BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1 Đề tài Mạch Khuếch Đại Âm Thanh

YÊU CẦU HỆ THỐNG VÀ SƠ ĐỒ KHỐI 1.Yêu cầu hệ thống : Mạch có chức năng khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào - Yêu cầu chức năng:  Khuếch đại tín hiệu âm thanh..  Tầng khuếch đại tín hi

111Equation Chapter 1 Section 1 ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

□  □

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN :

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1

Đề tài: Mạch Khuếch Đại Âm Thanh

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Vũ Thắng

Mã lớp :150142

Nhóm : Nhóm 9

Sinh viên : Trần Đức Nguyên 20214028

Cao Việt Bình 20213818

Hà Nội, năm 2024

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

I YÊU CẦU HỆ THỐNG VÀ SƠ ĐỒ KHỐI

1 Yêu cầu hệ thống

2 Sơ đồ khối

II THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI …

1 Tầng khuyếch đại tín hiệu

2 Tầng phối hợp trở kháng

3Tầng khuếch đại công suất ……….

III.MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH

I YÊU CẦU HỆ THỐNG VÀ SƠ ĐỒ KHỐI

1.Yêu cầu hệ thống :

Mạch có chức năng khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào

- Yêu cầu chức năng:

 Khuếch đại tín hiệu âm thanh

 Hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của méo nhiễu tín hiệu

 Tải dùng loa 4Ω

 Đâu vào 100mV

-Yêu cầu phi chức năng:

 Mạch đơn giản, dễ sử dụng

 Sửa chữa, thay thế các linh kiện khi bị hỏng dễ dàng

 Giá thành rẻ

2.Sơ đồ khối :

- Chức năng mỗi khối:

 Nguồn nuôi: cung cấp điện áp cho toàn bộ hệ thống

 Tín hiệu vào audio lấy từ điện thoại hoặc laptop

 Tầng khuếch đại tín hiệu: Khuếch đại điện áp của tín hiệu đưa vào

 Tầng phối hợp trở kháng: khuếch đại dòng và đưa tín hiệu khuếch đại vào khối khuếch đại công suất

 Tầng khuếch đại công suất: Khuếch đại công suất để đưa tín hiệu ra tải

3.BOM LIST :

- 1 nguồn DC 12V: Bao gồm : 1 pin 9V và 2 pin con thỏ 3V

- Bộ chuyển đổi đầu vào : Đầu jack âm thanh 3.5mm

- Điện trở : 110k Ω - 18kk Ω - 5.5k Ω - 100 Ω - 1k Ω - 390K Ω - 50 Ω - 500 Ω

- Tụ điện: 100uF - 1000uF

- BJT 2N2222 - TIP41- TIP42

- Loa 4ohm-2W

- Diode 1N4148k

- Board mạch trắng lắp thủ công

- Dây điện dẫn

II THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI

1.Tầng khuếch đại tín hiệu

Tầng khuếch đại tín hiệu có nhiệm vụ khuếch đại biên độ điện áp đủ lớn để có đầu ra phù hợp do tầng khuếch đại công suất không khuếch đại điện áp

Vì hệ số khuếch đại không quá lớn nên ta sử dụng mạch EC phân cực Emiter không bypassed RE Mạch EC có trở kháng vào lớn, trở kháng ra nhỏ, hệ số khuếch đại tương đối.Ta chọn khuếch đại class A để tín hiệu đầu ra không bị méo Chọn

transistor 2N2222A

Datasheet 2N2222A

*Chế độ một chiều :

V CC=I C R3+V CE+I E(R4+R5)=12 V

→ 12V = I C 5500+V CE+I E.1180

V B = V CC R2

R1+R2 =V BE + I E(R4+R5)

V B = 12. 18000

110000+18000 = V BE + I E(R4+R5)

→ 12 = I C 5500+V CE+I E.1180

1,6875 = 0,7 + I E.1180

→ 12 = I C 5500+V CE+I B (1+β).1180

1,6875 = 0,7 +I B (1+β).1180

Với β=200

→ 12 = I C 5500+V CE+I c (1+β)

β .1180

1,6875 = 0,7 +I c (1+β)

