Giáo trình máy tăng âm

• Hệ số khuếch đại công suất : v ra P I I Trong các công thức trên: Pra, Ura, Ira lần lượt là công suất, điện áp, dòng điện hiệu dụng ở đầu ra.. - Có thể khuếch đại riêng rẽ từng tín h

Chương 1 Khái niệm chung

1.1 phân loại và ứng dụng của ampli

1.1.1 Khái niệm về âm thanh

Vật thể rung động phát ra tiếng vang, lan truyền đi trong không gian Những dao

động có tần số trong khoảng (20 – 20000) Hz (con người có thể cảm nhận được) gọi

là âm thanh Ví dụ dây đàn, mặt trống hoặc màng loa khi dung phát ra âm thanh

Âm thanh lan truyền tốt trong chất khí, chất lỏng, chất rắn, nhưng không lan truyền được trong chân không Vận tốc lan truyền âm thanh trong không khí là 340 m/s, trong nước là 1480 m/s, trong sắt là 5000 m/s Khi lan truyền trong không khí gặp một vật cản thì một phần âm thanh sẽ bị phản xạ trở lại, một phần sẽ tiếp tục

được lan truyền đi

1.1.2 Các đặc trưng của âm thanh

Tần số dao động của một âm đơn (đơn âm) là tần số dao động của không khí dẫn

âm đó trong thời gian một giây Ví dụ khi ta gẩy dây “ mi “ của đàn, nó sẽ dung 330 lần trong một giây ta nói tần số của dây “ mi “ là 330 Hz Đơn vị tần số là Hz

1Hz = 103KHz = 106Hz

Tần số biểu thị sự cao thấp (trầm bổng) của âm thanh Tần số càng thấp thì âm thanh càng trầm, tần số càng cao thì âm thanh càng cao Màng nhĩ tai người có thể nhận biết được tần số thấp tới 16 Hz và cao tới 20 KHz Tần số dưới 16 Hz gọi là hạ

âm, trên 20 KHz gọi là siêu âm Dòng điện có tần số từ 16 Hz đến 20 KHz gọi là dòng điện âm tần (tần số âm thanh)

Tần số ký hiệu là “ f ", liên hệ với chu kỳ T và bước sóng λ của dao động âm thanh qua biểu thức:

λ

v T

f = 1=

Trong đó “ v “ là vận tốc âm thanh lan truyền trong không khí

Trong thực tế một âm thanh phát ra thường không phải đơn âm mà là phức âm nhiều tần số : gồm một đơn âm và các tần số có giá trị gấp 2, 3, 4, 5 … tần số đơn

âm gọi là các hài bậc 2, 3, 4, 5 … của đơn âm đó

Trong dải âm thanh người ta phân chia như sau: từ 16Hz đến 300 Hz là âm trầm,

từ 300 Hz đến 3000 Hz là âm trung (âm vừa) và từ 3000 Hz trở lên đến 20.000 Hz là

âm bổng (âm thanh)

áp suất âm thanh

Khi âm thanh lan truyền trong không gian thì áp suất không khí tại điểm quan sát

sẽ thay đổi áp suất do âm thanh tạo ra tại một điểm gọi là thanh áp tại điểm đó Đơn

vị của thanh áp là bar 1 bar là thanh áp tại một điểm tác dụng lên một diện tích 1

cm2 một lực là 1 đin : 1 bar = 1 đin/cm2

Trường đại học công nghiệp hà nội - 2 - Giáo trình máy tăng âm

1 Công suất âm thanh là là năng lượng âm thanh đi qua diện tích “ s “ trong thời gian 1 giây, được biểu thị qua công thức :

S

P

Như vậy : p = I.s.v

Sự cảm thụ của tai người

Người bình thường có thể nghe được trong dải tần số từ 20 Hz đến 15 KHz, tai người nhậy nhất với các tần số 300 Hz đến 500 Hz Tùy theo cấu tạo màng nhĩ của tai mỗi người mà có người có thể nghe được tần số cao hơn 15 KHz hoặc thấp hơn 20

Hz

Tai người có thể nhận biết được những âm sắc khác nhau Âm sắc là sắc thái riếng của âm thanh, giúp ta phân biệt được nguồn âm khác nhau Hai loại nhạc cụ cùng dạo một bản nhạc như nhau nhưng nghe khác nhau vì âm sắc khác nhau

Con người có thể nhận biết được hướng âm thanh đi tới nhờ có hai tai Vì vậy người ta có thể nghe được âm thanh lập thể (stereo)

1.1.3 Khái niệm về máy tăng âm

Máy tăng âm (Ampli hay Amplifier) là thiết bị điện tử dùng để khuếch đại các tín hiệu có tần số âm thanh (tín hiệu âm tần) Trong giáo trình tôi sử dụng dang từ Ampli

Các tín hiệu âm tần như tín hiệu Micro, tín hiệu phát lại ở băng ghi âm và đĩa

CD, tín hiệu âm tần của máy thu thanh hoặc từ đường dây tiếp âm…, sao cho đạt mức công suất yêu cầu và có các chỉ tiêu chất lượng quy định

Các máy thu thanh, máy thu hình, máy ghi âm, máy CD… đều phải có một bộ khuếch đại âm tần, gồm một số tầng khuếch đại Vì vậy, trong khi nghiên cứu, phân tích các tầng trong máy tăng âm, chúng ta cũng đồng thời nắm được phần khuếch

đại âm tần và phần nguồn điện của các máy thu thanh, máy thu hình, máy ghi âm, máy CD Máy tăng âm có nhiều công dụng như trang âm hội trường, quảng trường, trường học, xây dựng các hệ thống truyền thanh…

1.1.4 Phân loại máy tăng âm

Dựa trên các tiêu chí khác nhau ta có một số cách phân loại máy tăng âm như sau:

a Phân loại theo mục đích sử dụng

+) Loại tăng âm chuyên dụng

Dùng cho các trạm truyền thanh lớn như thị xq, xí nghiệp Loại này có công suất lớn đến hàng nghìn W

