Báo cáo bài tập lớn (btl) mạch khuếch đại âm thanh môn điện tử tương tự 1 (đttt1) viện điện tử viễn thông (đtvt) trường đại học Bách Khoa Hà Nội (đhbkhn)Nội dung báo cáo gồm 5 phần: 1.Phân tích yêu cầu2.thực hiện yêu cầu3. lắp đặt và hàn mạch4. kết quả đo thông số trên mạch đã lắp đặt 5. so sánh và nhận xét các thông số đo trên mạch
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I Nhóm | Chủ đề | GVHD Phân cơng nhiệm vụ Họ tên | MSSV Phân công Nhiệm vụ: Chọn chủ đề (1) Tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện (2) Mô (3) Vẽ mạch (4) Làm báo cáo (6) Phần I: Phân tích yêu cầu 1.1 Phân tích u cầu u cầu hệ thống: Mạch có chức khuếch đại tín hiệu âm đầu vào Yêu cầu chức năng: o Khuếch đại tín hiệu âm o Hạn chế tối đa ảnh hưởng méo, nhiễu tín hiệu Yêu cầu phi chức năng: o Áp dụng cho nhiều hệ thống âm o Đơn giản,gọn nhẹ dễ sử dụng o Đảm bảo chất lượng tốt o Sử dụng nguồn vào 12V Thông số kĩ thuật: o Công suất 1W o Sử dụng nguồn 12V DC o Điện áp tín hiệu vào tối đa 50mV AC Bộ cấp Nguồn o Sử dụng BJT o Tải : Loa ohm Đầu vào Khuếch đại âm Đầu 1.2 Thiết kế sơ đồ khối (Hình bên) Phần II: Thực u cầu Mục đích: Tính tốn lý thuyết mạch yêu cầu thiết kế 2.1 Khối khuếch đại điện áp Bao gồm: Khuếch đại công suất Khuếch đại điện áp 2.2 Thiết kế tầng khuếch đại điện áp Ở tầng khuếch khuếch đại điện áp chúng em thiết kế gồm tầng bao gồm: - Tầng 1: Tiền khuếch đại - Tầng 2: Khuếch đại - Tầng 3: Darlington Ta có loa có cơng suất cực đại Pmax=1W Tải loa RL=8Ω → VL =√ R L Pmax =2 √ 2V Xét tín hiệu vào từ jack tai nghe 50mV →AV =VL /Vin ≈ 57 Tại tầng 1: Tiền khuếch đại Cơng dụng: lấy nhiều tín hiệu vào mạch Dùng BJT mắc EC, phân cực phân áp: Xét DC: Transistor 2N2222A có β =100 (theo datasheet) Dùng phân áp ta có : UX = Vcc U x −U be R4 Ib= ( β+1 ) R3 R 1+ R Mà Ic = βIb Ic ≈ U x −U BE R3 (vì β lớn β ≈1 ) β+1 Uce=Vcc - Ie ( R2 + R3)≈ Vcc−Ic.( R2 + R3 ) Xét AC: Hình Mạch xoay chiều tầng Hình Mạch tiền khuếch đại Đối với tầng tiền khuếch đại chúng em ưu tiên cho trở kháng vào lớn tầng chúng em thiết kế với hệ số khuếch đại Av1 = Ta có: A v1=|AVNL| Z ¿2 R Z¿ Z ¿2 = ≈ 2(1) Z ¿2 + R out R3 Z ¿1 + R s Z ¿2+ R2 Mạch thiết kế làm việc chế độ A, nên điểm làm việc tĩnh nằm đường tải tĩnh Uce = Vcc/2 Vậy chọn Uce = 6v, R3 = 1kΩ Z¿ =4,8kΩ (tính tầng 2) Từ => R2 ≈ 3,4 k chọn R2 = 3,9k R vt= ( 1+ β ) R 3=101 kΩ mà R ≪ R vt =¿ R 4=8,2 kΩ 10 Từ công thức thiết lập chế độ DC ta tính Ic = 1,5 mA, Ib =1,5.10−5 A Ux = Ube + U R = 2,5V Mà Ux = Vcc R4 => R1 = 31kΩ R 4+ R Zin2 = R1//R4//Zb , Zb = Rπ + (1+β)R3 => Zin1 = 5,64kΩ Tại tầng 1, tụ C1 nối tiếp tầng nên mạch lọc thơng cao ta tính tần số chặn với điện trở dắt cắm đưa vào Rs = 135Ω f Cb1= π ( R s+ Z ¿1 ) Cb1 = 2,75 Hz f Cc 1= π ( Rc + Z ¿2 ) Cc = 1,6 Hz => Tần số chặn tầng 2,75 Hz Tại tầng 2: Khuếch đại Công dụng tầng khuếch đại áp lên để đạt yêu cầu Dùng BJT mắc EC, phân cực phân áp: Xét chế độ DC: Ở chế độ DC phép tính tốn tầng tương tự so với tầng Xét chế độ AC: Ở tầng chúng em tập trung khuếch đại điện áp tín hiệu vào hệ số khuếch đại chọn Av2 = 28 Ta có: Av2= | AVNL| Hình Mạch tầng Z ¿3 R 10 Z ¿3 ≈ = 28 Z ¿3 + R10 R 12 Z ¿ 3+10 Mạch thiết kế làm việc chế độ A, nên điểm làm việc tĩnh nằm đường tải tĩnh => Uce = Vcc/2 Vậy chọn U CE =6 V , U BE=0,7 V , R12=660 Ω với trở kháng vào ta tính từ tầng có Zin3 = 500kΩ R10= 30 ( Z ¿ 3+10 ) R12 =19,19 kΩ Z ¿3 Chọn R10=22 kΩ, ta lại có: R vt= ( β+1 ) R12=66.66 k Ω Mà R7 ≪ R vt nên R7 =4.8 k Ω 10 Từ công thức thiết lập chế độ DC ta tính được: I c =0,26 mA , I b =0,0022 mA U x =U BE +U R =0,87 V 12 Mà U x = V cc R7 nên R6 =71k Ω Chọn R6=68 k Ω R7 + R6 Hình Mạch xoay chiều Z¿ 2=R6// R7// Z b , Z b=Rπ + ( 1+ β ) R12 Z¿ 2=4,8 k Ω Tại tầng 2, tụ C2 nối tiếp tầng nên mạch lọc thơng cao ta tính tần số chặn với điện trở đưa vào R s=Z out 1=R 2=3.9 k Ω f Cb2= π ( R s+ Z ¿2 ) Cb2 = 1,49 Hz f Cc 2= π ( R10+ Z ¿3 ) Cc ≈ Hz => Tần số chặn tầng 1,49 Hz Tại tầng 3: Darlington Công dụng : Tầng dùng để tăng trở kháng vào, mắc kiểu CC để khuếch đại dịng Dùng transistor 2N2222 ( có β = 100 theo datasheet) Hình Mạch tầng Tầng darlington bao gồm transistor giống mắc nối tiếp, Có thể coi transistor có hệ số β=β + β 2+ β β2 ≈ β β β=1000 U BE=1.4V Xét chế độ DC ta có: U CE =V cc −I E R , U CE =6 V , R9=100 Ω I E =0.06 A I B=6.10−6 A Ta có I B R B + I E R E +U BE =V cc R8 =0,67.106 Ω=0,76 MΩΩ Vậy chọn R8 = 1M Ω Xét chế độ AC: Tại tầng 2, tụ C2 nối tiếp tầng nên mạch lọc thơng cao ta tính tần số chặn với điện trở đưa vào R s=Z out =R 10=22 k Ω f Cb2= π ( R s+ Z ¿3 ) Cb3 ≈ Hz => Tần số chặn tầng Hz 2.3 Tầng khuếch đại cơng suất Hình Mạch xoay chiều Darlington Tầng khuếch đại công suất mắc theo kiểu đẩy - kéo với cặp Transistor hoạt động chế độ AB Nguyên lý hoạt động: Ở bán chu kì dương tín hiệu Q dẫn , Q ngắt Ở bán chu kì âm tín hiệu Q ngắt , Q dẫn Tầng công suất transitor không làm việc vùng tuyến tính , cần phải phân cực cho transistor này, đảm có tín hiệu transistor dẫn Sử dụng diode D2 , D để phân cực