Đồ án 1 Đề tài mạch khuyếch Đại âm thanh

Đứng trước thời đại 4.0 — kỷ nguyên số của toàn nhân loại, những ngành công nghiệp chế tạo như ph ầ mần, ph 3n cứng, vật liệu linh kiện bán dẫn đã đạt được nhi âi thành tựu đáng chú ý và

Giáo viên hướng dẫn: Ths Đào Xuân Phúc

Sinh viên thực hiện:

- Tr% Phi Hing K23-B 20A 12010089

- Nguyén Thi Khuyén K23-B 20A 12010006

- Lé Quang Khánh K23-B 20A 12010009

LOI GIOIT THIEU

Con người chúng ta là một sinh vật đặc biệt, chúng ta luôn phát triển và hướng tới những thứ mới mẻ nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống Đứng trước thời đại 4.0 — kỷ nguyên số của toàn nhân loại, những ngành công nghiệp chế tạo như

ph ầ mần, ph 3n cứng, vật liệu linh kiện bán dẫn đã đạt được nhi âi thành tựu đáng chú ý và góp phần không nhỏ vào sự thay đổi này

Nhận thấy tầm quan trọng của sự thay đổi có thể quyết định vận mệnh quốc gia như vậy, những môn liên quan đến ph3n cứng va ph m`ần đã được tích hợp sâu vào chương trình đào tạo như một phần không thể thiếu của các trưởng Cao đẳng, Đại, đặc biệt là các trường kỹ thuật nhằm đào tạo ra thế hệ các kỹ sư chất lượng trong tương lai Qua bộ môn “Ð ôán I1”, sinh viên sẽ có cái nhìn cụ thể và chi tiết hơn về ngành ngh`êmình được đào tạo và qua đó sẽ kích thích sự sáng tạo để cho ra những sản phẩm thiết thực phục vụ đời sống

Qua đ ồán này chúng em có cái nhìn thực tế hơn, sâu sắc hơn v`êmạch tương tự, chúng em cũng đã hiểu thêm nhỉ `âi v`êcách thức xử lý một bài toán thực tế phức tạp

và cách các linh kiện điện tử làm việc với nhau

Với sự hưởng dẫn tận tình của Ths Đào Xuân Phúc, chúng em hy vọng có thể hoàn thành tốt bài tập l3 này

Chúng em xin chân thành cảm ơn th!

0:009)Ic010020.00450991 591 5 In 5 I9 5

“no 8 a e 5

3 Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện . ác se sseeresrrsresres 6

ii nna ÔỎ 6 I4 8 u00 7 aaa ,Ô 6

2 Hình dáng và ký hiệu .- 2G 00H HH nh ng re 7

3 Cách đọc trị số điện tTỞI - -Ă c2 tt ST vn TH HH HH ng cước 7

icon 9 I9 9

2 Ky hiéu va hinh dang cla Transistor .cccccesesceesseteeseeseceeseeseeseeseeeseeaes 10

3 Nguyén tdc hoat dng ctla Transistor .c.ccecesessesecesecesesseseeesseseseeeeseeseseees 10

4 Cap dién cho Transistor (Vcc - điện áp cung cấp) .- << ll

5 Định thiên ( phân cực ) cho 'ÏrarnSiSfOF 5G 5S 1x nen II

IV Mạch khuếch đại cơ bản G5 <5 2111131113111 1111853881841 s5, 12

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ SỞ

I Tụ điện

1 Cấu tạo

se Cấu tạo của tụ điện g Gm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

° Người ta thưởng dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi

và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thưởng có điện dung nhỏ tử 0,47

HF trở xuống, các tụ này thưởng được sử dụng trong các mạch điện có t3 số cao hoặc

mạch lọc nhiễu

b) Tụ phân cực

s - Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương, tụ hoá có trị số lớn hơn vâgiá trị từ 0,4#7HEF đến khoảng 4.700 HE, tụ hoá thưởng được sử dụng trong các mạch có tn số thấp hoặc dùng để lọc ngu ®n, tụ hoá luôn có dạng hình tròn

C=E.S/d Trong đó: C là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F)

E : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d: là chỉ âi dày của lớp cách điện

Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F), I Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các don vi nhé hon nhu MicroFara (uF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF)

II Dién trở

1 Khai niém v €dién tre

¢ Dién tré la gi? Ta hi€u mét cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện

của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện

kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

2 Hình dáng và ký hiệu

° _ Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm

từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử

Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị Đen 0 Xanh lá 5

Nâu 1 Xanh lơ 6

Đỏ 2 Tím 7

Cam 3 Xám 8

Nhũ vàng -1 Nhũ bạc -2

Multiplier |} Tolerance ì O1 Silver ' † 10% Silver +

P Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, Ví dụ có một bóng đèn 9V, nhưng ta chỉ có ngu ân 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt

áp bớt 3V trên điện trở

U=12V

Đấu nối tiếp với bóng đèn một điện trở

se - Như hình trên ta có thể tính được trị số và công xuất của điện trở cho phù hợp như sau: Bóng đèn có điện áp 9V và công xuất 2W vậy dòng tiéu thu la I = P U=(2/9)=Ampe đó cũng chính là dòng điện đi qua điện trở

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Vì ngu ồn là 12V, bóng đèn 9V nên cẦn sụt áp trên R là 3V vậy ta suy ra điện trở cẦn tìm là R = U/I= 3 / (2/9) = 27/2 = 13,5 @

se Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P= U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy ta phải

dùng điện trở có công xuất P> 6/9 W

P Mắc điện trở thành c `ầi phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước

III Transistor

1 Cấu tao

* Transistor duoc hinh thanh tv ba lop bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ ty PNP ta được transistor thuận, nếu ghép theo thir ty NPN ta được transistor ngược V'`ê phương diện cấu tạo transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chi'âi nhau Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transistor (BTT) vì dòng điện chạy trong cất trúc nay bao g Gm cả hai điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Transistor ngược Transistor thuận

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lóp giữa gọi là cực góc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rã mỏng và có n`Ông độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E,

và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắc là C, vùng bán dẫn C và E có cùng

loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng có kích thước và nòng độ khác nhau nên không hoán vị được cho

2 Ký hiệu và hình dạng của Transistor

3 Nguyên tắc hoạt động của Transistor

* Xét hoạt động của Transistor NPN

© - Mạch khảo sát v`ênguyên tấc hoạt động của transistor NPN

Ta cấp một ngu ồn một chi âi UCE vào hai cực C và E trong đó (+) ngu Ôn vào cực C và (-) ngu Ân vào cực E

Cấp ngu ®n một chi âi UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E, trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E

Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )

Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) ngu UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE v cực (-) tạo thành dong IB

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng TC mạnh gấp nhi lâu ln dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức:

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

IC =ÿ.IB Trong đó: IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

B là hệ số khuyếch đại của Transistor

4 Cap dién cho Transistor (Vcc - điện áp cung cấp)

¢ Dé sw dung Transistor trong mạch ta c®n phải cấp cho nó một ngu ôn điện, tuỳ theo mục đích sử dụng mà ngu n điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay

đi qua điện trở, cuộn dây v v ngu &n điện Vcc cho Transistor được quy ước

là ngu ồn cấp cho cực CE

Vcc - Vcc +

5 Định thiên ( phân cực ) cho Transistor

* Định thiên : là cấp một ngu điện vào chân B ( qua trở định thiên) để đặt Transistor vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho dù rất nhỏ

IV Mạch khuếch đại cơ bản

Khối mạch vào: tiếp nhận tín hiệu âm tần từ: micro, audio jack, đĩa hát, đi `âi chỉnh tín hiệu đó cho phù hợp với máy

Khối ti â khuếch đại: Tín hiệu âm tẦn qua mạch có âm độ rất nhỏ, c n khuếch đại một trị số nhất định

Khối mạch âm sắc: dùng chỉnh độ trần - bổng của âm thanh

Khối mạch khuếch đại trung gian: Tín hiệu từ mạch âm sắc còn yếu phải tiếp tục khuếch đại mới đủ công suất kích cho tầng công suất

