Thiết kế mạch khuếch đại âm

Kinh tế ngày càng quốc tế hóa, xã hội cũng ngày càng phát triển. Để đáp ứng nhu cầu bức thiết của cuộc sống và hội nhập tiến độ phát triển trên thế giới, đi hỏi các ngành khoa học kỹ thuat hiện nay ngày phải một nâng cao và phát triển về chất lượng và khả năng ứng dụng rộng rãi. Trong đó ngành công nghệ kỹ thuật điện tử cũng đóng một vai trò quang trọng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất của thế giới. Là một sinh viên đang còn ngồi trên ghế nhà trường,,em đã được trao dồi những kiến thức chuyên môn của ngành học.Tuy được học và thực hành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ một phần nào đó nhỏ bé so với những kiến thức ngoài thực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải. vì thế, em rất muốn vận dụng nhũng kiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gì còn thiếu. Trong những năm học tập, thực hiện nghiên cứu đồ án vừa qua, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo bộ môn,em đã học hỏi được rất nhiều điều trong thực tế, cũng như tìm hiểu nhung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thành báo cáo đồ án này. Vì thế sau khi cân nhắc và được sự góp ý của các thầy cô em đã chọn đề tài “Mạch khuếch đại âm thanh” Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều thiếu sót, rất mong thầy cô thông cảm.

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế ngày càng quốc tế hóa, xã hội cũng ngày càng phát triển Để đáp ứngnhu cầu bức thiết của cuộc sống và hội nhập tiến độ phát triển trên thế giới, đi hỏicác ngành khoa học kỹ thuat hiện nay ngày phải một nâng cao và phát triển về chấtlượng và khả năng ứng dụng rộng rãi Trong đó ngành công nghệ kỹ thuật điện tửcũng đóng một vai trò quang trọng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất của thếgiới

Là một sinh viên đang còn ngồi trên ghế nhà trường,,em đã được trao dồi nhữngkiến thức chuyên môn của ngành học.Tuy được học và thực hành nhiều trên lớpnhưng đó chỉ một phần nào đó nhỏ bé so với những kiến thức ngoài thực tế ngày nay

và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải vì thế, em rất muốn vận dụng nhũngkiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gì còn thiếu Trong nhữngnăm học tập, thực hiện nghiên cứu đồ án vừa qua, được sự giúp đỡ của các thầy côgiáo bộ môn,em đã học hỏi được rất nhiều điều trong thực tế, cũng như tìm hiểunhung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thành báo cáo đồ án này Vìthế sau khi cân nhắc và được sự góp ý của các thầy cô em đã chọn đề tài “Mạchkhuếch đại âm thanh”

Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều thiếu sót, rất mong thầy

cô thông cảm

Trong quá trình làm đồ án này cũng như có được kết quả ngày hôm nay em luônđược sự giúp đỡ của thầy cô hướng dẫn và nhà trường nhân đây em xin gửi lời cảm

Đặc biệt em xin chuyển lời cảm ơn trân trọng đến thầy Mạnh Thế Văn giáo viênhướng dẫn để em có thể hoàn thành đồ án này, thầy đã đưa ra những ý kiến thiếtthực nhằm bổ xung và diều chỉnh những vấn đề còn hạn chế trong đồ án

Em xin chân thành cảm ơn thầy Mạnh Thế Văn nói riêng và các thầy cô khoaĐiện_Điện Tử nói chung, đã tận tình giúp đỡ em và tạo điều kiện thuận lợi trong

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Mạnh Thế Văn và các thầy cô khoaĐiện_Điện Tử, em chúc các thầy cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong côngviệc.

Em xin chân thành cảm ơn !

GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

2 Ký hiệu và hình dạng của Transistor :

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt

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

Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

4 Cấp điện cho Transistor ( Vcc - điện áp cung cấp )

Để sử dụng Transistor trong mạch ta cần phải cấp cho nó một nguồn điện, tuỳ theomục đích sử dụng mà nguồn điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay đi qua điệntrở, cuộn dây v v nguồn điện Vcc cho Transistor được quy ước là nguồn cấp cho

Cấp nguồn Vcc cho Transistor ngược và thuận

Ta thấy rằng : Nếu Transistor là ngược NPN thì Vcc phải là nguồn dương (+), nếuTransistor là thuận PNP thì Vcc là nguồn âm (-)

5 Định thiên ( phân cực ) cho Transistor .

