Báo cáo bài tập lớn môn Điện tử tương tự 1 Đề tài mạch khuếch Đại Âm thanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1 Đề tài: Mạch khuếch đại âm thanh Giảng viên hướng dẫn : TS... Yêu cầu chức năng Khuếch đại tín hiệu âm thanh từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 1

Đề tài: Mạch khuếch đại âm thanh

Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Xuân Quyền

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Ngọc Bách

Nguyễn Việt Tiến Nguyễn Huy Tỉnh

20213815 20214110 20182824

MỤC LỤC

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.1 Mô tả kỹ thuật 3

1.1.1 Yêu cầu chức năng 3

1.1.2 Yêu cầu phi chức năng 3

2 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 4

2.1 Thiết kế sơ đồ khối 4

2.2 Thiết kế chi tiết từng khối 4

2.2.1 Khối nguồn 4

2.2.2 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ 5

2.2.3 Khối tiền công suất 7

2.2.4 Khối khuếch đại công suất 8

2.3 Thông số toàn mạch 8

2.4 Lựa chọn linh kiện 9

3 THỰC HIỆN MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA MẠCH 10

3.1 Mạch thiết kế và mô phỏng 10

3.2 Test board 11

3.3 Báo cáo sản phẩm 11

4 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

5 KẾT LUẬN 13

1.ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Mô tả kỹ thuật

1.1.1 Yêu cầu chức năng

Khuếch đại tín hiệu âm thanh từ jack audio ra loa 8 𝛺 có tín hiệu âm thanh với nguồn 9V DC

Hệ số khuếch đại: 20 lần

1.1.2 Yêu cầu phi chức năng

Nhiệt độ làm việc ổn định: 25 – 50

2 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC

2.1 Thiết kế sơ đồ khối

Hình 1 miêu tả sơ đồ khối của mạch Mạch gồm 3 khối chính: Khối nguồn, khối khuếch đại tín hiệu, và khối khuếch đại công suất Jack điện thoại và loa là phụ kiện hỗ trợ mạch

Hình 1: Sơ đồ khối của mạch

Khối nguồn: Adapter 9V

Tín hiệu vào sử dụng jack audio 3.5mm từ các thiết bị điện tử

Tín hiệu ra sử dụng loa 8Ω

2.2 Thiết kế chi tiết từng khối

2.2.1 Kh i ối ngu n ồn

Đ m ch khu ch đ i có công su t ra t i 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần Ω đ ếch đại có công suất ra tải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần ất ra tải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần ải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần ược 1W thì điện áp ra đỉnh cần c 1W thì đi n áp ra đ nh c n ện áp ra đỉnh cần ỉnh cần ần

đ t đ ược 1W thì điện áp ra đỉnh cần là 1.5V Do v y, c ậy, c n ần sử d ng ụng ngu n ồn có đi n ện áp ra đỉnh cần áp và công su t ất ra tải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần l n ớn h n ơn yêu c u ần trên, nên em quy t đ nh s d ng ếch đại có công suất ra tải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần ịnh sử dụng ử ụng Adapter 9V, do đáp ng đ ứng được thông ược 1W thì điện áp ra đỉnh cần c thông

s yêu c u giá thành h p lý, tín hi u ra n đ nh, nhi u th p ố yêu cầu giá thành hợp lý, tín hiệu ra ổn định, nhiễu thấp ần ợc 1W thì điện áp ra đỉnh cần ện áp ra đỉnh cần ổn định, nhiễu thấp ịnh sử dụng ễu thấp ất ra tải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần

2.2.2 Kh i ối khu ch ếch đ i ại tín hi u ệu nhỏ :

V¿≈ 100 mV, f =1 kHz, Loa : R L=8 Ω, P0=1 w

Hệ số khuếch đại : A v=V0

V i=

√2 P0R L

V¿ = 40(l n) ần)

Hình 2: Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

Sử d ng ụng cách m c ắc m ch EC :

