătura directa dintre variațiile curentului prin motor si variațiile de turație a motorului – de creștere sau scădere fata de valoarea de regim – se distinge cinci cazuri :

Cazul (1) – t.c.e.m. este independenta de variația curentului prin motor (situație optima) , E = constant , deci sau :

Se observa ca aceasta relație este identica cu relația 3.20 .

Cazurile (2) – (5) sunt prezentate in tabelul de mai jos :

Daca sistemul lucrează in condițiile care corespund cazurilor 2 si 3 el este instabil (oscilează) deoarece la creșterea curentului prin motor , respectiv scăderea curentului fata de regimul staționar turația creste , respectiv scade . daca sistemul functioneaza in condițiile care corespund cazurilor 4 si 5 sistemul este stabil , deoarece tinde sa compenseze scăderea respectiv creșterea turației motorului .

In concluzie condiția de stabilitate este :

sau :

a carei interpretare fizica este directa : reacția negativa () trebuie sa fie mai puternica decit reacția pozitiva .

3.1.4.4. Reglajul turației

Viteza liniara a benzii magnetice prin fata capului de redare-înregistrare este standardizata pentru casetofoane la valoarea de 4.76 cm/s . Din cauza dispersiei tehnologice de fabricare a motoarelor de c.c. , a componentelor electronice ce formează regulatorul electric de turație si a elementelor mecanice (role , curea , volant) se impune existenta unui element de reglaj care sa permită obținerea vitezei dorite . In aplicațiile cu circuitul integrat TDA 655 reglajul se face cu ajutorul unui potențiometru , P , de 5 K (vezi figura 3.9) . El se leagă in paralel cu tensiunea de referința intre terminalele 2-3-4-5 in funcție de valoarea t.c.e.m. , E (vezi relația 3.19) si mărimile (relația 3.11) si (relația 3.12) . Pentru circuitul integrat TDA 655 , rezistenta din colectorul tranzistorului de ieșire , , a fost inpartit in trei :

Din punct de vedere al reacției negative de tensiune (vezi figura 3.11) , in sase combinați posibile , pentru aplicațiile se rețin următoarele :

reacție intre terminalele 8 si 12 , in care caz :

reacția intre terminalele 8 si 12 , cu in scurtcircuitul (terminalele 7 si 11 scurtcircuitate) :

reacția intre terminalele 8 si 12 , cu in scurtcircuit (terminalele 7 si 8 scurtcircuitate) :

Tensiunea de referința de 1.5 V este divizata cu rezistentele :

Posibilitatiile de legare a potențiometrului P , sunt prezentate in figura 3.11. Din variantele posibile , pentru aplicații se rețin :

potențiometrul intre terminalele 2 si 5 . Atunci cind cursorul potențiometrului se afla la extremitati :

; deci

; deci

potențiometrul intre terminalele 3 si 4 . In cazurile limita :

Daca consideram rezistenta electrica a motorului de c.c. , , si curentul de referinta , , cunoscute , fie de exemplu si , atunci pentru alegerea configuratiei adecvate , in functie de t.c.e.m. (E) se face apel la Tabelul 3.2 .

Figura 3.11. (a) – (f) Variante de legare a potențiometrului de reglaj ,

(g) – semnificația rezistentelor ,pentru etajul de iesire

Tabelul 3.2

3.1.4.5. Caracteristicile motorului

Circuitul integrat TDA 655 oferă proiectantului de casetofoane o varianta rapida si economica de soluționare a blocului electronic de reglare si menținere constanta a turației motorului de antrenare a benzii magnetice . Spre deosebire de circuitele integrate destinate acestui scop , încapsulate in capsule cu trei terminale , circuitul TDA 655 permite alegerea configurației de regim in funcție de , caracteristicile electro – mecanice ale motorului de c.c. folosit .

Pentru prezentarea aplicației tipice se alege motorul de c.c. cu magnet permanent fabricat de firma SILMA din Polonia , folosit in casetofoanele fabricate la noi in tara . Caracteristicile electrice si condițiile de funcționare pentru motorul SILMA tip E-3208 N sunt prezentate in tabelul 3.3 , iar caracteristicile de sarcina in figura 3.12.

Caracteristicile motorului SILMA tip E – 32208 N

Condiții de funcționare

Tabelul 3.3

Caracteristici electrice

Figura 3.12. Caracteristicile de sarcina ale motorului

SILMA tip E 3208 N .

3.2. Caracteristicile benzi magnetice si capului magnetic

3.2.1. Înregistrarea magnetica

Înregistrarea magnetica a fost conceputa si descrisa acum aproape un secol , cu mult înainte ca progresele tehnologice sa permită cercetătorilor punerea in aplicare a teoriei . Un american pe nume Oberlin Smith a publicat încă in 1888 un articol despre principiile înregistrării magnetice . Zece ani mai târziu un inventator danez , Valdemar Poulsen , a proiectat primul aparat pentru înregistrarea magnetica , numit telegrafon – o mașina care înregistra pe un fir de otel infasurat in jurul unui cilindru . Prototipul lui Poulsen era pus in mișcare manual ; insa o versiune mai sofisticata , comercializata in 1920 de câtre American Telegraphone Company , era echipat cu doua mosoare de fir acționate de un motor electric .

Inventatorii au continuat sa experimenteze iar firmele din diferite tari au adus multe contribuții la perfecționarea înregistrării magnetice . In acei ani de pionierat cele mai importante progrese s-au datorat , probabil , lui W.L. Carlson si G.W. Carpenter , din marina americana , care , in colaborare cu laboratoarele Bell Telephone , studiau transmiterea mesajelor prin cablu . Ei au descris , intr-un brevet din 1927 , o metoda de ‘polarizare in curent alternativ’ , metoda care a deschis drumul câtre înregistrarea si redarea de înalta calitate din ziua de azi .

Prima banda comerciala – marca Scotch , din hârtie cu oxid negru de fier – a apărut pe piața in 1947 ; doar un an sau doi mai târziu au si început sa se răspândească primele magnetofoane , de mărimea unei valize . De atunci încoace , așa cum se știe , magnetofoanele au evoluat intr-o fantastica varietate de forme , cum ar fi magnetofoanele cu role , casetofoanele , magnetofoanele sistem cartridge (in engleza însemnând cartuș) iar mai recent – sofisticatele videocasetofoane perfecționate de japonezi .

