Điện tử Ứng dụng Đề tài mạch khuếch Đại Âm thanh

b Mục tiêu của đề tài Mạch khuếch đại trong đồ án sử dụng nguồn cung cấp 12V DC, được thiết kế để khuếch đại tín hiệu âm thanh từ một đầu vào như băng cassette hoặc micro.. Ta sử dụng mạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT- HÀN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ



ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ĐỀ TÀI:

MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Thị Lan Anh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thiên Nhật

Đinh Hoàng Long

Võ Hoàng Khôi Nguyên Phan Nguyễn Tấn Tuyên Trần Vũ Hào

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT- HÀN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ



ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ĐỀ TÀI:

MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Thị Lan Anh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thiên Nhật

Đinh Hoàng Long

Võ Hoàng Khôi Nguyên Phan Nguyễn Tấn Tuyên Trần Vũ Hào

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trường, cùng các thầy

cô đã tận tình chỉ bảo giảng dạy, cung cấp kiển thức nền tảng tạo điều kiện tốt nhất để chúng em học tập trau dồi

Chúng em xin được cảm ơn TS.Phan Thị Lan Anh đã giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình để có thể giúp chúng em có thể hoàn thành được đồ án này

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã rất cố gắng nỗ lực tuy nhiên vẫn không thể tránh khỏi sai sót Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo và

từ phía hội đồng nhà trường để có thể thực hiện hoàn chỉnh hơn ở những chủ đề hay môn học sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ LÀM

VIỆC 9

1.1 Khuếch đại âm tần 9

1.2 Giới thiệu mạch 9

1.3 Nguyên lý hoạt động 10

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TỪNG TẦNG VÀ TÁC DỤNG CỦA LINH KIỆN 12

2.1 Nguyên lý làm việc tổng quan 12

2.2 Nguồn cấp 13

2.3 Tầng khuếch đại vi sai 13

2.4 Tầng khuếch đại trung gian 14

2.5 Tầng khuếch đại công suất 14

2.6 Tín hiệu ra 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN 15

3.1 Nguồn cấp 15

3.2 Tầng khuếch đại vi sai 15

3.3 Tầng khuếch đại trung gian 15

3.4 Tầng khuếch đại công suất 15

3.5 Tín hiệu ra 15

CHƯƠNG 4 KIỂM TRA MẠCH 16

4.1 Kiểm tra mạch khuếch đại âm thanh mô phòng 16

4.1.1 Nguồn cấp 16

4.1.2 Tầng khuếch đại vi sai 16

4.1.3 Tầng khuếch đại trung gian 16

4.1.4 Tầng khuếch đại công suất 16

4.2 Kiểm tra mạch khuếch đại âm thanh thi công 16

KẾT LUẬN 17

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý 10 Hình 2 Sơ đồ nguyên lý Proteus 12 Hình 3 Sơ đồ mạch nguồn 16

MỞ ĐẦU

a) Giới thiệu

Trong cuộc sống, ta không thể nghe được âm thanh người phát ra khi chúng ta ở cách xa nhau Vì vậy, để âm thanh có thể truyền đi xa, âm lượng lớn, khuếch đại những tín hiệu âm thanh đó và khuếch đại tín hiệu nhỏ giúp chúng ta giải quyết việc đó

Có nhiều loại khuếch đại tín hiệu như: khuếch đại tín hiệu bằng IC, BJT, MOSFET

Ở đây chúng ta tìm hiểu về khuếch đại tín hiệu dùng BJT Ta tìm hiểu và khảo sát các loại phân cực cho BJT và các loại mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT Ta khảo sát chủ yếu ở BJT NPN nhưng các kết quả và phương pháp phân tích vẫn đúng với BJT PNP, chỉ cần chú ý đến chiều dòng điện và cực tính của nguồn điện thế 1 chiều

b) Mục tiêu của đề tài

Mạch khuếch đại trong đồ án sử dụng nguồn cung cấp 12V DC, được thiết kế để khuếch đại tín hiệu âm thanh từ một đầu vào như băng cassette hoặc micro Với việc sử dụng các transistor như C828, B562, và D468, mạch không chỉ minh họa nguyên lý hoạt động của các tầng khuếch đại mà còn thể hiện khả năng phối hợp giữa các linh kiện để tái tạo âm thanh chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ứng dụng thực tế

