Báo cáo bài tập lớn điện tử tương tự i đề tài mạch khếch đại âm thanh

MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V □ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ***** □ ***** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Điện tử tương tự I ĐỀ TÀI MẠCH KHẾCH ĐẠI ÂM THANH Giảng viên hướng dẫn Nguyễn An[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ***** □□ ***** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN: Điện tử tương tự I ĐỀ TÀI: MẠCH KHẾCH ĐẠI ÂM THANH Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Anh Quang Mã lớp: 133356 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Minh - 20193017 Phạm Đức Duy – 20192803 Hồ Đức Cường – 20192734 Nguyễn Lê Đăng – 20192744 Lê Đức Dương - 20192793 Hà Nội, Tháng /2022 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I : Tổng quan đề tài Giới thiệu đề tài: 1.1 Giới thiệu thành viên nhóm 1.2 Tên đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài: Phân tích đề tài: 2.1 Yêu cầu hệ thống: 2.2 Yêu cầu phi chức năng: Phần II: Yêu cầu thiết kế sơ đồ khối mạch khuếch đại âm .5 Yêu cầu thiết kế Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm .5 Phần III: Thiết kế mạch Khối khuếch đại điện áp .6 Tầng tiền khuếch đại công suất Tầng khuếch đại công suất 10 Tính tốn đáp ứng tần số 12 Thơng số tồn mạch 12 Phần IV: Mô phần mềm Proteus 13 Sơ đồ mạch 13 Kết mô .14 Mạch test board 14 Phần V: Kết luận 16 MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ khối mạch Hình 2: Tầng khuếch đại EC Hình 3: Tầng tiền khuếch đại công suất .8 Hình 4: Tầng khuếch đại công suất… 10 Hình 5: Mạch mô phần mềm Proteus… 13 Hình 6: Kết mô oscilloscope .14 Hình 7: Mạch test board… 15 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Giới thiệu thành viên nhóm MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V LỜI MỞ ĐẦU Kinh tế ngày quốc tế hóa, xã hội ngày phát triển Để đáp ứng nhu cầu thiết sống hội nhập tiến độ phát triển giới, ngành khoa học kỹ thuật ngày phải nâng cao phát triển chất lượng khả ứng dụng rộng rãi Trong ngành cơng nghệ kỹ thuật điện tử đóng vai trò quang trọng sinh hoạt sản xuất giới Là sinh viên ngồi ghế nhà trường,… chúng em trao dồi kiến thức chuyên môn ngành học Tuy học thực hành nhiều lớp phần nhỏ bé so với kiến thức thực tế ngày sau trường chúng em gặp phải Vì thế, chúng em muốn vận dụng nhũng kiến thức học vào thực tiễn học hỏi thiếu Qua giúp đỡ thầy giáo môn, chúng em học hỏi nhiều điều thực tế, tìm hiểu nhung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hồn thành tập lớn Bản báo cáo trình bày chi tiết thiết kế mạch khếch đại âm với đề : Nguồn 9V, tải dùng loa 16Ω, Av tối thiểu 15 lần, điện áp đầu tối thiểu 1,2V MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V PHẦN I : Tổng quan đề tài Giới thiệu đề tài: 1.1 Giới thiệu thành viên nhóm : STT Họ tên Nguyễn Quốc Minh Phạm Đức Duy Hồ Đức Cường Nguyễn Lê Đăng Lê Đức Dương Bảng 1: Giới thiệu thành viên nhóm MSSV 20193017 20192803 20192734 20192744 20192793 1.2 Tên đề tài: - Mạch khếch đại âm 1.3 Mục tiêu đề tài: - Thực khuếch đại tín hiệu nhỏ từ đầu vào âm phát loa - Có kinh nghiệm thực nghiệm mơn điện tử tương tự I - Nắm vững kiến thức học lớp Phân tích đề tài: 2.1 Yêu cầu hệ thống: - Mạch có chức khuếch đại tín hiệu âm - Mạch thiết kế với thơng số u cầu - Có thể dễ dàng bảo trì 2.2 Yêu cầu phi chức năng: - Khuếch đại