+) Loại tăng âm dân dụng

Loại này công suất cỡ vài W đến vài chục W, trang bị cho hội trường phòng họp trong gia đình.v.v…

b Phân loại dựa vào dụng linh kiện được sử dụng

+) Máy tăng âm dùng đèn điện tử, gọi tắt là tăng âm điện tử ngày nay rất ít nơi còn sử dụng loại này

Biểu thị mức tín hiệu ra lớn hơn bao nhiêu lần so với mức tín hiệu vào (có thể

là mức công suất, điện áp hoặc dòng điện)

• Hệ số khuếch đại công suất :

v

ra P

I

I

Trong các công thức trên:

Pra, Ura, Ira lần lượt là công suất, điện áp, dòng điện hiệu dụng ở đầu ra

Pv, Uv, Iv lần lượt là công suất, điện áp hiệu dụng ở đầu vào của tăng âm

Nếu tăng âm có nhiều tầng khuếch đại mắc liên tiếp nhau thì hệ số khuếch đại của tăng âm sẽ bằng tích các hệ số khuếch đại của từng tầng :

K = K1.K2.K3 … Kn

Trong kỹ thuật thường dùng đề-xi-ben (viết tắt là dB) để làm đơn vị khi logarit hoá các hệ số khuếch đại :

Ki(dB) = 20.lg(Ki(lần))

Trường đại học công nghiệp hà nội - 4 - Giáo trình máy tăng âm

Ví dụ : Nếu Ku = 100 thì lgKu = 2, vậy Ku(dB) = 20 2 = 40 dB

ở một số bộ tăng âm có ba tầng khuếch đại Ku1, Ku2, Ku3 thì :

Ku = Ku1 Ku2 Ku3 ⇒ Ku (dB) = Ku1(dB) + Ku2(dB) + Ku3(dB)

Trong các máy tăng âm để tiện người ta quy ước “ không” (0 db) ứng với công suất âm tần Po = 1 mW đo trên điện trở danh định Ro = 600Ω, trị số hiệu dụng của

điện áp trong trường hợp này là 775 mV vì :

mV V

PoRo Uo

Ro

o U

1.2.2 Đặc tuyến tần số và độ méo tiếng

Đặc tuyến tần số là đồ thị biểu diễn khả năng khuếch đại ở các tần số khác nhau của máy tăng âm Sở dĩ có sự khác nhau vì khả năng khuếch đại ở các tần số là khác nhau do trong tăng âm tồn tại các trở kháng thay đổi theo tần số như tụ điện, cuộn cảm … ( gọi là các phần tử quán tính hay phản kháng) Đặc tuyến tần số của máy tăng âm có dạng đặc trưng như ở hình 1.1

ở vùng tần số trung bình đáp tuyến là đoạn “ bc ” song song với trục hoành, cho

ta thấy tần số ở vùng này có hệ số khuếch đại như nhau

ở đoạn ab hoặc cd thì tần số càng xa vùng tần số trung bình khuếch đại càng giảm Nghĩa là hoặc tần số càng cao, hoặc tần số càng thấp số lần khuếch đại càng giảm Hiện tượng trên đây gọi là hiện tượng méo tần số Nó làm cho âm thanh sau khi qua tăng âm không giống như âm thanh ở đầu vào Méo tần số gây lên sự biến

đổi âm sắc Người ta đánh giá định lượng nó bằng tỉ số của hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình (ký hiệu Ko) trên hệ số khuếch đại ở tần số bất kỳ ở vùng tần số cao hoặc ở vùng tần số thấp, ký hiệu M

Như vậy ở vùng tần số cao :

C C

Ví dụ : Một bộ tăng âm nếu ta cho vào một điện áp có biên độ 3 mV, điện áp ra

sẽ nhận được là 75 mV, như vậy hệ số khuếch đại :

là tần số cơ bản) còn có các thành phần hài bậc 2, 3, 4, 5 … về mặt định lượng người

ta đánh giá mức phi tuyến bằng hệ số hài γ

%1001

543P2

ì++++

=

P

P P P

γ

Trong đó P1, P2, P3, P4 … tương ứng là công suất ở đầu ra tăng âm của sóng cơ bản tần số f và các sóng hài 2, 3, 4 …

Trường đại học công nghiệp hà nội - 6 - Giáo trình máy tăng âm

Tăng âm chất lượng cao γ = 1 -> 3 %, tăng âm thông thường γ nhỏ hơn hoặc bằng 8%, trong máy điện thoại γ nhỏ hơn hoặc bằng 15 %

ở các tầng càng xa tầng đầu càng tốt Vì vậy để giảm bớt tạp âm cần phải chọn các phần tử đầu có hệ số tạp âm nhỏ và cho chúng làm việc ở chế độ dòng và áp nhỏ

1.2.6 Công suất danh định

Công suất âm tần lớn nhất cấp cho loa với mức độ méo cho phép (< 5%) Ký hiệu

là Pra Pra được chọn tuỳ theo chức năng của từng loại tăng âm Ví dụ ở hội trường trung bình cỡ vài chục W, ở các mạng truyền thanh công suất ra cần lớn hơn, có thể

đến hàng KW (như mạng truyền thanh Hà Nội tới 15KW)

1.2.7 Hiệu suất của máy tăng âm

Tính bằng % của tỉ số công suất ra (Pra) trên công suất toàn phần (công suất tiêu thụ nguồn Ptt) ký hiệu η

η = Pra /Ptt.100%

Nếu η nhỏ sẽ gây lqng phí rất lớn nhất là ở các tăng âm công suất lớn Với tăng

âm bán dẫn công suất nhỏ hơn 50W hiệu suất có thể đạt 60% -> 70% các tăng âm có công suất càng cao thì hiệu suất càng giảm

