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 NỘI TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ -□□□□ 

-BÁO CÁO

Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Anh Quang:

Mã lớp:

Hà Nội, 2023

Sinh viên thực hiện

Họ và tên : Nguyễn Thành

Long

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

a Chế độ một chiều 7

b Chế độ xoay chiều 8

2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất : 9

a) Chế độ một chiều 10

b Chế độ xoay chiều 10

2.3.3 Khối khuếch đại công suất: 11

2.3.4 Đáp ứng tần số 12

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 tính toán 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

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

của 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 có những bước phát triển mạnh mẽ không ngừng và tin học đã trở thành chiếc chìa khóa dẫn đến thành công cho nhiều cá nhân trong nhiều lĩnh vực, hoạt động Với những ứng dụng của mình, ngành Điện Tử Viễn Thông đã góp phần mang lại nhiều lợi ích mà không ai có thể phủ nhận được Việc sử dụng mạch khuếch đại trong 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 ty

đa quốc gia trên thế giới đều chứng tỏ hiệu quả kinh tế của mình bằng những công nghệ nguồn đặc thù khác nhau Công nghệ nguồn càng cơ bản thì càng đưa đến nhiều ứng dụng khác nhau và đưa đến siêu lợi nhuận Một trong những công nghệ nguồn cơ bản là công nghệ bán dẫn vi mạch, đã đưa đến những cuộc cách mạng khoa học công nghệ trong lãnh vực công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa và

cơ khí chính xác, công nghệ sinh học Ngày nay, vốn đầu tư cho công nghệ bán dẫn vi mạch để làm ra sản phẩm chip điện tử trong máy tính, các thiết bị cầm tay được số hóa (digital equipments) vẫn còn rất cao Do đó nếu đưa ra một đáp án cho chiến lược đầu tư phát triển công nghệ cao cho Việt Nam thì câu trả lời chính là công nghệ âm thanh chất lượng cao phục vu cho các dịch vụ giải trí và nghe nhìn của người tiêu dùng

Có thể nói mạch khuếch đại âm thanh là 1 trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển 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 phát triến Hiện nay mạch khuếch đại âm thanh rất phổ biến trên thị trường mà tầng khuếch đại công suất được thiết kế sử dụng BJT (FET) công suất (mạch khuếch đại OTL, OLC, BCL…) hay ICKĐTT (TDA, LM, TL…)

Đây là một mạch điện tuy đơn giản nhưng là một trong những mạch rất căn bản, từ

đó phát triển các mạch nhiều tính năng hơn

1

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm

Chức năng sản phẩm

Là một mạch khuếch đại tần số thấp ở chế độ AB, mắc phối hợp giữa các linh kiện điện tử để đảm bảo công suất đầu ra là 14W hoặc 12W theo yêu cầu 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 DC

Hệ số khuếch đại tối thiểu: 20 lần

Tín hiệu vào: 0.1÷0.3V

Dải tần tín hiệu vào: 20÷20000Hz

Điện áp ra tối thiểu trên tải: 2V

Tải RL=8Ω

Tín hiệu

Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

Khối tiền công suất đại công suất Khối 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 hiệu nhỏ; khối tiền công suất và khối khuếch đại công suất Jack điện thoại và loa là phụ kiện 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:

thực hiện

Bắt đầu Kế hoạch kết

thúc

1 Thiết kế sơ

đồ khối

Thiết kế sơ đồ khối cho mạch

để có cái nhìn tổng quan về mạch

Tìm hiểu thông tin về mạch trên mạng internet, các diễn đàn

Đưa ra được sơ

đồ khối của mạch

2 Thiết kế sơ

đồ nguyên

lí, mô

phỏng

mạch

Thiết kế sơ đồ nguyên lí trên các phần mềm Proteus

Tìm hiểu về các phần mềm

mô phỏng mạch

Biết và nắm được cách thiết kế sơ

đồ nguyên lý của mạch

3 Thiết kế

mạch in

Thiết kế mạch

in bằng phần mềm Altium Designer

Nắm được cấu tạo,vị trí chân của linh kiện

Thiết kế được mạch in sao cho các linh kiện trong mạch không bị liền sát nhau

4 Mua linh

kiện

Tìm đến các địa điểm bán linh kiện

Tìm hiểu giá

cả các linh kiện trên các diễn đàn điện tử

Mua được các linh kiện cần dùng cho mạch

5 Lắp mạch Tiến hành lắp

ráp mạch theo

sơ đồ nguyên

lý trên bo trắng

Sử dụng kiến thức khi được thực hành cấu kiện điện tử

Lắp ráp được mạch theo sơ đồ nguyên lý với bo trắng

6 Kiểm tra

mạch

Kiểm tra xem

mạch hoạt động tốt và ổn

định không

Biết được cách kiểm tra các loại linh kiện, các đường đi dây của mạch

Kiểm tra được xem mạch có hoạt động không, nếu không hoạt động được là do đâu, cần sửa lại ngay

thành

mạch

Làm mạch in,

hàn các linh

kiện lên phíp

đồng và kiểm

tra lần cuối

Cả nhóm

Dùng mỏ hàn

để hàn các linh kiện lên tấm phíp đồng

Hoàn chỉnh mạch

và chạy thử lại, chỉnh sửa các mối 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

a Chế độ một chiều

Chọn transistor 2N2222

Chọn điểm làm viêc tĩnh Q(UCE,IC) = (6V;0,9mA)

hê số β của transistor = 210, I S =1,17 10 −14 A

Ta mắc R , R để làm tăng trở kháng vào và để tụ C2 để ngắn mạch R khiE1 E2 E2 chuyển sang chế độ xoay chiều R không làm thay đổi hệ số khuếch đại E2,

Ta có : I

C =IS e

V BE

V T

VBE= VT ln(IC

IS)≈ 0,652 V

gm = IC

V t = 0,9 mA26 mV = 0.035 Si

Ta lại có :

IC(RC + R + R ) + U = V E2 E1 CE CC

RC + R + R = E2 E1

VCC−UCE

I C = 6,67 kΩ

Để hệ số khuếch đại không đổi thì V >> V CC E

Nên ta chọn V =1VE

⇒RE2+ R = E1 V E

I E = 1.1 kΩ

⇒RC = 5,6 kΩ

|A v| ≥ 20

⇒ RC

R E 1 +1/ g m≥ 20

⇒ R ≤ E1 R C

20 – 1/ gm

⇒ R ≤ E1 5600

20 – 1/0.035

⇒RE1 ≤ 251,4 Ω

Chọn R = 100Ω nên R =1k Ω E1 E2

Ta có V = V + VB E BE0 = 1 + 0,65 = 1.65(V)

⇒VB = R2 VC

R 1 +R 2

⇒ R 2

R 1 +R 2= 1180

7

⇒R1 =6911R2

Ta có: I = B

IC

β= 4.29(µA)

Để Transistor phân cực thì I >> IR1 B

⇒ I > 10.I R1 B ≈ 4,29 μA

Ta có :

VCC = IR1.(R2+ R ) 1

⇒ VCC

R 1 + R 2> 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 π E1

mà r = β / g π m ≈6kΩ

⇒ r + ( β +1)R = 6kΩ + (210 + 1).100Ω = 27.1 kΩ π E1 R1 // R2 = 28,33 kΩ

Zin1 ≈ 13,85 kΩ

(đủ lớn để lấy được toàn bộ tín hiệu từ điện thoại hay laptop) Zout1 = R = 5,6k ΩC

|A v 1|NL

= RC

R E 1 +1/ g m = 5,6 kΩ

100 Ω+1/ 0.035≈ 44

2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất :

9

Hình 2.3.2: Khối tiền khuếch đại công suất

a) Chế độ một chiều

Chọn điểm làm việc tĩnh của transistor NPN TIP41C là Q3(UCE3 ,I ) =C3 (6V;0.1A) và hệ số khuếch đại β = 50 3

