CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG Thế giới luôn luôn vận động, đổi mới và phát triển không ngừng, kéo theođó là sự phát triển của các đất nước để bắt kịp xu hướng nói chung và sự pháttriển củ
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I
ĐỀ TÀI 11: Thiết kế mạch khuếch đại âm tần
Hà Nội, ngày 2 tháng 1 năm 2024
Nhóm sinh viên thực hiện: Ngô Kim Sang 20214071 Hoàng Phạm Việt Khôi 20210490 Hoàng Việt Đức 20213879 Nguyễn Thắng Đạt 20192748 Bùi Hải Lâm 20210513
Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN ANH QUANG
Trang 2MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU 4
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG 5
CHƯƠNG II: THÔNG SỐ KỸ THUẬT 6
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH 7
3.1 Sơ đồ khối 7
3.2 Khối nguồn 7
3.3 Khối khuếch đại tín hiệu 7
3.3.1 Tầng khuếch đại điện áp 7
3.3.2 Tầng Darlington 9
3.4 Khối khuếch đại công suất 11
3.5 Thông số khuếch đại toàn mạch 12
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ MẠCH HÀN 12
Trang 3DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Mô hình mạch khuếch đại âm tần 6
Hình 2: Sơ đồ khối toàn mạch 7
Hình 3: Khối khuếch đại tín hiệu 8
Hình 4: Tầng Darlington làm việc ở chế độ 1 chiều 10
Hình 5: Tầng Darlington hoạt động ở chế độ xoay chiều 11
Hình 6: Khối khuếch đại công suất 12
Hình 7: Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus 13
Hình 8: PBC Layout 13
Hình 9: Mạch 3D 14
Hình 10: Kết quả đo đạc mô phỏng 14
Hình 11: Hoàn thiện mạch thật 15
Trang 4Bảng 1: Bảng yêu cầu chỉ tiêu thông số kỹ thuật 6Bảng 2: So sánh số liệu lý thuyết và mô phỏng 16
Trang 5CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG
Thế giới luôn luôn vận động, đổi mới và phát triển không ngừng, kéo theođó là sự phát triển của các đất nước để bắt kịp xu hướng nói chung và sự pháttriển của ngành Điện tử viễn thông nói riêng để phục vụ cho nhu cầu của thờiđại số 4.0 toàn cầu Không ai có thể phủ nhận được vai trò lớn lao cùng vớinhững ứng dụng vô cùng thực tế của ngành Điện tử viễn thông đã góp phầnmang lại nhiều lợi ích cho con người vào cuộc sống thường ngày Và một trongsố đó, việc sử dụng mạch khuếch đại trong thực tế ngày càng được ứng dụngphổ biến, rộng rãi và đem lại hiệu quả rất cao.
Trên góc độ kinh tế, trong bối cảnh đi tắt đón đầu công nghệ cao, đa số các côngty đa quốc gia trên thế giới đều chứng tỏ hiệu quả kinh tế của mình bằng nhữngcông nghệ nguồn đặc thù khác nhau Công nghệ nguồn càng cơ bản thì càng đưađến nhiều ứng dụng khác nhau và đưa đến siêu lợi nhuận Một trong những côngnghệ nguồn cơ bản là công nghệ bán dẫn vi mạch, đã đưa đến những cuộc cáchmạng khoa học công nghệ trong lãnh vực công nghệ thông tin, công nghệ tựđộng hóa và cơ khí chính xác, công nghệ sinh học Ngày nay, vốn đầu tư chocông nghệ bán dẫn vi mạch để làm ra sản phẩm chip điện tử trong máy tính, cácthiết bị cầm tay được số hóa (digital equipments) vẫn còn rất cao Đặc biệt nhucầu về giải trí và nghe nhạc của con người đã trở thành một nhu cầu thất yếutrong cuộc sống Tổng hòa hai điều đó, để đưa ra một đáp án cho chiến lược đầutư phát triển công nghệ cao cho Việt Nam thì câu trả lời chính là công nghệ âmthanh chất lượng cao phục vụ trong các lĩnh vực về dịch vụ giải trí và thỏa mãnnhu cầu nghe, tiếp nhận thông tin của người tiêu dùng.
Từ những ứng dụng thực tế xã hội nêu trên cộng hưởng với sự hướng dẫn tậntình của thầy giáo, nhóm em đã chọn đề tài “Mạch khuếch đại âm tần” Đây làmột mạch điện tuy đơn giản nhưng là một trong những mạch rất căn bản, từ đócó thể phát triển thành các mạch có nhiều tính năng hơn Nhóm chúng em xinchân thành cảm ơn thầy đã cung cấp các bài giảng chi tiết, hữu ích giúp chúngem rất nhiều trong bài tập lớn Báo cáo của chúng em còn nhiều thiếu sót chúng
Trang 6em rất mong nhận được sự góp ý của thầy và các bạn để bản báo cáo được hoànchỉnh hơn.
