Mô phỏng và tính toán mạch khuếch đại âm thanh trên Proteus và Altium. Trong sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử ngày nay và những ứng dụng của điện tử vào đời sống cũng như phục vụ cho giải trí ngày càng được chú trọng. Chúng em đi đến đề tài này mong muốn và cũng là sự đam mê của chúng em, muốn tạo ra những sản phẩm mạch điện ứng dụng trong thực tế và cuộc sống
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ KHOA ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I Đề tài: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH Giảng viên hướng dẫn: TS PHÙNG THỊ KIỀU HÀ Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 06 Nguyễn Trọng Lâm – 20198135 Quách Ngọc Trường Giang – 20198125 Nguyễn Quang Vinh - 20198155 Hà Nội, 1-2022 LỜI NÓI 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, hỏi ngành khoa học kỹ thuat ngày phải nâng cao phát triển chất lượng khả ứng dụng rộng rãi Trong ngành cơng nghệ kỹ thuật điện tử đóng vai trị quang trọng sinh hoạt sản xuất giới Là sinh viên ngồi ghế nhà trường,… em trao dồi kiến thức chuyên môn ngành học Tuy học thực hành nhiều lớp phần nhỏ bé so với kiến thức ngồi thực tế ngày sau trường chúng em gặp phải Vì thế, em muốn vận dụng nhũng kiến thức học vào thực tiễn học hỏi cịn thiếu Qua giúp đỡ cô giáo môn,em học hỏi nhiều điều thực tế, tìm hiểu nhung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hồn thành tập lớn Vì sau cân nhắc góp ý giáo viên nhóm nghiên cứu chọn đề tài “Mạch khuếch đại âm thanh” MỤC LỤC PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ .4 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Giới thiệu đề tài .5 Phân tích đề tài CHƯƠNG SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ Sơ đồ khối Sơ đồ nguyên lý CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 13 Tính tốn thơng số mạch 13 1.1 Nguồn cung cấp 13 1.2 Tầng 1: Mạch mắc theo kiểu E chung, phân áp 13 1.3 Tầng 2: Tầng Khuếch Đại Dòng Điện (Tầng Darlington) 15 1.4 Tầng 3: Khuếch Đại Công suất .17 1.5 Thông số khuếch đại toàn mạch: 18 Kết mô sử dụng phần mềm Proteus so sánh với kết tính tốn 18 Mơ thiết kế sử dụng phần mềm Altium 21 KẾT LUẬN 22 PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ STT Cơng việc Mô tả công việc Người thực Tính tốn lý thuyết Tính tốn số liệu linh kiện mạch sử dụng Tham chiếu Nguyễn Trọng Lâm datasheet linh kiện sử dụng giải thích thơng số lựa chọn Thiết kế sơ đồ khối, Thiết kế mạch khuếch đại mạch nguyên lí phần mềm thiết kế mạch Nguyễn Quang thiết kế mạch in Altium Vinh Mô mạch Mô mạch phần mềm Quách Ngọc nguyên lí mơ Multisim/Proteus Trường Giang So sánh kết So sánh kết mô với Quách Ngọc lý thuyết Trường Giang CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Giới thiệu đề tài 1.1 Giới thiệu thành viên nhóm Nhóm nghiên cứu gồm thành viên : + Nguyễn Trọng Lâm – 20198135 + Quách Ngọc Trường Giang – 20198125 + Nguyễn Quang Vinh - 20198155 1.2.Tên đề tài