1.2.8 Độ ổn định điện áp ra

Các máy tăng âm có loại thiết kế cho một tải cố định có loại thiết kế cho tải thay

đổi Khi số tải thay đổi đòi hỏi điện áp ra phải ổn định để âm lượng ra các loa ít bị thay đổi Khi số loa mắc vào ít thì điện áp ra tăng lên, đặc biệt khi không tải (ngắt toàn bộ hệ thống loa) điện áp ra sẽ vọt lớn có thể làm hư hỏng các linh kiện trong máy Vì vậy trong trường hợp cần thiết phải có thêm một số mạch để ổn định điện áp

ra

Tỉ số giữa điện áp ra lúc không tải Uxx và điện áp ra lúc mắc tải danh định Ura gọi

là hằng số biên độ điện áp ra, ký hiệu là H, biểu thị độ ổn định của điện áp ra :

H càng nhỏ càng tốt, thường từ 1,25 -> 1,41

1.2.9 Điện áp vào danh định

Là trị số điện áp cần đưa vào các đầu vào của máy để có thể dưa ra công suất âm tần danh định

Điện áp vào danh định của các đầu vào micro, máy quay đĩa, máy thu không giống nhau Tín hiệu của đầu máy thu là lớn nhất, rồi đến máy quay đĩa và cuối cùng

là micro Ví dụ mức danh định điện áp vào ở tăng âm TA250/1000 là :

- Đầu quay đĩa là 120 mV

- Đầu máy thu là 775 mV

- Đầu micro là 2,5 mV

Khi mức điện áp vào thực tế nhỏ hơn mức danh định thì công suất ra nhỏ hơn mức danh định và ng−ợc lại Khi mức tín hiệu vào quá lớn có thể làm hỏng transistor công suất, cháy loa, cháy biến áp

Trường đại học công nghiệp hà nội - 8 - Giáo trình máy tăng âm

Chương 2 Sơ đồ khối và mạch điện trong ampli

2.1 sơ đồ khối

2.1.1 Sơ đồ khối của ampli

Hình 2.1 là sơ đồ khối của ampli thông dụng không phân biệt là ampli dùng Transistor hay IC hoặc hỗn hợp cả IC và Transistor

2.1.2 Đặc điểm các khối

Mạch khuếch đại Micro dùng để khuếch đại tín hiệu từ Micro đưa tới, khuếch

đại tín hiệu từ Micro lên đủ lớn tương đương với mức tín hiệu của các nguồn tín hiệu khác Đây là một mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, yêu cầu mạch có độ trung thực cao

và đảm bảo được hệ số khuếch đại cần thiết cho tín hiệu Micro

Mạch khuếch trộn có nhiệm vụ trộn và khuếch đại các tín hiệu khác nhau đưa

đến đầu vào ampli, làm việc ở chế độ khuếch đại tín hiệu nhỏ Mạch khuếch đại trộn về cơ bản chỉ là một khuếch đại tín hiệu âm tần nhỏ bình thường nhưng có yêu cầu là :

- Khuếch đại pha trộn nhiều tín hiệu đầu vào khác nhau để tạo ra một tín hiệu tổng hợp có chất lượng cao, thoả mqn yêu cầu của người dùng (ví dụ hát Karaoke)

- Có thể khuếch đại riêng rẽ từng tín hiệu không gây ảnh hưởng đến các tín hiệu khác ( ví dụ: có thể điều chỉnh âm lượng của tín hiệu micro độc lập với mức tín hiệu của nhạc khi nguời dùng muốn nghe tiếng hát to hơn)

Mạch khuếch đại trung gian là mạch khuếch đại điện áp âm tần (mạch khuếch

đại tín hiệu nhỏ) nhằm nâng cao hệ số khuếch đại Để nâng cao chất lượng của

Khuếch đại

Micro Khuếch đại

Trộn

Khuếch đại trung gian

Điều chỉnh

âm sắc,

âm lượng

Khuếch đại cômg suất Mạch bảo vệ loa

.

.

Turner

Tape

CD Other Micro

mạch mà vẫn đảm bảo được độ trung thực của Ampli, thường ghép nhiều tầng khuếch đại trung gian với nhau

Mạch điều chỉnh âm sắc là mạch điều chỉnh sắc thái âm thanh theo tuỳ theo sở thích của người nghe Điều chỉnh âm sắc là điều chỉnh biên độ tín hiệu âm tần ở một tần số (một dải tần số) nào đó trong dải âm tần

Mạch điều chỉnh âm lượng là mạch điều chỉnh mức tín hiệu âm tần đồng đều trong cả dải tần số Mạch điều chỉnh âm lượng không điều chỉnh được sắc thái của

âm thanh

Mạch khuếch đại kích thích, đảo pha (nằm trong khối khuếch đại công suất) có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đủ lớn và phù hợp để kích thích cho mạch khuếch đại công suất làm việc tốt Trong trường hợp mạch khuếch đại công suất cuối dùng hai transistor cùng loại thì mạch khuếch đại kích thích phải có thêm chức năng đảo pha tín hiệu

Mạch khuếch đại công suất :

- Khuếch đại công suất tín hiệu đủ lớn để kích thích cho tải ( thường là loa)

- Hiệu suất phải cao do mạch khuếch đại công suất tiêu thụ phần lớn năng lượng của nguồn cung cấp

- Yêu cầu có biện pháp giảm méo đặc biệt là méo “ xuyên tâm ”

- Yêu cầu linh kiện làm việc ở công suất lớn, cần tỏa nhiệt tốt

Nguồn nuôi cung cấp các mức điện áp một chiều ổn định cho các mạch trong Ampli hoạt động Nguồn cung cấp phải có công suất phù hợp với công suất của ampli, đảm bảo độ ổn định, an toàn cho người sử dụng, đảm bảo tính kinh tế và thẩm mỹ