Principiile care stau la baza înregistrării magnetice sunt de fapt foarte simple. Cind un curent electric alternativ , reprezentând un semnal audio , este injectat intr-o bobina făcuta din conductor izolat înfășurat in jurul unui miez din metal moale , in bobina si in jurul ei va fii introdus un câmp magnetic alternativ echivalent curentului electric alternativ . Daca miezul din metal al bobinei are forma unui inel rupt ‘ruptura’ fiind un mic spațiu intre cele doua capete ale miezului , atunci câmpul magnetic alternativ indus de semnalul audio se va concentra in vecinătatea rupturii (care se numește ‘întrefier’) . Sa presupunem ca pe sub întrefier trece cu viteza constanta o banda lunga de hârtie sau plastic , acoperita cu un strat de material magnetic adecvat , de pilda oxid de fier ; micile particule de fier din stratul de material magnetic vor avea tendința sa se realinieze conform cu forma schimbătoare a câmpului magnetic , astfel incit in stratul magnetic al benzii se va imprimă o ‘configurație’ precisa , corespunzătoare formei semnalului audio originar . Rezultatul acestei imprimări este o înregistrare magnetica .

Spre deosebire de configurația gravata pe suprafața unui disc de picup , cea imprimata pe banda magnetica nu poate fii văzuta . Dar daca trecem înregistrarea magnetica pe sub întrefierul unui ‘cap electromagnetic’ similar cu cel de la imprimare , mișcarea benzi pe sub întrefier induce in bobina un curent alternativ echivalent cu semnalul audio inițial . Pentru a reproduce acest semnal , trebuie ca el sa fie amplificat si aplicat unui transductor electroacustic convenabil , ca de pilda o pereche de caști sau un difuzor .

Banda de frecventa a unei înregistrări depinde in mare măsura de viteza cu care banda magnetica trece prin dreptul capului de înregistrare . In general , cu cit viteza benzii este mai mare , cu atât este mai bun răspunsul in frecventa . Sa presupunem , de pilda , ca vrem sa înregistram un sunet pur de 15000 Hz . Oricare ar fi frecventa sa , un ton pur induce in capul de înregistrare un câmp magnetic alternativ ; fiecare ciclu de variație a câmpului cuprinde o alternanta pozitiva si una negativa . Efectul acestei oscilații magnetice consta in imprimarea , pe suprafața benzii , a unei serii întregi de mici ‘magneți’ in forma de bara , fiecare magnet având ‘polul nord’ orientat invers fata de magnetul precedent . Va sa zică , la o frecventa de 15000 Hz capul de înregistrare va imprima nu mai puțin de 30000 de ‘magneți’ in fiecare secunda , adică doi magneți in fiecare ciclu . Evident ca , pe suprafața benzii , spațiul disponibil pentru toți acești magneți imprimați e mult mai mare daca banda trece prin fata capului cu o viteza , de pilda , de 38cm/s , decât daca viteza este de 4,75cm/s , adică valoarea standard pentru casetofoane . Din acest motiv , vitezele mai mari duc , efectiv , la o creștere a limitei de sus a benzii de frecventa înregistrabile . Alt avantaj al vitezelor mari de antrenare este acela ca programul – adică semnalele audio – poate fi înregistrat , fără distorsiuni , la un ‘nivel de vârf’ mai mare , ceea ce îmbunătățește raportul semnal/zgomot .

O bucata de banda magnetica nu ne da nici o informație vizuala despre conținutul înregistrării , si nici vreo indicație despre numărul de piste care a fost folosite . De acea sistemul de piste poate părea ciudat si greu de înțeles . Figura 3.13 prezintă , după toate cele trei dimensiuni , câteva dintre sistemele de piste folosite in mod curent . in general , pistele mai late permit înregistrarea ‘programului’ la nivele mai ridicate , si deci realizarea unui raport semnal/zgomot mai mare ; pe de alta parte , daca suprafața de banda magnetica ‘oferita’ întrefierului capului este mai mare , riscul unui ‘drop-out’ al semnalului scade (prin drop-out se înțelege un ‘gol’ momentan în înregistrare , datorat neuniformității sau uzurii stratului de material magnetic) .

Aparat cu role

a) o pista mono de lățime întreaga

(pentru uz profesional)

b) doua piste stereo pe toata lățimea (aparatul poate reda si benzi mono cu doua piste de jumătate de lățime folosind doar pista 1 , uz profesional)

c) stereo cu patru spire de un sfert de lățime (uz personal ; nu se recomanda pentru aparate profesionale cu role)

Aparat cu caseta

d) casetofon , mono , doua piste (in mod normal numai pentru uz personal)

e) Casetofon , stereo , (câte doua piste sfert de lățime in ambele direcții ; poate reda si casete mono cu doua piste in ambele direcții ; uz profesional)

Figura 3.13. Sistemele de piste folosite in mod curent

3.2.2. Structura benzii magnetice

De la data cind , numai doi ani după al doilea război mondial , a fost lansata pe piața prima banda cu destinație comerciala , din hârtie acoperita cu oxid negru de fier , structura benzii magnetice a suferit un număr remarcabil de schimbări . Astăzi exista o uriașa varietate de benzi , diferențiate după stratul de material magnetic , materialul substratului , grosimea , lungimea si lățimea , si destinația unui număr foarte mare de aplicații . Cu toate acestea , abia in ultimii ani s-au obținut cu adevărat succese importante in efortul de a găsi o structura a benzii capabila sa permită înregistrarea intr-un domeniu larg de frecvente , la un zgomot redus , in condițiile unei viteze de atenuare minime ; in felul acesta a fost posibil ca si casetofoanele stereo cu patru piste , lucrând la numai 4.75 cm/s , sa satisfacă standardele riguroase de înregistrare folosite in radiodifuziune . Cele mai pretențioase standarde sunt probabil cele cerute de muzica si nu s-ar putea desigur afirma ca fie chiar si cel mai bun casetofon portabil ar fi ideal pentru elaborarea unui original muzical .

O înregistrare cu factor de distorsiuni reduse si nivel se zgomot scăzut , cu un răspuns in frecventa ‘neted’ intre 50 Hz si 11 000 Hz , este suficient de buna ca sa mulțumească urechea celui mai pretențios ascultător , iar anumite casetofoane ieftine pot , daca sunt folosite cu un microfon si o caseta adecvata , sa satisfacă aceste cerințe .

