Tài liệu Đồ án : Mạch khuếch đại âm thanh ppt

IC = β.IB Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE IB là dòng chạy qua mối BE β là hệ số khuyếch đại của Transistor 4 Cấp điện cho Transistor Vcc - điện áp cung cấp Để sử dụng Transisto

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế ngày càng quốc tế hóa, xã hội cũng ngày càng phát triển Để đáp ứng nhu cầu bức thiết của cuộc sống và hội nhập tiến độ phát triển trên thế giới,

đi hỏi các ngành khoa học kỹ thuat hiện nay ngày phải một nâng cao và phát triển về chất lượng và khả năng ứng dụng rộng rãi Trong đó ngành công nghệ

kỹ thuật điện tử cũng đóng một vai trò quang trọng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất của thế giới

Là một sinh viên đang còn ngồi trên ghế nhà trường,,em đã được trao dồi những kiến thức chuyên môn của ngành học.Tuy được học và thực hành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ một phần nào đó nhỏ bé so với những kiến thức ngoài thực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải vì thế, em rất muốn vận dụng nhũng kiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gì còn thiếu Trong những năm học tập, thực hiện nghiên cứu đồ án vừa qua, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo bộ môn,em đã học hỏi được rất nhiều điềutrong thực tế, cũng như tìm hiểu nhung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thành báo cáo đồ án này Vì thế sau khi cân nhắc và được sự góp ý của các thầy cô em đã chọn đề tài “Mạch khuếch đại âm thanh”

Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều thiếu sót, rất mongthầy cô thông cảm

Em xin chân thành cảm ơn!

Tuy Hòa,ngày tháng năm 2012

Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Tân Mùi

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm đồ án này cũng như có được kết quả ngày hôm nay emluôn được sự giúp đỡ của thầy cô hướng dẫn và nhà trường nhân đây em xin gửilời cảm ơn đến:

Trường cao đẳng công nghiệp tuy hòa đã giúp đỡ tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập tại trường

Cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Điện_Điện Tử đã tận tình giang dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập, nâng cao kiếnthức, là hành trang cuộc sống ngày mai

Đặc biệt em xin chuyển lời cảm ơn trân trọng đến thầy Mạnh Thế Văn giáo viên hướng dẫn để em có thể hoàn thành đồ án này, thầy đã đưa ra những ý kiếnthiết thực nhằm bổ xung và diều chỉnh những vấn đề còn hạn chế trong đồ án

Em xin chân thành cảm ơn thầy Mạnh Thế Văn nói riêng và các thầy cô khoa Điện_Điện Tử nói chung, đã tận tình giúp đỡ em và tạo điều kiện thuận lợitrong suốt thời gian làm đồ án

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Mạnh Thế Văn và các thầy cô khoa Điện_Điện Tử, em chúc các thầy cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc

Em xin chân thành cảm ơn !

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tuy Hòa, ngày…….tháng……năm 2012

PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ SỞ

GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

I >>TRANSISTOR :

1.Cấu tạo

Transistor được hình thành từ ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N ,nếu ghép theo thứ tự PNP ta được transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được transistor nguocj Về phương diện cấu tạo transistor tương đương với hai Diode đấu ngouocwj chiều nhau Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transistor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm

cả hai điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lóp giữa gọi là cực góc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rấ mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E,

và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắc là C, vùng bán dẫn C và E có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng có kích thước và nòng độ khác nhau nên không hoán vị được cho

2 Ký hiệu và hình dạng của Transistor :

3 Nguyên tắc hoạt động của Transistor.

* Xét hoạt động của Transistor NPN

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức

IC = β.IB

Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

4 Cấp điện cho Transistor ( Vcc - điện áp cung cấp )

Để sử dụng Transistor trong mạch ta cần phải cấp cho nó một nguồn điện, tuỳtheo mục đích sử dụng mà nguồn điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay đi qua điện trở, cuộn dây v v nguồn điện Vcc cho Transistor được quy ước là nguồn cấp cho cực CE

Cấp nguồn Vcc cho Transistor ngược và thuận

Ta thấy rằng : Nếu Transistor là ngược NPN thì Vcc phải là nguồn dương (+), nếu Transistor là thuận PNP thì Vcc là nguồn âm (-)