tín hiệu âm đầu vào phát tải loa - Áp dụng cho nhiều mạch âm - Đơn giản dễ làm, dễ sử dụng - Chất lượng tốt, ổn định MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Phần II: Yêu cầu thiết kế sơ đồ khối mạch khuếch đại âm Yêu cầu thiết kế - Nguồn cung cấp nguồn 9V DC - Tải loa : 16Ω - Hệ số khuếch đại tối thiểu 𝐴𝑉 = 15 - Điện áp tối thiểu : 1.2V - Tín hiệu vào : Vin =100mV, f=1kHz Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm Khối nguồn Tín hiệu vào Khối khuếch Khối khuếch đại công suất Khối tiền khuếch đại công suất Tín hiệu đại điện áp Hình 1: Sơ đồ khối mạch Chức khối: - Khối nguồn: cung cấp điện áp cho tồn hệ thống - Tín hiệu vào audio lấy từ điện thoại laptop - Khối khuếch đại điện áp: khuếch đại điện áp tín hiệu đưa vào - Khối tiền khếch đại cơng suất: khuếch đại dịng đưa tín hiệu khuếch đại vào khối khuếch đại công suất - Khối khuếch đại cơng suất: khuếch đại cơng suất để đưa tín hiệu tải (loa) - Tín hiệu loa 16Ω MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Phần III: Thiết kế mạch Khối khuếch đại điện áp  Mạch phân cực phân áp khuếch đại CE Hình 2: Tầng khuếch đại EC - Chế độ chiều : Chọn điểm làm việc Q(VCE= 4.5V, IC = 1mA) theo datasheet IC 2N2222A hệ số khuếch đại dòng β= 160 , VBE= 0.65V , IE~IC=1 mA ( điều kiện T =25° 𝐶) V CC =I C ( R + R3 ) +V CE ⟺ R3 + R4 = V CC−V CE 9−4.5 = =4.5 k Ω −3 IC 10 Chọn 𝑅3 = 4.4 𝑘Ω 𝑅4 = 100 Ω MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V V CC • Điều kiện phân cực mạch phân áp : R + R >10 I B Mà có I B= IC =6.25(μA) β ⇒ R1 , R ≤ V CC =144 kΩ 10 I B V ∗R CC • V B= R + R =V BE + I C R (2) - Chế độ xoay chiều: −R3 ≈−35 + R4 gm AV = β 160∗0.026 =4.16 kΩ¿ • Z¿ 1=(R ¿ ¿1 /¿ R2 )/ ¿(r π +( 1+ β)R ), r π 1= g = −3 10 ⇒ Z ¿1=7.13 kΩ m1 • Z out1 =R4 =4.4 kΩ { R1+ R 2=144 kΩ Từ (1) (2) ta có: V CC∗R2 =0.65+10−3∗100=0.75 V R 1+ R { R =132 kΩ ⇒ Giải hệ ta R 2=12 kΩ Chọn điện trở giải R1=132 kΩ , R2=12 kΩ, R3=4.4 kΩ , R 4=1 00 Ω MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Tầng tiền khuếch đại cơng suất Hình 3: Tầng tiền khuếch đại công suất - Gồm tranzitor 2N2222 (Q2) TIP 41(Q3) mắc theo kiểu Darlington phần cực fixed-base, mắc kiểu CC - Chế độ chiều : Chọn điểm làm việc theo datasheet 2N2222A Q(4.5V,1 mA) có β2= 160, VBE = 0.65 Chọn điểm việc theo datasheet TIP41 Q(4.5V,0.1A) có β3 = 50, MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V VBE= 0.7 ⇒ Hệ số khuếch đại dòng tranzitor mắc theo Darlington β=β 2∗β 3=160∗50=8000 I 0.1 C3 +) I E ≈ I C =0.1 A ⇒ I B 3= β = 50 =2mA I E 2∗10−3 +) Lại có I B 3=I E 2=2 mA ⇒ I B 2= β = 160 =12.5( μ A) Ta có V CC =I C 3∗R6 +V CE ⇒ R6 = V CC−V CE 9−4.5 = =45 Ω I C3 0.1 Lại có V CC =I B R 5+V BE +V BE + I R 3∗R6 ⇒ R5 = V CC −I E 3∗R6−V BE 2−V BE 9−0.1∗45−0.65−0.7 = =252 k Ω −3 I B2 0.0125∗10 Chọn R5=252k Ω , R6=45 Ω Chế độ xoay chiều: r π 2= r π 3= β 2∗V T 160∗0.026 = =4.16 k Ω IC2 0.001 β 3∗V T 50∗0.026 = =1 3Ω IC 0.1 Z¿ 2=R5 / ¿(r π 2+ β r π 3+ β2∗β 3∗R6 )≈ 150 k Ω Z out 2=R6 /¿( 1 + )=0.77 Ω gm β g m AV ≈ 1⇒ Nhận xét : Tầng tiền khuếch đại có trở kháng vào tương đối lớn để lấy tín hiệu vào trở kháng nhỏ tín hiệu mà khơng bị suy giảm Hệ số khuếch đại Av ≈ theo lý thuyết mạch khuếch đại CC MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Tầng khuếch đại công suất - Sử dụng tranzitor công suất TIP41 TIP42 khuếch đại chế độ AB mắc đẩy kéo hiệu xuất khuếch đại tốt hạn