Chọn điểm làm việc tĩnh của transistor NPN 2N2222 là Q2(UCE2 ,I ) =C2 (6V;2mA) và hệ số khuếch đại β = 210 2

Hệ số β của 2 transistor trong khối là :

β23 = β2.β3 = 210 * 50 = 10500

Ta có I = I = I / β = 0.1/50 = 2 mAB3 E2 C3 3

IB2 = I / β = 2 mA / 210 =9,52 (C2 2 μΑ)

R =E3

V CCưU CE 3

I C 3 = (12 - 6 ) / 0.1 = 60 Ω

⇒ Chọn R = R = 30 Ω là các trở công suất 3 4

IB2 = V CCưUBE1 ưUBE 2

R B 2 +R B 3 β 23

RB2 = (12 - 0.7- 0.7)/ (9,52μΑ) - 10500 60 Ω

⇒ R = 480 kΩ B2

⇒Chọn R = 470 kΩ 3

b Chế độ xoay chiều

Zin2= R // βB2 23.RE3 = 470kΩ //10500.60 Ω ≈ 269 kΩ

Có r = 1/g = Ve2 m2 T/IC2 = 26mV/2mA = 13 Ω

Có r = 1/g = Ve3 m3 T/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, R7 chọn là trở 1kΩ vì dòng qua TIP41,TIP42 khá lớn

Khi tín hiệu được đưa vào 2 transistor TIP41 ,TIP42.Trong nửa chu kỳ dương,TIP41 khuếch đại,TIP42 tắt vì U > 0 và U > 0 TIP41 khuếch đại nửaD1 D2 hình sin Trong nửa chu kì âm U <0 và U < 0 ,TIP41 tắt và TIP42 khuếch đạiD1 D2 nửa hình sin

R6 = R = 1 kΩ7

UD1 = U = 0.7VD2

VE4 = V = E5 VCC

2 = 122 = 6V

VB4 = V + V = 6 + 0.7 = 6.7VCC BE4

IR6 = VCC−VB 4

R 6 = 12 6.71k Ω− = 5.3 mA

⇒ I = I – I = 5.3 – 1.5 = 3.8 mAB4 R6 D

IC4 = β I = 50 3.8.2 B4 10 −3 =190 mA

gm4 = IC 4

V T= 190 mA26 mA= 7.3

Zin3 = R // R // (6 7 β

gm 4+(β +1) R )= 227ΩL

Zout3 = R + L

1

g m 4 = 8.1Ω

|Av3| =

RL

RL+ 1

g m4

= 0.98

Z ¿ +R S|Av1| Z¿

Z ¿ + Z out 1 |Av2| ZZin3

¿ +z out 2 |A |v3 = 14.6 kΩ14.6 kΩ 38 269 kΩ+4.8 k269 kΩ 1 227 Ω+0.52Ω227 Ω 0,98

≈ 36.58

2.3.4 Đáp ứng tần số

1

Chọn C1 = 100μF

fL2 = 2 π (R 1

out 1 +Z ¿) C2 ≤ 20 Hz

⇒ C ≥ 0.029 2 μF

Nên ta chọn C2 = 100μF

fL3 =

1

2 π (R E2 / ¿ (R1 / ¿ R 2 / ¿ R 3

β + 1g m 1

)) C 3 ≤ 20 Hz

⇒ C3 ≥ 36.23uF Chọn C3 = 1000μF

fL4 = f = L5 1

2 π (Rout 2+Z¿) C45

≤ 20 Hz

⇒ C , C ≥ 34.97uF Chọn C4,5 = 100 4 5 μF

fL6 =

1

2 π ( 1

gm 4+ZL+R7) C 6 ≤ 20 Hz

⇒ C ≥ 7.89 6 μF 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 mạch

mô phỏng và tính toán

Hình 4: Kết quả đo được

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

Theo 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/