Daca in ultimi ani concepția aparatelor s-a îmbunătățit considerabil , adevărata lovitura au reușit-o insa fabricanții de banda magnetica . In aparenta , banda magnetica este pur si simplu o pelicula de plastic acoperita cu pulbere metalica fina si cu un ‘liant’ ; insa aceasta aparenta simplitate este înșelătoare . Liantul trebuie sa aibă calitățile unui lubrifiant eficient , permițând benzii sa alunece ușor prin ghidajele sistemului de transport ; in particular , asta contribuie la menținerea unei presiuni constante a benzii pe capete . Pe de alta parte liantul trebuie sa fie suficient de tare ca sa reziste la uzura si sa nu aibă vreo tendința de exfoliere .

Acoperirea trebuie realizata atât de uniform incit nici măcar examinarea la microscop sa nu poată releva ondulații pe suprafața benzii . Orice fel de neregularitate este susceptibila de a provoca un ‘drop-out’ , si daca tolerantele acceptate pentru banda audio de înalta calitate sunt foarte mici , tolerantele pentru banda video sunt insa si mai pretențioase , căci si cele mai mici imperfecțiuni pot duce la pierderi de semnal .

La fabricarea benzi audio se folosesc trei tipuri de material magnetic :

oxid feric ‘gamma’

bioxid de crom (CrO2)

ferocrom (FeCr)

3.2.2.1. Oxidul feric ‘gamma’

Oxidul feric (Fe2O3) este folosit din anii 30 , cind germanii au dezvoltat pentru prima oara procesul de acoperire a benzii de hârtie cu particule de fier amestecate cu un liant . De atunci încoace , particulele de oxid feric au devenit , treptat , mai mici , performantele de frecventa si raportul semnal/zgomot îmbunătățindu-se considerabil . Astăzi , benzile ieftine cu oxid feric sunt lipsite , practic , de defecte si permit o eficienta ridicata a înregistrării ; totuși , la viteza mica de antrenare a benzii utilizata la casetofoane (4.75 cm/s) , acest tip de banda nu este recomandabil pentru uzul profesional , din cauza unui raport semnal/zgomot insuficient si a performantelor scăzute la frecvente mari .

3.2.2.2. Bioxidul de crom (CrO2)

Deși ceva mai scumpa decât banda cu oxid feric , din cauza particulelor de crom care trebuie procesate intr-un laborator , folosirea acestei benzi la casetofoane justifica cheltuiala . Acoperirea cu bioxid de crom duce la obținerea unor înregistrări excelente la viteze mici ale benzii , permițând reproducerea frecventelor audio înalte in conformitate cu standardele de radiodifuziune . Insa este absolut necesar ca astfel de casete sa fie folosite pe un aparat prevăzut cu posibilitatea comutării nivelului semnalului de polarizare precum si a egalizării corecte la redare.

Toate casetofoanele profesionale sunt dotate cu comutatoare care fac posibila folosirea , atât pentru înregistrare cit si la redare , a mai multor tipuri diferite de bana .

3.2.2.3. Ferocromul (FeCr)

Acest material , introdus relativ recent , este compus din oxid feric de mare puritate , acoperit cu un strat suplimentar e bioxid de crom (CrO2) . Oxidul feric are calități excelente la frecvente joase , in timp ce , așa cum am văzut , bioxidul de crom îmbunătățește foarte mult performantele de înalta frecventa ale benzii la viteze reduse de antrenare . Deci banda cu ferocrom urmărește sa unească ambele avantaje .

Casetele cu ferocrom sunt încă si mai dificil de fabricat decât cele cu bioxid de crom si de aceea sunt mai scumpe . Dat fiind ca se pot realiza înregistrări excelente pe casete cu bioxid de crom , este recomandabil ca bioxidul de crom sa fie considerat ca ‘norma’ pentru înregistrările pe caseta .

3.2.3. Sistemul de Înregistrare – Redare

In figura 3.14 este prezentata schema bloc generala a unui sistem de înregistrare – redare a benzi magnetice . Banda magnetica se deplasează prin fata capetelor de ștergere , de înregistrare si de redare , longitudinal , cu viteza liniara constanta .

Viteza constanta de conducere a benzii este asigurata de un motor sincronizat care rotește cabestanul , banda fiind antrenata cu ajutorul unei role presoare . Fluctuațiile de viteza si variația intensității sunetului trebuie păstrate sub nivelul de percepție .

Ghidarea benzii este obținuta prin elemente fixe sau rotative (uneori dințate). ghidajele rotative , fixe sau plasate pe un braț rabatabil sunt utilizate si pentru izolarea mecanica a rolelor fata de capete si pentru a împiedica orice tendința a benzii de a intra in oscilație longitudinala si de a produce perturbații audibile .

Figura 3.14 . Elementele sistemului de înregistrare-redare audio

Principalele cerințe mecanice ce trebuie sa fie satisfăcute la realizarea unui sistem de înregistrare-redare a benzilor sunt :

rolele colectoare si debitoare trebuie sa fie astfel poziționate incit sa permită in contact optim cap-banda si o întindere corespunzătoare a benzii ;

toate elementele de ghidare trebuie sa fie exact perpendiculare pe banda ; precizia de poziționare necesara este de ordinul micrometrilor ;

deplasarea benzii trebuie sa se realizeze la o înălțime constanta in raport cu capetele ; deci sunt necesare elementele de ghidare verticala a benzii ; realizarea acestora este de asemenea critica , deoarece ele nu trebuie sa deterioreze marginile benzii .

3.2.4. Corecția de frecventa la redare

La înregistrare , capul de ștergere demagnetizează banda , pentru a o ‘curata’ de orice alta înregistrare mai veche . Semnalul electric de intrare este convertit de capul de înregistrare in semnal magnetic , care este apoi stocat pe banda .

La redare , informația audio , stocata magnetic pe banda , induce o replica a semnalului original in capul e redare , care o transforma in semnal electric , conform caracteristicii de redare . Având in vedere forma crescătoare a acestuia , frecventele joase sunt atenuate fata de frecventele înalte cu 20 dB / decada . Pentru refacerea corecta a semnalului original este necesara corecția caracteristicii de frecventa . in acest scop este utilizat amplificatorul corector de redare cu caracteristica reprezentata in figura 3.15 (curba b) , descrescătoare cu 20 dB / decada.

