thiết kế mạch khuyếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào micro m179

Thiết kế mạch khuyếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào micro M179 MỤC LỤC Chương I: Mạch khuếch đại âm tần 1. Thiết bị đầu vào 2. Xác định hệ số khuếch đại công suất của toàn mạch 3. Sơ đồ khối 4. Các chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm Chương II: Chọn phương án cho từng tầng 1. Tầng tiền khuếch đại 2. Khối khuếch đại sơ bộ 3. Khuếch đại âm sắc 4. Tầng đảo pha 5. Tầng khuếch đại công suất 6. Phân bổ chỉ tiêu kỹ thuật cho các tầng Chương III .Tính toán sơ bộ 1. Tầng khuếch đại công suất 2. Tầng đảo pha 3. Tính toán mạch âm sắc 4. Tầng khuếch đại sơ bộ 5. Tầng tiền khuyếch đại Chương 4: Tính toán chi tiết tầng khuếch đại đảo pha Kết luận 1 chương 1 mạch khuếch đại âm tần 1.Thiết bị đầu vào : M179 có các thông số kỹ thuật như sau: Dải tần làm việc f = 20Hz  20kHz Umax = 16mV Dải nhiệt độ làm việc 10 C  50 C Công suất ra yêu cầu lớn chọn tầng khuếch đại công suất dùng mạch đẩy kéo công tác ở chế độ B. 2. Xác định hệ số khuếch đại công suất của toàn mạch : K ptm = maxn ra p p = 2 n nra U R.p4 = ( ) 2 3 10*16 200*25*4 − = 78125000 Dựa vào công suất đó theo sổ tay của đèn ta chọn transistor : MJE710 cho tầng công suất có các thông số như sau: Ucemax = 60 V; Ic = 5 A; Pmax = 25W; f max = 300 kHz Xác định điện áp Ucb cho phép giữa colector và emitor : Ucb = (0.350.4)*60 = 21V24 V I cm = A1 20*7.0*85.0*2 25 E2 P cBba ra ≈≈≈ ηη I bm = mA50 20 1 20 Ic βmin Ic === Hệ số khuyếch đại công suất Kp = 0,9 818 0,44 0,9x20x20 minx Uvmc Uceo == β (lần) Biên độ tín hiệu vào U bemin được xác định dựa trên đặc tuyến vào của Trasistor 2 * Tầng trước cuối cùng làm nhiệm vụ đảo pha chọn Transitor loại BD813 (NPN) có các thông số sau: U cb = 45(V); I cmax = 2(A); P = 12,5 (W); F min = 300 (KHz); β min = 20 Hệ số khuyếch đại của tầng đảo pha là: K đp = β min = 20 Hệ số khuyếch đại công suất của tầng cuối và tầng đảo pha: K p = K pc xK đp = 818x20 =16360 * Tầng tiền khuyếch đại mắc Collector chung : chọn transistor BFW60 (npn) có các thông số như sau: U cemax =20V; I cmax =200mA; P = 0,3W β = 50 ; f T =800 kHz. có hệ số khuyếch đại công suất K p = 0,7xβ min = 0,7x50 = 35 Lúc đó hệ số khuyếch đại công suất của 3 tầng là: 16360x35 = 572600 Hệ số khuyếch đại này nhỏ hơn so với yêu cầu bởi vậy cần phải thêm tầng khuyếch đại sơ bộ ghép RC dùng Transitor MPS 3567 (NPN) loại Silic SI có các thông số sau: U CE max = 40V; P = 0,5W; β = 30; F T = 600 KHz; Hệ số khuyếch đại công suất của tầng này là: K P = 0,3β 2 min = 0,3x900 = 270 (lần) Vậy hệ số khuyếch đại công suất của toàn máy: K PTM = 270x10x572600 = 1.546.020.000 (lần) Kết quả thỏa mãn với yêu cầu 3 3.Sơ đồ khối Khối 1: Mạch khuyếch đại đầu vào mắc Collector chung để có trở kháng vào lớn. Khối 2: Mạch khuếch đại sơ bộ ghép RC (khuếch đại tín hiệu nhỏ). Khối 3 : Mạch khuếch đại điều chỉnh âm sắc . Khối 4 : Mạch khuếch đại đảo pha để khuếch đại âm tần lên đủ lớn kích cho tầng công suất âm tần. Khối 5 : Mạch khuếch đại công suất, khuếch đại âm tần cho công suất đủ lớn theo yêu cầu để phát ra loa. Khối 6: Mạch ghép ra loa , có nhiệm vụ phối hợp trở kháng với loa , điều chỉnh âm lượng. 