Báo cáo bài tập lớn (btl) mạch khuếch đại âm thanh môn điện tử tương tự 1 (đttt1) số 010 Ngành điện tử viễn thông (đtvt) đại học Bách Khoa Hà Nội (đhbk hn) Báo cáo có 4 phần: 1. Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 2. Thiết kế kiến trúc 3. Mô phỏng kiểm tra và sửa lỗi 4. Tài liệu tham khảo
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ -oOo- BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH Giảng viên hướng dẫn Mã lớp Sinh viên thực | MSSV Trần Sơn Hải Đàm Việt Hiếu Nguyễn Vũ Đức Minh Hà Nội, 02/2023 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 PHẦN GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG VÀ XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM……………………………………………………………………… 1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết sản phẩm .5 1.2 Các tiêu kỹ thuật sản phẩm PHẦN THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 2.1 Thiết kế sơ đồ khối 2.2 Lựa chọn linh kiện 2.3 Thiết kế chi tiết khối PHẦN MÔ PHỎNG KIỂM TRA VÀ SỬA LỖI 15 3.1 Mạch thiết kê mô .15 3.2 Kết mô 15 3.3 Mạch in 16 3.5 Mạch sau hoàn thành .17 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch .7 Hình 2.2 Khối khuếch đại Emito chung, mạch phân áp Hình 2.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều EC .10 Hình 2.4 Khối tiền khuếch đại công suất .11 Hình 2.5 Sơ đồ tương đương xoay chiều Darlington 12 Hình 2.6 Khuếch đại công suất 13 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí vẽ proteus 15 Hình 3.2 Kết xem mô oxilo 16 Hình 3.3 Mạch in PCB vẽ proteus 16 Hình 3.4 Mạch sau hoàn thiện .18 DANH MỤC BẢNG Y Bảng 4.1 Thông số lý thuyết thực tế 19 PHẦN GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG VÀ XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM 1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết sản phẩm Ngày nay, với bùng nổ công nghệ ngành Điện Tử Viễn Thơng có bước phát triển mạnh mẽ không ngừng tin học trở thành chìa khóa dẫn đến thành cơng cho nhiều cá nhân nhiều lĩnh vực, hoạt động Với ứng dụng mình, ngành Điện Tử Viễn Thông góp phần mang lại nhiều lợi ích mà khơng phủ nhận Việc sử dụng mạch khuếch đại thực tế phần ứng dụng rộng rãi Trên góc độ kinh tế, bối cảnh tắt đón đầu cơng nghệ cao, đa số công ty đa quốc gia giới chứng tỏ hiệu kinh tế mình công nghệ nguồn đặc thù khác Công nghệ nguồn thì đưa đến nhiều ứng dụng khác đưa đến siêu lợi nhuận Một công nghệ nguồn công nghệ bán dẫn vi mạch, đưa đến cách mạng khoa học công nghệ lãnh vực công nghệ thông tin, cơng nghệ tự động hóa khí xác, công nghệ sinh học Ngày nay, vốn đầu tư cho công nghệ bán dẫn vi mạch để làm sản phẩm chip điện tử máy tính, thiết bị cầm tay số hóa (digital equipments) cịn cao Do đưa đáp án cho chiến lược đầu tư phát triển công nghệ cao cho Việt Nam thì câu trả lời cơng nghệ âm chất lượng cao phục vu cho dịch vụ giải trí nghe nhìn người tiêu dùng Có thể nói mạch khuếch đại âm sản phẩm tạo tảng phát triển sản phẩm điện tử phục vụ cho nhu cầu giải trí người Mạch có ứng dụng vơ rộng rãi công nghiệp nghe nhìn phát triến Hiện mạch khuếch đại âm phổ biến thị trường mà tầng khuếch đại công suất thiết kế sử dụng BJT (FET) công suất (mạch khuếch đại OTL, OLC, BCL…) hay ICKĐTT (TDA, LM, TL…) Từ thực tế đó, hướng dẫn tận tình thầy giáo , nhóm em phân đề tài “Mạch khuếch đại âm tần” Đây mạch điện đơn giản mạch bản, từ phát triển mạch nhiều tính Và xuất phát từ tìm hiểu ứng dụng nguyên lí làm việc mạch khuếch đại nên nhóm em định chọn đề tài 1.2 Các tiêu kỹ thuật sản phẩm 1.2.1 Chức sản phẩm Là