2.2 mạch điện trong ampli

2.2.1 Mạch khuếch đại Micro

2.2.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu

Tín hiệu vào ampli có thể từ nhiều nguồn khác nhau, trong các nguồn tín hiệu

đó, tín hiệu từ Micro là nhỏ nhất Do đó người ta cần một mạch hhuyếch đại tín hiệu

từ Micro tới - mạch khuếch đại Micro Mạch khuếch đại Micro có nhiệm vụ khuếch

đại tín hiệu từ Micro lên đủ lớn theo để đưa đến các tầng tiếp theo

Mạch khuếch đại Micro cần đảm bảo hệ số khuếch theo yêu cầu và đảm bảo độ trung thực vì đây là tầng khuếch đại đầu tiên Ngoài ra, mạch khuếch đại Micro còn phải phối hợp trở kháng tốt với Micro

Các mạch khuếch đại Micro là các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ Nó thường

được mắc theo kiểu EC và làm việc ở chế độ A Để đảm bảo có hệ số khuếch đại cần thiết và đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật người ta có thể ghép một đến ba tầng khuếch

đại Micro Có 3 cách ghép tầng

- Ghép biến áp

- Ghép điện trở, điện dung

- Ghép trực tiếp

Trường đại học công nghiệp hà nội - 10 - Giáo trình máy tăng âm

2.2.1.2 Sơ đồ mạch điện

a) Mạch khuếch đại Micro dùng Transistor

Tín hiệu từ Micro qua C1 vào cực B của T1 (T1 mắc theo kiểu Ec), T1 khuếch

đại tín hiệu cho ra ở cực C và được đư tới T2 khuếch đại tiếp Hai tầng khuếch đại T1 và T2 ghép với nhau bằng tụ điện và điện trở Để giảm hiện tượng tự kích, nâng caođộ ổn định của mạch điện trở R6 lấy dòng hồi tiếp âm một chiều và xoay chiều

từ cực C T2 đưa về cực E T1 Tuy nhiên, điện trở R6 đq làm giảm hệ số khuếch đại của cả mạch

b) Mạch khuếch đại Micro dùng IC

Trong các bộ khuếch đại Micro dùng IC, người ta thường dùng IC khuếch

đại thuật toán IC Amp kết hợp với các linh kiện bên ngoài để tạo ra các bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn, độ ổn định cao và dễ phối hợp trở kháng với Micro và tầng sau

Bộ khuếch đại đảo

Bộ khuếch đại đảo cho trên hình 2.2, có thực hiện hồi tiếp âm song song điện áp qua Rht

Nếu coi OA lý tưởng, dòng vào OA, I0 = 0

2,2K

R2 10K

R3 470K

R8 1K R7

0 +

C1

5 à

R4 18K

R9 1K

Dấu (-) thể hiện tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào

Nếu Rht = R1 thì Ku = -1, sơ đồ hình 2.2 có tính chất lặp lại đảo tín hiệu

Ví dụ:Cho bộ khuếch đại như hình 2.2, với R1 = 100kΩ, Rht = 500kΩ Tính điện

áp đầu ra khi tín hiệu vào là 2V

Mạch khuếch đại không đảo

Bộ khuếch đại không đảo có mạch hồi tiếp

âm điện áp đặt vào đầu vào đảo, còn tín hiệu

đặt vào đầu vào không đảo, như sơ đồ hình 2.4

Vì UN = UP Trong trường hợp này

Trường đại học công nghiệp hà nội - 12 - Giáo trình máy tăng âm

a Yêu cầu và nhiệm vụ

Tầng trộn là một tầng khuếch đại điện áp tín hiệu nhỏ Nó có nhiệm vụ tiếp nhận

và khuếch đại các tín hiệu từ tầng khuếch đại Micro, từ máy ghi âm, máy thu thanh, máy CD…đưa tới Nó có thể đồng thời khuếch đại và pha trộn các tín hiệu từ nhiều

đường khác nhau đưa tới nó, hoặc chỉ khuếch đại từng tín hiệu riêng biệt

Tầng trộn là tầng tiếp sau tầng khuếch đại Micro, nên tín hiệu vẫn còn nhỏ Vì vậy, phải áp dụng các biện pháp chống ù và chống tạp âm như đối với tầng khuếch

đại Micro

Kết cấu của mạch điện trong tầng phải đảm bảo sao cho khi điều chỉnh âm lượng của mỗi đường tín hiệu thì chỉ được ảnh hưởng rất ít đến các đường tín hiệu khác

b Sơ đồ mạch điện

đại trộn) qua điện trở cách ly R5

- Tín hiệu đưa tới đầu vào AUX là các tín hiệu lớn từ TV hoặc CD Các tín hiệu này là các tín hiệu đủ lớn nên được đưa trực tiếp vào tầng trộn T2

- Hai điện trở R5 và R8 là hai điện trở cách ly, hai điện trở này có vai trò giảm

sự ảnh hưởng giữa hai tín hiệu đầu vào tầng trộn khi điều chỉnh VR1 và VR2

2.2.3 Mạch điềuchỉnh âm sắc

2.2.3.1 Yêu cầu và nhiệm vụ

Mạch điều chỉnh âm sắc ampli sẽ giúp cho người nghe có thể chọn ưu tiên cho một số tiết tấu, âm điệu của từng nhạc cụ ưa thích

Qua đo đạc thực nghiệm thấy rằng âm thanh của các loại nhạc cụ xuất hiện nhiều nhất ở dải tần từ 300Hz đến 7000Hz Kèn và trống… ở dưới 300Hz, violon và sáo trúc…ở trên 7000Hz Sự cảm thụ của của tai người lại nhạy cảm ở dải tần (300

ữ 7000) Hz Đặc tuyến biên độ - tần số của ampli lại có xu hướng tăng ở dải tần này,

Hình 2.1 : Khuếch đại trộn dùng trong AMPLI Vietronic Model TA – 60.

