Báo cáo đề tài khảo sát mạch khuếch đại âm thanh

Báo cáo đề tài khảo sát mạch khuếch đại âm thanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN KINH TẾ

BÁO CÁO

THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ & KỸ THUẬT SỐ II

Đề tài:

Khảo sát mạch khuếch đại âm thanh

Nguyễn Kim Trọng Nguyễn Văn Thêm

Trần Văn Chuyên

Giáo viên hướng dẫn : Đinh Quý Long

Thái Nguyên, tháng 05 năm 2012

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước Sự phát triển nhanh chóng của khoa học – công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao… Nhưng một điều cơ bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, FET mà nền tảng là điện tử tương tự

Có thể nói, mạch khuếch đại âm thanh là một trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển của những sản phẩm Điện Tử phục vụ cho nhu cầu của con người Sau hơn hai năm hoc, với sự tích lũy kiến thức của các môn học: Vật liệu linh kiện điện tử, Mạch điện tử 1 và 2 đã đảm bảo cho chúng em có thể phân tích

và thiết kế một mạch khuếch đại công suất âm tần

Hiện nay, trong nước đã có rất nhiều máy khuếch đại âm thanh trên thị trường, mà tầng khuếch đại công suất được thiết kế với các dạng mạch như sau: mach khuếch đại OTL, mạch khuếch đại OCL, mạch khuếch đại BCL… nhưng phổ biến nhất là loại mạch khuếch đại OCL Bởi vì dạng mạch này có nhũng ưu điểm về: hiệu suất, hệ số sử dụng BJT(FET) công suất, độ lợi băng thông, biên độ tín hiệu ra… chính vì thế mà nhóm chúng em chọn mạch khuếch đại âm thanh làm đề tài cho môn học của nhóm em

Trong quá trình thực hiện, chúng em được sự hướng dẫn tận tình của thầy Đinh Quý Long Đó chính là điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án thành công tốt đẹp

Chúng em xin trân trọng cảm ơn thầy Đinh Quý Long và các thầy, cô đã giúp đỡ chúng em trong thời gian qua

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

1.1 Mạch khuếch đại

1.1.1 Khái niệm về mạch khuếch đại

Mạch khuếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch khuếch đại âm tần trong Cassete, Âmply, khuếch đại tín hiệu video trong tivi mầu v.v …

Có ba loại mạch khuếch đại chính là :

Khuếch đại về điện áp: Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần

Mạch khuếch đại về dòng điện: Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có

cường độ yếu vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu cho cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần

Mạch khuếch đại công xuất: Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có công xuất yếu vào, đầu ra ta thu được tín hiệu có công xuất mạnh hơn nhiều lần, thực ra mạch khuếch đại công xuất là kết hợp cả hai mạch khuếch đại điện áp và khuếch đại dòng điện làm một

1.1.2 Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại

Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại là phụ thuộc vào chế độ phân cực cho Transistor, tuỳ theo mục đích sử dụng mà mạch khuếch đại được phân cực để KĐ ở chế độ A, chế độ B , chế độ AB hoặc chế độ C

 Mạch khuếch đại ở chế độ A

Là các mạch khuếch đại cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn giốn với tín hiệu ngõ vào

Hình 1.1 Mạch khuếch đại chế độ A khuyếch đại cả hai bán chu kỳ tín hiệu ngõ

Để Transistor hoạt động ở chế độ A, ta phải định thiên sao cho điện

áp UCE ~ 60% ÷ 70% Vcc

Mạch khuếch đại ở chế độ A được sử dụng trong các mạch trung gian như khuếch đại cao tần, khuyếch đại trung tần, tiền khuyếch đại vv

 Mạch khuếch đại ở chế độ B

Mạch khuếch đại chế độ B là mạch chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu, nếu khuyếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuếch đại bán

kỳ âm ta dùng transistor PNP, mạch khuếch đại ở chế độ B không có định thiên

Hình 1.2 Mạch khuếch đại ở chế độ B chỉ khuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu

ngõ vào

Mạch khuếch đại chế độ B thường được sử dụng trong các mạch khuếch đạicông xuất đẩy kéo như công xuất âm tần, công xuất mành của Ti vi, trong các mạch công xuất đẩy kéo , người ta dùng hai đèn NPN và PNP mắc nối tiếp , mỗi đèn sẽ khuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu, hai đèn trong mạch khuếch đại đẩy kéo phải có các thông số kỹ thuật như nhau

 Mạch khuếch đại ở chế độ AB

Mạch khuếch đại ở chế độ AB là mạch tương tự khuếch đại ở chế độ B, nhưng có định thiên sao cho điện áp UBEsấp sỉ 0,6 V, mạch cũng chỉ khuyếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu và khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuyếch đại chế độ B, mạch này cũng được sử dụng trong các mạch công xuất đẩy kéo