CHƯƠNG II: THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Đề tài: Thiết kế mạch khuếch đại âm tần
Hình 1: Mô hình mạch khuếch đại âm tần
Yêu cầu chỉ tiêu thông số:
Nguồn cung cấp Tải dùng loa Hệ số khuếch đạitối thiểu cần thiết
kế(Av) (lần)
Điện áp tín hiệuđầu ra tối thiểu
B!ng 1: B!ng yêu cầu chỉ tiêu thông số kỹ thuật
Trang 7CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH3.1 Sơ đồ khối
Hình 2: Sơ đồ khối toàn mạch
3.2 Khối nguồn
Sử dụng Adapter đầu vào 220V AC, đầu ra 12V
3.3 Khối khuếch đại tín hiệu
Khuếch đại tín hiệu vào Vi ~ 100mV, f = 1000Hz cho tín hiệu ra có công suất P = 1 W trên tải loa R = 8 Ωo L
Ta tính được điện áp ra V = o √2 P o R L=√2.1.8 ≈ 4 VChọn nguồn nuôi 12V
Hệ số khuếch đại A thỏa mãn yêu cầu:VA =V
Vi =0.14 =40 lần
3.3.1 Tầng khuếch đại điện áp
Sử dụng cách mắc kiểu Emito chung:
Sử dụng transistor khuếch đại tín hiệu nhỏ BC547
Chọn điểm làm việc tĩnh Q (U ; I ) = (4V ; 10 A) ở điểm làm việc này hệ sốCE CE -3β của transistor rơi vào khoảng 120.
Trang 8Hình 3: Khối khuếch đại tín hiệu
Emito chung:
Chế độ làm việc một chiều:Ta có: (R + R + R ) I + U = V3 4 5CCE CC → (R + R + R345).10-3 + 4 = 12 (1)
→ R + R + R = 8 kΩ345
• Vì VE<<VCC nên chọn V =1/10 *Vcc =1 Ta lại có: (RE4+R ).I5C = VE → R + R = V / I = 1kΩ 4 5 Ec (2)
Từ (1) và (2) ta suy ra R = 7 kΩ3• gm = I / V = 0.038 SCT
• AV = - R / (1/g + R ) = - 40 → R = 149 Ω3 m44 • UBEo= 0.7V → V = U + V = 0.7 + 1 = 1.7 VBBEoE• Theo công thức phân áp: V = BR 2
R 1 + R 2.Vcc →R 2R 1 + R 2=
17120 (3)
Trang 9• Để R nối tiếp R ( dòng điện chạy qua điện trở R và R bằng nhau ) thì1212I1,2 >> Iintrans → Chọn R << R2intrans
Mà Rintrans ≈ (β + 1).R = 124k kΩE ( Để đảm bảo phân cực (I1 >> B I )IB = C /I β = 8.33 (µA)
• Rin = R1//R2//(rπ+(β+1) R ) = 5.8kΩ 4• Rout = R = 7kΩC
• fL1 = 1/(2π.Rin.C1) ≤ 20 Hz → C ≥ 1.37 uF chọn C =100uF11• fL2 =1/[2π.(R +R ).CoutinD2]≤ 20 Hz → C ≥ 0.048 uF chọn C =100uF22• fL3 = 1/2π.{RE1//[(R1//R2)/β+r ]}.Ce3 ≤ 20 Hz → C ≥ 79 uF chọn C =100uF33
Trang 10Hình 4: Tầng Darlington làm việc ở chế độ 1 chiều
Chế độ xoay chiều:
R =R //β R =RinBDE6// βD.R7=156 kΩro1= U / ICE1C1 =13Ω, r = U / Io2CE2C2=0.26ΩR =r /βouto12 + r = 0.52 Ωo2
f =1/2π.R CL4inin ≤ 20 Hz → Chọn C ≥ 0.053 uFin →Chọn C =100uFin
f =1/2π(R //(R /β+r )).CL5EBoout ≤ 20 → C ≥ 258.37 uFout
Av ~ 1 lần
Ai= - βD.R /(RBB+ βD.(RB// βD o.r) ≈ -3000 lần
Trang 11Hình 5: Tầng Darlington hoạt động ở chế độ xoay chiều
3.4 Khối khuếch đại công suất
• Chọn hai transistor TIP 41 và TIP42 do chịu được công suất lớn• Transistoristor công suất khuếch đại bán chu kỳ dương (TIP41)• Transistoristor công suất khuếch đại bán chu kỳ âm (TIP42)
• Phân cực cho transistor bằng 2 điện trở 1kΩ và 2 diode giúp ổn định tínhiệu đầu ra (được phân cực thuận để tạo ra sự sụt áp khoảng 2V phân cựccho hai Transistor công suất)
• Khi có nửa tín hiệu cùng đưa vào T , T khuếch đại Ở nửa chu kỳ dương12thì T khuêch đại, T tắt vì U12D1 > 0 và UD2 > 0, T khuếch đại nửa hình sin.1 Trong nửa chu kỳ sau U < 0, U < 0, T khuếch đại nửa hình sin D1D22• Xét về 1 chiều tại chân E của 2 transistor là V /2 = 6VCC
Trang 12Hình 6: Khối khuếch đại công suất
3.5 Thông số khuếch đại toàn mạch