Mạch khuếch 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 môn điện tử tương tự I − Nắm vững kiến thức học lớp Phân tích đề tài 2.1 Yêu cầu hệ thống − Mạch có chức khuếc đại tín hiệu âm 2.2 Thông số kĩ thuật − Sử dụng nguồn vào: 35V − Cơng suất mạch: 12W − Tín hiệu đầu vào: 50mV − Tải dùng loa: 8Ω 2.3 Yêu cầu chức năng, phi chức − Khuếch đại tín hiệu âm đầu vào phát tải loa − Áp dụng cho nhiều mạch âm CHƯƠNG SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ Sơ đồ khối Nguồn nuôi 35V Tín hiệu Khuếch Khuyếch Khuếch đại vào đại tín Đại dịng hiệu nhỏ điện cơng suất Loa Hình Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm Sơ đồ nguyên lý + Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Hình Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn + Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm Hình Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm Mạch gồm có Q1 transitor mắc theo kiểu E chung, phân cực phân áp đóng vai trị khuếch đại tín hiệu đầu vào Q2 Q3 mắc thành tầng darlington theo kiểu C chung có tác dụng khuếch đại dịng điện Q4,Q5,Q6,Q7 tạo thành cặp transitor bổ phụ mắc theo kiểu darlington có tác dụng khuếch đại cơng suất theo kiểu AB Thông số linh kiện: Điện trở: R1: 170kΩ, R2: 20kΩ, R3: 330kΩ, R4:180Ω, R5=1kΩ, R6=1kΩ, RC=20kΩ, RE1= 30Ω, RE2 =3kΩ Tụ điện: C1=150uF, C2= 100uF, C3=100uF, C4=2200uF Transistor: Q1 & Q2: 2N3904, Q3: TIP41, Q4: 2SD756 Q5:TIP41, Q6: 2SD758, Q7: TIP42 Loa: 8Ω - 5W Diode: D1/D2: 1N4148 + Q1 & Q2: 2N3904 Datasheet 2N3904 + Q3 & Q5: TIP41 Datasheet TIP 41 + Q4: 2SD756 Datasheet 2SD756 + Q6: 2SD758 10 Datasheet 2SD758 + Q7: TIP42 Datasheet TIP42 11 + D1 = D2: 1N4148 Datasheet 1N4148 12 13 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG Dựa sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý trình bày trên, chúng em xin trình bày lời giải cho phần tính tốn mơ mạch sau: Tính tốn thơng số mạch Yêu cầu thiết kế: Công suất loa PL =12W 1.1 Nguồn cung cấp Cơng suất trung bình phân phối tải tính theo cơng thức: 12 𝑉2 ⋅ 𝑅𝐿 𝑃𝐿 = 𝐼𝑃𝐿 ⋅ 𝑅𝐿 = 𝐿 2(𝑅𝐿) 𝑉𝐿 = √2𝑅𝐿𝑃𝐿 ≈ 14𝑉 Trong mạch hệ số sử dụng điện áp xấp xỉ 0.9 𝜉 = 𝑉𝐿𝑃 = 0,9 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝑐𝑐 = 𝑉𝐿 / 0.9 ≈ 31 𝑉 Tuy nhiên có sụt áp khoảng 1,4V transitor Q4,Q5 Vậy nhóm định chọn nguồn Vcc = 35V Ta có: Vo = 𝑉𝐿=14V Hệ số khuếch đại cần đạt : 𝐴𝑉 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 = 14/0.05 = 280 1.2 Tầng 1: Mạch mắc theo kiểu E chung, phân áp Hình vẽ sau: 14 Hình 3.1 Sơ đồ biểu diễn tầng • Sử dụng transitor Q1 2N3904 (hoặc 2N2222A) mắc Emiter chung • Tham khảo Datasheet chọn điểm làm việc tĩnh Q (Uce;Icq) Là điểm Q (12V; 1mA) Lúc hệ số 𝛽 trans vào khoảng 150 lần ❖ Chế độ làm việc chiều: (Rc+Re1+Re2) Ic = Vcc – Vce Rc+Re1+Re2= 23k (Ω) Ve 𝑅2 = 37 𝑅1+𝑅2 𝑅1+𝑅2 350 Vì 𝛽Re>10.R2 => Chọn R2 = 20k Ω => R1 = 170KΩ ❖ Chế độ xoay chiều: 𝐴𝑉1=𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 ≈ −𝑅𝑐 