10K

R2 470K

C1

5 à

+

R3 18K

R9 1K

R7 1K R6

+

C3

5 à

Trường đại học công nghiệp hà nội - 14 - Giáo trình máy tăng âm

đặc biệt thấy rõ nhất là ở đặc tuyến của loa trung Mặt khác, cung nhạc được phân thành bát độ (octave), nên đơn vị suy giảm được tính bằng bát độ Vì vậy, các nút

điều chỉnh âm sắc cũng phải căn cứ vào các tính chất đq nói ở trên mà chọn tần số cộng hưởng theo kiểu tuần tự gấp đôi Các loại ampli cấp trung bình thường dùng 5 nút điều chỉnh, loại cao cấp có khi dùng đến 10 nút

Qua thực nghiệm, ngừời ta thấy có sự hưởng ứng với tai người ở một số các tần

số ví dụ như: 60 Hz, 250Hz, 1kHz, 3,5kHz, 10kHz và các tần số này được chọn để làm các điểm điều chỉnh âm sắc trong mạch điện

Như vậy, mạch điều chỉnh âm sắc là một mạch điện điều chỉnh mức (biên độ) tín hiệu ở các dải tần (các tần số cụ thể) khác nhau trong dải âm tần nhằm điều chỉnh sắc thái riêng của âm thanh (âm sắc)

Căn cứ vào chức năng các linh kiện trong mạch mà ta phân ra kiểu mạch điều chỉnh âm sắc thụ động và tích cực

Mạch thụ động chỉ dùng các linh kiện thụ động như điện trở, tụ điện, điện cảm

đẻ làm thay đổi nút âm sắc bằng tính chất cộng hưởng

Mạch tích cực là mạch có dùng các phần tử không đường thẳng như IC, Transistor có trở kháng thay đổi theo tần số đq chọn

Nhưng với dải tần số cao XC1 giảm nhỏ xuất hiện dòng tín hiệu chảy qua C1 qua

VR1 xuống mass trị số VR1 càng nhỏ thì dòng xuống mass càng lớn thì tín hiệu đầu

ra giảm nhỏ (tín hiệu ở tần số cao) Ngược lại khi tăng VR1 thì dòng tín hiệu xuống mass giảm và âm thanh ra tăng

OUT IN

Hình2.7 : Mạch điều chỉnh tần số cao

R1 R2

Ta có biểu đồ đặc tuyến tần số của mạch Tone

Mạch Bass- Treble

Nguyên lý hoạt động của mạch Bass-Treble:

Một số ampli cũ thường chỉ sử dụng mạch âm sắc điều chỉnh đặc tuyến ở hai khoảng tần số cao và thấp, khi thay đổi sẽ tạo ra cảm giác thay đổi độ trầm bổng âm (Trầm – Bass, Bổng – Treble)

Điều kiện để mạch hoạt động:

XC1, XC2, XC3, XC4 >> R1 và R4 (đối với tần số thấp)

XC1, XC3, XC3, XC4 << R1 và R4 (đối với tần số cao)

Thực tế R1 và R4 khoảng 100KΩữ500KΩ, R2, R3, R5 < R4 và R1

Nếu thoả mqn các điều kiện trên thì các âm có tần số thấp chỉ chạy qua R3R4R5các âm có dải tần số cao đi qua C1R1 và C2 Do R1 và R4 rất lớn nên sụt áp trên R1 sẽ

là âm có tần số cao, sụt áp trên R4 sẽ là các âm có tần số thấp Điều chỉnh R1, R4 ta

có thể điều chỉnh được âm thanh theo ý muốn Nếu tăng R3, R5 thì âm trầm sẽ giảm vì tổn hao trên R3 và R5 là rất lớn nhưng tín hiệu âm cao tăng vì dòng âm cao sẽ đi

OUT +

C5 IN

R5

R3

R4 C4

C3 R2

C2 R1

C1

Hình 2.9: Mạch điều chỉnh Bass-Treble.

Trường đại học công nghiệp hà nội - 16 - Giáo trình máy tăng âm

qua R3, C3, C4 và C5 sẽ giảm nhỏ và ngược lại Mạch này có nhiều ưu điểm hơn mạch Tone vì điều chỉnh được âm cao âm thấp

Sơ đồ mạch điều chỉnh Bass-Treble:

b) Mạch điều chỉnh âm sắc sử dụng các mạch lọc

ở các máy hiện đại thường được thực hiện không chỉ ở hai khoảng tần số cao và thấp mà ở nhiều tần số phân chia trong cả hai giải tần và thường được gọi là mạch Equalizer (EQ) Mạch EQ là điều chỉnh đặc tuyến tần số cho phù hợp với đặc trưng của từng loại âm nhạc, tuỳ thuộc vào yêu cầu, chất lượng và số lượng các nút đều chỉnh EQ có thể 3, 5, 7, 10 … hay nhiều hơn nữa, có hai cách thực hiện mạch EQ

Hình 2.10: Mạch điều chỉnh Bass –Treble

* Dùng mạch lọc tích cực như Transistor, IC có trở kháng thay đổi theo tần số

đq chọn

Khi phân tích hoạt động của các mạch loại này cần chú ý một số đặc điểm sau:

* Trước hết cần phát hiện, hiểu được cấu trúc và nguyên lý hoạt động của các mạch lọc Các mạch lọc đều có nguyên lý hoạt động và kết cấu về cơ bản giống nhau chỉ khác nhau ở tần số làm việc Các mạch lọc có đặc tuyến biên độ hình

“chuông ngửa”

* Vì nguyên lý hoạt động của mạch điều chỉnh âm sắc ở các tần số là như giống nhau nên chỉ cần phân tích hoạt động của mạch ở một tần số làm đại diện là đủ từ đó suy ra nguyên lý hoạt động ở các tần số khác

* ở tần số cần phân tích, ta phân tích ta phân tích hai vị trí điển hình là vị trí chiết áp có gía trị nhỏ nhất và lớn nhất sau đó suy ra các vị trí chiết áp khác (chính

là vị trí các núm điều chỉnh âm sắc ở ngoài mặt máy)