chế nhiễu tín hiệu nửa chu kỳ Hình 4: Tầng khuếch đại công suất   - - Q4 theo datasheet TIP 41 β4 =50 ( 25° C ) Q5 theo datasheet TIP 42 β4 =50 ( 25° C) Chọn diode 1N4007 để ngăn cách ảnh hưởng tín hiệu chu kì âm Ở chiều : Mạch cung cấp bới nguồn DC 9V, tranzitor TIP41 TIP42 khuếch đại chế độ AB điện trở R7 , R8 mắc đối xứng nên coi tranzitor cung cấp bới nguồn 𝑉𝐶𝐶 = 4.5 𝑉 - R7, R8 hai điện trở công suất giúp ổn định nhiệt, đồng thời nửa chu kỳ dịng qua tải dòng qua R8, R9 nên ta chọn R7 , R8 240µF ⇒ Chọn tụ C3 = C4 = 470 µF ⇒ 𝑓3 = 𝑓4 = 10.23 𝐻𝑧 - Tụ C5 có vai trị nguồn nuôi khối công suất nửa chu kỳ âm ⇒ Chọn tụ C5 = 1000 µF ⇒ 𝑓5 = 19.6 𝐻𝑧 Tần số cắt toàn mạch fL =19.6Hz Thơng số tồn mạch - AV 1∗Z ¿2 ∗A V 2∗Z ¿3 Z out + Z¿ ∗AV 3∗R L (lần) Z ¿3 +Z out AV = =33 R L + Z out - Công suất tải P L=¿ ¿ - Zin = 𝒁𝒊𝒏𝟏 = 7.13 kΩ - Zout = 𝒁𝒐𝒖𝒕𝟑 = 0.1 Ω MÃ LỚP 133356 12 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Phần IV: Mô phần mềm Proteus Sơ đồ mạch Hình 5: Mạch mơ phần mềm Proteus MÃ LỚP 133356 13 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Kết mơ Hình 6: Kết mô oscilloscope ⇒ Nhận xét kết chạy mơ : Tín hiệu có dạng hình sin, điện áp đỉnh V out− p =3V ⇒ AV =30 có chênh lệch so với tính tốn ( ) 3.0 ⇒ Ta có cơng suất tải : (V ¿ ¿ rms) √2 P L= = =0.28 (W )¿ RL 16 Mạch test board MÃ LỚP 133356 14 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Hình 7: Mạch test board MÃ LỚP 133356 15 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V Phần V: Kết luận Điện tử tương tự mơn học thú vị, sở, nhằm cung cấp cho người học kiến thức để phân tích, thiết kế mạch điện hệ thống mạch điện tử Sau trình tự tìm hiểu hướng dẫn thầy, nhóm chúng chúng em hồn thành sản phẩm thiết kế yêu cầu đề ra, mạch thiết kế chúng chúng em đạt yêu cầu tối thiểu hệ số khếch đại điện áp điện áp ra, tín hiệu loa rõ ràng khơng bị méo Tuy nhiên hạn chế kiến thức, thời gian kỹ năng, mạch làm thủ công nên chắn cịn nhiều sai sót, chúng em mong thầy chúng em báo cáo, nhận xét góp ý để chúng chúng em hồn thiện sản phẩm Một lần chúng chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Anh Quang tận tình hướng dẫn, bảo suốt thời gian nhóm chúng em thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ! MÃ LỚP 133356 16 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH 9V TÀI LIỆU THAM KHẢO Dr Nguyen Anh Quang, Slides Electronic Curcuit I https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/447006/TGS/2N2222A.html https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/427087/ONSEMI/TIP41.html https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/174530/FAIRCHILD/1N4007.html Behzad Razavi , Fundamentals of Microelectronics MÃ LỚP 133356 17 ... vào audio lấy từ ? ?i? ??n tho? ?i laptop - Kh? ?i khuếch đ? ?i ? ?i? ??n áp: khuếch đ? ?i ? ?i? ??n áp tín hiệu đưa vào - Kh? ?i tiền khếch đ? ?i cơng suất: khuếch đ? ?i dịng đưa tín hiệu khuếch đ? ?i vào kh? ?i khuếch đ? ?i công... 20192793 1.2 Tên đề t? ?i: - Mạch khếch đ? ?i âm 1.3 Mục tiêu đề t? ?i: - Thực khuếch đ? ?i tín hiệu nhỏ từ đầu vào âm phát loa - Có kinh nghiệm thực nghiệm môn ? ?i? ??n tử tương tự I - Nắm vững kiến thức học... Bản báo cáo trình bày chi tiết thiết kế mạch khếch đ? ?i âm v? ?i đề : Nguồn 9V, t? ?i dùng loa 16Ω, Av t? ?i thiểu 15 lần, ? ?i? ??n áp đầu t? ?i thiểu 1,2V MÃ LỚP 133356 MẠCH KHUẾCH Đ? ?I ÂM THANH 9V PHẦN I :