Prin însumare cu caracteristica de redare a capului (curba a) , caracteristica totala rezulta plata (curba c) , asigurând redarea fidela a semnalului înregistrat

Figura 3.15. Corecția de redare

3.2.5. Capul magnetic

Construcția unui cap magnetic (figura 3.16) este similara cu cea a unui transformator electric cu o singura înfășurare . Miezul magnetic are forma inelara si este realizat din doua pârti simetrice , in forma de ‘C’ . Suprafețele de contact sunt foarte bine finisate . Intre doua dintre ele , aflate in zona de contact cu banda , se introduce un material nemagnetic , care determina întrefierul . Cele doua subansamble unite , formează capul .

Miezul este obținut dintr-un aliaj special laminat , cu remanenta si coercitivitate scăzuta (material magnetic moale) . Rolul miezului este de a fuziona un traseu cu reluctanța scăzuta pentru fluxul magnetic creat de curentul semnalului de intrare , la înregistrare si , respectiv , la deplasarea benzii , la redare .

Stratul magnetic al benzii oferă o cale de reluctanța scăzuta pentru fluxul magnetic , care altfel ar fi fost obligat sa parcurgă zona cu reluctanța ridicata a întrefierului . Intensitatea câmpului magnetic va determina o magnetizare remanenta a particulelor din pulberea magnetica , in conformitate cu ciclul de histerezis al materialului .

Reluctanța miezului capului variază in funcție de valoarea fluxului magnetic. De aceea , la capetele de înregistrare este necesara o a doua întrerupere a circuitului magnetic , in plus fata de întrefier . Aceasta introduce o reluctanța mare Rplus (independenta de flux) , in serie cu reluctanța scăzuta , dar variabila , a miezului , determinând , practic , comportarea liniara a circuitului magnetic , in raport cu curentul de înregistrare :

NI = Rtot Rplus ,

unde Rtot este reluctanța totala a circuitului magnetic , iar fluxul magnetic determinat de curentul de înregistrare .

Figura 3.16. Capul si mediul magnetic

3.2.5.1. Redarea magnetica

La reproducerea semnalului înregistrat pe banda , fluxul remanent variabil in lungimea benzii , conform principiului de transformare timp-distanta produce o tensiune indusa in capul de redare :

Relația de mai sus evidențiază proporționalitatea tensiunii de redare cu curentul de înregistrare , factorul de proporționalitate K incluzând si pierderile de la redare (k2).

Daca viteza benzii este aceeași la înregistrare si la redare , atunci frecventa semnalului redat este identica cu cea a semnalului înregistrat .

3.2.5.2. Caracteristica de redare

Așa cum se observa din relația 3.30 , tensiunea obținuta la redare nu este constanta cu frecventa , ci se dublează la dublarea frecventei (creste cu aproape 6 dB / octava , adică 20 dB / decada) . Totodată , faza semnalului redat este schimbata cu 90 fata de cea a semnalului înregistrat .

Figura 3.17. (b) reprezintă caracteristica de redare magnetica , iar figura 3.17. (a) prezintă , simbolic , modul de obținere a acesteia :

H

e e e e

întrefier

(a)

+10

0

-10

10 5 2 1 0.5 / l

(b)

Figura 3.17. Caracteristica de redare a capului magnetic .

pentru semnale înregistrate , de joasa frecventa ( / l 10) , lungimea de unda in banda este mare si , deci , variația de flux pe unitatea de timp , in care banda este deplasata in dreptul întrefierului l , este mica ;

cu cit frecventa înregistrata creste , cu atât viteza de variație a fluxului este mai mare si tensiunea indusa in bobina capului de redare creste proporțional (porțiunea liniara a caracteristicii) , dar nu nelimitat ;

maximul se obține pentru / l = 1 (la 2 fmax) , cind pe o lungime de banda egala cu lățimea întrefierului se poate obține variația maxima a unui semnal sinusoidal (înscriindu-se o jumătate de perioada) ;

peste aceasta valoare variația fluxului scade , corespunzând unui interval mai mare de o jumătate de perioada ;

pentru cazul particular in care / l = 1 (la 2 fmax) , variația este nula si , deci , tensiunea redata este nula ;

la creșterea , in continuare , a frecventei semnalului înregistrat , se obțin noi maxime si noi treceri prin zero , in conformitate cu relația 3.30 (de la redarea magnetica)

3.2.5.3. Pierderi la redare

Pierderile la redare sunt de doua feluri :

pierderi de adâncime

La lungimi de unda mici ale semnalului înregistrat , magnetizarea remanenta din adâncimea stratului magnetic al benzii nu poate influenta capul de redare . Pentru frecvente joase si medii , jumătatea lungimii de unda înregistrata pe banda este mult mai mare decât grosimea stratului magnetic (c) .

Astfel , tot fluxul creat de magnetizarea remanenta pe banda se îchide prin reluctanța scăzuta a capului de redare , creând o tensiune electrica , proporționala cu semnalul înregistrat .

Pentru frecvente ridicate , lungimea de unda devine comparabila cu grosimea ‘c’ a stratului magnetic , ceea ce determina scăderea tensiunii induse in bobina capului de redare . Efectul devine semnificativ pentru = 2c .

pierderi de spațiere

In timpul redării , capul poate pierde contactul cu banda , ceea ce determina o distanțiere d cap-banda . Pierderile suferite de semnalul de ieșire sunt proporționale cu d / . Prin urmare , acest efect este mult mai drastic la frecvente ridicate .

3.3. Preamplificatorul pentru capul magnetic de redare

3.3.1. Introducere

Preamplificatorul pentru capul magnetic de redare are rolul de a prelua un semnal electric de ordinul sutelor de microvolți de la acesta si de a-l amplifica pana la un nivel de ordinul sutelor de milivolți , conform unei caracteristici de transfer bine definite (NAB) . Principalele cerințe pe care trebuie sa le îndeplinească un preamplificator de redare cu bune performante sunt următoarele :

adaptarea cu impedanța capului magnetic de redare ;

raportul semnal / zgomot cat mai mare (minim 65 dB) ;

amplificare fără distorsiuni in întreaga banda de audiofrecvența (f = 20 Hz 20 KHz) ;

caracteristici de transfer intrare / ieșire de tip NAB , cu constantele de timp adaptabile pentru principalele tipuri de banda (LH , FeCr , CrO2 , metal) ;

capacitate de supra încărcare de minim 10 dB ;

distorsiuni THD si TID minime (practic inexistente) ;

compensarea suplimentara a pierderilor in capul magnetic de redare la frecvente mari .