* Phân tích theo hai đường tín hiệu vào và tín hiệu hồi tiếp

Vị trí tăng cường là vị trí:

+ Tín hiệu vào bị suy giảm ít (lớn)

+ Tín hiệu hồi tiếp bị suy giảm nhiều(nhỏ)

Vị trí suy giảm là vị trí:

+ Tín hiệu vào không bị suy giảm ít (lớn)

+ Tín hiệu hồi tiếp bị suy giảm nhiều(nhỏ)

Mạch âm sắc sử dụng bộ lọc thụ động

Trường đại học công nghiệp hà nội - 18 - Giáo trình máy tăng âm

Đây là một mạch khuếch đại điện áp ghép trực tiếp với 3 tầng khuếch đại gồm T1, T2, T4 và một tầng khuếch đại hồi tiếpT3 Mạch cộng hưởng nối tiếp được nối vào Base T2 và T3 Transistor T1 là tầng đệm, mắc theo kiểu Colector chung để nâng trở kháng đầu vào phối hợp trở kháng với tầng trước và giảm trở kháng đầu ra để hạn chế ảnh hưởng của sự biến đổi trở kháng ở mạch cộng hưởng tần số của mạch cộng hưởng Đầu ra được đưa về Base T3 qua mắt lọc thông cao (10pF và 3,3k) để điều khiển hồi tiếp Tụ 10pF mắc giữa Base và Colector T4 để giảm tiếng rít tần số thật cao trong dải âm tần Bảng điều chỉnh đặt trên mặt máy National 1000F/FA như hình 2.11

Mạch hồi tiếp cộng hưởng ở các tần số 60Hz, 250Hz, 1kHz, 3,5kHz, 10kH Nguyên lý làm việc như như ví dụ ở tần số 60 Hz, mạch cộng hưởng nối tiếp gồm

L = 1,4H; C = 4,7àF; R = 500 Ω

Khi con chạy chiết áp 50K dịch hết về phía Boost (tăng cường), tín hiệu từ đầu

ra đưa về Base T3 bị suy giảm hết (do tính chất cộng hưởng nối tiếp, ở tần số 60 Hz trở kháng của mạch cộng hưởng nhỏ nhất) Lúc này không có dòng tín hiệu ở tần số

T2

1,4H

4,7 à F

50k 0,4h

560

0,1 à F

50k 0,1h 50k

30 mH

680 Cut

60Hz chạy qua R=22k nên không có hồi tiếp âm ở tần số 60 Hz Trong lúc đó ở đầu vào Base T2 tín hiệu 60 Hz không bị suy giảm bao nhiêu bởi mạch cộng hưởng vì chiết áp 50k quá lớn Như vậy, âm thanh ở tần số 60 Hz được khuếch đại

Khi quay chiết áp 50 k về phía Cut (ngắt), lúc này ngay ở Base T2 tần số 60 Hz

bị suy giảm mạnh bởi mạch cộng hưởng nối tiếp ở tần số 60 Hz, nếu còn sót một ít ở Base T3, tín hiệu 60 Hz không bị suy giảm vì chiết áp 50k nên có dòng hồi tiếp âm

về T2, tín hiệu 60 Hz càng bị nén xuống, nên không có tín hiệu ở tần số 60 Hz ở đầu

ra T4

Tuỳ thuộc vị trí con chạy dịch về Boost hay Cut mà tín hiệu 60 Hz tăng lên hay giảm xuống Điện trở R=500Ω trong mạch cộng hưởng để hạn chế mức suy giảm của mạch cộng hưởng

Mạch âm sắc sử dụng mạch lọc tích cực

Phân tích một sốmạch lọc tích cực

Trong mạch điện hình 2.12 Transistor Q là phần tử tích cực (có tính khuếch đại)

RB là điện trở định thiên R là điện trở hồi tiếp C1 và C2 là hai tụ xác định tần số riêng để mạch có tổng trở cực tiểu (tần số riêng cũng là tần số lọc)

Khi tín hiệu vào có tần số đủ nhỏ, lúc đó C1 tác dụng như một dung kháng lớn, tổng trở (ZV) nhìn vào từ điểm (1) và (2) có giá trị lớn

Khi tín hiệu vào có tần số đủ lớn, dung kháng của C1 và C2 đủ nhỏ Tín hiệu vào cực B, trong mạch có đường hồi tiếp qua R nên tổng trở ZV lúc này cũng rất lớn Khi tín hiệu có tần số sao cho dung kháng C1 đủ nhỏ và dung kháng C2 rất lơn (do C1 >C2) thì:

Do XC1<XC2 nên có thể xem C1 đq nối tắt và C2 còn hở mạch Khi đó có thể nhận xét như sau:

Do C2 hở, tín hiệu không vào cực B

Do C1 nối tắt nên dòng tín hiệu qua R và RE Vậy, tổng trở nhìn từ điểm (1) và (2) là: ZV = ZV min = (R + RE)

Q C2

R E R

Z V ⇒ (1) (2)

560p 1,2 K

Trường đại học công nghiệp hà nội - 20 - Giáo trình máy tăng âm

Tóm lại, ở tần số mà XC1 <R –RE và XC1> XC2 thì mạch có tổng trở ZV nhỏ nhất ngoài ra mạch sẽ cho tổng trở ZV rất lớn Đặc tính này làm cho mạch có đường cong biên tần giống với mạch cộng hưởng LC mắc nối tiếp (hình vẽ 2.14)

Người ta còn làm tăng hiệu qủa của lọc bằng cách thay thế Transistor bằng IC khuếch đại thuật toán (OP Amp) Sơ đồ của mạch điện như hình 2.13

Nguyên lý hoạt động của mạch lọc này giống như mạch lọc dùng Transistor đq trình bày ở trên