* Định thiên : là cấp một nguồn điện vào chân B ( qua trở định thiên) để đặtTransistor vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho

* Tại sao phải định thiên cho Transistor nó mới sẵn sàng hoạt động ? : Để hiếu được

Ở trên là hai mạch sử dụng transistor để khuyếch đại tín hiệu, một mạch chân Bkhông được định thiên và một mạch chân B được định thiên thông qua Rđt

Các nguồn tín hiệu đưa vào khuyếch đại thường có biên độ rất nhỏ ( từ 0,05V đến0,5V ) khi đưa vào chân B( đèn chưa có định thiên) các tín hiệu này không đủ để tạo

ra dòng IBE ( đặc điểm mối P-N phaỉ có 0,6V mới có dòng chạy qua ) => vì vậycũng không có dòng ICE => sụt áp trên Rg = 0V và điện áp ra chân C = Vcc

Ở sơ đồ thứ 2 , Transistor có Rđt định thiên => có dòng IBE, khi đưa tín hiệu nhỏvào chân B => làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm, sụt áp trên Rg cũng thay đổi => và kết quả đầu ra ta thu được một tín hiệu tương tự

=> Kết luận : Định thiên ( hay phân cực) nghĩa là tạo một dòng điện IBE ban đầu,một sụt áp trên Rg ban đầu để khi có một nguồn tín hiệu yếu đi vào cực B , dòngIBE sẽ tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt áp trên Rgcũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra

6 : Transistor khuếch đại đệm KSE 340 KSE 350 ;

Có nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu đủ lớn để đưa tới 2transsistor 2SC5200 và2SA1943 nhằm khắc phục thiếu dòng điện bị méo tin hiệu khi hoạt động hết côngsuất

7 :Transistor công suất 2SC 5200 và 2SA 1943

II>>TỤ ĐIỆN :

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụđiện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụgốm, Tụ hoá

a tụ không phân cực:

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µFtrở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặcmạch lọc nhiễu

b Tụ phân cực:

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đếnkhoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặcdùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn có dạng hình tròn

3 Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện.

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện,điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi vàkhoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S /d

Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d : là chiều dày của lớp cách điện

Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong

thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara

III>> ĐIỆN TRỞ :

1 khái niệm về điện trở :

Điện trở là gì ? Ta hiểu một 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 trởlớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

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 ta tạo ra được các loại điệntrở có trị số khác nhau

Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

3 Cách đọc trị số điện trở :

Quy ước các vòng màu

Màu Sắc Gía Trị Màu Sắc Gía Trị

Đen 0 Xanh lá 5

Nâu 1 Xanh lơ 6

Đỏ 2 Tím 7

Cam 3 Xám 8

Vàng 4 Trắng 9

Nhũ vàng -1

Nhũ bạc -2

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng

5 vòng mầu

4 Ứng dụng của điện trở

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh

kiện quan trọng không thể thiếu được , trong mạch điện , điện trở có những

tác dụng sau :

nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở đểsụt áp bớt 3V trên điện trở.

Đấu nối tiếp với bóng đèn một điện trở

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

- Vì nguồn là 12V, bóng đèn 9V nên cần sụt áp trên R là 3V vậy ta suy rađiện trở cần tìm là R = U/ I = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω

- Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P = U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy taphải dùng điện trở có công xuất P > 6/9 W

Cầu phân áp để lấy ra áp U1 tuỳ ý

Từ nguồn 12V ở trên thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp U1,

áp U1 phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.theo công thức

U1 / U = R1 / (R1 + R2) => U1 = U.R1/(R1 + R2)

Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn

Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động

Mạch phân cực cho Transistor

Tham gia vào các mạch tạo dao động R C

Mạch tạo dao động sử dụng IC 555

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

Bộ khuếch đại công suất lớp A:

Điểm là tín hiệu ngõ ra của BJT luôn ở trong vùng tích cực có nghĩa làBJT được phân cực sao cho tín hiệu ngõ ra luôn biến thiên theo tín hiệu ngõ

+ Ưu điểm: tín hiệu ngõ ra biến thiên 3600 theo tín hiệu ngõ vào, tín hiệu

có chất lượng tương đối tốt, ít biến dạng

+ Khuyết điểm: do được phân cực ở chế độ làm việc tối ưu nên có tiêu

hao năng lượng lớn kêt cả khi không có tín hiệu ở ngõ vào, hiệu suất củamạch thấp thường là :

η = 25% Vì vậy mạch này ít được sử dụng

Bộ khuếch đại công suất lớp B:

Đặc điểm phân cực là điện áp VBE= 0V vì vậy khi tín hiệu ngõ vào phảivượt qua

Điện áp ngưỡng Vγ của BJT thì mới cò tín hiệu ở ngõ ra thường chỉ khuếch

đạ ở một bán kì dương hoặc âm tuỳ thuộc vào loại BJT là PNP hay NPN Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng PUSH – PULL

+ Ưu điểm: mạch không hoạt động khi không có tín hiệu ở nhõ vào, vì

vậy tổn hao năng lượng rất ít

vào phải vượt qua điện áp ngưỡng Vγ của BJT Hiệu suất của mạch caothường là η = 50% - 78.5%.