Adaptarea dintre impedanța de ieșire a capului magnetic de redare si impedanța de intrare a preamplificatorului reprezintă o problema relativ simpla , deoarece majoritatea traductoarelor magnetice de acest tip au o rezistenta electrica destul de redusa (de ordinul zecilor de ohmi) si o inductanța de ordinul mH , impedanța crescând odată cu frecventa semnalului audio util captat de pe banda magnetica . Un etaj de intrare al preamplificatorului necesita practic o impedanța de intrare de ordinul zecilor de K , fapt pe deplin realizabil la orice preamplificator .

Raportul semnal / zgomot general al preamplificatorului de redare se obține ținând cont de următoarele considerente :

ecranarea îngrijita a capului magnetic de redare ;

folosirea conductoarelor ecranate la realizarea legăturilor galvanice dintre capul magnetic de redare si intrările preamplificatorului ;

folosirea unor tranzistore sau circuite integrate de zgomot redus , specializate pentru amplificarea semnalelor electrice de nivel mic (de ordinul milivolților) ;

folosirea unor componente electrice pasive (rezistoare si condesatoare) care prezintă un zgomot minim (rezistoare de tip RPM , condesatoare multistrat sau tantal etc.) ;

alegerea unei configurații a schemei electrice care sa prezinte o imunitate sporita in privința captării zgomotului ;

realizarea unui cablaj imprimat îngrijit , la care se tine cont de toate masurile pentru evitarea posibilității de apariție a zgomotului (structura fizica de cuadripol a montajului , lipsa buclei de masa , trasee de alimentare cu rezistenta minima-groasa de minim 3 mm , trasee scurte ale legăturilor galvanice dintre componente etc.) ;

ecranarea tuturor conductoarelor ce privesc traseul semnalului audio util;

ecranarea generala a preamplificatorului , folosind o cutie e tabla din fier cu pereții groși de minim 0.3 mm .

Amplificarea fără distorsiuni in întreaga banda de audiofrecvența se obține printr-o polarizare adecvata a etajelor de amplificare , urmărind funcționarea lor liniara in toata zona de lucru . Concomitent se utilizează bucle de reacție negativa locala si o bucla de reacție negativa globala ce asigura un control strict al caracteristicii de transfer generale proprii preamplificatorului . Un cap magnetic de redare , oricât ar fi de perfecționat din punct de vedere constructiv , nu poate asigura o caracteristica de transfer intrare-ieșire liniara a tensiunii captate in urma citirii unei benzi magnetice imprimate cu un flux magnetic constant (figura 3.18)

Figura 3.18. Caracteristica ideala de frecventa

S – lungimea întrefierului

Acest lucru rezulta datorita pierderilor care apar in capul magnetic de redare , in special datorita efectului de întrefier si efectului de autodemagnetizare a benzii magnetice in zona frecventelor înalte . De asemenea , faptul este accentuat si de prezenta pierderilor de fier care apar in tolele miezului magnetic al capului de redare . Fenomenul este cu atât mai preponderent cu cit semnalul electric captat de capul magnetic de redare are o frecvența ridicata . In figura 3.19 sunt prezentate caracteristicile de transfer ce caracterizează funcționarea unui cap magnetic de redare atunci cind acesta preia un semnal imprimat pe banda magnetica .

Se observa : cu cit întrefierul capului magnetic de redare este mai mare (figura 3.20 ) , cu atât pierderile suplimentare sunt mai accentuate in zona frecventelor înalte . Datorita acestui fapt s-a căutat o metoda de compensare a acestor pierderi , realizându-se pentru imprimare si redare un algoritm concretizat in utilizarea unor caracteristici de transfer complementare , care compensează aceste dificiente proprii oricărui cap magnetic de redare .

Figura 3.19. Caracteristici de redare

1 – curba ideala ; 2 – efectul de întrefier ; 3 – curba reala

`

Figura 3.20. Pierderile de întrefier

In figura 3.21 este prezentata alura caracteristicilor de transfer folosite la imprimarea si redarea unei benzi magnetice , iar in figura 3.22 se prezintă caracteristicile de transfer standardizate conform normativului NAB , folosite in cazul redării unei benzi magnetice imprimate .

Figura 3.21. Caracteristicile de redare si înregistrare

Modul de realizare a corecțiilor a fost standardizat in vederea interschimbabilității casetelor imprimate sau redate pe diferite casetofoane . Datorita faptului ca benzile magnetice prezintă sensibilități diferite , in funcție de compoziția stratului magnetic activ constituent , au fost standardizate constantele de timp ce caracterizează locul de efectuare a corecților in frecventa pentru principalele tipuri de benzi magnetice . Ele sunt reprezentate in tabel .

Analizând datele prezentate in tabel se observa : cu cat o banda magnetica prezintă caracteristici mai bune , cu atât valoarea constantei de timp 2 este mai redusa , deci frecventa la care se face corecția este mai ridicată . Un preamplificator de redare perfecționat este dotat in mod obligatoriu cu posibilitatea modificării constantei de timp 2 in funcție de tipul de banda magnetica utilizata . Constantele de timp menționate in tabel sunt valabile pentru o viteza de antrenare a benzii magnetice de 4.76 cm/s (banda magnetica ce echipează casetele) .

In figura 3.22 sunt prezentate caracteristicile de transfer de tip NAB proprii redării unei benzi magnetice imprimate , in funcție de tipul benzii magnetice utilizate.

Figura 3.22. Diagramele NAB pentru benzi magnetice

Capacitatea de supraîncărcare a preamplificatorului pentru redarea unei benzi magnetice este un alt factor important care caracterizează buna funcționare a acestuia . Analizând caracteristicile de transfer NAB si ținând cont de nivelul semnalului de intrare furnizat de un cap magnetic de redare (circa 0.4 mV) se observa ca preamplificatorul de redare trebuie sa asigure o dinamica minima de circa 60dB . Sa nu uitam insa ca banda magnetica imprimata conține informația unui program muzical sonor care are o compoziție spectrala in frecventa foarte complexa . Datorita acestui fapt , la anumite pasaje , dinamica reala a semnalului captat de capul magnetic de redare poate sa crească (pana la circa 70dB) . Datorita acestui fapt , pentru a evitarea distorsiunilor , este necesar ca preamplificatorul sa prezinte o ‘rezerva’ de amplificare de minim 10dB . In acest fel se evita distorsiunile e tip CLIPPING (de limitare) si mai ales distorsiunile de intermodulație , foarte ușor sesizabile , deosebit de neplăcute la audiția unui program muzical sonor . Polarizarea corecta a etajelor de amplificare proprii preamplificatorului in vederea funcționarii liniare , alături de dotarea sa cu o capacitate de supraîncărcare corect aleasa evita din start apariția distorsiunilor de tip THD si TID , asigurând funcționarea sa optima .