5 Định thiên ( phân cực ) cho Transistor

* Định thiên : là cấp một nguồn điện vào chân B ( qua trở định thiên) để đặt Transistor vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho dù rất nhỏ

* Tại sao phải định thiên cho Transistor nó mới sẵn sàng hoạt động ? : Để hiếu được điều này ta hãy xét hai sơ đồ trên :

Ở trên là hai mạch sử dụng transistor để khuyếch đại tín hiệu, một mạch chân Bkhông được định thiên và một mạch chân B được định thiên thông qua Rđt

Các nguồn tín hiệu đưa vào khuyếch đại thường có biên độ rất nhỏ ( từ 0,05V đến 0,5V ) khi đưa vào chân B( đèn chưa có định thiên) các tín hiệu này không

đủ để tạo ra dòng IBE ( đặc điểm mối P-N phaỉ có 0,6V mới có dòng chạy qua )

=> vì vậy cũng không có dòng ICE => sụt áp trên Rg = 0V và điện áp ra chân C

= Vcc

Ở sơ đồ thứ 2 , Transistor có Rđt định thiên => có dòng IBE, khi đưa tín hiệu nhỏ vào chân B => làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm , sụt áp trên Rg cũng thay đổi => và kết quả đầu ra ta thu được một tín hiệu tương tự đầu vào nhưng có biên độ lớn hơn

=> Kết luận : Định thiên ( hay phân cực) nghĩa là tạo một dòng điện IBE ban đầu, một sụt áp trên Rg ban đầu để khi có một nguồn tín hiệu yếu đi vào cực B ,dòng IBE sẽ tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt

áp trên Rg cũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra

6 : Transistor khuếch đại đệm KSE 340 KSE 350 ;

Có nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu đủ lớn để đưa tới 2transsistor 2SC5200 và 2SA1943 nhằm khắc phục thiếu dòng điện bị méo tin hiệu khi hoạt động hết công suất

7 :Transistor công suất 2SC 5200 và 2SA 1943

II>>TỤ ĐIỆN :

1 Cấu tạo :

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điệngọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và

tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy,

Tụ gốm, Tụ hoá

2 Phân loại :

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47

µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu

b Tụ phân cực:

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch cótần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn có dạng hình tròn.

3 Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện.

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S /d

Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d : là chiều dày của lớp cách điện

Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó

trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) ,

NanoFara (nF), PicoFara (pF)

III>> ĐIỆN TRỞ :

1 khái niệm về điện trở :

Điện trở là gì ? Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện

của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

2 Hình dáng và ký hiệu :

Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ

hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau.

Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý 3 Cách đọc trị số điện trở : Quy ước các vòng màu Màu Sắc Gía Trị Màu Sắc Gía Trị Đen 0 Xanh lá 5

Nâu 1 Xanh lơ 6

Đỏ 2 Tím 7

Cam 3 Xám 8

Vàng 4 Trắng 9

Nhũ vàng -1

Nhũ bạc -2

Điệntrở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì

ký hiệu bằng 5 vòng mầu.

4 Ứng dụng của điện trở

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là

linh kiện quan trọng không thể thiếu được , trong mạch điện , điện trở

có những tác dụng sau :

Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, Ví dụ có một bóng đèn

9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với

điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở

Đấu nối tiếp với bóng đèn một điện trở

- Như hình trên ta có thể tính được trị số và công xuất của điện trở

cho phù hợp như sau: Bóng đèn có điện áp 9V và công xuất 2W vậy

dòng tiêu thụ là I = P / U = (2 / 9 ) = Ampe đó cũng chính là dòng điện

đi qua điện trở

- Vì nguồn là 12V, bóng đèn 9V nên cần sụt áp trên R là 3V vậy ta suy ra điện trở cần tìm là R = U/ I = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω

- Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P = U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy

ta phải dùng điện trở có công xuất P > 6/9 W

Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ

một điện áp cho trước

Cầu phân áp để lấy ra áp U1 tuỳ ý

Từ nguồn 12V ở trên thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp U1, áp U1 phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.theo công thức

U1 / U = R1 / (R1 + R2) => U1 = U.R1/(R1 + R2)Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn

Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động

Mạch phân cực cho Transistor

Tham gia vào các mạch tạo dao động R C

Mạch tạo dao động sử dụng IC 555

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

Bộ khuếch đại công suất lớp A:

Điểm là tín hiệu ngõ ra của BJT luôn ở trong vùng tích cực có nghĩa

là BJT được phân cực sao cho tín hiệu ngõ ra luôn biến thiên theo tín hiệu ngõ vào Thường điểm tĩnh Q(VCE,ICQ) được phân cực sao cho

VCE=VCC/2

hiệu có chất lượng tương đối tốt, ít biến dạng

+ Khuyết điểm: do được phân cực ở chế độ làm việc tối ưu nên có

tiêu hao năng lượng lớn kêt cả khi không có tín hiệu ở ngõ vào, hiệu suất của mạch thấp thường là :

η = 25% Vì vậy mạch này ít được sử dụng

Bộ khuếch đại công suất lớp B:

Đặc điểm phân cực là điện áp VBE= 0V vì vậy khi tín hiệu ngõ vào phải vượt qua

Điện áp ngưỡng Vγ của BJT thì mới cò tín hiệu ở ngõ ra thường chỉ khuếch đạ ở một bán kì dương hoặc âm tuỳ thuộc vào loại BJT là PNP hay NPN

Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng PUSH – PULL

+ Ưu điểm: mạch không hoạt động khi không có tín hiệu ở nhõ vào,

vì vậy tổn hao năng lượng rất ít

+ Khuyết điểm: tín hiệu ở ngõ ra sẽ bị méo xuyên tâm do tín hiệu ở

ngõ vào phải vượt qua điện áp ngưỡng Vγ của BJT Hiệu suất của mạch cao thường là η = 50% - 78.5%

Bộ khuếch đại công suất lớp AB:

Đặc điểm là sự cải tiến nhược điểm meo xuên tâm của lớp B bằng cách nâng áp phân cực điểm tĩnh Q sao cho nằm trong vùng giữa lớp A

và lớp B, mạch được phân cực có VBE gần bằng hoặc bằng Vγ của BJT

Vì vậy tín hiệu ngõ vào sẽ được khuếch đại cho tín hiệu ngõ ra hơn nửa chu kì

Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng bổ phụ, có nghã là hai phần tử BJT công suất có cùng thông soosnhuwng một lá loại PNP

và một là NPN Neu mạch được thiết kế dùng nguồn đôi ta gọi là mạch khuếch đại công suất dạng OCL ( Output

Capactor- Less), nếu dùng nguồn đơn và ngõ ra có tụ ta gọi là mạch khuếch đại công suất dạng OTL ( Output Transformer- Less)

+Ưu điểm: tín hiệu ngõ ra ít bị méo dạng hơn ở lớp B, tiêu hao năng

lượng khi không có tín hiệu ngõ vào ít hơn lớp A, hiệu suất của mạch cao, hệ số sử dụng BJT cao

+ Khuyết điểm: cần có biến áp cung cấp nguồn đối xứng đối với

mạch OCL phải có tụ ở ngõ ra đối với mạch OCL

Bộ khuếch đại công suất lớp C:

Đặc điểm là mạch được phân cực cho BJT nằm trong vùng ngưng dẫn sâu hơn so với lớp B vì vậy mạch chỉ khuếch đại một phần đỉnh của tínhiệu ngõ vào, do đó mạch không phù hợp để khuếch đại tín hiệu âm tầng, mà thường được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu cao tần

PHẦN III : THIẾT KẾ

I: SƠ ĐỒ KHỐI:

Tín hiệu âm thanh từ các thiết bị như: đầu video, micro,đấu DVD…

là những tìn hiệu nhỏ có biên độ nhỏ: từ 30mV đến 775mV Tìn hiệu này được đưa vào mạch khuếch đại công suất, sau khi được khuếch đại thành tín hiệu có biên độ lớn và được đưa ra loa

Sơ đồ khối của một mạch khuếch đại công suất thường được chia làm ba giai đoạn và hồi tiếp âm:

Tầng khuếch đại công suất: là tầng khuếch đại đồng nhất điện áp và dòng điện, cung cấp công suất lớn cho tải( loa)

Hồi tiếp âm: giữ cho mạch hoạt động ổn định và làm giảm méo tín hiệu

======================================================

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại công suất âm tần OCL.