4.Các chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm: Dải tần tín hiệu vào : 30Hz ÷ 15Khz Méo tần số : méo dưới Md = 4dB , méo tần trên Mtr = 3dB Tín hiệu vào max : 16x 3 10 − v điện trở vào : Rn = 200 Ω Công suất ra : 25 w ứng với tải trực tiếp là 8 Ω Méo phi tuyến : k = 7% Hiệu suất η = 70% Khuếch đại âm sắc ± 20 dB 4 1 4 532 u v ođầ à 6 Chương II: Chọn phương án cho từng tầng 1.Tầng tiền khuếch đại: Yêu câù đối với tầng tiền khuếch đại : phải có trở kháng vào lớn để tăng độ nhạy . có chế độ làm việc ổn định giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ tới chế độ làm việc của transistor . Tầng tiền khuếch đại làm việc với tín hiệu nhỏ , không lớn hơn tạp âm nền bao nhiêu nên tầng vào phải có tạp âm nhỏ ( ≤ 3.5 dB min hay 7 dB ) .Để giảm tạp âm của mạch tầng đâù cần phải sử dụng mạch điện , chế độ làm việc thích hợp . Muốn vậy cần phải chọn mạch điện có độ ổn định nhiệt tốt và làm việc với dòng nhỏ (≤ 1 mA), áp nhỏ ( Vc ≈ 3  5 v ) . Đồng nghĩa với hệ số khuếch đại nhỏ . - Các phương án: i.Mạch khuếch đại dùng JFET ưu điểm : trở kháng vào rất lớn làm tăng độ nhạy ở đâù vào . ii.Mạch khuếch đại vi sai : ưu điểm :độ ổn định điểm làm việc cao. Trong các mạch đã học sơ đồ mạch khuếch đại vi sai đáp ứng được yêu cầu trên . Ngoài mạch khuếch đại vi sai còn có thể sử dụng transistor trường FET hoặc mạch khuếch đại CASCODE . 5 - Các sơ đồ mạch cụ thể: + Mạch khuếch đại Cascode thực tế : Hình 1 Đặc điểm của mạch khuếch đại Cascode : mạch sử dụng 2 tầng khuếch đại mắc song song . Tầng thứ hai mắc kiểu B chung để tăng tần số cắt ( f α = 2/3 f max ) tạp nhiễu nhỏ ( vì nội trở vào nhỏ ) , giảm thiểu hiệu ứng Miller ở tần số cao . Tầng thứ nhất mắc kiểu E chung làm việc ở điện áp thấp ( nhằm giảm hiệu ứng Miller của tụ ở tần số cao ) Song hệ số khuếch đại của toàn mạch lại lớn. 6 C4 C3 C2 C1 Q2 NPN Q1 NPN R5 R4 R3 R2 R1 Ra Vao Vcc - Mạch dùng FET : Sử dụng một transistor trường mắc S chung : Hình 2 +Mạch khuếch đại vi sai : Hình 3 7 Vcc C2 Q1 C1 R2 R1 Uv Ura Q2 Q1 R5 R4 R3 R2 R1 Uv1 -Vcc Uv2 +Vcc Ur ưu điểm : có mức trôi điện áp rất thấp nên β gần như là hằng số , tạp âm nội bộ nhỏ . Chọn mạch khuếch đại vi sai: Do mạch khuếch đại vi sai dễ thực hiện, có điểm làm việc tĩnh ổn định cao. - Tầng khuyếch đại mắc Collector chung: Mạch này có trở kháng vào lớn. G ND1 Vcc + C3 + C2 R3 R2 R1 Q1 Hình 4 Chọn mạch khuếch đại mắc Colector chung do sơ đồ mạch này đơn giản dễ thực hiện. 2. Khối khuếch đại sơ bộ Yêu cầu đối với khối này : phải đảm bảo hệ số khuếch đại đủ lớn để khuếch đại điện áp và khuếch đại công suất đủ lớn cung cấp cho đầu vào tầng khuếch đại công suất . Sơ đồ mạch khuếch đại Ec ghép RC có hệ số khuếch đại lớn đáp ứng được yêu cầu trên . 