bài tập lớn môn học điện tử tương tự mạch khuếch đại âm thanh

Việc sử dụng mạch khuếch đại trong thực tế là một phần ứng dụng rất rộngrãi.Trên góc độ kinh tế, trong bối cảnh đi tắt đón đầu công nghệ cao, đa số các công ty đa quốcgia trên thế giới đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

Đề tài:

MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

Nguyễn Duy Thịnh 20115762

Lớp CNĐTTT 1

Giảng viên hướng dẫn: Phùng Kiều Hà

Hà Nội, 11-2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Phần 1 Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 2

1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm 2

1.2 Các chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm 3

1.2.1 Chức năng sản phẩm 3

1.2.2 Chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm 3

1.2.2.1 Tín hiệu đầu vào………

1.2.2.2 Tín hiệu đầu ra………

1.2.2.3 Thông số………

Phần 2 Phân tích chức năng và lập kế hoạch 4

2.1 Phân chia chức năng 4

2.1.1 Chức năng 1 4

2.1.2 Chức năng 2 4

2.2 Lập kế hoạch 5

Phần 3 Lựa chọn phương án kỹ thuật 7

3.1 Sơ đồ khối của sản phẩm 7

3.2 Sơ đồ chi tiết các khối 7

3.2.1 Khối nguồn….……….7

3.2.2 Khối khuếch đại……… 7

Phần 4 Thiết kế mạch 8

4.1 Mô phỏng trên proteus……….……… 8

4.2 Mạch in……….

……… 8

4.2.1 Khối nguồn,……… 8

4.2.2 Khối khuếch đại……… …

9 Phần 5 Số liệu tham khảo 9

Phần 6 Kết Luận……….……….10

1

Phần 1 Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ

thuật của sản phẩm

1.1 Phân tích 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…)

Từ thực tế đó, được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo , nhóm em đã chọn đề tài “Mạch khuếch đại” 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 Và cũng xuất phát từ tìm hiểu về ứng dụng và nguyên lí làm việc của các mạch khuếch đại nên nhóm em đã quyết định chọn đề tài này

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm

1.2.1 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 tùy theo yêu cầu và đảm bảo

độ méo thấp

1.2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm

1.2.2.1 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), thông qua đầu vào không đảo của ICKĐTT 1.2.2.2 Tín hiệu đầu ra

Tín hiệu âm thanh mà tai người có thể cảm nhận được

1.2.2.3 Thông số

Khối nguồn

Điện áp vào: 220V AC/50Hz

Điện áp ra: 12V DC

Khối khuếch đại

Công suất đầu ra: 12-14W

Tín hiệu vào: 0.1÷0.3V

Dải tần tín hiệu vào: 40÷15000Hz

Tải RL=4Ω

4

Phần 2 Phân tích chức năng và lập kế hoạch

2.1 Phân chia chức năng

2.1.1 Chức năng 1: Cung cấp nguồn

Điện áp đưa vào là nguồn AC 220V/50Hz, dùng máy biến áp hạ xuống còn 15V

AC Điện áp này được đưa qua diode cầu, lấy được điện áp đầu ra ~ 15V DC Điện

áp ra vẫn còn gợn nên dùng tụ C để là phẳng điện áp đó và tụ C lọc nhiễu cao tần.1 2

Sau đó đưa điện áp này vào IC ổn áp 7812, lấy được đầu ra ổn định 12V DC, tuy nhiên sau đó vẫn cần dùng thêm tụ C và C để lọc nguồn và nhiễu 1 lần nữa đồng3 4

thời ổn định điện áp đầu ra khi có tải Lưu ý điện áp đặt trước họ IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp khoảng 2-3V

2.1.2 Chức năng 2: Khuếch đại

Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đầu vào của mạch lấy từ máy điện thoại, radio hoặc máy nghe nhạc (khá nhỏ, chỉ tầm 0.1÷0.3V), thông qua đầu vào không đảo của ICKĐTT và được đến loa Ở đây ta sử dụng IC TDA2030

*Nguyên lý hoạt động: Đây là 1 mạch khuếch đại công suất sử dụng IC TDA2030.

Tín hiệu đầu vào của mạch thông qua chân 1 (đầu vào không đảo) của IC được so sánh với tín hiệu hồi tiếp đầu ra và được đưa ra ngoài chân 4 và tín hiệu này được khuếch đại rồi đưa tới loa Các mạch KĐTT đều có chung cấu trúc bên trong, bao gồm 3 tầng:

Tầng khuếch đại đầu vào tạo ra độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai

Tầng khuếch đại điện áp tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớn, độ suy giảm tần số đơn cực, và thường có ngõ ra đơn