Điện trở 5,6K lấy tín hiệu hồi tiếp âm Điện trở 100K lấy điện áp phân cực

có tác dụng phản hồi đông pha giữa E và B của Q2 để tăng mức khuếch đại tần số cao

Khi con chạy P dịch chuyển về phía boost đối với từng mắt lọc đq tính sẵn trở Z của nó nhỏ nhất ở tần số 60Hz, E Q2 sẽ không phản hồi dòng điện hạ trên trở 3,3k nên T2 khuếch đại bình thường, vì trị số triết áp P lúc này cực đại nên tín hiệu vào trên Q2 không bị suy giảm

Khi con chạy P dịch chuyển về phía Cut, tín hiệu ở B bị suy giảm mạnh, vì triết áp P cực đại nên lượng phản hồi suy giảm qua mắt lọc Do vậy mà tín hiệu ở tần số 60Hz sẽ không được khuếch đại ở Q2, ở lối ra không có tín hiệu 60Hz, trị số linh kiện kết hợp với T tạo ra mắt lọc hình chuông

f

A

f0

Hình 2.14

Mạch điều chỉnh âm sắc dùng IC khuếch đại thuật toán (OA)

Nguyên lý hoạt của mạch điều chỉnh âm săc tích cực sử dụng IC tương tự như

đối với mạch sử dụng bộ lọc tích cực dùng Transistor Trong phần này chúng ta phân tích một mạch điều chỉnh âm sắc tích cực dùng IC OA 4558 thông dụng trên thị trường (2.16)

IC 4558 được dùng thông dụng trong trong IC đời mới hiện nay Một IC 4558 bao gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán Sơ đồ chân IC 4558 như bảng sau Dựa vào đặc tính khuếch đại của IC ta kết hợp với các thiết bị ngoại vi để tạo ra các mạch lọc tần

số hình “chuông ngửa” như đq trình bày ở phần mạch lọc tích cực

Q2 C5

+

R2 R1

Trường đại học công nghiệp hà nội - 22 - Giáo trình máy tăng âm

Mạch Graphic Equalizơ trong máy HITACHI Model TRK-W3H/AU/W

Mạch này là một bộ lọc tích cực dải thông được quy định tuỳ theo bộ lọc sử dụng (hình 2.18) Tuỳ theo yêu cầu sử dụng vào từng loại máy ta có những tần số trung tâm của bộ lọc như 20Hz, 30Hz, 60Hz, 100Hz, 150Hz, 255Hz, 500Hz, 1kHz, 10kHz

Người ta chia dải âm thanh thành nhiều dải nhỏ mỗi dải qua một phần tử điều chỉnh sau đó tập hợp lại đưa về tầng sau Số dải âm thanh càng nhiều thì chất lượng

âm thanh càng cao

Trong mạch này T1 làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu vào, T2 có nhiệm vụ khuếch đại hồi tiếp Tín hiệu vào cực B của T2 lấy ra ở cực C Do đó tuỳ theo vị trí của các nút chỉnh mà độ lợi ở một tần số xác định có thể thay đổi Giả sử ta muốn nghe dải âm thanh ở dải 10kHz là lớn nhất Tín hiệu qua R1R11 qua C6, C7, C8, C9,

C10 tới cực B của T2 và được T2 khuếch đại và lấy ra ở cực C của T2 qua C11 và VR6

đưa sang tầng sau tín hiệu ra ở dải tần này sẽ rất lớn Một phần tín hiệu này được hồi tiếp từ chân C của T2 qua C11 và R6, qua VR1 đến R11, C6, C7, C8, C9, C10 vào chân B của T2 Do đó hệ số hồi tiếp nhỏ dần đến độ khuếch đại của T2 ứng với dải tần này lúc này là rất lớn Nếu ta không muốn nghe âm thanh ở dải 250Hz ta hạ biến trở

VR5 xuống cực tiểu năng lượng tín hiệu trên VR5 lúc này bị sụt áp lớn trên điện trở, lúc đó tín hiệu qua R5 qua VR5 đến R15, tụ C10 tới chân B của T2 và được T2 khuếch

đại Tín hiệu ở dải VR5 lúc này yếu vì tín hiệu vào chân B của T2 nhỏ Một phần tín hiệu ở chân C của T2 đưa qua C11 qua biến trở VR6 (Volume) ra tầng sau, một phần

OP.Amp

+ -

100 K + Vcc

560p 1,2 K

100 K

5,6 K + Vcc

Tín hiệu

vào

C

Đến tấng cống suất chính (main power)

tín hiệu hồi tiếp qua C11, R10 đến R15, C10 tới cực B của T2 Do đó hệ số hồi tiếp âm lớn cho nên hệ số khuếch đại tín hiệu ở dải này bị giảm mạnh cho nên tín hiệu ở dải này không còn nữa

3

1 2

3

1 2

3 1 2

+ C10 C9

C8 C7

C6

+ C11

VR5 C6 VR6 VR3

C3

VR4 C4 C2

VR2 C1 VR1 +C12

Q1 NPN +

R8 R13

R4

R9

R14 R12

R20

Hình 2.18: Mạch Equalizer 5 dải

Trường đại học công nghiệp hà nội - 24 - Giáo trình máy tăng âm

2.2.4 Khuếch đại công suất

2.2.4.1 Nhiệm vụ và yêu cầu

Các mạch khuếch đại đq nghiên cứu ở chương trước, tín hiệu ra của các mạch đó còn nhỏ Để tín hiệu ra đủ lớn đáp ứng yêu cầu các phụ tải (ví dụ: Loa) ta phải dùng

đến mạch khuếch đại công suất Để tín hiệu ra có công suất lớn và chất lượng đáp ứng những yêu cầu của tải như độ méo phi tuyến, hiệu suất các mạch vì thế mạch công suất phải được nghiên cứu khác với các mạch khuếch đại trước đó