Thông qua việc thực hiện đồ án này, người học có cơ hội tiếp cận với các kiến thức nền tảng về thiết kế mạch điện tử, từ việc tính toán, lựa chọn linh kiện, đến lắp ráp và kiểm tra mạch thực tế Đồng thời, đề tài còn giúp nâng cao kỹ năng phân tích mạch điện, phát hiện và khắc phục sự cố, góp phần chuẩn bị tốt hơn cho các ứng dụng trong công việc thực tiễn sau này

c) Phân công công việc

d) Bố cục báo cáo

Sau phần Mở đầu, báo cáo được trình bày trong ba chương, cụ thể như sau:

Chương 1 Tìm hiểu về mạch và nguyên lý làm việc: Trong chương này tìm hiểu rõ

mạch và cấu trúc của mạch, nguyên lý làm việc của mạch

Chương 2 Phân tích từng tầng và tác dụng của linh kiện: Ở chương này sẽ phân

tích tác dụng của từng tầng và tác dụng của từng linh kiện, cách hoạt động của chúng trong mạch

Chương 3 Tính toán: Ở chương này sẽ tính toán giá trị của linh kiện để chọn được

các linh kiện có trong mạch

Chương 4 Kiểm tra mạch: Ở chương này sẽ kiểm thử hoạt động của mạch.

Cuối cùng là Kết luận, Tài liệu tham khảo và Phụ lục liên quan đến đề tài.

Chương 1 TÌM HIỂU VỀ MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ

LÀM VIỆC

1.1 Khuếch đại âm tần

Mạch khuếch đại âm tần là các mạch hoạt động với các tín hiệu hình sin và không sin, có dải tần nằm trong khoảng tai người có thể nghe được Thông thường, tai của một người có sức khoẻ tốt có thể nghe được các âm thanh từ 20Hz đến 20KHz Ta sử dụng mạch khuếch đại âm tần vì nhiệm vụ của nó là khuếch đại điện áp và công suất các dạng tín hiệu xoay chiều trong dải tần số âm thanh Mạch khuếch đại âm tần khuếch đại các tín hiệu có tần số 20Hz đến 20KHz là dải tần số nghe được của âm thanh nên mạch khuếch đại âm tần được lựa chọn để khuếch đại các tín hiệu âm thanh Mạch khuếch đại công suất âm tần dùng để tạo ra một lượng công suất để cung cấp cho tải (tải thường là loa do chúng đòi hỏi một lượng công suất lớn để biến đổi tín hiệu điện thành sóng âm) Mạch khuếch đại công suất âm tần thường được sử dụng trong các máy: radio, máy thu hình, máy nghe băng, máy tăng âm, các hệ thống stereo, loa phát thanh,…

1.2 Giới thiệu mạch

Mạch khuếch đại âm thanh là một mạch điện tử được thiết kế nhằm tăng cường cường độ của tín hiệu âm thanh đầu vào Với vai trò này, mạch khuếch đại âm thanh được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống âm thanh như loa, ampli, hoặc các thiết bị phát nhạc

Mạch này sử dụng nguồn điện 12V DC để hoạt động và có khả năng khuếch đại tín hiệu âm thanh nhỏ từ thiết bị đầu vào (như micro, điện thoại hoặc máy nghe nhạc) đến mức đủ mạnh để điều khiển một loa công suất nhỏ (8Ω, 2W) Các linh kiện như transistor, điện trở, tụ điện và diode đóng vai trò quan trọng trong việc khuếch đại, điều chỉnh và ổn định tín hiệu âm thanh

1.3 Nguyên lý hoạt động

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý

Mạch khuếch đại âm thanh này hoạt động dựa trên việc xử lý tín hiệu âm thanh từ nguồn phát (đầu từ hoặc các thiết bị khác) và khuếch đại tín hiệu này qua các tầng, để tạo

ra âm thanh lớn hơn và rõ ràng hơn trên loa

o Tầng nguồn cấp: Cung cấp dòng điện một chiều (DC) ổn định từ nguồn xoay

chiều (AC) thông qua biến áp và mạch chỉnh lưu Đây là năng lượng cần thiết để các tầng hoạt động

o Tầng khuếch đại vi sai: Khuếch đại tín hiệu đầu vào nhỏ từ nguồn phát và xử lý

tín hiệu này theo cách đối xứng, đảm bảo độ trung thực cao giữa hai bán kỳ âm và dương của tín hiệu âm thanh

o Tầng khuếch đại trung gian: Tiếp tục khuếch đại tín hiệu để đạt được biên độ đủ

lớn trước khi đưa đến tầng công suất

o Tầng khuếch đại công suất: Đây là tầng quan trọng nhất, có nhiệm vụ đẩy tín

hiệu khuếch đại ra loa với công suất đủ lớn Nó sử dụng cấu hình đẩy-kéo (push-pull) để tái tạo tín hiệu cả ở pha dương và âm một cách hiệu quả, giảm thiểu tổn thất và méo tín hiệu

o Loa: Chuyển đổi tín hiệu điện đã khuếch đại thành âm thanh, tái hiện trung thực

nội dung tín hiệu gốc

Chương 2 PHÂN TÍCH TỪNG TẦNG VÀ TÁC DỤNG

CỦA LINH KIỆN

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý Proteus

2.1 Nguyên lý làm việc tổng quan

Cung cấp tín hiệu:

 Mạch nhận tín hiệu từ đầu vào (có thể là tín hiệu từ cassette), tín hiệu này có dạng hình sin, bao gồm cả bán kỳ dương và bán kỳ âm

Bán kỳ dương và bán kỳ âm:

 Bán kì dương: dòng điện dưa vào 220AC sau khi đi qua nguồn cấp được dòng 12VDC => Điện áp B Q1(NPN) tăng => dòng điện chạy từ cực C qua E của Q1,

đi qua R5 rồi xuống mass => Điện áp B Q3(NPN) tăng => dòng điện chạy qua C

và E Q3 đi qua R8 => tới B Q4(NPN), Q4 dẫn mạnh => dòng từ cực C qua E của Q4 qua loa và xuống mass => dòng qua Q4 phát ra âm thanh tương ứng qua Loa

 Khi tín hiệu đầu vào ở pha dương, Q1 dẫn dòng mạnh hơn Q2, làm tăng điện

áp tại đầu ra của tầng khuếch đại vi sai Tín hiệu này được khuếch đại thêm qua Q3 và Q5, sau đó truyền tới loa với công suất đủ lớn

 Bán kì âm: điện áp cực B Q1 giảm, Q1 dẫn yếu hoặc tắt => Điện áp cực B Q2(NPN) tăng => từ C qua E của Q2 qua R6 xuống mass => Q3, Q4 giảm, dẫn yếu hoặc tắt => Tín hiệu ấm đến cực B Q5(PNP) Q5 dân mạnh, chạy qua Q5 qua loa và xuống mass

 Khi tín hiệu đầu vào ở pha âm, Q2 dẫn dòng mạnh hơn Q1, làm giảm điện áp tại đầu ra của tầng khuếch đại vi sai Tín hiệu này tiếp tục được khuếch đại qua Q3

và Q4, sau đó truyền tới loa

2.2 Nguồn cấp

 (Biến áp, D1, C1, C2)

 Biến áp:

o Hạ điện áp từ 220V AC xuống điện áp xoay chiều thấp hơn (khoảng 12V AC)

o Đảm bảo an toàn và cung cấp dòng điện ổn định cho mạch

 D1 (Cầu diode chỉnh lưu):

o Chuyển đổi dòng xoay chiều (AC) từ biến áp thành dòng một chiều (DC)

o Bằng cách sử dụng các diode trong cấu hình cầu, dòng xoay chiều được chỉnh lưu toàn chu kỳ, nghĩa là cả bán kỳ dương và âm đều được chuyển thành dòng một chiều

 C1 (Tụ lọc):

o Làm phẳng điện áp DC sau chỉnh lưu bằng cách lưu trữ năng lượng trong bán

kỳ dương và phóng điện trong bán kỳ âm

o Đảm bảo nguồn cung cấp không bị dao động

 C2 (Tụ lọc phụ):

o Loại bỏ các nhiễu tần số cao còn sót lại sau chỉnh lưu, đảm bảo nguồn DC sạch

và ổn định cho các tầng hoạt động

2.3 Tầng khuếch đại vi sai

 (Q1, Q2, R2, R3, R4, R5, R6, R7, C3, C4, C5, VR1)

Tầng này sử dụng cấu trúc khuếch đại vi sai (differential amplifier) với hai transistor Q1 và Q2, giúp khuếch đại tín hiệu đầu vào và xử lý tín hiệu một cách đối xứng

 Q1, Q2 (Transistor C828):

o Hoạt động như một cặp khuếch đại vi sai, nhận tín hiệu từ nguồn âm thanh đầu vào

o Khi tín hiệu đầu vào thay đổi, dòng điện chạy qua hai transistor thay đổi đối ngược nhau, tạo sự khuếch đại tín hiệu đầu ra

 R2, R3:

o Làm điện trở tải cho tầng vi sai

o Đảm bảo dòng điện qua Q1 và Q2 được phân bổ đúng mức để khuếch đại tín hiệu hiệu quả