cho BJT hoạt động V bias =V B E +V B E =0,7∗2=1.4V Q7 Q8 Diode làm việc với dòng điện nhỏ chọn diode loại 1N4007 với thông số: với I max=1A, UD=0.7V Chọn R11 =R14=1kΩ Vì tầng hoạt động đối xứng nên sử dụng cặp BJT loại R11 =R14 Do hoạt đối xứng , nên xét bán chu kì dương: Sử sụng nguồn cung cấp: Vcc=12V Cơng suất trung bình loa : PL=1W Hình Mạch khuếch đại cơng suất Cơng suất trung bình tiêu tán BJT : 2Pc=Ps-PL = 2* V2CC/( π 2∗9 ¿ = 3,24W, nên BJT phải có cơng suất tiêu tán lớn 1,62W Từ ta chọn linh kiện phù hợp với thông số PQmax > 1,62W, ICmax > 1,5 Như ta chọn cặp BJT TIP41 TIP42 (theo datasheet) Tần số cắt mạch : 2.75 Hz (tần số chặn tốt ) Như ta mạch khuếch đại: Hình 8: Sơ đồ mạch DataSheet linh kiện tham chiếu sử dụng: 2N2222A TIP41C TIP42C Phần III: Lắp đặt hàn mạch 3.1 Mạch mơ Proteus Hình Mạch mơ proteus 3.2 Các thơng số hiển thị oscilloscope Hình 10 Tín hiệu WAV file audio Hình 11 Tín hiệu hình sin 3.3 Vẽ thiết kế mạch altium Hình 12 Ảnh mạch mơ Hình 13 Sơ đồ dây Hình 14 Mạch thực tế board trắng Phần IV: Các thống số mạch lắp đặt Nguồn cấp Vin Vout Lý thuyết 12V 50mV 2,83V Mô 12V 50mV 2,5V Thực tế 12,1V 60mV 2,4V Phần V: So sánh nhận xét thông số đo mạch 5.1 So sánh Nguồn nuôi: Theo lý thuyết mơ cịn thực tế có chênh lệch chút Vin: Theo lý thuyết mơ cịn thực tế chênh lêch phần nhỏ Vout : Kết đo thực tế khác so với lý thuyết 5.2 Nhận xét Kết đo thực tế mạch khơng tính tốn theo lý thuyết thực tế mạch chạy tốt Một số nguyên nhân mà chúng em nghĩ gây khác biệt là: o Thơng số kĩ thuật linh kiện lắp đặt có sai số o Trong trình mua linh kiện lắp đặt có số linh kiện khơng có thơng số u cầu tính tốn nên chúng em thay linh kiện khác có chức tương đương khác có giá trị xấp xỉ o Do làm mạch thủ cơng o Do tín hiệu xoay chiều vào biên độ không ổn định nên đo xác biên độ tương ứng với biên độ vào thời điểm, nên khó để xác định khuếch đại thực tế END ... Tính tốn lý thuyết mạch yêu cầu thiết kế 2.1 Khối khuếch đại điện áp Bao gồm: Khuếch đại công suất Khuếch đại điện áp 2.2 Thiết kế tầng khuếch đại điện áp Ở tầng khuếch khuếch đại điện áp chúng... R3 ) Xét AC: Hình Mạch xoay chiều tầng Hình Mạch tiền khuếch đại Đối với tầng tiền khuếch đại chúng em ưu tiên cho trở kháng vào lớn tầng chúng em thiết kế với hệ số khuếch đại Av1 = Ta có: A... datasheet) Tần số cắt mạch : 2.75 Hz (tần số chặn tốt ) Như ta mạch khuếch đại: Hình 8: Sơ đồ mạch DataSheet linh kiện tham chiếu sử dụng: 2N2222A TIP41C TIP42C Phần III: Lắp đặt hàn mạch 3.1 Mạch mơ