β .1180

→ r π= β

g m=

200 0,0346=5780 Ω → I c=8,637.10−4≈ 0,9 10−3

(mA)

g m=I C

V T=

I C

26.10−3=0.0346 V CE=6,32 ≈ 6(V )

Vậy điểm làm việc tĩnh Q(V CE =6V,I C=0.9mA)

Ở chế độ xoay chiều : R out 1=5500 và R¿1=R1∨|R2|∨¿

Trong đó : r π= β

g m=

200 0,0346=5780 Ω và β2=160và β3=50

R¿2=R6/¿ ¿

g m (Q 2)=I C(Q 2)

V T =

1

26→ r π 2= β 2

g m(Q 2)=

16 1/26=4160

g m (Q 3)=I c(Q 3)

V T =3,846 →rπ 3= β 3

g m(Q 3)=13∧Re=R5∨¿(R1∨¿R2

β1 +

1

g m+R4)=223 Ω

A V 1= R3

1

g m+R4

=26,95

Ta có f1= 1

2 π c1R¿1<20(Hz) → tụ vào C1>1,34 × 10−6 chọn C1=100 μFF

2 π(R out 1+R¿2)C2<20tụ nối tầng nên C2>2,48× 10−8 ta chọn giá trị C2=100 μFF

f3= 1

2 π R e C3<20 tụ nối đất nên C3>0,74 ×10−6 ta chọn giá trị tụ C3=100 μFF

2.Tầng phối hợp trở kháng

Với trở kháng ra lớn ở tầng khuếch đại tín hiệu, nếu ghép trực tiếp với tầng khuếch đại công suất sẽ dẫn đến sai lệch tính toán do giá trị trở kháng không phù hợp Để có thể ghép với tầng khuếch đại công suất, ta cần ghép thêm 1 tầng phối hợp trở kháng Vì vậy tầng tiếp theo ta sẽ sử dụng tầng Darlington mắc CC với tác dụng

khuyếch đại dòng điện từ đó sẽ làm thành tầng tiền khuyếch đại công suất trước khi đưa tín hiệu ra loa

Datasheet TIP41

Hình 2 Mô tả tầng phối hợp trở kháng

Ta có thể coi 2 transistor 2N2222 và TIP41 là 1 với hệ số khuếch đại

β D=β2× β3=210.40=8400

Ta có: V cc=V CE3+I C R7= ¿V CE 3+I C 3.50

V cc=V B 2 R6+V BE 2+V BE 3+I C3 R7

→ V cc=V CE3+I B 2 (β2+1).(β3+1) R7

V cc=V B 2 R6+0,7.2+I B 2 (β2+1).(β3+1) R7

→ I B 2=13,19 (mA )

V CE 3=¿6,63(V)

I C 3=¿ 2,48(mA)

I C 3=¿ 0,088(A)

Vậy điểm làm việc tĩnh Q2(V CE =6V,I C=2.5mA) , Q3(V CE =7V,I C=0.1mA)

g m 2=I c 2

V T=¿ 0,0961

g m 3=I c 3

V T

=¿ 50

13

→ r π 2 = 2185(Ω)

r π 3 = 10,4(Ω)

Chế độ xoay chiều :

R¿2=R6∥(r π 2+r π 3+β2β3R4)=202,7 K(Ω)

R out=R7∥( r π 2

β2+

r π 3

β3)=8(Ω)

A V 1 = 1

3.Tầng khuếch đại công suất

Tầng khuếch đại công suất cung cấp một lượng lớn năng lượng biến đổi năng lượng điện thành sóng âm, giúp loa đạt được công suất cao Nhằm cho mạch chịu được công suất lớn, ta có thể lắp mạch theo class AB đẩy kéo với cặp transistor bổ sung nhau là TIP41 và TIP42 Để tránh tín hiệu bị méo khi transistor hoạt động, ta phải phân cực trước cho mỗi trans Điện áp mối nối và đủ lớn hơn 0.7V để khi có tín hiệu xoay chiều thì transistor sẽ hoạt động ngay Từ đó cần mắc thêm 2 diode Cụ thể nhóm chọn hai diode 1N4148 để ghim điện áp giữa chân B của hai transistor

