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

THÔNG SỐ KỸ THUẬT2.1Yêu cầu thiết kế2.2Phân chia công việcIII.. Mạch in thực tếV... Tín hiệu Khối khuếch đại tín hiệu II.THÔNG SỐ KỸ THUẬT2.1Yêu cầu thiết kế- Đầu vào 100mV nguồn 9V DC-

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ====o0o==== BÁO CÁO ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I ĐỀ TÀI: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM TẦN Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Anh Quang: Mã lớp học: 145534 Họ và tên: MSSV Nguyễn Phi Việt 20210938

Chu Đức Duy 20213845

Đặng Mỹ Anh 20210056

Lê Văn Hưng 20203441

Phạm Hải Phong

Hà Nội, tháng 1 năm 2023

MỤC LỤC

I LỜI MỞ ĐẦU

II THÔNG SỐ KỸ THUẬT

2.1 Yêu cầu thiết kế

2.2 Phân chia công việc

III THIẾT KẾ

3.1 Sơ đồ khối

3.2 Thiết kế chi tiết từng khối

3.2.1 Khối nguồn

3.2.2 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ 3.2.4 Tầng khuếch đại công suất

3.2.5 Thông số toàn mạch

IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẾ 4.1 Mô phỏng

4.2 Mạch in thực tế

V Kết luận

Tín hiệu

Khối khuếch

đại tín hiệu

nhỏ

Khối tiền công suất đại công suất Khối khuếch

I LỜI MỞ ĐẦU

Điện tử là 1 ngành rất hot ở Việt Nam cũng như ở đại học Bách Khoa Hà Nội Một trong những cơ sở cốt lõi của ngành mà mọi sinh viên đều cần nắm chắc để có kiến thức học tập những môn tiếp theo cũng như để áp dụng vào các công việc khi đi làm là môn điện tử tương tự 1 Môn học đưa ta một cái nhìn tổng quan về tín hiệu tương tự, cho ta hiểu cách sử dụng, chức năng của các linh kiện điện tử như transistor, fet, ic khuếch đại thuật toán, Để tổng hợp các kiến thức đã học cũng như hoàn thành yêu cầu của thầy/ anh với môn học này, nhóm em đã làm một bài tập lớn về mạch khuếch đại âm tần sử dụng transistor Chúng em xin cảm ơn thầy/ anh Nguyễn Anh Quang đã giảng dạy những kiến thức cần thiết cho chúng em

để chúng em có thể hoàn thành được project này ạ!

II.THÔNG SỐ KỸ THUẬT

2.1Yêu cầu thiết kế

- Đầu vào 100mV nguồn 9V DC

- Điện áp đầu ra tối thiếu là 1.5V

- Tải dùng loa 4 Ω

- Av min= 20 lần

- Nhiệt độ làm việc ổn định: 35° - 60°C

2.2Phân chia công việc

Nguyễn Phi Việt - Hàn mạch và làm báo cáo

Lê Văn Hưng – Mô Phỏng Mạch Bằng Protius

Đặng Mỹ Anh – Mua linh kiện và test trên board trắng

Chu Đức Duy – Tính toán số liệu và chạy thử mạch

III THIẾT KẾ

3.1 Sơ đồ khối

Hình 1: Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm tần

3.2 Thiết kế chi tiết từng khối

3.2.1 Khối nguồn

- Sử dụng Adapter, đầu vào 220V AC, đầu ra 9V DC

3.2.2 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

Hình 2: Sơ đồ nguyên lí tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ (tầng 1) Khuếch đại tín hiệu đầu vào V in ≈ 100mV, f = 1000Hz sao cho tín hiệu ra

có công suất P = 2W trên tải loa là R = 4out L Ω

Hệ số khuếch đại Av để thỏa mãn yêu cầu:

Vout =√2 P 0 R L ≈ 4V

=> A = Vv out/Vin = 40

Chọn mạch khuếch đại E chung sử dụng BJT 2N2222 loại NPN phân cực kiểu Voltage Divider để tạo hệ số khuếch đại cao đồng thời giúp ổn định nhiệt (hạn chế sự tác độn khi β thay đổi) cho mạch khuếch đại, có điện trở R đểE

nâng cao trở kháng vào

o Chế độ 1 chiều:

Chọn điểm làm việc tĩnh cho BJT có Q (I = 1mA, V = 4V), 1 C CE β= 120

Ta có: V = ICC CRC + UCEQ + IE(R +R )E1 E2

IC ≈IE => R + R + R = (V - UC E1 E2 CC CEQ)/ I = C

9 4 − 1.10 −3 = 5kΩ

Do V > V > V > V (NPN) CC C B E

Nên ta chọn V = E 1

10 V = 1 (V) CC

IR = V – V – V

=> R = C

12 −4− 1,2 1.10 −3 ≈ 4kΩ

=> R + RE1 E2 ≈ 1kΩ

gm=Ic

V T

= 0,038

KU = -40 =

−RC

1

g m

+RE 1 => R = 74 E1 Ω

=> R = 1 E2 kΩ

Ta có: V = B mà V = VB BE0 + V = 0,7 + 1 = 1,7 V E

=> =

17 90

I1

≈

I2 >> I mà I = B B = = 8,3

Chọn I > 10 I <=> I > 83 1 B 1

Mà I1(R1 + R ) = V => R + R < 1082 CC 1 2 kΩ => R < 202 kΩ

=> Chọn R = 13 2 kΩ => R = 51 1 kΩ

o Chế độ xoay chiều:

Hình 3: Sơ đồ Small Signal tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ

gm1= IC/VT = 10−3

26.10 −3 = 0,038 S

Rin1 = R1 / /R2// (r π+ (β+1)R ) ( với E1 r π =gβ)

Rin1 = 5,6kΩ

Rout = R = 4kΩ C

AV1 =

−R C

1

g m 1

+R E 1

≈−40

fL1 = 2 π R1

¿ C1 ≤ 20 nên suy ra C1 > 1.42uF

fL3 = 2 π 1¿¿ ≤ 20 nên suy ra C3 => 9.86uF

Nên ta chọn C1 = 100uF, C3 = 100uF

3.2.3 Khối tiền khuếch đại công suất

Hình 4: Sơ đồ nguyên lí khối tiền khuếch đại công suất (tầng 2) Tầng khuếch đại thứ 2 ta chọn là tầng Darlington với tác dụng khuếch đại dòng điện từ đó sẽ làm thành tầng tiền khuếch đại công suất trước khi đưa tín hiệu ra loa

● Chế độ 1 chiều:

Chọn điểm làm việc:

+ BC 547 -> Q2(5V, 2mA), β2= 120

+ TIP41 -> Q3(5V, 0.1A), β3 = 50

=> β tầng Darlington: βD = 120.50 = 6000

- Ic3 = 0.1A => I = b3

Ic 3

β = 0.150 = 2mA

- Ie2 = I = 2mA => I b3 b2 ≈I e2β

2

≈ 2.10 3−

120 ≈ 16,7uA Theo Kirchhoff:

Vcc = V + Ice3 c3.R4 → R = 4 Vcc−V c3

Ic3 = 9 – 50.1 = 40 Ω Vcc = Ib2.R3 + V + V + Ibe2 be3 b2 β D.R4

→ R = 3 9 0.7 0.7 − − −16,7 10 −6

.6000.40

● Chế độ xoay chiều:

Hình 5: Sơ đồ xoay chiều khối tiền khuếch đại công suất

Rin2 = R3//(β D.R4) = 113kΩ

re2 = g1

m2

= VT

I c2

2mA = 13Ω

re3 = g1

m 3 = VT

I c 3

0.1 A = 0.26Ω

Rout2 = re 2

β 3

+ r = 0.52Ωe3

Av2 = Vo

V i

≈ 1

Ai2 =−βD R3

R 3 + β D R 4

≈ -2835

fL2 =2 π(R 1

¿ +Rout2).C2 ≤ 20 Nên C2 ≥ 0.07 uF nên chọn C2 =100uF

3.2.4 Tầng khuếch đại công suất

Hình 6: Sơ đồ nguyên lí tầng khuếch đại đẩy kéo dùng nguồn đơn

- Chọn TIP41 TIP42 do chịu được công suất lớn

- Dùng 2 điện trở R , R để phân cực cho 2 Transistor 5 6

- Chọn tụ đầu ra lớn để chịu công suất lớn => C6=1000uF

- Chọn R5=R6=1k Ω và 2 diodes D , D để ổn định tín hiệu1 2

o Thông số một chiều:

- Ở nửa chu kì dương: TIP 41 khuếch đại, TIP 42 tắt vì U , U > 0be4 be5

TIP 41 khuếch đại nửa hình sin

- Ở nửa chu kì sau: U , U < 0 be4 be5

TIP 42 khuếch đại nửa hình sin

Xét 1 chiều tại chân E của 2 trans: V = Vcc/2 = 4.5V E

I phân cực = I >> I => VR6 b b(Q4) = Vbe0(Q4) + V = 0.7 + 4.5 = 5.2V E

=> I =R5

V cc −V b (Q 4)

R 5 = 3.8mA Theo datasheet của 1N4148: U = 0.75V d

=> I = 1.5mA -> Id b(Q4) = I - I = 2.3mA R5 d

Theo datasheet TIP41, TIP42 có β=50 => Ic(Q4) = Ib(Q4).β =0.115A

=> g = g = m4 m5

I c

V= 4.42S

o Thông số xoay chiều tầng khuếch đại công suất

Rin3 = R5//R //R6 in trans

Rin trans = gβ

m 4

+(1+β).RL= 50

=> R in3 ≈ 150Ω

Rout3 ≈g1

m 4 ≈ 0.226Ω

Av3 ≈ 1

fL4 = 2 π.(R 1

¿ +Rout3).C 4

≤ 20 Nên C 4 ≥ 37uF suy ra chọn C4=C5=100uF

3.2.5 Thông số toàn mạch

¿ Av total ∨ = ¿ Av 1∨. R¿

R¿ +R out2 ∨ A v3∨. RL

R L +R out3

= 36.44

Rin = R = 4kΩin1

Rout = R = 0.226Ωout3

PLoad = Vo

2 RL =(V¿.|Av|total )2

2 R L = (0,1.37,8)2

⇨ Mạch khuếch đại tính theo lý thuyết có đáp ứng tần số với tín hiệu

có tần số lớn hơn 20Hz và nhỏ hơn 20kHz

IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẾ

4.1 Mô phỏng

Hình 7: Mạch khuếch đại âm tần

Hình 8: Kết quả mô phỏng

Hình 9: Mạch PCB

4.2 Mạch in thực tế

Hình 10: Mạch in thực tế

V Kết luận

Đề tài” Mạch khuếch đại âm tần” do bọn em thực hiện là sản phẩm đầu tay, sản phẩm là quá trình nghiên cứu trong suốt học kỳ vừa qua của bọn em, có thế phát triển thêm sau này phù hợp với yêu cầu kỹ thuật mà thầy/ anh đưa ra cũng như phù hợp với trình độ kĩ thuật hiện tại của bọn em Tuy phần thiết kế và tính toán không khó, nhưng trong quá trình làm, do thiếu kinh nghiệm nên bọn em có mắc một số lỗi Dù vậy em vẫn mong thầy/ anh thông cảm cũng như giúp đỡ, hướng dẫn bọn em để bọn em có hướng phát triển thêm về mạch khuếch đại đã làm Một lần nữa bọn em xin cảm ơn thầy/ anh Nguyễn Anh Quang đã chỉ dạy bọn em môn điện tử tương tự 1 trong suốt học kỳ vừa qua để bọn em có thể hoàn thành được bài tập lớn lần này.