+) Dùng transistor 2N3904 đ khu ch đ i ếch đại có công suất ra tải 8Ω được 1W thì điện áp ra đỉnh cần tín hi u ện áp ra đỉnh cần nhỏ +) Ch n ọn đi m làm vi c ện áp ra đỉnh cần tĩnh Q (4V, 1mA), v i ớn hện áp ra đỉnh cần số yêu cầu giá thành hợp lý, tín hiệu ra ổn định, nhiễu thấp β = 120

Xét Kirchhoff theo chi u ều ra c a ủa EC ta có:

V CC=(R3+R4+R5)⋅ I C+V CE

→ R3+R4† R5=9−4

10−3=5 (kΩ)

V e≪V c c →Chọn V e=1(V )→ R4+R5=V e

I c =1 (kΩ)

→ R3=5−1=4 (kΩ)

g m= I c

V T=

1

26=0,038(s)

|A v|= R3

1

g m+R4

¿40 → Chọn: R4=82 (Ω)

V BE=0,7 (V ) →VB=V BE+V e=0,7+1=1,7 (V )=V CC ⋅ R2

R2+R1

→ R2

R2+R1=

17

90

Mà để dòng I1qua R2 xấp xỉ bằng I2qua R2 ta phải thiết kế sao cho:

I1=I2 ≫ B = I C

β=8,3(μAA )

→ I1>10 IB>83 ( μAA)

Mà I1⋅(R1+R2)=V CC → R1+R2<108 (kΩ)

¿Chọn R2=12( kΩ), R1=51 (kΩ)

Chế độ làm việc xoay chiều :

Hệ số khuếch đại: A v= −R3

1

g m

+R4

=−37

Trở kháng vào : R out=R7=4 (kΩ)

Trở kháng vào: R¿=R1/¿R2/¿(r π+( β +1) R4)= 5,5 (kΩ)

r π = g β

m = 3,16 (kΩ)

Vì dải tần số từ 20Hz đến 20kHz và nội trở vàoR2 rất bé nên chọn f L=

20Hz

Tụ vào f L1= 1

2 π ⋅ R¿⋅C1≤20 → C1≥1,45(μAF )

→ ChọnC1=100(μAF)

Tụ nối tầng: f L2= 1

2 π ⋅(R out+R¿Darlington)⋅C2≤ 20 →C2≥ 0,052(μAF)

→ ChọnC2=100(μAF)

R e 1=R4/¿(R2¿/R1

β +

1

g m) = 19,79 (Ω )

Tụ nối đất: f L3= 1

2 π ⋅ R e 1 ⋅C3≤20 → C3≥ 82(μAF)

→ ChọnC3=100(μAF)

0.069( μAF )→ chọn C2=100( μAF )

2 Π(R7+(R6

β +r e) )⋅C4

≤ 20 →C4≥298.5 ( μAF )→ chọn C4=1000 ( μAF )

A i= −β1⋅ β2⋅ R6

R6+β1⋅ β2⋅ R3

=−2907(lần)

A v ≈ 1(lần)

2.2.3: Khối tiền khuếch đại công suất(Tầng Darlington)

Ch n đi m làm vi c tĩnh ọn ện áp ra đỉnh cần

- Transistor 2N3904 là Q2(5V; 2mA), β1=120

- Transistor TIP41 là Q3(5V; 0,1A), β2=50

→ β D=β1⋅ β2=120⋅50=6000

I E2=0,1 ( A )→ IB2= I E2

β2+1=2 (mA )

I E1=I B2=2(mA )

→ I B1= I E1

β1+1=16,52 (μAA )

Mặt khác ta có :

V CC=V C E2+I E2⋅ R7→ R7=40 (Ω)

Chọn R7=33 (Ω)

V CC=I B1R6+V B E1+V B E2+I B1⋅ β1⋅ β2⋅ R7

I E2

→ R6=224 ( kΩ) Chọn R6=220 (kΩ).