Bộ khuếch đại công suất lớp AB:

Đặc điểm là sự cải tiến nhược điểm meo xuên tâm của lớp B bằng cáchnâng áp phân cực điểm tĩnh Q sao cho nằm trong vùng giữa lớp A và lớp B,mạch được phân cực có VBE gần bằng hoặc bằng Vγ của BJT Vì vậy tín hiệungõ vào sẽ được khuếch đại cho tín hiệu ngõ ra hơn nửa chu kì

Mạch khuếch đại công suất thường được ghép dạng bổ phụ, có nghã là haiphần tử BJT công suất có cùng thông soosnhuwng một lá loại PNP và một làNPN Neu mạch được thiết kế dùng nguồn đôi ta gọi là mạch khuếch đạicông suất dạng OCL ( Output

Capactor- Less), nếu dùng nguồn đơn và ngõ ra có tụ ta gọi là mạch khuếch

+Ưu điểm: tín hiệu ngõ ra ít bị méo dạng hơn ở lớp B, tiêu hao năng

lượng khi không có tín hiệu ngõ vào ít hơn lớp A, hiệu suất của mạch cao,

hệ số sử dụng BJT cao

+ Khuyết điểm: cần có biến áp cung cấp nguồn đối xứng đối với mạch

OCL phải có tụ ở ngõ ra đối với mạch OCL

Bộ khuếch đại công suất lớp C:

Đặc điểm là mạch được phân cực cho BJT nằm trong vùng ngưng dẫn sâuhơn so với lớp B vì vậy mạch chỉ khuếch đại một phần đỉnh của tín hiệungõ vào, do đó mạch không phù hợp để khuếch đại tín hiệu âm tầng, màthường được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu cao tần

PHẦN III : THIẾT KẾ

I: SƠ ĐỒ KHỐI:

những tìn hiệu nhỏ có biên độ nhỏ: từ 30mV đến 775mV Tìn hiệu này đượcđưa vào mạch khuếch đại công suất, sau khi được khuếch đại thành tín hiệu

có biên độ lớn và được đưa ra loa

Sơ đồ khối của một mạch khuếch đại công suất thường được chia làm bagiai đoạn và hồi tiếp âm:

Tầng khuếch đại công suất: là tầng khuếch đại đồng nhất điện áp và dòng

điện, cung cấp công suất lớn cho tải( loa)

Hồi tiếp âm: giữ cho mạch hoạt động ổn định và làm giảm méo tín hiệu

Vo

II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

Với sơ đồ khối như trên, có thể thiết kế bất kì một loại mạch khuếchđại công suất theo yêu cầu của người tiêu dùng Cụ thể trong đồ án Môn họcmạch điện tử này, nhóm thực hiện thiết kế một mạch khuếch đại công suất

có các yêu cầu sau:

- Dạng mạch: OCL

- Công suất ngõ ra: PLMax = 100W

- Băng thông: BW = 20Hz – 20KHz

- Tải RL = 8ohm

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch KĐCS âm tần – OCL

1 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của từng tầng:

1.1 tầng công suất:

Hình : Sơ đồ nguyên lí tầng công suất dang PUT – PULL bổ phụ

b) Hoạt động của mạch:

- Khi tín hiệu vào có bán kì dương:

+ VBE tăng lên nên Q8 phân cực thuận dẫn dòng đổ vào cực B củaQ10, làm cho Q10 phân cực thuận dẫn dòng mạnh từ nguồn + Vcc qua loa vàxuống Mass.

+ Còn Q9 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q11, vì vậyQ11 không rút dòng

- Khi tín hiệu vào có bán kì âm:

+ VBEQ9 giảm xuống nên Q9 được phân cực thuận rút dòng từ cực Bcủa Q11, làm cho Q11 phân cực thuận rút dòng mạnh từ Mass qua loa và đổ về-Vcc

+ Còn Q8 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q10

- Phần tử VBIAS làm nhiệm vụ định mức điện áp cho VBEQ8, VBEQ10 và VBEQ9,VBEQ11 để hai cặp BJT Q8, Q10 và Q9, Q11 làm việc ở lớp AB Phần tử VBIAS có

b) Hoạt động :

bằng hay điểm giữa đạt giá trị 0V đồng thời làm tăng giá trị hệ số nén tínhiệu đồng pha CMRR (common mod rejection ratio) hay còn gọi là hệ sốtriệt tín hiệu đồng pha Có nghĩa nguồn dòng Q5 sẽ cải tiến mạch vi sai thành

lí tưởng vời hệ có CMRR = ∞

- Q1 và Q4 là cặp BJT giống nhau, được ghép thành mạch khuếch đạiVisai Có nhệm vụ khuếch đại tín hiệu Visai giữa tín hiệu ngõ vào và tínhiệu hồi tiếp âm NFP (Negateve feedback), giữ cho toàn mạch hoạt động ổnđịnh theo hệ số Avf nhất định