Hình 1.3 Mạch khuếch đại công xuất Âmply có : Q1 khuếch đại ở chế độ A, Q2 khuếch đại ở chế độ B, Q2 khuếch đại cho bán chu kỳ dương, Q3 khuyếch đại

cho bán chu kỳ âm

 Mạch khuếch đại ở chế độ C

Là mạch khuếch đại có điện áp UBE được phân cự ngược với mục đích chỉ lấy tín hiệu đầu ra là một phần đỉnh của tín hiệu đầu vào, mạch này thường sử dụng trong các mạch tách tín hiệu Ví dụ mạch tách xung đồng bộ trong ti vi mầu:

Hình 1.4 Ứng dụng mạch khuếch đại chế độ C trong mạch tách xung đồng bộ Ti

vi mầu

Chương 2: Các kiểu mắc của Transistor

2.1 Transistor mắc theo kiểu E chung

Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy

ra trên cực C, mạch có sơ đồ như sau :

Hình 2.1 Mạch khuếch đại điện áp mắc kiểu E chung , Tín hiệu đưa vào cực B và

lấy ra trên cực C

Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung.

Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện

áp UCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc

Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuếch đại về điện áp

Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm, và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào

Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử

2.2 Transistoristor mắc theo kiểu C chung

Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn (Lưu ý: về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass), tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E , mạch có sơ đồ như sau :

Hình 2.2 Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên

cực E

Đặc điểm của mạch khuếch đại C chung:

Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào

Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện

áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm

Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần:

Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistoristor có hệ số khuếch đại β

= 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính

là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào

Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuếch đại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn .

Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ

Mạch mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế

Hình 2.3 Mạch khuếch đại kiểu B chung , khuếch đại về điện áp và không khuếch

đại về dòng điện

Chương 3: Các kiểu ghép tầng

3.1 Khái niệm về ghép tầng

Một thiết bị điện tử gồm có nhiều khối kết hợp lại, mỗi khối lại có nhiều tầng khuyếch đại được mắc nối tiếp với nhau và khi mắc nối tiếp thường sử dụng một trong các kiểu ghép sau :

 Ghép tầng qua tụ điện

 Ghép tầng qua biến áp

 Ghép tầng trực tiếp

3.2 Ghép tầng qua tụ điện

Sơ đồ mạch ghép tầng qua tụ điện:

Hình 3.1 Mạch khuếch đại đầu từ - có hai tầng khuếch đại với nhau qua tụ

Ở trên là sơ đồ mạch khuếch đại đầu từ trong đài Cassette, mạch gồm hai tầng khuếch đại mắc theo kiểu E chung, các tầng được ghép tín hiệu thông qua tụ điện, người ta sử dụng các tụ C1 , C3 , C5 làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều

đi qua và ngăn áp một chiều lại, các tụ C2 và C4 có tác dụng thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống mass, C6 là tụ lọc nguồn

Ưu điểm của mạch là đơn giản, dễ lắp do đó mạch được sử dụng rất nhiều trong thiết bị điện tử, nhược điểm là không khai thác được hết khả năng khuếch đại của Transistoristor do đó hệ số khuyếch đại không lớn

Ở trên là mạch khuyếch đại âm tần, do đó các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị số từ 1µF ÷ 10µF

Trong các mạch khuếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nanô Fara

Hình 3.2 Sơ đồ mạch trung tần tiếng trong Radio sử dụng biến áp ghép

tầng

Tầng Trung tần tiếng của Radio sử dụng biến áp ghép tầng Ở trên là sơ đồ mạch trung tần Radio sử dụng các biến áp ghép tầng, tín hiệu đầu ra của tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau

Ưu điểm của mạch là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được tối ưu hệ số khuếch đại , hơn nữa cuộn sơ cấp biến áp có thể đấu song song với tụ để cộng hưởng khi mạch khuếch đại ở một tần số cố định

Nhược điểm : nếu mạch hoạt động ở dải tần số rộng thì gây méo tần số, mạch chế tạo phức tạp và chiếm nhiều diện tích

3.4 Ghép tầng trực tiếp

Kiểu ghép tầng trực tiếp thường được dùng trong các mạch khuếch đại công suất âm tần Mạch khuếch đại công suất âm tần có đèn đảo pha Q1 được ghép trực tiếp với hai đèn công suất Q2 và Q3

Hình 3.3 Sơ đồ kiểu ghép tầng trực tiếp

Chương 4: Các linh kiện sử dụng trong mạch

4.1 Transistoristor C1815

Hình 4.1 Hình dạng và kí hiệu của Transistoristor C1815

C1815 là loại Transistoristor NPN công suất thấp Các thông số cơ bản:

VCBO = 60V (MAX)

VCEO = 50V (MAX)

VEBO = 5V (MAX)

IC = 150mA (MAX)

IB = 50 mA

PC = 40 mW

hFE = 70 - 140 ( Min 25, Max 700 tùy thuộc vào VCE và IC)

fT = 80MHz (Tần số hoạt động MIN)

4.2.1 Transistoristor TIP41

Hình 4.2 Hình dạng và kí hiệu của Transistoristor TIP41

TIP41 là loạiTransistoristor công suất cao NPN.Có các thông số cơ bản sau:

VCBO = 40V (MAX)

VCEO = 40V (MAX)

VEBO = 5V (MAX)