Tầng khuếch đại đầu ra tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp,

có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch

Hồi tiếp âm giúp mạch hoạt động ổn định, giảm nhiễu…

Mạch khuếch đại

Cung cấp nguồn khuếếch đ i ạ

đi n áp ệ vi sai công suất

Loa

R ,R ,CA B B phân cực đầu vào không đảo để điện áp phân cực ở 2 ngõ vào lúc này là V /2; tín hiệu vào được đưa qua tụ lọc C để tránh ảnh hưởng củas 1

thành phần DC giữa các tầng khuếch đại, sau đó được đưa tới đầu vào không đảo của IC Tại đây sự có mặt của R sẽ làm cho tín hiệu vào không3

bị đảo chiều; tín hiệu ra lúc này 1 phần sẽ đi ra loa và sử dụng 1 tụ 2200µF

để lọc thành phần tần số thấp có thể có 1 phần tín hiệu khác sẽ quay về chân 2 của IC, thực hiện hồi tiếp âm nhằm ổn định mạch và hệ số khuếch đại R2,C2 sẽ cân bằng điện áp, đồng thời thực hiện triệt tiêu nhiễu và nhận hồi tiếp từ chân 4 thông qua R1; hệ số khuyếch đại của mạch khi đó được xác định bằng công thức 1+R1/R2 C3,C có tác dụng lọc nguồn; 2 diode5

D ,D1 2 bảo vệ thiết bị trong mạch khỏi điện áp đầu ra dội ngược trở lại, tránh nhiễu và đảm bảo độ ổn định của nguồn Tuy nhiên ở đây bắt buộc phải có

R ,C4 7 phối hợp trở kháng ra loa, nhằm đảm bảo sự ổn định ở tần số cao (công suất của R phải lớn vì tín hiệu lúc này rất lớn cả về dòng và áp, tránh4

hiện tượng trở bị cháy khi đang hoạt động) Ở đây dùng 1 biến trở dùng để thay đổi mức tín hiệu đưa vào chân 1 của IC, đồng thời cũng sẽ làm thay đổi tín hiệu đầu ra mà cụ thể ở đây là thay đổi âm lượng loa ở đầu ra

Điện áp cung cấp cho mạch khuếch đại lấy từ mạch nguồn 12V như ở trên, lần lượt được đưa vào chân 3 và 5 của IC

2.2 Lập kế hoạch

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

Thịnh 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 như Orcad hay Proteus

Minh 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

Orcad

Thịnh 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

Bắc Tìm hiểu giá cả các linh kiện trên

Mua được các linh kiện cần dùng cho 6

kiện, khi mua cần

kiểm tra chất lượng

các diễn đàn điện tử

mạch

5 Lắp mạch Tiến hành lắp ráp

mạch theo sơ đồ nguyên lý trên bo

trắng

Bắc 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

Minh 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

7 Hoàn 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

Phần 3 Lựa chọn phương án kỹ thuật

3.1 Sơ đồ khối của sản phẩm

3.2 Sơ đồ chi tiết các khối

3.2.1 Khối nguồn

3.2.2 Khối khuếch đại

8

Phần 4 Thiết kế mạch

4.1 Mô phỏng trên proteus

4.2 Mạch in

4.2.1 Khối nguồn

4.2.2 Khối khuếch đại

Phần 5 SỐ LIỆU THAM KHẢO

Linh kiện Giá trị nên dùng Mục đích Lớn hơn giá trị

nên dùng

Nhỏ hơn giá trị nên dùng

khuếch đại khép kín

Tăng độ khếch đại

Giảm độ khuếch đại

khuếch đại khép kín

Giảm độ khuếch đại

Tăng độ khuếch đại

10

R3 100kΩ Chống đảo

chiều tín hiệu vào

Tăng trở kháng đầu vào

Giảm trở kháng đầu vào

tần số cao đặt trên nhiều tải

suất

chiều

Tăng tần số cắt dưới

chiều

Tăng tần số cắt dưới

chiều

Tăng tần số cắt dưới

áp rẽ nhánh

Nguy hiểm dao động

áp rẽ nhánh

Nguy hiểm dao động

D1,D2 1N4001 Bảo vệ thiết bị khỏi điện áp ra tăng đột ngột

Phần 6 KẾT LUẬN

Có thể phát triển mạch tiếp như thế nào, đưa vào các ứng dụng như thế nào?

Ở đây ta sử dụng 1 biến trở với mục đích để tăng giảm âm lượng (volume) tùy ý Tuy nhiên với yêu cầu cao hơn, tùy theo mức độ sử dụng mà ta có thể phát triển thiết kế thêm 1

bộ chỉnh âm sắc (bass, treble) Để thiết kế mạch chỉnh âm sắc ta có thể sử dụng IC TL082 cũng là 1 ICKĐTT, nó làm thay đổi đầu vào của âm thanh và sẽ cho đầu ra với âm thanh chất lượng, phù hợp với tai nghe của mỗi người

Ở mạch này, ta đã sử dụng nguồn đơn 12V để cung cấp điện áp cho mạch, tuy nhiên hoàn toàn có thể sử dụng nguồn đối xứng( hay còn gọi là nguồn đôi) ±12V để thay thế Tuy nhiên cấu trúc nguồn cung cấp khác nhau thì tính chất tính đối xứng của nguồn cũng sẽ khác nhau như mạch KĐTT sẽ không lấy điện áp tham chiếu là mass mà được chọn như hình sau