O ultima problema deosebit de complexa este compensarea pierderilor capului magnetic de redare in zona frecventelor înalte , care se accentuează in special înspre plaja superioara a benzii de audiofrecvența . Considerentul este dublat si de posibilitatea efectuării practice relativ simple a compresări pentru ca aceasta sa fie realizabila la un produs industrial de serie mare . Practic , se constată că lărgimea benzii audio in zona frecventelor înalte , deținuta de un casetofon , reprezintă un element definitoriu ce caracterizează performantele finale ale acestuia . In figura 3.23 este prezentata schema bloc generala a unui preamplificator pentru capul magnetic de redare . Se observa ca elementele definitorii sunt reprezentate de câtre blocul de amplificare A1 , care preia si amplifica liniar semnalul electric provenit de la capul magnetic de redare . Urmează blocul de amplificare A2 , dotat cu bucla de reacție negativa reglementata e blocul Z1 , care asigura alura caracteristicii de transfer de tip NAB a preamplificatorului .

Figura 3.23. Etaj e intrare – (1)

In general , elementele constituente ale blocului Z1 sunt tipic RC . Amplificatorul corector A2 compensează parțial pierderile de frecventa care apar datorita caracteristicilor magnetice ale capului magnetic de redare in zona frecventelor înalte . Pentru asigurarea unei corecții complete , de cele mai multe ori in bucla de reacție negativa se introduce si un grup LC astfel incit acesta sa prezinte o rezonanta chiar in zona frecventelor înalte (unde se face corecția suplimentara) .

Deși acest aranjament asigura teoretic o precizie ridicata , obținându-se in final o liniaritate sporita a caracteristicii rezultante imprimare-redare , practic sistemul se complica din punct de vedere constructiv , prin apariția bobinei L (cu miez reglabil) . Sa nu uitam ca din construcție capetele magnetice de redare prezintă o oarecare dispersie a caracteristicilor . Datorita acestui fapt , in producția de serie este necesara acordarea fiecărei bobine , potrivit performantelor fiecărui cap magnetic de redare , sistem complex si destul de costisitor , Marea majoritate a casetofoanelor prezintă un preamplificator pentru capul magnetic de redare realizat conform schemei bloc prezentata in figura 3.24. Se observa ca in paralel cu capul magnetic de redare , care reprezintă practic o bobina cu miez de fier , a fost amplasat un condesator Ck . El are rolul de a compensa pierderile , formând in zona frecventelor înalte un circuit rezonant LC (L fiind inductanța capului magnetic de redare) . Frecventa de rezonanta a fost astfel aleasa încât compensarea in frecventa se produce tocmai in zona frecventelor înalte si foarte înalte .

Figura 3.24. Etaj de intrare (2)

Urmează amplificatorul liniar A1 , urmat de amplificatorul A2 dotat cu bucla de reacție negativa Z1 ce conferă o caracteristica de transfer finala de tip NAB . Dispersia inductanței capetelor magnetice de redare conduce la necesitatea alegeri condesatorului Ck pentru fiecare varianta , fapt care micșorează tehnologia unei producții de serie deoarece valoarea finala a capacității condesatorului se stabilește după câteva încercări . Sa nu uitam faptul ca in timpul exploatării , după un număr de ore de funcționare , inductanța capului magnetic se micșorează . Acest lucru se petrece datorita uzurii fizice a capului magnetic , inevitabila in urma trecerii peste acesta a benzii magnetice .

Datorita acestui fapt , după un număr de ore de funcționare , valoarea capacității condesatorului Ck trebuie modificata , in scopul păstrării acordului inițial al circuitului LC in zona frecventelor înalte . Capacitatea condesatorului Ck este de ordinul nanofarazilor , datorita acestui fapt ne fiind utila folosirea unui condesator ajustabil de tip trimmer .

3.3.2. Etajul de intrare

3.3.2.1. Schema de aplicație

O alternativa practica de realizare a unui etaj de amplificare ce prezintă o capacitate de intrare ajustabila este prezentata in figura 3.25 . In aceasta situație valoarea funcționala a capacității ajustabile se stabilește acționând cursorul potențiometrului reglabil R3 .

Figura 3.25 Etaj de intrare

In aceasta situație valoarea funcționala a capacității ajustabile se stabilește acționând cursorul potențiometrului reglabil R3 .

C = (CCB * X + C2) * (A – 1)

Unde :

CCB – capacitatea intrisecă colector – baza a tranzistorului T1 (CCB 6pF) ;

C2 – capacitatea condesatorului ajustabil ;

A – amplificarea in tensiune a etajului

A = (R3 RIN) / R4 ( ‘’ – in paralel ) ;

RIN – rezistenta de intrare a etajului următor ;

X (0 1) – coeficientul de transmisie realizat prin acționarea cursorului potențiometrului semireglabil R3 .

Presupunând RIN = 200K , pentru valorile din schema electrica prezentata in figura 3.25. , A 100 , deci :

C = (47 * (0 1) + 6) * (100 – 1) = 594 5346 pF

In acest caz plaja de variație a capacității de intrare este acoperitoare pentru stabilirea valori finale in vederea acordării circuitului rezonant de intrare LC .

3.3.2.2. Calculul schemei etajului de intrare :

Vom alege tranzistorul BC 413 BP tranzistor de mica putere cu siliciu , cu amplificare mare la curenți mici , destinate amplificatoarelor de joasa frecventa si zgomot redus . Sunt încapsulate in capsula TO – 18 cu colectorul conectat la capsula .

Are următorii parametrii :

Figura 3.26. Factorul de zgomot funcție de rezistenta sursei de semnal ,

pentru BC 413BP

Tranzistorul BC 413 BP are zgomot minim la :

Vom nota :

– tensiunea de alimentare (8.4 V)

Alegem de tip RPM 3025

Alegem de tip RPM 3025

Alegem de tip RPM 3025

Alegem de tip RPM 3025

Alegem de tip

3.3.3. Preamplificatorul de redare

3.3.3.1. Schema de aplicație

In figura 3.26 este prezentata schema electrica practica a unui amplificator de redare realizat cu tranzistoare conform schemei bloc prezentate in figura 3.24 . Cu ajutorul etajului amplificator T1 se obține o prima amplificare a semnalului de intrare de circa 45 dB . Semnalul amplificat se preia galvanic din colectorul tranzistorului T1 si se aplica etajului de amplificare ce conține tranzistorul T2 (in baza acestuia) .