IC = 6A (MAX)

IB = 2A

PC = 65W

4.2.2 Transistoristor TIP42

Hình 4.2 Hình dạng và kí hiệu của Transistoristor TIP42

TIP42 là loại Transistoristor công suất cao PNP.Các thông số:

VCBO = 40V (MAX)

VCEO = 40V (MAX)

VEBO = 5V (MAX)

IC = 6A (MAX)

IB = 2A

PC = 65W

4.3 Điện trở và biến trở

4.3.1 Điện trở

Hình 4.3 Hình ảnh điện trở

Hình 4.4 Hình ảnh biến trở

Biến trở (Triết áp) được cấu tạo gồm điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay 2700 Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt làm bằng than hay bằng kim loại có biến trở than,con trượt sẽ ép lên mặt điện trở

để tạo kiểu tiếp xúc làm thay đổi trị số của điện trở khi xoay trục

Chương 5: Mạch khuếch đại âm thanh

5.1 Mạch nguyên lý

Q 1

T I P 4 1

Q 2

T I P 4 2

D 1

D I O D E

D 2

D I O D E

R 3

R E S I S T O R V A R

R 4

1 0 k

R 5

P O T

1 2 V

Q 3

C 1 8 1 5

C 1

1 0 0 n F

1

2

J 1

I N

1 2

J 2

L O A

C 2

1 0 0 0 u F

C 3

2 2 0 0 u F

1 2

J 3

C O N 2

V C C

R 6

2 2 0

Hình 5.1 Sơ đồ mạch nguyên lý Nhiệm vụ của các linh kiện :

Q3: là Transistoristor tiền khuếch đại và đảo pha tín hiệu (C1815)

Q2: là Transistoristor công suất khuếch đại bán chu kỳ âm (TIP42)

Q1: là Transistoristor công suất khuếch đại bán chu kỳ dương (TIP41)

Volume: là Triết áp điều chỉnh âm lượng (50k)

C1: là tụ nối tầng cho tín hiệu âm tần qua, ngăn áp một chiều lại (100nF)

C2: là tụ ra loa (1000uF)

Biến trở R4 (10k) và R6 (220 Ohm) là điện trở phân cực cho Transistor Q3, đồng thời là mạch hồi tiếp âm, hồi tiếp tín hiệu đầu ra trở lại đầu vào, nhằm tăng cường tính ổn định cho mạch công suất

R3 (10k) là điện trở gánh của TransistorQ3 , đồng thời phân cực cho Transistor Q1

C3: là tụ lọc nguồn cho tầng công suất (2200uF)

D1 và D2 được phân cực thuận để tạo ra sự sụt áp khoảng 1,2V phân cực cho

5.2 Hình ảnh mạch thật

Hình 5.2 Hình ảnh mạch thật

5.3 Nguyên lý hoạt động

Tín hiệu âm tần (Trong đài, máy tính, mp3…) được đưa vào đầu triết áp Volume, tín hiệu lấy ra ở điểm giữa triết áp có biên độ thay đổi tuỳ theo mức độ điều chỉnh của người sử dụng => tín hiệu được đưa qua tụ C1 đi vào Transistor Q3 khuếch đại, Q3 là Transistor khuếch đại về biên độ điện áp, Q3 được phân cực sao cho UCE của Q3 » 0,5Vcc ( để đạt được giá trị này ta điều chỉnh R4 )

Hai Transistor công suất được mắc đẩy kéo để khuếch đại cho hai nửa chu

kỳ của tín hiệu, tín hiệu vào B ra E do đó hai Transistor công suất khuếch đại về cường độ dòng điện

Tín hiệu lấy ra từ chân E của hai Transistor công suất có cường độ đủ mạnh được ghép qua tụ C2 đưa ra loa

Nguồn nuôi của mạch trên có thể thay đổi từ 6V đến 12V, khi thay đổi nguồn nuôi ta chỉ việc thay đổi R4 để thu được UCE của hai Transistor công suất cân bằng

Mạch mắc gồm 2 tầng ghép trực tiếp: tầng 1 gồm Transistor Q3 và tầng 2 gồm Transistor Q1 và Q2 Tầng 1 làm nhiệm vụ khuếch đại tiền công suất, đảo pha tín hiệu, tầng 2 làm nhiệm vụ khuếch đại đẩy kéo tín hiệu, đưa ra loa

Chương 6: Hướng phát triển

Sau quá trình thực hiện bài tập lớn này cùng với những kiến thức đã được học chúng em có hướng phát triển xây dựng những mạch khuếch đại với công suất lớn hơn, ổnđịnh hơn và hiệu suất cao hơn được ứng dụng trong thực tế nhiều hơn

Chương 7 Tài liệu tham khảo

1 Thực hành điện tử & kỹ thuật số 1,2 – Đại học CNTT & TT

2 Điện tử căn bản - Internet

3 Nguyên lý điện tử 1 – Đại học CNTT & TT

4 Kỹ thuật mạch điện tử - TS Đặng Văn Quyết.

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Thái nguyên, Ngày …… Tháng …… Năm 2012

Giáo viên