AV =R in2R out1 +R in2.A A AV1V2 V3 ≈ 40Trong đó: R = Rinin1
Rout = Rout3
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ MẠCH HÀN4.1 Mô phỏng
4.2 Mạch mô phỏng dùng phần mềm Proteus
Trang 13Hình 7: Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus
Hình 8: PBC Layout
Trang 154.2 Mạch thật
Hình 11: Hoàn thiện mạch thật
Trang 164.3 Nhận xét các số liệu thu được
B!ng 2: So sánh số liệu lý thuyết và mô phỏng
Quan sát ta thấy, tín hiệu đầu ra không bị méo, không bị cắt Theo kết quả môphỏng thì điện áp ra đạt 3.59, hệ số khuếch đại điện áp bằng 36 lần thỏa mãnyêu cầu thông số đặt ra Tuy nhiên các kết quả này chưa tối ưu do còn chênhlệch và chưa đạt được các số liệu tính toán Kết quả theo số liệu tính toán và môphỏng mạch đo được có sự sai khác, công suất ra tải là 0.897 W khi đo đạt bằngmô phỏng nguyên nhân có thể là do tầng một khuếch đại không được tối ưu, doviệc chọn hệ số khuếch đại của các tầng chưa đủ lớn ,do phối hợp trở khánggiữa các tầng khuếch đại và tải chưa phải là quá tốt
Trang 17KẾT LUẬN
Thông qua bài tập lớn này, chúng em đã được khám phá sâu rộng thêm về quátrình thiết kế một mạch khuếch đại và cũng đã học được thêm nhiều bài họcmới Trong quá trình bài tập lớn, cả nhóm đã hiểu được tầm quan trọng của hiểubiết về các nguyên tắc lắp đặt điện tử Quá trình làm bài tập và thiết kế mạchkhuếch đại yêu cầu sự am hiểu rõ về nguyên tắc điện tử cơ bản Sự hiểu biết vềdòng điện, điện áp, trở kháng và các thành phần điện tử khác là cơ sở để tạo nênmạch khuếch đại hiệu suất cao Bên cạnh đó chúng em còn phải tìm kiếm và lựachọn linh kiện phù hợp, việc lựa chọn các linh kiện như transistor, tụ điện vàđiện trở có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khi chạy của mạch khuếch đại Bài tậpcũng yêu cầu từng thành viên phải tìm hiểu và kiểm tra từng thông số kĩ thuậtnhư tần số cắt, hệ số khuếch đại và độ nhiễu, cần xem xét kĩ lưỡng để đảm bảomạch hoạt động đúng theo yêu cầu của đề bài cũng như đạt được hiệu suất caonhất Bên cạnh đó khi làm xong bài tập lớn, chúng em còn có cái nhìn tổng quát,phân tích sự khác nhau và giống nhau giữa lý thuyết và thực nghiệm từ đó đưara những mô phỏng, dự đoán và đánh giá hiệu suất của mạch trước khi thực hiệnthiết kế ngoài thực tế Điều này giúp tối ưu hóa mạch trước khi đưa vào sản xuấtđời sống và giảm thiểu rủi ro có thể xảy ra Nhóm em xin cảm ơn thầy NguyễnAnh Quang về những bài học, sự hướng dẫn tận tình giúp chúng em tìm hiểu sâusắc hơn về ngành Điện tử viễn thông và bộ môn Điện tử tương tự I Đây là mộtcơ hội chúng em rất trân trọng và rất mong nếu có sai sót gì trong bài tập lớnmong thầy và các bạn bỏ qua, góp ý để nhóm chúng em ngày càng hoàn thiện,đem đến kết quả tốt nhất.
Trang 18TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Electronic Devices and Circuit theory – Robert Boylestad Louis Nashelsky[2] https://dientutuonglai.com/bc547.html
[3] https://www.studocu.com/vn
[4] 249881
https://khotrithucso.com/doc/p/thiet-ke-mach-khuech-dai-cong-suat-am-tan-[5] https://dientutuonglai.com/tip41c.html
[6] https://kyoritsu.us/thiet-ke-mach-khuech-dai-am-thanh-don-gian/[7] https://lagroup.edu.vn/cach-lam-mach-khuech-dai-am-thanh/