8 Hình 5 3. Khuếch đại âm sắc Thực tế có nhiều sơ đồ mạch thực hiện điều chỉnh âm sắc . ở đây em xin đề cập hai sơ đồ mạch phổ biến thực hiện chức năng này . - Mạch Baxandall : Hình 6 9 R9 C4 C3 R6 C2 + C1 R11 R10 R8 R7 R5 R4 R3 R2 R1 V oà Ra Bass Treble + C3 1uF Vcc GND1 + C2 + C1 R3 R2 R1 Q1 + C3 1uF U ra Mạch hiệu chỉnh tone một cách liên bằng triết áp . Nhánh hồi tiếp Bass gồm R1 , R2 , C1 , C2 . Nhánh hồi tiếp Treble gồm R3 , R4 , C3 . Trở R5 ngăn cách nhiễu giữa Bass và Treble đồng thời cũng tham gia một phần vào mạch Treble . Khi con chạy R2 dịch hết về phía trái , tần số trầm được khuếch đại lên lớn nhất qua hàm truyền Av = 1+ R2/R1 ≈ 10 = 20 dB . Khi biến trở R2 dịch hết về phía phải , hồi tiếp âm về lớn nhất , hàm truyền giảm cực tiểu Av = - ( 1+ R2/R1 ) = - 10 = - 20 dB . Tương tự khi biến trở R4 dịch chuyển hết về phía trái tần số bổng được khuếch đại , hệ số khuếch đại là lớn nhất Av = 10 = 20 dB . Khi biến trở dịch chuyển hết về phía phải hồi tiếp âm về lớn nhất Av = - 10 = - 20 dB. - Sơ đồ mạch baxandall dùng Transistor chỉ có một tụ Bass : Hình 7 10 + C4 + C3 R1 C1 R4 C2 Q1 R2 R3 R5 R6 R7 R8 Vcc V oà Ra [...]... tụ ghép giữa tầng đảo pha và tầng khuyếch đại sơ bộ R, C là điện trở và tụ điện có tác dụng lọc 23 L1 là biến áp ghép giữa tầng khuyếch đại đảo pha và tầng khuyếch đại công suất đồng thời cũng là tải ra của tầng khuyếch đại đảo pha Do nguồn điện áp Vcc mang giá trị âm nên trong lúc tính toán ta lấy giá trị tuyệt đối của các giá trịđiện áp và dòng điện Nguồn điện áp của mạch là 20V Ta có: Uceo = 20V... lợi với linh kiện có sẵn ta chọn C11 = 100 µF Xác định phương trình đường tải : Phương trình đường tải 1 chiều : Uce = Vcc – Ic (R18+Rt) I c Điểm A : Vcc = 0V ⇒ Ic = 20 Vcc = 2,5 = 8 A R18 Ico Điểm B : Ic = 0 A ⇒ Uce = Vcc = 20V Uce Uceo 25 Kết luận: Mạch khuếch đại âm tần được sử dụng rất rộng dãi trong thực tế Trong giới hạn đồ án môn học em thiết kế mạch khuếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào. .. là micro M179 có dải tần làm việc rất rộng 10Hz đến 20 kHz Mạch khuếch đại đưa ra công suất khoảng 25W trên loa 8 Ω Mạch có hệ số méo tần số Md cỡ 5%, Mtr khoảng 3% và méo sóng hài khoảng 7%, các thông số này chỉ phù hợp với mạch có chất lượng trung bình Để cải thiện chất lượng của mạch có thể dùng linh kiện với chất lượng cao và dùng mạch hồi tiếp âm sâu hơn 26 Tài liệu tham khảo: Hướng dẫn thiết kế. .. hệ số khuyếch đại của Transistor là β = 20 lần Rt chính là điện kháng của cuộn sơ cấp của biến áp ghép giữa tầng khuyếch đại đảo pha và tầng khuyếch đại công suất Theo tính toán đã có ỏ phần tính toán sơ bộ ta có công suất ra của tầng khuyếch đại đảo pha là xấp xỉ 9,2W Rbeo = 300 + (1+β) 26 26mV = 300 + (1+20) 2,5 *103 = 218 kΩ Ico Mà điều kiện làm việc của Transistor thuận là Rbeo> 300 Ω nên kết quả... dB Tầng vào : 0,6 dB Tầng khuếch đại sơ bộ : 0,6 dB Tầng khuéch đại đảo pha : 0,6 dB + Méo phi tuyến : Do tầng công suất chủ yếu công tác ở đặc tuyến động, điện áp lớn nên gây ra méo sóng hài lớn Chọn Kméo ≤ 7% * Sơ đồ nguyên lý toàn mạch khuếch đại: 15 Chương III Tính toán sơ bộ 1.Tầng khuếch đại công suất Tầng công suất công tác ở chế độ B , Transistor mắc Bazo chung công suất ra yêu cầu 25W Dải tần. ..