Báo cáo bài tập lớn học phần nguyên lý kỹ thuật Điện tử Đề tài thiết kế mạch Điều chỉnh Âm sắc

Mạch điều chỉnh âm là một phần quan trọng của kỹ thuật mạch điện tử và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị âm thanh..  Khuyến nghị về việc sử dụng mạch điều chỉnh âm trong các thiế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Đề tài :

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC

Đỗ Văn NghĩaTrần Chí Trường

Hà Nội 2024

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 Giới thiệu 4

2 Mục tiêu đề tài 4

3 Nội dung 4

4 Phân công nhiệm vụ và kết quả 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC 6

1.1 Giới thiệu chung về mạch điều chỉnh âm sắc 6

1.1.1 Định nghĩa 6

1.1.2 Vai trò của mạch 7

1.2 Nguyên lý hoạt động 7

1.3 Tổng quan hoạt động của bộ điều chỉnh âm sắc 8

1.4 Các thành phần cơ bản của mạch điều khiển âm 9

1.5 Ứng dụng của mạch điều khiển âm sắc trong thực tế 10

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC 12

2.1 Linh kiện 12

2.2 Sơ đồ mạch 13

2.3 Sơ đồ khối 14

2.4 Cấu tạo chức năng thành phần 14

2.5 Các thông số kỹ thuật 16

2.6 Mô phỏng trên proteus, thực nghiệm trước trên bản mạch cắm 17

2.7 Các làm mạch PCB thủ công, lắp ráp và hàn linh kiện 20

2.7.1 Làm mạch PCB thủ công 20

2.7.2 Lắp ráp và hàn mạch 21

2.8 Chạy mạch trên bản demo và bản chính 21

CHƯƠNG 3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG 22

3.1 Hướng dẫn sử dụng 22

3.2 Lưu ý khi sử dụng 22

CHƯƠNG 4 CÁC TIÊU CHUẨN VÀ PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN MẠCH 23

4.1 Các tiêu chuẩn của mạch 23

4.2 Các phương pháp cải tiến 24

KẾT LUẬN 25

1 Kết quả đạt được 25

2 Hướng nghiên cứu 25

LỜI NÓI ĐẦU

Trước tiên, chúng tôi xin được gửi lời cảm ơn tới thầy TS NguyễnĐăng Phú đã đi cùng chúng tôi trong suốt các tuần vừa qua Thầy đã hướngdẫn và giảng dạy để chúng tôi có thể làm quen, thành thạo với cách linh kiện,nguyên lý hoạt động của các linh kiện và các bộ khuếch đại thuật toán Đócũng chính là bước đệm giúp cho phần nghiên cứu thiết kế mạch của chúngtôi được thuận lợi hơn Được học tập và làm việc với thầy, học hỏi thầy từkiến thức cho tới tác phong làm việc là điều vô cùng may mắn của chúng tôi

Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ như hiện nay, âm thanhđóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, từ các ứngdụng giải trí như âm nhạc và phim ảnh đến các hệ thống liên lạc và thông báocông cộng Chính vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị điều chỉnh

âm thanh có tính năng ưu việt là một nhu cầu thiết yếu

Bản mạch điều chỉnh âm thanh là một trong những thành phần quantrọng trong hệ thống âm thanh, giúp người dùng có thể tùy chỉnh các thông số

âm thanh để đạt được chất lượng âm thanh tốt nhất Hiểu rõ về cấu trúc,nguyên lý hoạt động và cách thiết kế bản mạch này không chỉ giúp nâng caokiến thức chuyên môn mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong thực tế

Báo cáo này được thực hiện nhằm cung cấp một cái nhìn chi tiết vàtoàn diện về bản mạch điều chỉnh âm thanh, từ lý thuyết đến thực tiễn Nộidung báo cáo sẽ bao gồm các phần chính: giới thiệu tổng quan, mô tả cấu trúc

và các thành phần của mạch, nguyên lý hoạt động, quy trình thiết kế và lắpráp, cùng với các kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của mạch

Chúng tôi hy vọng rằng báo cáo này sẽ cung cấp những thông tin hữuích và có giá trị cho các bạn đọc, đặc biệt là những ai quan tâm và đangnghiên cứu trong lĩnh vực điện tử và âm thanh

Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của các bạn và thầy

Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2024

1 Giới thiệu

Kỹ thuật mạch điện tử đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế

và sản xuất các mạch điện tử phức tạp Các nguyên tắc cơ bản của mạch điện

tử và cách thiết kế các mạch điện tử đơn giản sẽ được đề cập trong môn họcnày

Mạch điều chỉnh âm là một phần quan trọng của kỹ thuật mạch điện tử

và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị âm thanh Mục tiêu của chủ đề này

là thiết kế và xây dựng một mạch điều chỉnh âm thanh đơn giản nhưng hiệuquả, giúp nâng cao chất lượng âm thanh và cung cấp các phương pháp đánhgiá hiệu suất mạch

2 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu mạch điều chỉnh âm sẽ được đặt ra :

 Nguyên lý cơ bản của mạch điều chỉnh âm , bao gồm các thành phầnmạch và cách kết hợp chúng để tạo ra mạch điều chỉnh âm hiệu quảđược nghiên cứu

 Các công cụ thiết kế mạch điện tử có thể được sử dụng để thiết kếmạch điều chỉnh âm đơn giản và hiệu quả

 Sử dụng các thiết bị đo và phân tích tín hiệu âm thanh để xây dựngmạch điều chỉnh âm

 Đo các thông số kỹ thuật cho mạch Những cải tiến cho mạch điềuchỉnh âm trong tương lai được cung cấp

 Khuyến nghị về việc sử dụng mạch điều chỉnh âm trong các thiết bị âmthanh thực tế có thể được đưa ra bằng cách phân tích các ứng dụng củamạch khuếch đại âm thanh

3 Nội dung

Dưới đây là một số nội dung và kế hoạch thực hiện chi tiết của đề tài này:

 Tìm hiểu và nghiên cứu các nguyên lý cơ bản của mạch như: transistor,điện trở, tụ điện ,Ic … Điều này giúp ta hiểu rõ hơn về cách hoạt độngcủa mạch và từ đó chúng ta có thể thiết kế một mạch đơn giản.

 Thiết kế mạch điều khiển âm thanh: sử dụng phần mềm để mô phỏngmạch từ đó chúng ta sẽ đi xây dựng mạch thực tế thỏa mãn với yêu cầuthiết kế của mình Chúng ta sẽ sử dụng các thiết bị đo và phân tích tínhiệu âm thanh

 Đánh giá hiệu năng của mạch: sau khi đã kiểm tra hiệu năng của mạchchúng ta sẽ đánh giá chất lượng mạch của chúng ta đồng thời đưa ranhững đề xuất cải tiến cho mạch điều chỉnh âm trong tương lai

 Phân tích các ứng dụng của mạch: cuối cùng ta sẽ phân tích và ứngdụng của mạch điều chỉnh âm trong các thiết bị thực tế

4 Phân công nhiệm vụ và kết quả

BÁO CÁO PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ VÀ KẾT QUẢ

THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CỦA TỪNG THÀNH VIÊN NHÓM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC

1.1 Giới thiệu chung về mạch điều chỉnh âm sắc

Các loại mạch điều chỉnh âm thanh phổ biến bao gồm :

1 Điều chỉnh bass: Cho phép tăng hoặc giảm vùng tần số bass (thấp từ20Hz đến 500Hz) của tín hiệu âm thanh Thường sử dụng các mạch lọcthông thấp hoặc các mạch khuếch đại differential

2 Điều chỉnh mid: Cho phép tăng hoặc giảm vùng tần số trung (midkhoảng 500 Hz đến 6 kHz) của tín hiệu âm thanh Sử dụng các mạchlọc băng thông hoặc mạch khuếch đại differential

3 Điều chỉnh treble: Cho phép tăng hoặc giảm vùng tần số cao (treblekhoảng 6 kHz đến 20 kHz) của tín hiệu âm thanh Thông dụng nhất làmạch lọc thông cao.

1.1.2 Vai trò của mạch

Mạch điều chỉnh âm sắc có vai trò rất quan trọng trong hệ thống âm thanh,

và nhiệm vụ chính của nó là thay đổi các đặc tính tần số của tín hiệu âm thanh

để cải thiện chất lượng nghe Dưới đây là các vai trò cụ thể của mạch điềuchỉnh âm sắc:

 Tùy chỉnh âm thanh theo sở thích cá nhân

 Cải thiện chất lượng âm thanh

 Thích nghi với môi trường nghe

 Khắc phục các vấn đề kỹ thuật

 Tạo hiệu ứng âm thanh

 Cân bằng âm thanh

Nhìn chung, mạch điều chỉnh âm sắc là một công cụ mạnh mẽ giúp cảithiện và tinh chỉnh chất lượng âm thanh, mang lại trải nghiệm nghe tốt hơncho người dùng