mạch khuếch đại tần số thấp, mắc phối hợp linh kiện điện tử để đảm bảo công suất đầu 2W tùy theo yêu cầu đảm bảo độ méo thấp 1.2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật sản phẩm a Tín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu vào mạch lấy từ máy điện thoại, radio máy nghe nhạc (có biên độ nhỏ, khoảng 0.1V) b Tín hiệu đầu Tín hiệu âm mà tai người cảm nhận c Thơng số Khối nguồn Điện áp vào: 220V AC/50Hz Điện áp ra: 24V DC Khối khuếch đại Công suất đầu ra: 1.5W Tín hiệu vào: 0.05V Dải tần tín hiệu vào: 20÷15000Hz Tải RL = 4Ω PHẦN THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 2.1 Thiết kế sơ đồ khối Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Khối tiền cơng Khối suất khuếch đại cơng suấtTín hiệu Tín hiệu vào Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch Hình 2.1 miêu tả sơ đồ khối mạch Mạch gồm khối: khối khuếch đại tín hiệu nhỏ, khối tiền công suất khối khuếch đại công suất Jack 3.5mm loa phụ kiện hỗ trợ mạch Phần 2.1.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu vào Vi(rms) = 50mV điện áp tín hiêu có cơng suất PO = 1.5 W tải loa RL = 4Ω 2.1.2 Khối tiền công suất Để phục vụ cho việc ghép nối tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ với tầng khuếch đại cơng suất, nhóm đưa thiết kế tầng thứ hai để phối hợp trở kháng để chuẩn bị cho tầng khuếch đại công suất 2.1.3 Khối khuếch đại công suất Nhiệm vụ khuếch đại công suất tải 2.2 Lựa chọn linh kiện Tính tốn hệ số khuếch đại Av để thỏa mãn yêu cầu: Vo(p) = √ PO R L = 3V Sử dụng nguồn nuôi 12V 2.2.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ |Av| = Vo(p)/Vi(p) = 60 (lần) (lựa chọn tín hiệu đầu vào 50mV) Dùng tầng Emito chung, mạch phân áp 2.2.2 Khối tiền khuếch đại công suất (Darlington) Sử dụng khối Darlington mắc kiểu Colecto chung để nhằm làm giảm trở kháng trước đến với khối khuếch đại công suất 2.2.3 Khối khuếch đại công suất Sử dụng khuếch đại Class AB để thu tín hiệu khơng bị méo tiêu hao dùng khuếch đại đẩy kéo 2.3 Thiết kế chi tiết khối 2.3.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Khối khuếch đại Emito chung, mạch phân áp: ` Hình 2.2 Khối khuếch đại Emito chung, mạch phân áp Tính tốn lựa chọn linh kiện * Chế độ chiều Chọn transitor khuếch đại tín hiệu nhỏ BC 547B giá thành rẻ, phổ biến, đáp ứng thông số yêu cầu Chọn điểm làm việc tĩnh Q(UCE;ICQ) = (4V; mA), điểm làm việc hệ số β transitor vào khoảng 200 Do ta tính được: (R3 + R4 + R5).IC + UCE = VCC ⇔(R3 + R4 + R5).1.10−3 + = 12 ⇔R3 + R4 + R5 = kΩ (Trong R3 Rc, R4 Re xoay chiều, R4+R5 Re chiều) Do Ve R4 = 88 Ω => R5 = 1200 – 88 = 1112 Ω Thơng thường có Ube0 = 0.7 nên ta tính Vb = Ube0 + Ve = 0.7+1.2 = 1.9 V Mà theo công thức phân áp đầu vào Vb = R2/(R1+R2)*Vcc = 1.9 => R2/(R1+R2) = 1.9/12 Mà để dòng I1 qua R1 xấp xỉ dòng I2 qua R2 ta phải thiết kế Rvt>>R2 =>R2 = (1/10) Rv t = (1/10)*( β*Re) = 24 kΩ => R1 = 127.58 kΩ Tuy nhiên linh kiện xấp xỉ nên chọn R1 = 130 kΩ, R2 = 22 kΩ, R3 = 6.8 kΩ, R4 = 100 Ω, R5 = 1000 Ω gần với thông số tính tốn lí thuyết * Chế độ xoay chiều Hệ số khuếch đại Av = Vout/Vin = -R3/(1/gm + R4) = -60 (lần) rπ = β/gm = 5.2 kΩ Trở kháng Ro= R3 = 6.8 kΩ Trở kháng vào Rin = R1//R2//(rπ+( β+1)R4) = 12.696 kΩ Tụ vào f1 = 1/(2 π Rin.C1) ≤ 20 => C1 ≥ 0.62 μF Tụ nối tầng f2 = 1/(2 π (Ro + RinDarlington) C2) ≤ 20 => C2 ≥ 0.012μF Tụ nối đất f3= 1/(2 π (R4//((R1//R2) + rπ)/β).C3) ≤ 20 => C3 ≥ 117 μF Do chọn C1 = C2 = 100 μF, C3 = 150 μF Hình 2.