Khối khuếch đại công suất: có nhiệm vụ khuếch đại công suất âm tần đủ lớn

để phát ra loa

2 Các mạch khuếch đại cơ bản

a) Mạch khuếch đại mắc theo kiểu EC

* Chế độ tnh

V'ênguyên tắc, việc cung cấp cho Transistor để xác định điểm công tác tĩnh phải đảm bảo sao cho nó luôn thoả mãn đi ân kiện cho phép.Muốn vậy phải đảm bảo những yêu c ÂI sau:

Điện thế colectơ phải dương hơn điện thế bazo cia Transistor npn va 4m hon dién thế bazơ của Transistor pnp tử một đến vài vôn

Mặt ghép bazơ phải được phân cực thuận ( Usk=0.7V đối với bán dẫn làm bán dẫn làm bằng silic và Upz=0.3 V đối với bán dẫn làm bằng Ge )

Dòng colectơ phải lớn hơn dòng điện dư colecto-emitơ' nhỉ âi, có nghĩa lIcel > llceOl

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Mach khuéch dai emito chung

UN, RN L3n lượt là điện áp và điện trở trong ngu ôn tín hiệu

© Chế độ tĩnh của l Transistor được xác định bởi 4 tham số IB, IC, UBE,UCE

Trong đó thường cho biết trước L tham số.Ví dụ cho trước IC các tham số còn lại sẽ được xác định trong sự ràng buộc với sự ràng buộc với đặc tuyến vào ra của Transistor

- Họ đặc tuyến vào lạ = f¡ (Ucr, Unr )

- Ho dac tuyén ra Ic = fo (Uce, Ip)

Quan hệ ràng buộc được xác định bởi đưởng tải tĩnh Ic=fs (Ucr) Nếu giả sử

Hình a): Truong hop Transistor cd hé số khuếch đại bé

Hình b): Trưởng hợp Transistor có hệ số khuếch đại lớn

© Khi thay đổi giá trị RC+RE thì đường tải tĩnh quay xung quanh điểm P còn khi thay đổi điện áp cung cấp ngu UCC thì đường tải tĩnh dịch trái hoặc dịch phải Điểm làm việc phải nằm trên đường tải tĩnh, đó là giao điểm của đường tải tĩnh với đặc tuyến ra ứng với dòng vào IC0 và IB0.Trong thực tế thưởng cho trước điện áp ngu ôn cung cấp, lúc đó việc chọn điểm làm việc và điện trở tuy thuộc vào các yếu tố sau:

- Bién dé tin hiéu ra (dòng, áp, công suất)

- Hés& khuéch dai

- Dai t% cta tin hiệu vào

- _ Tham số của mạng 4 cực

- Méo phi tuyến cho phép, điện trở vào và điện trở ra của mạch

Tạp âm

- _ Tham số giới hạn I, U, P

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

° Trong phạm vi đ ồán nay em sử dụng Transistor mắc theo kiểu EC có phản

hổ điện áp ở tầng khuếch đại công suất nên ở đây em chỉ trình bày sơ đ öEC

có h tiếp âm điện áp

- _ Hệ số khuếch đại điện áp:

Jy FY go HSE yu TOL) + ToC Toll Getty Yolo)

> Kup = Ke H STAMP) `” #y®%*2%3;#lq

b) Các chế độ hoat d6ng ctla mach khuyéch đại công suất và nối tầng

* Mạch khuếch đại công suất loại A

Ở chế độ này, tín hiệu gn như tuyến tính.Góc cắt@ =T/2=180°.Nhược điểm của mạch loại này là hiệu suất của nó thấp, bé hơn 50%

* Mạch khuếch đại công suất loại AB

Ở chế độ này tín hiệu ra bị méo nhưng hiệu suất của nó lớn Góc cắt 900 <Ø

<180°

* Mạch khuếch đại công suất loại B

Ứng với 8 = 900, Điểm làm việc tĩnh được xác định tại Upg = 0.Chỉ một nửa chu kì âm hoặc dương của điện áp được vào Transistor khuếch đại

Với mạch khuếch đại mà chúng em đang thiết kế thì sử dụng mạch loại AB và

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Với mục đích là để tạo ra hệ số khuếch đại lớn hơn