1.2 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh âm sắc dựa trên việc sử dụng cácmạch lọc điện tử để tăng hoặc giảm cường độ của các dải tần số khác nhautrong tín hiệu âm thanh Các mạch này có thể được thiết kế bằng cách sử dụngcác thành phần điện tử như điện trở, tụ điện, và cuộn cảm, hoặc sử dụng các

bộ khuếch đại hoạt động (op-amps) Dưới đây là một mô tả chi tiết về nguyên

lý hoạt động của các bộ điều chỉnh âm sắc cho bass, mid và treble:

 Mạch điều chỉnh bass (lọc thông thấp):

Nguyên lý: Mạch lọc thông thấp cho phép các tần số thấp (bass) đi qua và làmgiảm hoặc cắt các tần số cao hơn Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng

tụ điện và điện trở để tạo ra một điểm cắt xác định(Các tần số dưới điểm cắtđược truyền qua với cường độ gần như không đổi, trong khi các tần số trênđiểm cắt bị suy giảm)

 Mạch điều chỉnh mid (lọc băng thông):

Nguyên lý: Mạch lọc băng thông cho phép chỉ một dải tần số trung gian (mid)

đi qua, và làm giảm hoặc cắt các tần số ngoài dải này Điều này được thựchiện bằng cách kết hợp một mạch lọc thông cao với một mạch lọc thông thấp

 Mạch điều chỉnh treble (lọc thông cao):

Nguyên lý: Mạch lọc thông cao cho phép các tần số cao (treble) đi qua và làmgiảm hoặc cắt các tần số thấp hơn Điều này được thực hiện bằng cách sửdụng tụ điện và điện trở để tạo ra một điểm cắt xác định(Các tần số trên điểmcắt được truyền qua với cường độ gần như không đổi, trong khi các tần sốdưới điểm cắt bị suy giảm.)

Trong bài tập này, chúng tôi sẽ thiết kế mạch điều khiển âm sắc hoạtđộng được cung cấp bởi op-amp Nó sẽ hoạt động với nguồn điện 12V và bộđiều chỉnh bass, mid, và treble kết hợp với bộ điều chỉnh âm lượng và bộkhuếch đại để âm để có thể điều chỉnh âm thanh đầu ra theo yêu cầu

1.3 Tổng quan hoạt động của bộ điều chỉnh âm sắc

 Tín hiệu đầu vào: Tín hiệu âm thanh ban đầu được đưa vào mạch điềuchỉnh âm sắc

 Mạch lọc: Tín hiệu được xử lý qua các mạch lọc (lọc thông thấp, lọcbăng thông, và lọc thông cao) tương ứng với các bộ điều chỉnh bass,mid, và treble

 Điều chỉnh: Người dùng có thể điều chỉnh các nút vặn hoặc thanh trượt

để thay đổi giá trị của các thành phần trong mạch (điện trở hoặc tụđiện), từ đó tăng hoặc giảm cường độ của các dải tần số cụ thể

 Tín hiệu đầu ra: Tín hiệu âm thanh đã được điều chỉnh sau đó được gửiđến bộ khuếch đại và loa để phát ra âm thanh

1.4 Các thành phần cơ bản của mạch điều khiển âm

Dưới đây là bảng về các thành phần và vai trò cơ bản của 1 mạch điều chỉnh

âm thanh :

Transistor Có thể khuếch đại tín hiệu âm thanh yếu từ nguồn

vào, làm tăng biên độ của tín hiệu trước khi đưa raloa Nó cũng có thể được sử dụng trong các mạchđiều chỉnh âm sắc để kiểm soát mức độ khuếch đạicủa các tần số âm thanh khác nhau

Điện trở Kiểm soát dòng điện và điện áp trong mạch Trong

mạch điều chỉnh âm sắc và khuếch đại âm thanh,điện trở thường được dùng để thiết lập mức độkhuếch đại, phân, và hạn chế dòng điện qua các linhkiện khác Điện trở cũng giúp điều chỉnh tần số đápứng trong mạch lọc tín hiệu

Tụ phân cực Được sử dụng để lọc và lưu trữ điện năng trong

mạch Chúng thường được dùng để tách các tín hiệu

AC từ các mức DC trong mạch khuếch đại, ổn địnhđiện áp, và trong các mạch lọc tín hiệu tần số thấp

Tụ không phân cực Chúng thường được sử dụng trong các mạch lọc tín

hiệu tần số cao, mạch chọn lọc tần số, và trong cácmạch điều chỉnh âm sắc để cắt hoặc khuếch đại cáctần số âm thanh cụ thể

IC khuếch đại thuật

toán

Được dùng để khuếch đại tín hiệu âm thanh, tạo cácmạch lọc, mạch điều chỉnh âm sắc, và các mạch hồitiếp Op-amp thường có độ chính xác cao và khả

năng khuếch đại mạnh, làm cho chúng trở thành lựachọn phổ biến trong các ứng dụng âm thanh chấtlượng cao.