Figura 3.27. Etaj preamplificator

3.3.3.2. Calculul schemei etajului preamplificator :

Vom alege tot tranzistorul BC413BP ales si la etajul de intrare calculat anterior .

Vom nota :

Luăm :

Alegem : deoarece rezistenta sursei de semnal pentru este , iar tranzistorul are zgomotul minim pentru (din caracteristicile electrice ale tranzistorului – figura 3.26)

Daca de tip RPM 3025

Luăm :

Luăm :

Alegem de tip RPM 3025

Luăm : iar

Alegem de tip RPM 3025

Luăm căderea de tensiune pe

Alegem de tip RPM 3025

Alegem de tip RPM 3025

Alegem e tip RPM 3025

3.4. Alimentatorul

3.4.1. Introducere

Construcțiile electronice realizate pot fi alimentate fie de baterii , fie de la rețeaua electrica de curent alternativ de 220 V (priza) .

Deoarece practic , pentru alimentarea montajului avem nevoie de o tensiune de 8.4 V , trebuie sa folosim un transformator in vederea obțineri acestei tensiuni .

Transformatorul este dispozitivul cu ajutorul căruia reducem tensiunea alternativa (220 V – rețea) la valoarea necesara alimentari montajului . Dar nu trebuie sa uitam ca montajul prezent in acest proiect se alimentează cu curent continuu , iar transformatorul debitează curent alternativ .

Pentru a obține curent continuu trebuie introdus intre transformator si montaj un dispozitiv numit redresor , cu rolul de a redresa curentul alternativ .

Partea de redresare este alcătuita din puntea redresoare , un montaj de stabilizare a tensiuni si unul sau mai multe condesatoare cu rolul e filtrare .

Transformatorul așa cum îl arata si numele , el transforma curentul electric , mai precis ridica sau coboară tensiunea electrica . Se întâlnește sub diferite forme dar principiul de funcționare rămâne același . Privindu-l cu atenție veți observa ca este format din doua părți principale : miezul de fier si înfășurările (bobinajul) . Miezul de fier este alcătuit din mai multe bucăți de tabla suprapuse , numite tole . Aceste tole pot avea forma de I , E , L , U . Rolul tolelor este acela de a închide câmpul magnetic . In funcție de suprafața miezului pe care se executa bobinajul , se putea stabili si numărul de spire necesare obțineri tensiuni necesare . Orice transformator are cel puțin doua bobine : una primara si una secundara . Cea primara se va conecta la rețeaua de alimentare , iar la cea secundara se va obține tensiunea necesara de curent alternativ . O bobina poate avea mai multe straturi . Pentru realizarea ei , se va înfășura sârmă izolata pe un suport din material izolant de obicei carton , plastic , textolit , etc. . Sârma izolata (de bobinaj) , se va înfășoară pe carcasa formându-se așa numitele spire .

3.4.2. Calculul redresorului si a filtrului de netezire

Redresorul are rolul de a converti curentul alternativ in curent continuu .

Filtrul de netezire reduce oscilațiile tensiunii de alimentare a stabilizatorului. Tensiunea la intrarea stabilizatorului trebuie sa fie întodeauna mai mare decât tensiunea din ieșirea sa . Figurile redresorului si ale caracteristica filtrului de netezire sunt prezentate in figura 3.28 .

Figura 3.28. Redresarea si caracteristica

filtrului de netezire

Parametri principali ai redresorului sunt : UH , UL , randamentul . Cu cat I0 este mai mare cu atât aliură de descărcare este mai abrupta.

Condesatorul are rolul de a se opune variațiilor de tensiune , deci tensiunea de la bornele sale , care este si tensiunea de sarcina , are tendința de a se menține constanta . Condesatorul se încarcă până la valoarea de vârf a tensiunii redresate si se descarcă prin rezistenta de sarcina intre intervalele de conducție ale diodelor . Încărcarea condesatorului se face rapid , prin circuitul alcătuit din rezistenta de conducție a diodelor si cea a înfășurării transformatorului , deci cu o constanta de timp mica . Descărcarea se face lent , prin rezistenta de sarcina de valoare mare .

Calculul filtrului

Alegem C1 condensator electrolitic EG 76.93 / 470uF/16V/E12

Calculul redresorului

Alegerea diodelor . Cerințele impuse diodelor sau solicitările diodelor se calculează in felul următor :

– curentul mediu prin dioda pentru redresare dubla alternanta in punte

– curentul de vârf prin dioda , se va tine cont si de toleranta condesatorului

– curentul maxim la pornire in cazul cel mai defavorabil

– determinarea raportului dintre tensiunea inversa maxima pe dioda si tensiunea maxima in secundar .

Alegem D1…D4 1N4001

3.4.3. Proiectarea transformatorului

Transformatorul coborâtor si separator care are rolul de transformare a tensiuni de intrare intr-o tensiune de ieșire mai mica de la un curent mai mare, procedeu prin care se îmbunătățește parametri el este reprezentat in figura 3.29.

U1=220V f=50Hz U2min=UL=16.5333 V U2max=UH=21.4932V

Ne interesează: -np,ns

-U pe înfășurare

Figura 3.29. Reprezentarea transformatorului

Caracteristica de pierderi in înfășurări si miez

Pcu=0.057

Pfe=0.045

Calculul parametrilor tolelor

Vom folosi tole de tip E si I din FeSi ca cele din figura 3.30.

Figura 3.30. Prezentarea tolelor

Se alege din tabelul de caracteristici ale conductoarelor de bobinaj si

3.5. Simularea preamplificatorului in SPICE

3.5.1. Introducere

Pachetul de programe SPICE (Simulation Program Integrated Circuit Emphasis) – destinat analizai prin simulare cu ajutorul calculatoarelor a funcționarii circuitelor electronice , considerând modele pentru componente si dispozitive de circuit – este capabil sa simuleze circuite analogice si digitale , datele de intrare determinând circuitul ce se dorește a fii simulat . Deși programele de simulare a circuitelor electronice diferă considerabil ca mărime si performanta , structura celor mai multe dintre ele , deci si a programelor SPICE , este similara , conținând in principal subprograme de editare , analiza si de prezentare a rezultatelor obținute .

