Đang tải... (xem toàn văn)
2 Sơ đồ mạch khuếch đại âm thanh.... Sau đó, cần có tầng khuếch đại công suất để đưa hết công suất ra tải.. Tuy nhiên, do trở ở các nguồn tín hiệu xoay chiều được sử dụng laptop, điện th
Trang 2MỤC L C Ụ
MỤC LỤC 1
I Tính toán lí thuyết mạch được yêu cầu thi t k : ế ế 2
Phân tích yêu cầu 2
Sơ đồ mạch khuếch đại âm thanh 2
Thiết kế chi tiết: 3
Tầng khuếch đại tín hiệu 3
Tầng sau khuếch đại tín hiệ u 5 Tầng khuếch đại công suất 7
Mô phỏng trên testboard 12
II M ch th c tạ ự ế, so sánh và nhận xét các thông số trên mạch 12
Trang 3• Khuếch đại tín hiệu âm thanh
• Hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của méo, nhiễu tín hiệu - Yêu cầu phi chức năng:
• Áp dụng được cho nhi u h ề ệ thống âm thanh • Đơn giản, gọn nhẹ và dễ sử dụng
• Đảm b o chả ất lượng tốt • Sử d ng nguụ ồn vào 12V - Thông số kĩ thuật:
• Sử d ng nguụ ồn 12V DC
• Điện áp tín hiệu vào tối đa 100mV AC • Hệ s khuố ếch đạ ối t i thi u 10 l n ể ầ• Tải dùng loa 16Ω
• Trở kháng vào lớn, trở kháng ra nhỏ • Dải t n hoầ ạt động: 20Hz- 20kHz Sơ đồ mạch khuếch đại âm thanh
Theo lý thuyết, một bộ khuếch đại âm thanh thường có các tầng khuếch đại: t ng tiầ ền khuếch đại v i mớ ục đích tạo Rin lớn để dẫn tín hiệu vào mạch, tầng khuếch đại nhằm tạo Av lớn khuếch đại công suất và tầng sau khuếch đạ ại t o Rout nhỏ để đưa hết tín hiệu ra tải Sau đó, cần có tầng khuếch đại công suất để đưa hết công suất ra tải
Tuy nhiên, do trở ở các nguồn tín hiệu xoay chiều được sử dụng (laptop, điện thoại) nhỏ hơn rất nhiều so với Rin của mạch khuếch đại nên nhóm sẽ bỏ qua tầng ti n khuếch đại mà thiếề t kế mạch gồm các 3 tầng: t ng khuầ ếch đại, t ng sau khuầ ếch đại, t ng khuầ ếch đại công suất với sơ đồ khối sau:
Trang 4
Hình 2.1 : sơ đồ khối mạch khuếch đại âm thanh
- Khối khuếch đại có yêu cầu t o h s khuạ ệ ố ếch đại tín hiệu từ 100mV lên 3.5V ở đầu ra và Rin đủ ớn để không bị ảnh hưở l ng b i Rsở
- Khối sau khuếch đại cần có Rin lớn để l y hấ ết tín hiệu ở tầng trước và Rout rất nh so vỏ ới điện trở của loa
Thiết k chi ti t:ế ế
Tầng khuếch đại tín hiệu
Nhóm lựa chọn mạch khuếch đại EC với sơ đồ sau:
Hình 3.1: mô hình khối khuếch đại tín hiệu
Quá trình tính toán , lựa chọn linh kiện:
Input Tầng khuếch đại Tầng sau khu ch ếđại
Tầng khuếch đại
công suất Output
Trang 5IB = Ic𝛽 = 0,55250 = 2,2mA
VB=0,65+ 0,6=1,25V =𝑅1+𝑅3Ec.R3➔ R1=86k
Ta ch n R =100k ọ 1
Từ các giá trị trên ta có Av = 1−𝑅𝑐
𝑔𝑚+𝑅𝑐 =9,5 lần Với g m= Ic
𝑉𝑡 = 0,55mA26𝑚𝑉 = 0,021(S)
Ta th y, Av nh ấ ỏ nên thiế ế ạt k l i mạch như sau:
Hình 3.2 : mạch tầng khuếch đại tín hiệu
Trang 6• Phân tích chế độ xoay chiều AC
Với cách thiết kế mạch như trên ta có:Av≈12 l n ầ
Rin=R1//R3//Zin = 10k Rout= R = 10k CZin = 300k
Nhận xét: với trở kháng vào lớn như trên đảm bảo lấy được hết tín hiệu đầu vào
• Kết quả mô phỏng xoay chiều
Hình 3.3 kết quả mô phỏng chế độ xoay chi u t ng khuề ầ ếch đại
Tầng sau khuếch đại tín hiệu
Mạch này có tác dụng ph i h p tr ố ợ ở kháng , với mong mu n Rố in lớn và Rout nhỏ nên ta lựa chọn mạch khuếch đại CC để khuếch đại dòng như sau:
Trang 76 | P a g e
Hình 3.4 mô hình khối sau khuếch đại tín hiệu • Phân tích chế độ 1 chiều
Chọn V B= 6.25V nên VE = 5.5V Chọn R = 1k E → I = 5,5mA ETa có IB = 𝐼𝑐
𝛽 = 5,5𝑚𝐴
250 = 0,0275mA → R B= 𝐸𝑐−𝑉𝑏𝐼𝑏 = 12−6,25
0,0275𝑚𝐴 = 210k • Phân tích chế độ xoay chiều
Trang 8Hình 3.5: mô hình chế độ xoay chiều tín hiệu nhỏ
Với mạch khuếch đại C chung không khuếch đại điện áp, chỉ khuếch đại dòng điện , giữ nguyên pha → Av≈ 1