- Q2 và Q3 là cặp BJT giông nhau, được ghép thành bộ gương dòng điện

có nhiệm vụ giữ cho dòng điện Ic của Q1 và Q4 luôn được cân bằng ở chế độ

DC, điểm lợi là tạo trở kháng lớn từ cực C của Q2 khi ở chế độ AC đểđảmbảo tín hiệu ngõ ra của mạch Visai được đưa hoàn toàn đến tầng lái Q7

- Tụ C1là tụ liên lạc, ngăn dòng DC đồng thời xác định tần số cắt thấp fLcho ngõ vào

-Tụ C2 có gá trị lớn để có thể ngắn mạch ở chế độ AC tạo cầu phân áptten6 cực B của Q4 khi có điện áp hồi tiếp

- R7 và R8 xác lập độ lợi điện áp khi có hồi tiếp Avf Riêng Q8 khi ở chế

độ DC làm nhiệm vụ phân cực cho Q4

- R3 và R6 phân cực cho Q1, Q4 đồng thời xác lập VBEQ7 phân cực cho Q7tầng là công suất và xác định tỉ số dòng điện cho bộ gương dòng Q2, Q3

- R2 và R4 có trị số bằng nhau, để ổn định Q1, Q4 đồng thời triệt tín hiệutần số cao ở chế độ AC

- R1 phân cực cho Q1 ở chế độ DC

III _ SƠ ĐỒ MẠCH IN:

1 Những kết quả đạt được:

Qua hơn hai tháng miệt mài làm việc, với sự hướng dẫn tận tình củaThầy Tống Thành Nhân và những thầy cô khoa Điện tử-Tin học, nhómchúng em đã đạt được những kết quả sau:

- Thiết kế và chế tạo được mạch khuếch đại công suất âm tầng 100W có khả năng sử dụng rộng rãi

OCL Đạt được những mục tiêu và yêu cầu ban đầu

- Vận dụng được nhiều kiến thức về khuếch đại công suất trong quátrình thi công

- Tìm hiểu được nhiều mẫu có thể sử dụng sau này

- Tham khảo được nhiều ý tưởng hay, có nhiều sáng tạo trong thiết kế

- Khả năng tìm tài liệu trên mạng

- Khả năng làm việc theo nhóm

2 Những thuận lợi và khó khăn khi thực hiện đề tài:

- Nhờ những trang thiết bị của nhà trường, đã tạo điều kiện thuận lợi

cho nhóm trong quá trình tìm kiếm tài liệu trên mạng, cũng như trong quá

trình thiết kế và thi công

- Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Tống Thành Nhân và những

thầy cô khoa Điện tử-Tin học trong suốt thời gian qua

b) Khó khăn:

- Thời gian thực hiện đề tài có giới hạn

- Nhóm gặp nhiều khó khăn trong việc tìm tài liệu (khả năng sử

dụng tiếng Anh của nhóm còn hạn chế với những tài liệu nước ngoài)

- Mất nhiều thờ gian trong quá trình thiết kế do phải lựa chọn nhiều

phương án nhằm đáp ứng yêu cầu đề ra ban đầu

Trong sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử ngày nay và những ứngdụng của điện tử vào đời sống cũng như phục vụ cho giải trí ngày càng được chútrọng Em đi đến đề tài này mong muốn và cũng là sự đam mê của em, muốn tạo ra

nên đề tài của em còn nhìu thiếu sót.

Kết luận:

Đồ án môn học là một bài tập mang tính chất thử thách sinh viên Tạo điều kiệnhoàn thiện cho sinh viên về mặt kiến thức ở trường và ngoài thực tế Nâng cao sựtìm tòi nghiên cứu, học hỏi của bản thân Và đây cũng là một bước ngoặc mới nênvới đề tài này còn nhiều khó khăn và thiếu sót Em rất mong sự góp ý và chỉ bảo củathầy cô

Em chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Mạch điện tử 1 tác giả Lê Tiến Thường nhà xuất bản Đại học Quốc gia

thành phố Hồ Chí Minh

2 Mạch điện tử 2,tác giả Lê Tiến Thường nhà xuất bản Đại học Quốc