II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

Với sơ đồ khối như trên, có thể thiết kế bất kì một loại mạch khuếch

đại công suất theo yêu cầu của người tiêu dùng Cụ thể trong đồ án Môn

học mạch điện tử này, nhóm thực hiện thiết kế một mạch khuếch đại

công suất có các yêu cầu sau:

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch KĐCS âm tần – OCL

1 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của từng tầng:

1.1 tầng công suất:

a) sơ đồ mạch nguyên lý:

Hình : Sơ đồ nguyên lí tầng công suất dang PUT – PULL bổ phụ

b) Hoạt động của mạch:

- Khi tín hiệu vào có bán kì dương:

+ VBE tăng lên nên Q8 phân cực thuận dẫn dòng đổ vào cực B của

Q10, làm cho Q10 phân cực thuận dẫn dòng mạnh từ nguồn + Vcc qua loa và xuống Mass

+ Còn Q9 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q11, vì vậy

Q11 không rút dòng

- Khi tín hiệu vào có bán kì âm:

+ VBEQ9 giảm xuống nên Q9 được phân cực thuận rút dòng từ cực B của Q11, làm cho Q11 phân cực thuận rút dòng mạnh từ Mass qua loa và

đổ về -Vcc

+ Còn Q8 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q10.

- Phần tử VBIAS làm nhiệm vụ định mức điện áp cho VBEQ8, VBEQ10 và

VBEQ9, VBEQ11 để hai cặp BJT Q8, Q10 và Q9, Q11 làm việc ở lớp AB Phần tử VBIAS có thể điều chỉnh được để cân chỉnh điện áp tại điểm giữa của hai BJT Q10 và Q11 bằng 0V

2) Tầng lái công suất:

- R9 phân cực thuận cho D5, D6 có điện áp ngưỡng VD, dòng qua

b) Hoạt động :

- Tương tự như tầng lái, Q5 cũng được phân cực để tạo dòng điện

cố định có thể điều chỉnh được nhờ R5, và điều chỉnh để tầng công suất cân bằng hay điểm giữa đạt giá trị 0V đồng thời làm tăng giá trị hệ số nén tín hiệu đồng pha CMRR (common mod rejection ratio) hay còn gọi là hệ số triệt tín hiệu đồng pha Có nghĩa nguồn dòng Q5 sẽ cải tiến mạch vi sai thành lí tưởng vời hệ có CMRR = ∞

- Q1 và Q4 là cặp BJT giống nhau, được ghép thành mạch khuếch đại Visai Có nhệm vụ khuếch đại tín hiệu Visai giữa tín hiệu ngõ vào

và tín hiệu hồi tiếp âm NFP (Negateve feedback), giữ cho toàn mạch hoạt động ổn định theo hệ số Avf nhất định

- Q2 và Q3 là cặp BJT giông nhau, được ghép thành bộ gương dòng điện có nhiệm vụ giữ cho dòng điện Ic của Q1 và Q4 luôn được cân bằng ở chế độ DC, điểm lợi là tạo trở kháng lớn từ cực C của Q2

khi ở chế độ AC đểđảm bảo tín hiệu ngõ ra của mạch Visai được đưa hoàn toàn đến tầng lái Q7.

- Tụ C1là tụ liên lạc, ngăn dòng DC đồng thời xác định tần số cắt thấp fL cho ngõ vào

-Tụ C2 có gá trị lớn để có thể ngắn mạch ở chế độ AC tạo cầu phân

áp tten6 cực B của Q4 khi có điện áp hồi tiếp

- R7 và R8 xác lập độ lợi điện áp khi có hồi tiếp Avf Riêng Q8 khi ở chế độ DC làm nhiệm vụ phân cực cho Q4

- R3 và R6 phân cực cho Q1, Q4 đồng thời xác lập VBEQ7 phân cực cho Q7 tầng là công suất và xác định tỉ số dòng điện cho bộ gương dòng

Q2, Q3

- R2 và R4 có trị số bằng nhau, để ổn định Q1, Q4 đồng thời triệt tín hiệu tần số cao ở chế độ AC

- R1 phân cực cho Q1 ở chế độ DC