Rin = R // Z5in = 210210 200𝑘+𝑘 200𝑘𝑘 = 105k V i Z = Rp + (ớ in β+1) R6 ≈ β R6
Rout r , n u b qua hi≈ o ế ỏ ệu ứng Early thì Rout<<
Hình 3.6: kết quả mô phỏng chế độ xoay chiều t ng sau khuếch đại tín hiệu ầ
Nhận xét: Rin của kh i khuố ếch đại đệm lớn hơn rất nhi u so v i R c a khề ớ out ủ ối tiền khuếch đại nên gần như tín hiệu vào của khối khuếch đại đệm chính là tín hiệu ra c a kh i ti n khuủ ố ề ếch đại, không bị suy gi m R c a kh i khuả out ủ ố ếch đại đệm rất nhỏ tạo điều ki n thuệ ận lợi để tín hiệu đi vào khối khuếch đại công suất mà không bị suy gi m ả
Tầng khuếch đại công suất
- Đưa công suất ra tải và đảo pha tín hiệu do tín hiệu ở t ng 1 b ầ ị đảo pha vì mạch là mạch khuếch đại EC
- Mạch dùng 2 diode có tác dụng phân cực cho 2 transistor Tip41 và Tip42
Trang 98 | P a g e
- R7 và R8 dùng để phân áp cho tầng đảo pha Q R 39và 2 diode dùng để phân áp cho 2 transistor khuếch đại công suất
- Mạch được ghép nối theo sơ đồ như sau:
Hình 3.7 : mô hình khối khuếch đại công suất
Nguyên lí hoạt động: khi điện áp tín hiệu vào giảm, thì trên cực C của transistor Q3 có điện áp tăng , làm cho transistor Q5 khóa nên Q3 không làm việc Trong khi đó, điện áp trên Q3 tăng làm cho D1 và D2 có xu hướng phân cực ngược và khóa lại làm cho điện áp tại c c bazo c a Q ự ủ 4tăng nên Q4 làm việc Khi điện áp tín hiệu tăng thì quá trình diễn ra hoàn toàn ngượ ạc l i
• K t qu ế ả mô phỏng tín hiệu đầu ra
Trang 10Hình 3.8 : tín hiệu đầu ra
Các tụ dùng trong mạch
Tần s cố ắt dưới f= 20Hz C1 > 2𝜋.f.(𝑅1
𝑖𝑛1) = 1
2𝜋 .(𝑅20𝑖𝑛1) = 0,79 F µVới R in1= 𝑅1+𝑅3𝑅1.𝑅3 = 10k
C2 > 1
2𝜋.f.(𝑅𝑜𝑢𝑡1+𝑅𝑖𝑛2) = 2𝜋 .( 𝑘+20 101 105𝑘) = 0,07 F µC3 > 1
2𝜋.f.(𝑅7//𝑅8) = 1
2𝜋 .20 13𝑘=0,6 µ F Bỏ qua Rout2 do r t rấ ất nh , Rỏ 7//R8 =100𝑘 𝑘15
100𝑘+ 𝑘15 =13kC4 > 2𝜋.f.( //𝑅𝑜𝑢𝑡3)𝑅𝑙1 = 417 F µ
RX = R // (E𝑅1// 𝑅2
β +re) = 1000//(10𝑘
250 +0,55𝑚𝐴26𝑚𝑉 ) = 80.3 Ω→CCE1 > 1
2𝜋.f.𝑅𝑥 = 1
2𝜋 ,320 80 =99 µ F
Tụ C1, C2, C3, C4 có tác dụng ngăn dòng 1 chiều
Trang 1110 | P a g e
Tụ CCE1ngắt b R ỏ 12nhằm mục đích tăng Av Thiết k mạch ế
Ta có mạch hoàn chỉnh như sau:
Hình 3.9: mạch hoàn chỉnh trên Proteus
Kết quả mô phỏng toàn mạch
Hình 3.11: đồ thị Vin-Vout
Trang 12ch in trong proteus Hình 3.12: Mạ
Mạch in 3D
Hình 3.13: mạch in 3D trong proteus
Trang 14- M t s ộ ố nguyên nhân mà chúng em nghĩ gây ra sự khác biệt trên đó là+ Thông số kĩ thuật của linh ki n lệ ắp đặt có sự sai số
+ Trong quá trình mua linh kiện lắp đặt có một số linh kiện không có thông số như yêu cầu tính toán nên chúng em đã thay bằng nhưng linh kiện khác có chức năng tương đương khác và có giá trị xấp xỉ nó
+ Do quá trình hàn, làm mạch thủ công
+ Do tín hiệu xoay chiều vào biên độ không ổn định nên không thể đo được chính xác biên độ ra tương ứng với biên độ vào tại cùng một thời điểm, nên khó để xác định được khuếch đại thực tế
Tài liệu tham khảo
Electronic Devices and Circuit Theory, 11th Edition
http://search.datasheetcatalog.net/key/TIP32III K t lu n ếậ
Qua bài tậ ớn môn Điệp l n t ử tương tự 1 này, chúng em đã có thêm những kiến thức hữu ích, đã hiểu và vận dụng những lý thuyết một cách rõràng hơn Tuy nhiên do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn hẹp, nếu cóbất cứ sai sót nào trong bài báo tập lớn này, rất mong được thầy thông cảm và chỉ bảo thêm Email liên hệ nhóm: Van.lt182881@sis.hust.edu.vnQua đây, chúng em cũng xin cảm ơn thầy vì những giúp đỡ của thầy trong quá trình thực hiện bài tậ ớn này Đây là mộp l t trải nghiệm thú vị mà không phải bất cứ sinh viên nào cũng được trải qua.