- Mạch Equallizer : C2 R10 R4 C1 R16 R5 R2 R1 R13 C3 R11 C4 R6 R19 Vào R17 R7 R14 R3 Ra C5 R12 R8 C6 R18 R9 R15 Hình 8 Mạch Equallizer 3 nút hiệu chỉnh ưu điểm : điều chỉnh được nhiều khoảng tần số do đó thay đổi hệ số khuếch đại trong nhiều dải tần hơn so với mạch Baxandall Chọn sơ đồ mạch Baxandall vì mạch đơn giản , dễ thực hiện 11 4.Tầng đảo pha: Do tầng khuếch đại công suất làm... được tính theo chế độ làm việc và điện trở phân áp) -Tính điện dung ở mạch vào C , méo tần số ở đoạn dưới do điện dung đó gây ra theo công thức : C= 0,159 f d (R ra + R v.s ) M − 1 2 = 0,159 30(50000 + 28500) (1,01) − 1 2 22 = 6,7 * 10− 7 F Chương 4 tính toán chi tiết tầng khuếch đại đảo pha Sơ đồ tầng khuyếch đại đảo pha R24 +20V R21 T1 C10 + R23 C11 + R22 + Q3 C12 Trong đó : C10 là tụ ghép giữa tầng... MdCb = 0,3 dB và méo dưới do tụ nối tầng ở mạch vào gây ra là Md =0,3 dB từ đó tính được Cb =10µF Điện dung tải của tầng khuếch đại colecter chung Co và hệ số méo tần ở đoạn trên tính theo công thức: 0,16 Co ≈ Ceđ.s ≤ f R + Cc.s (1 + K s ) ghmin v.s 0,16 + 50 * 10−12 (1 + 6,65) ≈ 2000 pF 6 2 * 10 * 50 ≤ (Rv.s được tính trực tiếptại điểm làm việc trên đặc tuyến vào của tầng sau) Mtr = 1 + (6,28f tr Co... ta sử dụng mạch đảo pha bằng biến áp Sơ đồ mạch đảo pha mắc Colector chung: R24 +20V R21 T1 C10 + R23 C11 + R22 + Q3 C12 Hình 9 5.Tầng khuếch đại công suất : Để dạt được hiệu suất chỉ tiêu là 70% thì sơ khuếch đại đẩy kéo chế độ B.Yêu cầu của mạch công suất là giảm nhỏ méo sang hài và méo tần số do tấng này làm việc ở mức điện áp ra lớn Công suất tín hiêụ ra P = 25 W - Các sơ đồ mạch : 12 + Mạch đẩy... cách mắc Bazo chung) Giá trị cực đại của dòng tín hiệu trong mạch Colector là: Icmax = U cb 0 20 = = 2.9 A Rc ~ n 6.8 Công suất do tầng khuếch đại đưa ra P~ = 0.5 I2cmax Rc~n =28.59 W Chọn dòng điện tĩnh trong mạch Colector Ic0 = 0.05 Icmax = 0.145A Ic0 = Ie0 ứng với giá trị Ie0 trên đặc tuyến tĩnh ta tính được U eb0 = 0.17 V Căn cứ vào đặc tuyến tĩnh ta có Uebmax = 0.44V Tầng đảo pha: Giả sử Rra = 300 . Thiết kế mạch khuyếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào micro M179 MỤC LỤC Chương I: Mạch khuếch đại âm tần 1. Thiết bị đầu vào 2. Xác định hệ số khuếch đại công suất của toàn mạch 3 các tầng Chương III .Tính toán sơ bộ 1. Tầng khuếch đại công suất 2. Tầng đảo pha 3. Tính toán mạch âm sắc 4. Tầng khuếch đại sơ bộ 5. Tầng tiền khuyếch đại Chương 4: Tính toán chi tiết tầng. trở kháng vào lớn. Khối 2: Mạch khuếch đại sơ bộ ghép RC (khuếch đại tín hiệu nhỏ). Khối 3 : Mạch khuếch đại điều chỉnh âm sắc . Khối 4 : Mạch khuếch đại đảo pha để khuếch đại âm tần lên đủ