𝑅𝑒1 = -303 𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝑐 = 20𝑘Ω re1 = 26𝑚𝑉=26Ω ℎ𝑖𝑒 = 𝛽 𝑟𝑒1 = 3,9(𝑘Ω) 𝐼𝑒1 𝑅𝑖𝑛 = R2//R3//(ℎ𝑖𝑒 + ( 𝛽 + 1) 𝑟𝑒1)=5,5 (𝑘Ω) 15 1.3.Tầng 2: Tầng Khuếch Đại Dịng Điện (Tầng Darlington) + Do có tụ nối tầng nên chế độ này, tầng tiền Khuếch Đại hoạt động độc lập + Hình vẽ tầng 2: 16 Hình 3.2 Sơ đồ biểu diễn tầng ❖ Chế độ chiều: Chọn điểm làm việc tĩnh trans NPN BC547 Q2 ( 5V,2mA) 𝛽2=120 trans NPN Tip41 Q3( 5V, 0.1A) 𝛽3 = 50 𝛽𝐷 = 𝛽2𝛽3 + 𝛽2 + 𝛽3 = 6170 • 𝐼𝐸3 = 0,1(𝐴) => 𝐼𝐵3 = 𝐼𝐸3 ∕ 𝛽3 = 2(𝑚𝐴) • 𝐼𝐸2 = 𝐼𝐵3 = 2(𝑚𝐴) => 𝐼𝐵2 = 𝐼𝐸2 ∕ 𝛽2 = 16,67(µ𝐴) Theo cơng thức ta có: • 𝑅𝐸 = 𝑅4 = (𝑉𝑐𝑐−𝑉𝐶𝐸3) 𝐼𝑐 = 150 Ω • 𝐼𝐵2 = ( 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒1−𝑉𝑏𝑒2 ) 𝑅3+𝛽𝐷.𝑅𝐸 => R3 =216 kΩ Trên đo đạc thực tế , nhóm em nhận thấy đặt giá trị điện trở khuếch đại chưa đủ gây méo tín hiệu nên điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu • 𝑅𝐸 = 𝑅4 = 180 Ω • R3 =380 kΩ 17 ❖ Chế độ xoay chiều: re3 = 26𝑚𝑉=0.26Ω re2 = 26𝑚𝑉=13Ω 𝐼𝑒3 𝐼𝑒2 𝑅𝑜𝑢𝑡= re2/ 𝛽2+ re3= 0.52Ω 𝑅𝑖𝑛 = 𝑅𝐵//𝐵𝐷 𝑅𝐸=175 kΩ 𝐴𝑉2 ≈ 1.4 Tầng 3: Khuếch Đại Công suất + Hình vẽ tầng 3: Hình 3.2 Sơ đồ biểu diễn tầng + Tầng khuếch đại chế độ AB có mục đích giúp cho tín hiệu xảy trễ có khả bị méo + Công suất tiêu tán cực đại trans là: 𝑉𝐶𝐶2 14,6 𝑃𝑄 = = 𝜋 𝑅 𝑅 Sử dụng trở 1k để phân cực cho cặp transitor Công suất tiêu tán tối đa Transistor Q6, Q7: 18 𝑉𝑐𝑐2 𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥 = 2𝛱2𝑅𝐿 Công suất mà transitor Q5, Q7 phải chịu 𝑃𝑐𝑄𝑚𝑎𝑥 = 4𝛱2𝑅 𝑉𝑐𝑐2𝐿 = 3,8 W Để Transistor hoạt động an tồn, ta chọn: • Pc>4W • Vce >Vcc = 35V Chọn cặp Trans bổ phụ Tip41 Tip42 chịu công suất lớn cộng kèm với cặp trans bổ phụ 2SD756 2SD758 để tạo thành Cặp trans mắc theo kiểu darlington khuếch đại công suất class AB 𝐴𝑉3 ≈ +Diode D1, D2 có tác dụng giúp cho khơng xảy sút áp hai cực B transistor Tính tốn thơng số tụ Tụ C1: 𝑓𝐿1 = 20 ≥ 2𝜋𝐶1𝑅ln1 => C1 ≥ 144uF Tụ C2: 𝑓𝐿2 = 20 ≥ 2𝜋𝐶2(𝑅ln1z+𝑅out) => C2 ≥ 0.38uF Tụ C3 (Cer2) 𝑓𝐿3 = 20 ≥ 2𝜋𝐶3(𝑅𝐸//(𝑅1//𝑅2)/𝐵 +𝑟𝑒1) => C3≥82uF Chọn C1=150uF, C2, C3 =100uF C4 lọc tín hiệu chiều, đưa tín hiệu tải đồng thời nạp phóng nửa chu kỳ => chọn giá trị cao C4 = 2200uF 1.5.Thơng số khuếch đại tồn mạch: 𝐴𝑉 = 𝐴𝑉1𝐴𝑉2𝐴𝑉3 = 300 Kết mô sử dụng phần mềm Proteus so sánh với kết tính tốn + Sử dụng phần mềm Proteus với sơ đồ ngun lí thiết kế trên, nhóm có kết quả: 19 Hình điện áp đo loa với cận dương 9,55V cận âm 11,8V.So sánh với u cầu kĩ thuật tính tốn cần Vloa = 14V để công suất loa 12W chúng em nhận thấy có tượng sụt áp mạch qua tầng kết đo Điện áp tầng (khuếch đại điện áp ) Điện áp qua tầng 20 Điện áp qua tầng − Một số nhận xét cho mạch + Như ta thấy, tầng 1, muốn tăng khuếch đại ta tăng RL => tăng RL tầng 1, trở kháng đầu vào tầng KĐ 2, phải tăng mức vừa phải để Q2 hoạt động điểm tĩnh Q nên khơng nên thay đổi nhiều − Khi khơng để diode D1 D2? + Sẽ xảy trường hợp sụt áp từ chân B Q3 xuống chân B Q5 + Giá trị sụt áp xấp xỉ 1,4V tương ứng với diode