báo cáo điện tử tương tự i đề tài mạch khuếch đại âm thanh đề tài 10

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuậtcủa sản phẩm1.1 Nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước ngành Điện Tử Viễn Thông đã c

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

-BÁO CÁO

Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Anh Quang:

Mã lớp:

Hà Nội, 2023Sinh viên thực hiệnHọ và tên : Nguyễn Thành

MSSV: 20216848

Mục lục

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 1

1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm 1

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 2

Chương 2: Thiết kế kiến trúc 3

2.1 Thiết kế sơ đồ khối 3

2.2 Lựa chọn linh kiện: 4

2.3 Thiết kế chi tiết: 5

2.3.1 Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ : 6

Chương 3: Mô phỏng và mạch in 13

Chương 4: Đo đạc các thông số yêu cầu và so sánh với mạch mô phỏng và tínhtoán 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuậtcủa sản phẩm

1.1 Nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm

Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước ngành Điện Tử Viễn Thông đã cónhững bước phát triển mạnh mẽ không ngừng và tin học đã trở thành chiếc chìakhóa dẫn đến thành công cho nhiều cá nhân trong nhiều lĩnh vực, hoạt động Vớinhững ứng dụng của mình, ngành Điện Tử Viễn Thông đã góp phần mang lạinhiều lợi ích mà không ai có thể phủ nhận được Việc sử dụng mạch khuếch đạitrong thực tế là một phần ứng dụng rất rộng rãi.

Trên góc độ kinh tế, trong bối cảnh đi tắt đón đầu công nghệ cao, đa số các công tyđa quốc gia trên thế giới đều chứng tỏ hiệu quả kinh tế của mình bằng những côngnghệ nguồn đặc thù khác nhau Công nghệ nguồn càng cơ bản thì càng đưa đếnnhiều ứng dụng khác nhau và đưa đến siêu lợi nhuận Một trong những công nghệnguồn cơ bản là công nghệ bán dẫn vi mạch, đã đưa đến những cuộc cách mạngkhoa học công nghệ trong lãnh vực công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa vàcơ khí chính xác, công nghệ sinh học Ngày nay, vốn đầu tư cho công nghệ bándẫn vi mạch để làm ra sản phẩm chip điện tử trong máy tính, các thiết bị cầm tayđược số hóa (digital equipments) vẫn còn rất cao Do đó nếu đưa ra một đáp án chochiến lược đầu tư phát triển công nghệ cao cho Việt Nam thì câu trả lời chính làcông nghệ âm thanh chất lượng cao phục vu cho các dịch vụ giải trí và nghe nhìncủa người tiêu dùng.

Có thể nói mạch khuếch đại âm thanh là 1 trong những sản phẩm tạo nền tảng pháttriển của những sản phẩm điện tử phục vụ cho nhu cầu giải trí của con người.Mạch có ứng dụng vô cùng rộng rãi trong nền công nghiệp nghe nhìn đang pháttriến Hiện nay mạch khuếch đại âm thanh rất phổ biến trên thị trường mà tầngkhuếch đại công suất được thiết kế sử dụng BJT (FET) công suất (mạch khuếch đạiOTL, OLC, BCL…) hay ICKĐTT (TDA, LM, TL…).

Đây là một mạch điện tuy đơn giản nhưng là một trong những mạch rất căn bản, từđó phát triển các mạch nhiều tính năng hơn

1

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩmChức năng sản phẩm

Là một mạch khuếch đại tần số thấp ở chế độ AB, mắc phối hợp giữa cáclinh kiện điện tử để đảm bảo công suất đầu ra là 14W hoặc 12W theo yêucầu và đảm bảo độ méo thấp.

Tín hiệu đầu vào

Tín hiệu đầu vào của mạch lấy từ máy điện thoại, radio hoặc máy nghe nhạc(có biên độ nhỏ, khoảng 0.1÷0.3V)

Tín hiệu đầu ra

Tín hiệu âm thanh mà tai người có thể nghe được.

Thông số

Điện áp nguồn: 12V DCHệ số khuếch đại tối thiểu: 20 lầnTín hiệu vào: 0.1÷0.3V

Dải tần tín hiệu vào: 20÷20000HzĐiện áp ra tối thiểu trên tải: 2VTải RL=8Ω

Tín hiệu

Khối khuếch đại tín hiệu

Khối tiền

công suấtđại công suấtKhối khuếch

Chương 2: Thiết kế kiến trúc

2.1 Thiết kế sơ đồ khối

Hình 2.1: Sơ đồ khối khuếch đại âm thanh

Hình 2.1 miêu tả sơ đồ khối của mạch Mạch gồm 3 tầng: Tầng khuếch đại tín hiệunhỏ; khối tiền công suất và khối khuếch đại công suất Jack điện thoại và loa là phụkiện hỗ trợ mạch.

Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ:

Khuếch đại điện áp của tín hiệu vào

Khối tiền công suất:

Với mục đích để phục vụ cho việc ghép nối tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ với tầng khuếch đại công suất, nhóm thiết kế tầng hai để phối hợp trở kháng nhằm chuẩn bị cho tầng khuếch đại công suất.

Khối khuếch đại công suất:

Nhiệm vụ là khuếch đại công suất ra tải.

3

2.2 Lựa chọn linh kiện:

Bắt đầu Kế hoạch kếtthúc

1 Thiết kế sơđồ khối

Thiết kế sơ đồkhối cho mạchđể có cái nhìn

tổng quan vềmạch

Tìm hiểuthông tin về

mạch trênmạng internet,

các diễn đàn

Đưa ra được sơđồ khối của mạch

2 Thiết kế sơđồ nguyên

lí, môphỏngmạch

Thiết kế sơ đồnguyên lí trêncác phần mềm

Tìm hiểu vềcác phần mềm

mô phỏngmạch

Biết và nắm đượccách thiết kế sơđồ nguyên lý của

3 Thiết kếmạch in

Thiết kế mạchin bằng phầnmềm AltiumDesigner

Nắm được cấutạo,vị trí chân

của linh kiện

Thiết kế đượcmạch in sao cho

các linh kiệntrong mạchkhông bị liền sát

nhau4 Mua linh

Tìm đến cácđịa điểm bánlinh kiện

Tìm hiểu giácả các linhkiện trên cácdiễn đàn điện

Mua được cáclinh kiện cầndùng cho mạch

5 Lắp mạch Tiến hành lắpráp mạch theosơ đồ nguyênlý trên bo trắng

Sử dụng kiếnthức khi đượcthực hành cấukiện điện tử

Lắp ráp đượcmạch theo sơ đồnguyên lý với bo

trắng6 Kiểm tra

Kiểm tra xemmạch hoạtđộng tốt và ổn

định không

Biết được cáchkiểm tra cácloại linh kiện,

các đường đidây của mạch

Kiểm tra đượcxem mạch cóhoạt động không,

nếu không hoạtđộng được là dođâu, cần sửa lại

Làm mạch in,hàn các linhkiện lên phípđồng và kiểmtra lần cuối

Dùng mỏ hànđể hàn các linh

kiện lên tấmphíp đồng

Hoàn chỉnh mạchvà chạy thử lại,

chỉnh sửa cácmối hàn

Hình 2.2: Lựa chọn linh kiện

5

2.3 Thiết kế chi tiết:

2.3.1 Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ :

Hình 2.3.1: Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ

Vt = 0,9 mA26 mV = 0.035 SiTa lại có :

IC(RC + R + R ) + U = V E2 E1CECCRC + R + R = E2 E1

IC = 6,67 kΩĐể hệ số khuếch đại không đổi thì V >> V CCE

Nên ta chọn V =1VE⇒RE2+ R = E1 VE

IE = 1.1 kΩ⇒RC = 5,6 kΩ

|Av| ≥ 20 ⇒ RC

RE 1+1/ gm≥ 20⇒ R ≤ E1 RC

20 – 1/ gm⇒ R ≤ E1 5600

20 – 1/0.035 ⇒RE1 ≤ 251,4 Ω

Chọn R = 100Ω nên R =1k Ω E1 E2Ta có V = V + VB E BE0 = 1 + 0,65 = 1.65(V)

⇒VB = R2 VCR1+R2

R1+R2= 1180

7

⇒R1 =6911R2Ta có: I = BIC

β= 4.29(µA)

Để Transistor phân cực thì I >> IR1B ⇒ I > 10.I R1B≈ 4,29 μA

Ta có :

VCC = IR1.(R2+ R ) 1⇒VCC

R1+ R2> 10I B⇒ R + R < 279,72(kΩ)1 2 Mà R =1 69

11R2 ⇒Chọn R = 33 kΩ 2⇒ R =1 69

11 33= 207 kΩ Chọn R = 100 kΩ , R = 100 kΩ1 2

b Chế độ xoay chiều

Zin1= R // R // [ r + ( β +1)R ]1 2 πE1mà r = β / g π m≈6kΩ

⇒ r + ( β +1)R = 6kΩ + (210 + 1).100Ω = 27.1 kΩπE1R1 // R2 = 28,33 kΩ

2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất :

9

Hình 2.3.2: Khối tiền khuếch đại công suất

V CCưUCE 3

IC 3 = (12 - 6 ) / 0.1 = 60 Ω ⇒ Chọn R = R = 30 Ω là các trở công suất34IB2 = V CCưUBE1ưUBE 2

RB 2+RB 3β23

RB2 = (12 - 0.7- 0.7)/ (9,52μΑ) - 10500 60 Ω⇒ R = 480 kΩB2

⇒Chọn R = 470 kΩ 3

b Chế độ xoay chiều

Zin2= R // βB223.RE3 = 470kΩ //10500.60 Ω ≈ 269 kΩCó r = 1/g = Ve2m2T/IC2 = 26mV/2mA = 13 ΩCó r = 1/g = Ve3m3T/IC3 = 26mV/0.1A = 0.26 Ω

Zout2 = re2/β3 + re3 = 13/50 + 0.26 = 0.52 Ω|Av 2|NL

= Vo

V = RE 3

R+Z = 60 0.5260+ ≈ 1

2.3.3 Khối khuếch đại công suất:

Hình 2.3.3: Khối khuếch đại công suất

Chọn transitor TIP41, TIP42 do hai linh kiện chịu được công suất lớn 11

Phân cực cho transitor bằng 2 trở 1kΩ và 2 diodes giúp ổn định tín hiệu ra R6, R7chọn là trở 1kΩ vì dòng qua TIP41,TIP42 khá lớn

Khi tín hiệu được đưa vào 2 transistor TIP41 ,TIP42.Trong nửa chu kỳdương,TIP41 khuếch đại,TIP42 tắt vì U > 0 và U > 0 TIP41 khuếch đại nửaD1D2hình sin Trong nửa chu kì âm U <0 và U < 0 ,TIP41 tắt và TIP42 khuếch đạiD1D2 nửa hình sin.

R6 = R = 1 kΩ7UD1 = U = 0.7VD2VE4 = V = E5VCC

2 = 122 = 6VVB4 = V + V = 6 + 0.7 = 6.7VCCBE4IR6 = VCC−VB 4

R 6 = 12 6.71k Ω− = 5.3 mA ⇒ I = I – I = 5.3 – 1.5 = 3.8 mAB4 R6DIC4 = β I = 50 3.8.2B410−3 =190 mAgm4 = IC 4

VT= 190 mA26 mA= 7.3Zin3 = R // R // (67 β

gm 4+(β +1) R )= 227ΩLZout3 = R + L

1gm 4 = 8.1Ω|Av3| =

RLRL+ 1

2.3.4 Đáp ứng tần số

1

Chọn C1 = 100μFfL2 = 2 π (R 1

out 1+Z¿) C2 ≤ 20 Hz⇒ C ≥ 0.029 2μF

Nên ta chọn C2 = 100μFfL3 =

12 π (RE2/¿(R1/¿R2/¿R3

β + 1gm 1

)) C3 ≤ 20 Hz⇒ C3 ≥ 36.23uF Chọn C3 = 1000μFfL4 = f = L51

2 π (Rout 2+Z¿) C45

≤ 20 Hz⇒ C , C ≥ 34.97uF Chọn C4,5 = 10045μF

fL6 =

12 π ( 1

gm 4+ZL+R7) C 6 ≤ 20 Hz⇒ C ≥ 7.89 6μF Chọn C6 = 1000μF

Chương 3: Mô phỏng và mạch in

Thực hiện mô phỏng trên phần mềm Proteus:

13

Hình 3.1 Mạch mô phỏng bằng phần mềm Proteus

Hình 3.2 Tín hiệu vào và ra

Hình 3.3 PCB 2D

15

Hình 3.4 PCB 3D

Chương 4: Đo đạc các thông số yêu cầu và so sánh với mạchmô phỏng và tính toán

Hình 4: Kết quả đo được

Sử dụng Oxilo: Xoay chiều Vin = 245mV, Vout = 7.3V ⇒ A V ≈30Theo tính toán A = 38V

Theo mô phỏng A = 33.5V

17

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 ROBERT L BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKY, Electronic Devices and Curcuit

2 Dr Nguyen Anh Quang, Slides Electronic Circuit I

3 https://dientutuonglai.com/https://en.wikipedia.org/https://alltransistors.com/