 R4, R5, R6, R7:

o Chia áp và ổn định hoạt động của Q1, Q2

o Điều chỉnh điểm làm việc (biasing) của tầng khuếch đại vi sai

 C3, C4:

o Tụ ghép tín hiệu, cho phép tín hiệu xoay chiều đi qua nhưng chặn thành phần một chiều, đảm bảo chỉ tín hiệu âm thanh được xử lý

 C5 (Tụ liên lạc tín hiệu):

o Chuyển tín hiệu đã khuếch đại đến tầng tiếp theo, loại bỏ các thành phần DC

 VR1 (Điện trở biến trở):

o Điều chỉnh độ lợi (gain) của tầng khuếch đại, cho phép thay đổi mức độ khuếch đại tín hiệu đầu vào

2.4 Tầng khuếch đại trung gian

 (Q3, R8, C6)

Tầng này tiếp tục khuếch đại tín hiệu từ tầng khuếch đại vi sai trước đó để chuẩn bị cho tầng khuếch đại công suất

 Q3 (Transistor C828):

o Hoạt động như một tầng khuếch đại độc lập, tăng biên độ tín hiệu đầu vào để sẵn sàng cho tầng công suất

 R8:

o Giới hạn dòng điện qua Q3, đảm bảo hoạt động ổn định của transistor

 C6 (Tụ ghép tín hiệu):

o Chuyển tín hiệu khuếch đại từ tầng trung gian đến tầng công suất, đồng thời loại bỏ các thành phần một chiều không mong muốn

2.5 Tầng khuếch đại công suất

 (Q4, Q5, R9, R10, R11, D2, D3, C7)

Tầng công suất sử dụng cấu hình đẩy-kéo (push-pull) với hai transistor Q4 và Q5, giúp khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào thành công suất đủ lớn để phát ra loa

 Q4 (Transistor B562):

o Khuếch đại tín hiệu bán kỳ âm của tín hiệu đầu vào

 Q5 (Transistor D468):

o Khuếch đại tín hiệu bán kỳ dương của tín hiệu đầu vào

 R9, R10, R11:

o Giới hạn dòng điện qua Q4 và Q5, đảm bảo hoạt động ổn định và giảm thiểu

sự cố do quá tải dòng điện

 D2, D3 (Diode bù áp):

o Tạo điện áp bù (bias voltage) để đảm bảo Q4 và Q5 dẫn chính xác trong từng bán kỳ của tín hiệu

o Giảm méo tín hiệu tại điểm chuyển đổi giữa hai transistor trong cấu hình đẩy-kéo

 C7 (Tụ lọc tín hiệu):

o Làm mượt tín hiệu khuếch đại cuối trước khi truyền đến loa

2.6 Tín hiệu ra

 Loa:

o Nhận tín hiệu khuếch đại từ tầng công suất và chuyển đổi tín hiệu điện thành

âm thanh, tạo ra âm lượng lớn hơn so với tín hiệu đầu vào

2.7

Chương 3 TÍNH TOÁN 3.1 Nguồn cấp

3.2 Tầng khuếch đại vi sai

3.3 Tầng khuếch đại trung gian

3.4 Tầng khuếch đại công suất

3.5 Tín hiệu ra

Chương 4 KIỂM TRA MẠCH

4.1 Kiểm tra mạch khuếch đại âm thanh mô phòng

4.1.1 Nguồn cấp

Mạch nguồn với nguồn đầu vào 222V AC và nguồn cấp vào mạch khuếch đại là 12V DC

Hình 3 Sơ đồ mạch nguồn

Sử dụng bộ biến áp để chuyển giá trị từ Vpri = 220V AC thành Vsec=12V AC Dòng điện chạy qua mạch chỉnh lưu cầu đưa dòng diện từ từ 2 chiều thành dòng điện 1 chiều Đi qua các tụ để lọc nhiễu dòng điện đầu vào U1 7812 U1 7812 có giá trí đầu vào

là từ 15-36v DC và giá trị đầu ra là 12V DC, trong trường hợp này có gái trị đầu vào là 15V DC nên giá trị đầu ra là 12V DC

4.1.2 Tầng khuếch đại vi sai

4.1.3 Tầng khuếch đại trung gian

4.1.4 Tầng khuếch đại công suất

4.1.5 Kiểm tra mạch khi có ngõ vào

4.2 Kiểm tra mạch khuếch đại âm thanh thi công

KẾT LUẬN

 Kết quả đạt được

+ Về hệ thống

+ Về kiến thức

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Ebook

 Website