1.5 Ứng dụng của mạch điều khiển âm sắc trong thực tế

Bộ điều chỉnh âm sắc có nhiều ứng dụng thực tế trong lĩnh vực âmthanh Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:

 Thiết bị âm thanh gia đình

- Ampli: Bộ điều chỉnh âm sắc trong ampli cho phép người dùng điềuchỉnh các dải tần số như bass (âm trầm), mid (âm trung), và treble (âm bổng)

để phù hợp với sở thích nghe nhạc cá nhân

- Loa: Một số hệ thống loa tích hợp bộ điều chỉnh âm sắc để tinh chỉnh

âm thanh phát ra từ loa, cải thiện trải nghiệm nghe nhạc tại nhà

 Thiết bị âm thanh chuyên nghiệp

- Bàn trộn âm thanh: Trong các bàn trộn âm thanh, bộ điều chỉnh âmsắc giúp kỹ thuật viên âm thanh điều chỉnh tần số của từng kênh âm thanh đểđạt được âm thanh tối ưu trong các buổi biểu diễn trực tiếp hoặc thu âm

- Micro: Một số micro chuyên nghiệp có bộ điều chỉnh âm sắc tích hợp

để cải thiện chất lượng âm thanh thu được, giảm tiếng ồn và tăng cường âmthanh mong muốn

 Thiết bị di động

- Điện thoại thông minh và máy nghe nhạc: Nhiều thiết bị di động cóứng dụng hoặc cài đặt cho phép người dùng điều chỉnh âm sắc để cải thiệnchất lượng âm thanh khi nghe nhạc hoặc xem video

- Tai nghe: Một số tai nghe cao cấp có tích hợp bộ điều chỉnh âm sắc đểngười dùng có thể tùy chỉnh âm thanh theo sở thích cá nhân

 Hệ thống âm thanh công cộng

- Hệ thống thông báo: Điều chỉnh âm sắc để đảm bảo giọng nói phát ra

rõ ràng và dễ hiểu trong các thông báo công cộng

 Ứng dụng trong công nghệ ghi âm và phát sóng

- Studio thu âm: Bộ điều chỉnh âm sắc được sử dụng trong quá trình ghi

âm để tinh chỉnh chất lượng âm thanh của các nhạc cụ và giọng hát

- Phát thanh: Điều chỉnh âm sắc trong các trạm phát thanh để cải thiệnchất lượng âm thanh của các chương trình phát sóng

Nhờ các ứng dụng đa dạng này, bộ điều chỉnh âm sắc giúp cải thiện trảinghiệm âm thanh trong nhiều bối cảnh và đáp ứng nhu cầu của người dùng từgia đình đến chuyên nghiệp

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC

2.1 Linh kiện

Trong quá trình tìm hiểu về mạch điều khiển âm thanh , dưới đây làdanh sách các nguyên liệu cần thiết để chế tạo ra một mạch điều chỉnh âmsắc:

2.2 Sơ đồ mạch

Hình 2 : Sơ đồ mạch

Mạch điều chỉnh âm sắc sử dụng IC LM358 đo khuếch đại tín hiệu âmthanh IC LM358 là bộ khuếch đại thuật toán chân cắm (DIP) kép công suấtthấp , bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán kháctrong các ứng dụng sử dụng nguồn đơn và có thể hoạt động ở nguồn điện ápthấp

Chân kết nối của IC LM358 vào mạch điều chỉnh âm sắc như sau:

 Chân 1 (OUT A): Đầu ra của phần thứ nhất (phần A) của IC hay amp 1 Chân này sẽ được nối với mạch điều chỉnh sắc, chẳng hạn nhưmạch bass, mid, treble

op- Chân 2 (IN-): Đầu vào đảo ngược của phần thứ nhất (phần A) của IChay op-amp 1

 Chân 3 (IN+): Đầu vào không đảo ngược của phần thứ nhất (phần A)của IC hay op-amp 1