Pentru a trece de la circuitul propriu-zis la un sistem matematic de ecuatii , elementele de circuit utilizate in SPICE – rezistoare , condesatoare , inductoare simple si cuplate , surse de curent si tensiune , diode , tranzistoare bipolare cu joncțiuni , tranzistoare cu efect de câmp cu poarta izolata – sunt reprezentate prin modele matematice . Sistemul de ecuații care descrie întregul circuit este determinat de ecuațiile modelului fiecărui element si relațiile topologice care sunt date de interconectarea elementelor . Relațiile topologice au la baza legile lui Kirchhoff iar comportarea generala a circuitului este descrisa printr-un sistem de ecuații algebric – diferențiale ale cărei soluții se obțin prin analiza circuitului , pentru diferite cazuri particulare de abordare :

analiza de curent continuu (.DC)

analiza de curent alternativ (.AC)

analiza regimurilor tranzitorii (.TRAN)

Aceste analize se bazează pe baza unor metode numerice .

Un program SPICE cuprinde instrucțiunile pentru titlu , de comentariu , de descriere elemente , de model , e comanda (control) si de sfârșit .

Diagrama instrucțiunilor este prezentata in figura 3.31

In figura 3.32 este prezentata schema finala a preamplificatorului (etajul de intrare si preamplificatorul) .

Figura 3.31. Diagrama instrucțiunilor

Figura 3.32. Schema finala a preamplificatorului

3.5.2. Programul si rezultatul simulări

Pentru a vedea programul si rezultatele simulări in regim tranzitoriu vom citi fișierul creat in urma simulări ce are extensia „ *.out ”

05/10/2001 ***** PSpice 4.04 – July,1990 ***** 07:15:38

PREAMP AC ANALYSIS

**** CIRCUIT DESCRIPTION

*******************************************************

C1 15 12 4.7U

C2 16 12 47P

C3 11 0 470N

C4 16 7 1U

R1 12 11 180K

R2 16 11 680K

R3 16 4 1.5K

R4 14 0 10

R5 4 1 27K

R6 2 0 470

R7 7 6 270K

R8 8 4 12K

R9 6 5 6.8K

R10 6 0 3.3K

Q1 16 12 14 BC413BP

Q2 1 7 2 BC413BP

Q3 8 1 5 BC413BP

VGEN 15 0 SIN ( 0 0.05M 1K )

VCC 4 0 8.4V

.MODEL BC413BP NPN( IS=1.8E-014 BF=400 NF=0.996 NR=1 BR=35.5

+ RB=0.56 RE=0.6 RC=0.25 CJE=1.3E-011 MJE=0.33 VJE=0.75

+ CJC=4E-012 MJC=0.33 VJC=0.54 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0

+ TF=6.4E-010 TR=5.07E-008 XTB=0 XTI=3 EG=1.11 KF=0

+ AF=1 FC=0.5)

.TRAN 0.0001M 5M

.PLOT TRAN V(15) V(8)

.PROBE

.END

05/10/2001 ***** PSpice 4.04 – July,1990 ***** 07:15:38

PREAMP AC ANALYSIS

**** BJT MODEL PARAMETERS

*******************************************************

BC413BP

NPN

IS 18.000000E-15

BF 400

NF .996

BR 35.5

NR 1

RB .56

RBM .56

RE .6

RC .25

CJE 13.000000E-12

CJC 4.000000E-12

VJC .54

TF 640.000000E-12

TR 50.700000E-09

05/10/2001 ***** PSpice 4.04 – July,1990 ***** 07:15:38

PREAMP AC ANALYSIS

*** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE =27.0 DEG C

*******************************************************

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 3.1120 ( 2) .0920 ( 4) 8.4000 ( 5) 2.5104

( 6) .8191 ( 7) .6874 ( 8) 5.4229 ( 11) 1.6300

( 12) .6791 ( 14) .0212 ( 15) 0.0000 ( 16) 5.2223

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VGEN 0.000E+00

VCC -2.562E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 2.15E-02 WATTS

05/10/2001 ***** PSpice 4.04 – July,1990 ***** 07:15:38

PREAMP AC ANALYSIS

*** TRANSIENT ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG C

*******************************************************

LEGEND:

*: V(15)

+: V(8)

TIME V(15)

(*)–––- -1.0000E-04 -5.0000E-05 0.0000E+00 5.0000E-05 1.0000E-04

(+)–––- 5.2000E+00 5.3000E+00 5.4000E+00 5.5000E+00 5.6000E+00

Cap. 4 Calculul estimativ al fiabilității

si devizul de cost

4.1. Generalități

Vom efectua calculele de fiabilitate pentru dispozitivul de verificare a caracteristicilor semnalului, pentru blocul de alarmare și pentru alimentare.

0R – intensitatea medie de defectare pe componentele profesionale

0R = 0,0310-6 buc./h

Ki = coeficient de comparație (se ia din tabele pentru intensitatea de defectare ale componentelor uzuale) în funcție de care se extrage intensitatea de defectare pentru altă componentă decât rezistența cu peliculă metalică.

Ki = 0i /0R

Pentru fiecare tip de componentă din schemă (inclusiv placa de cablaj, suduri cu fludor) se calculează un 0i. Apoi se calculează 0total pentru toate componentele de același fel. Se face apoi însumarea pentru grupurile de componente diferite și rezultă 0T.

Aceasta se va folosi la calculul funcției de fiabilitate, de nonfiabilitate și mediei timpului de bună funcționare

Coeficientul Ki, se alege diferit, în funcție de încărcarea componentei:

la componenta cu semnal mic (încărcare redusă) se aleg valori minime ale coeficientului;

la componente cu încărcare mai mare se vor alege valori apropiate de maxim.

4.2. Calculul fiabilității pe blocul preamplificator

i = Ki 0R

= Ni i = 14.41810-7buc./h

MTBF = = 693577.47 h

R(t) = e-t

Pentru t1 = 1000h, Rmos(t) = 0,998559

Pentru t2 = 9000h, Rmos(t) = 0,987107

F(t) = 1 – R(t)

Pentru t1 = F(t) = 0,001441

Pentru t2 = F(t) = 0,012893

4.3. Calculul devizului estimativ de cost al preamplificatorului

Preț estimativ de comercializare (TVA 22%): 143655 lei