Hình 3 Mô tả tầng khuếch đại công suất

Tầng khuếch đại công suất ta sử dụng mạch khuếch đại class AB đẩy kéo đối xứng

bù Chọn mạch AB vì nó mang lại những chức năng tốt nhất của loại A và B là chất lượng tín hiệu (không bị cắt) và hiệu suất cao

Nguyên lý hoạt động : khi có nửa tín hiệu cùng đưa vào TIP41,TIP42 khuyếch đại

ở nửa chu kì dương TIP41 khuyếch đại , TIP42 tắt vì U BE 1 , U BE 2 đều > 0 , TIP41 khuyếch đại nửa hình sin Trong nửa chu kì sau U BE 1 , U BE 2 đều < 0 , TIP42 khuyếch đại nửa hình sin

Datasheet TIP42

Chọn R9= R8=1KΩ vì nếu R8và R9quá lớn hoặc quá nhỏ sẽ ảnh hưởng đến dòng ra, gây méo tín hiệu

và ảnh hưởng đến công suất

Xét 1 chiều tại chân E của 2 trasistor là V CC

2 =¿6V , R = 1kΩ

U Rmax=6 (V )r0=V I

I C=

26.10−3 0,1 =0,26¿Ω)

Tụ C6=1000 µFcó vai trò cung cấp nguồn cho nửa chu kỳ âm cho transistor đẩy kéo công suất ở chu kì âm

R out ≈ r0=0,26¿Ω)

Tínhiệukhôngbịtụtkhiquatải

Tổng số lần khuếch đại của toàn mạch là :

AV T= A v1 N L. R i 2

R i 2+R o 1 Av2 NL R i 3

R i 3+R o 2 A v 3

NL

R L

R L+R o 3 28 (lần )

R¿=11,2kΩ

R out = 0,17Ω

Công suất tải là : P tai=(V¿¿ ¿× Av)2

2 R L =0,9(W )¿

Mạch khuyếch đại theo tính toán lý thuyết có đáp ứng tần só với tín hiệu có tần số lớn hơn 20Hz và nhỏ hơn 20kHz

III MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH

Hình ảnh mạch mô phỏng trên Proteus:

Tín hiệu thu được hiển thị trên Oscilloscope:

Thiêt kế layout :

3D visualize :

Hình ảnh thực tế :

Video chạy demo thực tế :

https://drive.google.com/file/d/1Ej1FfIkGOu7tOMgviZPMQnSaQnuydIYD/view? usp=sharing

Kết luận :

Kết quả mô phỏng có sự chênh lệch đáng kể so với yêu cầu Nguyên nhân có thể do chọn hệ

số khuếch đại của các tầng chưa đủ lớn Tầng khuếch đại EC hoạt động khá tốt với tín hiệu đầu ra ngược pha tín hiệu vào và không bị méo Tầng Darlington hoạt động đúng chức năng

Do hạn chế về mặt linh kiện nên khi đo mạch thực tế, tín hiệu ra bị cắt và công suất chưa được như mong muốn

Tuy kiến thức, năng lực còn hạn chế nhưng sau một thời gian học tập và nghiên cứu, đề tài đã được nhóm em hoàn thành đúng thời hạn Nhóm đã rút ra được nhiều kinh nghiệm và nâng cao được khả năng thiết kế, làm mạch in cũng như kĩ năng làm việc nhóm, làm báo cáo

Một lần nữa xin cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Thắng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn thầy về bài tập này!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Robert L Boylestad, Louis Nashelsky-Electronic Devices and Circuit Theory (11th Edition)-Prentice Hall (2012)

2 Slide Điện tử tương tự 1 của Tiến sĩ Phùng Thị Kiều Hà

3. Datasheet TIP41 : https://datasheetspdf.com/datasheet/TIP41.html

4 Datasheet TIP42 :

https://www.alldatasheet.vn/datasheet-pdf/pdf/528295/THINKISEMI/TIP42.html

5. Datasheet 2N2222A

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/5612/MOTOROLA/2N222.html

6. Datasheet 1N4148

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/15021/PHILIPS/1N4148.html