 Chân 4 (GND): Nối mass / chân âm cho cả 2 op-amp

 Chân 5 (IN+): Đầu vào không đảo ngược của phần thứ hai (phần B) của

IC hay op-amp 2

 Chân 6 (IN-): Đầu vào không đảo ngược của phần thứ hai (phần B) của

IC hay op-amp 2

 Chân 7(OUT B): Đầu ra của phần thứ hai (phần B) của IC hay op-amp

2 Chân này là chính là đầu ra của tín hiệu

 Chân 8(Vcc): Chân dương của cả 2 phần hay 2 op-amp của IC Trongmạch được nối với nguồn +12V

Mạch khuếch đại âm thanh dùng Transistor D718 được sử dụng ở giaiđoạn cuối của mạch khuếch đại để tăng cường công suất tín hiệu ra loa, đảmbảo âm thanh đủ mạnh và rõ ràng

Trong mạch cực âm của tụ được nối với chân B, chân B được nối với chân

C qua điện trở 1k, chân C được nối với 1 chân của loa còn chân E được nốixuống đất

2.3 Sơ đồ khối

2.4 Cấu tạo chức năng thành phần

 Mạch Op-amp 1:

Hình 3 : Mạch op - amp

- IC LM358 được cấu hình như một bộ khuếch đại đệm đảongược Bộ khuếch đại đệm này cung cấp đầu ra được đệmcủa tín hiệu đầu vào được lọc hoặc cân bằng bằng bộ lọc babăng tần Tụ C4 là tụ chặn có tác dụng chặn tín hiệu DC vàchỉ cho tín hiệu AC đi qua

- Các điện trở R3 và R4 cần phải chính xác và phù hợp.Không nên thay đổi hai giá trị này ở giai đoạn này Tụ điện2.2uF, C6 đầu ra sẽ truyền tín hiệu từ đầu ra được đệm

 Mạch điều chỉnh âm sắc

Hình 4 : Mạch điều chỉnh âm sắc

- Trong giai đoạn tiếp theo, IC1B là bộ lọc hoạt động thực tế có ba bộ lọcthông được kết nối qua vòng phản hồi âm Đây là quá trình lọc giai điệu thực

tế đang diễn ra

- Tín hiệu sau khi qua tự C6 được đưa đến tầng này cónhiệm vụ tạo ra độ trầm bổng cho tín hiệu làm cho âm thanh

có sự đa dạng về âm sắc và sẽ được chia làm 3 nhóm nhánhchính với các chức năng nhiệm vụ như sau:

+ Nhánh thứ nhất: Với tổng trở vào khá lớn tín hiệu quađây hần như bị suy hao hết.Tụ gốm C7=47nF có tác dụngchỉ cho tín hiệu có tần số thấp đi qua và nối tắt tín hiệu cótần số cao đi ra đầu out của IC Điều này dẫn đến tín hiệuqua mạch chỉ còn lại những tín hiệu với tần số thấp đặctrưng bởi âm trầm đó chính là bass

+ Nhánh thứ hai: Tổng trở của nhánh này cũng khá caonên tín hiệu qua đây cũng như bị suy hao đáng kể cũngtương tự như mạch bass ở trên Điều ta quan tâm ở đâychính là giá trị của tụ gốm C8 = 4.7nF nhỏ hơn rất nhiều sovới tụ C7 cho phép các tín hiệu tần số trung bình giữa trầm

và bổng đi qua, tín hiệu cao tần sẽ đc nối tắt tạo ra sự điềutiết hài hoà gần như mà âm thanh tai ta nghe thấy bass vàtreble không có tín hiệu nào vượt nên Đây là đặc trưng choMid

+ Ở nhánh cuối cùng R7 do không có tụ nối tắt nên tínhiệu cao tần không bị loại bỏ do đó tín hiệu lúc này quanhánh có cả tín hiệu tần số thấp, trung và cao Tuy nhiêntín hiệu cao tần có đặc tính nổi bật hơn nên đây nhánh này

sẽ đặc trưng cho Treble

- Sau khi qua các các nhánh, các tín hiệu được đưa đến ICLM358 tại đây tín hiệu sẽ được đảo pha 1 lần nữa đề về đúngvới dạng pha ban đầu

- Các bộ lọc ba băng tần đều là bộ lọc RC Vì giá trị tụ điện không thểthay đổi nên giá trị điện trở được thay đổi ở đây bằng cách sử dụng một chiết

áp thay đổi Ở đây, điện trở R12 và tụ điện C11 được sử dụng làm cài đặt mứckhuếch đại Thay đổi giá trị R12 cũng sẽ thay đổi mức tăng