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều EC 2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất (Darlington) Hình 2.4 Khối tiền khuếch đại công suất * Chế độ làm việc chiều Chọn điểm làm việc BC 547B Q1 (5V, 2mA) trans TIP 41C Q2 (5V, 0.1A) βD = β1*β2 = 200*50 = 10000 Ta có IB2 = IC2/β2 = mA IE1 = IB2 = 2mA nên IB1 = IE1/β1 = 0.01mA Suy Re = (Vcc-Uceq)/Ic2 = 70 Ω Vcc- Ube1- Ube Mà Ib1 = Rb +β D* Re =¿ 0.01 mA Suy Rb = 360 kΩ Tuy nhiên thực tế có trở gần với thơng số tính tốn nên chọn R6=350kΩ, R7 = 75 Ω * Chế độ làm việc xoay chiều Hình 2.5 Sơ đồ tương đương xoay chiều Darlington re1 = Vt/Ic1 = 13 Ω, re2 = Vt/Ic2 = 0.26 Ω Rout = (re1/β2 ) + re2 = 0.52 Ω Rin=(RB // βD ).Re = 681 kΩ β D RB Av = - R B+ β R e =−0.9904 lần |Av| ≈ lần Tính tốn tụ 1 fLin = πRinCin = π 215000 Cin ≤ 20 => Cin ≥ 0.012 μF Dựa theo thực tế ta chọn tụ Cin ( tụ C4,5) =100 μF 2.3.3 Khối khuếch đại công suất Hình 2.6 Khuếch đại công suất - Chọn transitor TIP41, TIP42 chịu công suất lớn - Phân cực cho transitor trở 1kΩ diodes giúp ổn định tín hiệu Nên R8, R9 chọn trở 1kΩ (vì dòng qua TIP 41, TIP 42 lớn) - Khi có nửa tín hiệu đưa vào T1, T2 khuếch đại Ở nửa chu kỳ (+) - T1 khuếch đại, T2 tắt vì UD1 > UD2 > (T2 thuận), T1 khuếch đại nửa hình sin Trong nửa chu kì sau UD1 < UD2 < 0, T2 khuếch đại nửa hình sin Xét chiều chân E transistor VCC/2 = V - I phân cực >> Ib => I = (VCC/2 -UD)/R8 = 0.0053 A - Công suất transistor làm việc chế độ lí tưởng với biên độ cực đại URmax = VCC/2=6 V - re = 26mV/IC = 0.029 Ω - Chọn C6 lớn dùng làm nguồn nuôi cho khối công suất chu kì âm → Chọn C6 = 1000 μF - Rout3 = RE // re = 0.029 Ω → Tín hiệu khơng bị sụt tải Ω - Pr = Uhd2 /R = 1,5 W 2.3.4 Thơng số tồn mạch - |AV| = AV1.Rin2/(Rout1 + Rin2).AV2.AV3 ~ AV1 = 60 (lần) - Rin = Rin1 - Rout = Rout3 PHẦN MÔ PHỎNG KIỂM TRA VÀ SỬA LỖI 3.1 Mạch thiết kê mô Thực mô phần mềm Proteus: Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí vẽ proteus 3.2 Kết mô Khi kiểm tra test board đo máy Oscillo thì ta thấy tín hiệu gần giống với mô Hình 3.2 Kết xem mô oscillo 3.3 Mạch in Sử dụng phần mềm Proteus để thiết kế mạch in: Hình 3.3 Mạch in PCB vẽ proteus 3.5 Mạch sau hoàn thành Hình 3.4 Mạch sau hoàn thiện PHẦN KẾT QUẢ ĐO THỰC TẾ Bảng 4.1 Thông số lý thuyết thực tế Thông số/Hình thức Mô Thực tế Nguồn vào DC 24V 11.93 - 11.98V Av 54.6 Vout khối 17.1 V Vout khối 15.7 V V out khối 2.73 V 3V Nhận xét: Thực tế lý thuyết có sai khác nhiên sai khác khơng q lớn chấp nhận Có thể giải thích thơng qua việc mối nối thiếc làm tăng trở sai số thiết bị Các giá trị giá trị trung bình khơng có oscillo để đo đạc xác TÀI LIỆU THAM KHẢO ROBERT L BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKY, Electronic Devices and Curcuit Theory 11th https://alltransistors.com/pdfview.php? doc=bc546_bc547_bc548.pdf&dire=_motorola https://dientutuonglai.com/ https://en.wikipedia.org/ https://alltransistors.com/pdfview.php?doc=tip41are.pdf&dire=_motorola ... nói mạch khuếch đại âm sản phẩm tạo tảng phát triển sản phẩm điện tử phục vụ cho nhu cầu giải trí người Mạch có ứng dụng vơ rộng rãi công nghiệp nghe nhìn phát triến Hiện mạch khuếch đại âm phổ... Khối suất khuếch đại cơng suấtTín hiệu Tín hiệu vào Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch Hình 2.1 miêu tả sơ đồ khối mạch Mạch gồm khối: khối khuếch đại tín hiệu nhỏ, khối tiền cơng suất khối khuếch đại công... khuếch đại công suất Sử dụng khuếch đại Class AB để thu tín hiệu khơng bị méo tiêu hao dùng khuếch đại đẩy kéo 2.3 Thiết kế chi tiết khối 2.3.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Khối khuếch đại Emito