Chế độ xoay chiều

R¿=R6/¿β D ⋅ R7=104,2( kΩ)

r e1=26 mV

I C1 =13 Ω¿;r e2=26 mV

I C2 =0,26 (Ω)

R out=r e1

β2+r e2=0,52 (Ω)

2.2.4 Khối khuếch đại công suất

Ch n ọn ch đ khu ch đ i công su t AB đ y kéo dùng 2 transistor công su t là ếch ếch ại ất AB đẩy kéo dùng 2 transistor công suất là ẩy kéo dùng 2 transistor công suất là ất AB đẩy kéo dùng 2 transistor công suất là TIP41 và TIP42.

S d ng 2 đi n tr R8 và R9 cùng b ng 1k và 2 diode D1 và D2(1N4007) đ ệu ở R8 và R9 cùng bằng 1k và 2 diode D1 và D2(1N4007) để ằng 1k và 2 diode D1 và D2(1N4007) để ể phân c c cho m ch ho t đ ng ch đ AB và giúp n đ nh tín hi u đ u ra ại ại ở R8 và R9 cùng bằng 1k và 2 diode D1 và D2(1N4007) để ếch ổn định tín hiệu đầu ra ịnh tín hiệu đầu ra ệu ần)

Do đ u ra ph i có giá tr l n đ ch u đ ần) ải có giá trị lớn để chịu được công suất ra tải nên Chọn ịnh tín hiệu đầu ra ớn để chịu được công suất ra tải nên Chọn ể ịnh tín hiệu đầu ra ược công suất ra tải nên Chọn c công su t ra t i nên Ch n ất AB đẩy kéo dùng 2 transistor công suất là ải có giá trị lớn để chịu được công suất ra tải nên Chọn ọn

C10=1000 (μAF )

I phâncực ≫ I b → I=(V CC

2 −v BE)⋅ 1

R8=0,0038 ( A )

Hình 3: Khối tiền công suất

Hình 4: khối khuếch đại công suất

U max=V cc

2 =4,5 (V )

r e=V t

I C

=26 mV

0,5 =0,052 (Ω)

R0=R E/¿r0=0,05 Ω≪8 Ω

→ Tínhiệukhông bị sụt khi ra tair 8 Ω

Pr= u hⅆ

2

R =1W

2.3 Thông số toàn mạch

𝐴𝑣

=(𝑅𝑜𝑢𝑡11 + 𝑅𝐴𝑣1 𝑖𝑛2⋅ 𝑅2)𝐴𝑖𝑛2𝑣22 ⋅

𝐴𝑣3

≈ 36(𝑙ầ𝑛2)

Với 𝑅𝑖𝑛2 = 𝑅𝑖𝑛21, 𝑅𝑜𝑢𝑡1 = 𝑅𝑜𝑢𝑡13

3 THỰC HIỆN MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA MẠCH

3.1 Mạch thiết kế và mô phỏng

Thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Proteus

Hình 5: Mạch mô phỏng bằng phần mềm Proteus

Kết quả mô phỏng :

Hình 6: Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Proteus

3.2 Test board

Khi kiểm tra trên test board đo trên máy thì ta thu được tín hiệu gần giống với mô phỏng được Kết quả lắp mạch thật như hình dưới đây :

Hình 7: Kết quả lắp mạch

3.3 Báo cáo sản phẩm

Bảng 3 : Báo cáo sản phẩm

4 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Dr Nguyen Anh Quang, Slides Electronic Curcuit I

5 KẾT LUẬN

Trong quá trình làm bài tập lớn lần này, em đã có những trải nghiệm thực tế khi được áp dụng những kiến thức đã học trên lớp vào làm mạch thật Từ đó, em nhận thấy vẫn còn những điểm còn thiếu sót trong kiến thức của bản thân Nhóm chúng em xin cảm ơn thầy vì đã giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm bài tập lớn