Có 3 cách ghép nối các tng khuếch đại là: sơ đ`ô Darlington, ghép tng bằng điện dung, ghép trực tiếp.Irong phạm vi đ ôán này em sử dụng sơ đ ồDarlington.Vì vậy em tập trung đi sâu vào cách ghép nối này

Khi 2 transistor chế tạo trên cùng một đế bán dẫn thì 1 = 2 = Bp

Cặp Darlington có hệ số khuyếch đại dòng cao và trở kháng vào cao Nó thưởng được dùng để thay cho các mạch lặp E

Thông thưởng các nhà chế tạo Transistor sẽ đặt cặp Darlington vào trong một

vỏ đơn làm cho 2 Transistor có cùng nhiệt độ làm việc

Các mạch lặp E sử dụng kết nối Darlington có các đặc điểm so với mạch lặp E

sử dụng Transistor đơn là:

+ Trở kháng vào cao hơn

+ Hệ số khuyếch đại điện áp Av gẦn | hon

+ Hệ số khuyếẽch đại dòng cao hơn

- _ Đểcó hỗ dẫn lớn thường chon Ipi>Ip2

=——?— đạt giá trị vô

Cửa thuận nối đất nên U; = 0; giả thiết ic lí trởng nên Ko 7

cung

=)Up - Un =0 = Up=Un=0

Zio = Ua/Ton dat gia tri v6 cling = Ion= 0

Ta ap dụng định lí Kiếc s6p cho nuit N >)h = la

U/R¡= -Uo/R¿

= K¡= Ug/U¡ = -Rz/Ri

Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Điện tử - Viễn thông

II Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạch

* Tầng khuyếch đại công suất

- _ Yêu cẦi thiết kế công suất ra loa Pl =4 W

=Pcmax = Vcc2/2* 7r *RI

Vậy công suất tối đa trên mỗi transistor Q3 và Q4 là:

Pc3 max=Pc4 max = Vcce2/4* 72 * RI = 0.7w

Liic nay hé s& pham chat ctia transistor Pemax/Plmax = 0.7/4 = 0.2

Chon các giá trị trở R9 và R10 có tác dụng ổn định nhiệt, tạo dòng h S tiếp để cân bằng đẩy kéo dòng qua tải cũng chính là dòng qua các trở này ở từng bán

kỳ bởi vậy để không ảnh hưởng đến công suất của tải ta thưởng chọn R9 và

RI0= 19

Tầng tỉ â khuyếch đại và tầng h ö tiếp:

Qua sơ đ ồmach ta nhận thấy rằng có đến 2 mối nối BE cần được bù nhiệt, bởi vậy ta chọn 2 diot để thực hiện nhiệm vụ này, nhiệm vụ khác của 2 diot này là phân cực DC cho cap transistor Q3 va Q4 sao cho 2 transistor nay làm việc ở lớp AB tránh méo tín hiệu ở ngõ khuyéch đại ra loa, 2 điot này còn chịu dòng

đò do transistor Q; mang tới ở chế độ AC ta sẽ chọn diot dựa theo các thông

số

Ig = 20mA

“Ve; > 7V))))

Khảo sát tụ điện và băng thông của mạch

Tu Cs phải tích điện tốt do tân số cắt thấp là 100hz nên chọ giá trị

Cs= 2200uf F1(c5) =1/27 *(r+re)ŠCs

Tụ liên lạc cịa = nối tín hiệu điện áp và tầng nhận tín hiệu vào, để không gây méo tín hiệu ta chọn cin sao cho cin = 1/2*( jr *f1*Zin) = LOUF

Ill Nguyén ly hoat déng

* Chế độ tĩnh : Khi tín hiệu vào bằng 0:

Mạch được thiết kế để Q¡, Q¿ hoạt động ở chế độ A Q:, Q¿ có thể ở chế độ A hoặc AB

PRI được đi `âi chỉnh để Q:, Qx có điện áp chân B bằng nhau, như vậy độ mở cla Q3 = Qu va két qua la điện áp tại điểm C bằng 1/2 điện áp ngu ân cấp (theo

20