Vậy khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng trong Ampli, có tín hiệu vào lớn Nó có nhiệm vụ cho ra tải một công suất lớn nhất có thể được, với độ méo cho phép và bảo đảm hiệu suất cao

Do khuếch đại tín hiệu lớn, transistor làm việc trong miền không tuyến tính nên không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ nghiên cứu mà phải dùng đồ thị

2.2.4.2 Chế độ làm việc của tầng khuếch đại công suất

a) Phân loại:

Tầng khuếch đại công suất có thể làm việc ở các chế độ A, B, AB và C, D tùy thuộc vào chế độ công tác của transistor Trong Ampli, thực tế chỉ sử dụng chế độ A, AB và B

* Chế độ A : Là chế độ khuếch đại cả tín hiệu hình sin vào Chế độ này có hiệu suất thấp (với tải điện trở dưới 25%) nhưng méo phi tuyến nhỏ nhất, nên được dùng trong trường hợp đặc biệt (hình 2.19a)

* Chế độ B : là chế độ khuếch đại nửa hình sin vào, đây là chế độ có hiệu suất lớn (η= 78%), tuy méo xuyên tâm lớn nhưng có thể khắc phục bằng cách kết hợp với chế độ AB và dùng hồi tiếp âm (hình 2.19b)

* Chế độ AB : Có tính chất chuyển tiếp giữa A và B Nó có dòng tĩnh nhỏ để tham gia vào việc giảm méo lúc tín hiệu vào có biên độ nhỏ

b) Khuếch đại công suất chế độ A

+ Khuếch đại chế độ A dùng tải điện trở

Trong tầng khuếch đại chế độ A, điểm làm việc thay đổi đối xứng xung quanh

điểm làm việc tĩnh Xét tầng khuếch đại đơn mắc EC và mạch này có hệ số khuếch

áp của chế

đại lớn và méo nhỏ Ta chỉ xét mạch ở dạng nguồn

cấp nối tiếp Mạch điện được cho ở hình 2.20

Từ giá trị UCC ta vẽ được đường tải một chiều

AB Từ đó sẽ xác định được điểm làm việc Q tương ứng với IBQ trên đặc tuyến ra Hạ

đường chiếu từ điểm Q đến hai trục tọa độ sẽ có ICQ và UCEQ như hình 2.21

* Chế độ động (khi có tín hiệu):

Khi có một tín hiệu AC được đưa

tới đầu vào của bộ khuếch đại, dòng

điện và điện áp ra sẽ thay đổi theo

đường tải một chiều

Một tín hiệu đầu vào nhỏ (hình

2.22a) sẽ gây ra dòng điện cực gốc

thay đổi ở bên trên và bên dưới của

điểm làm việc tĩnh, dòng collector

và điện áp collector-emiter cũng

thay đổi xung quanh điểm làm việc

tĩnh này

Khi tín hiệu đầu vào lớn hơn

(hình 2.22b) đầu ra sẽ biến thiên xa hơn so với điểm làm việc tĩnh đq được thiết lập

từ thời điểm trước, cho tới khi cả dòng điện và điện áp đều đạt đến một giá trị giới hạn Đối với dòng điện, giá trị giới hạn này có thể là 0 ở điểm kết thúc thấp hoặc

UCC /RC ở điểm kết thúc cao của chu kỳ hoạt động của nó Đối với điện áp collector

- emiter, giới hạn cũng có thể là 0V hay bằng giá trị nguồn cung cấp UCC

Trường đại học công nghiệp hà nội - 26 - Giáo trình máy tăng âm

+ Khuếch đại chế độ A ghép biến áp

Đây là một dạng của khuếch đại chế độ A với hiệu suất tối đa là 50%, sử dụng một máy biến áp để lấy tín hiệu đầu ra đến tải như hình 2.23

c) Khuếch đại công suất chế độ B

ở chế độ B, transistor sẽ điều khiển dòng điện ở mỗi nửa chu kỳ của tín hiệu Để thu được cả chu kỳ tín hiệu đầu ra, thì cần sử dụng 2 transistor, mỗi transistor được

sử dụng ở mỗi nửa chu kỳ khác nhau của tín hiệu, sự vận hành kết hợp sẽ cho ra chu

kỳ đầy đủ của tín hiệu Khi một bộ phận của mạch đẩy tín hiệu lên cao trong suốt nửa chu kỳ còn lại mạch điện khi đó gọi là mạch đẩy kéo Một tín hiệu đầu vào AC

được đưa vào trong mạch điện đẩy kéo với sự hoạt động ở mỗi phần trên mỗi nửa chu kỳ thay đổi nhau, tải sau đó sẽ nhận được cả chu kỳ của tín hiệu đó

Transistor công suất được sử dụng trong mạch đẩy kéo có khả năng cung cấp công suất mong muốn cho tải, và sự vận hành chế độ B của những transistor này sẽ có hiệu suất lớn hơn so với việc sử dụng 1 transistor đơn trong chế độ A + Mạch đẩy kéo ghép biến áp (hình 2.25):

Ưu điểm của mạch này là ở chế độ tĩnh sẽ không tiêu thụ dòng do nguồn cung cấp nếu không có tổn hao trên transistor Mặt khác, vì không có dòng một chiều chảy qua biến áp nên không gây méo do bqo hoà từ Hiệu suất của mạch

Mạch KĐcs Chế dộ b

Kết hợp

Uv

Như mạch hình 2.25 đq chỉ rõ, ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, T1 phân cực nghịch nên không dẫn, T2 phân cực thuận nên dẫn ở nửa chu kỳ âm thì quá trình xảy ra ngược lại Lúc chưa có tín hiệu (US = 0) thì T1, T2 đều tắt, sẽ không có dòng nguồn UCC chạy qua biến áp mà chỉ có dòng ngược ICE rất nhỏ chảy qua

Tại thời điểm chuyển tiếp giữa quá trình dẫn, ngắt của T1 và T2 sẽ gây nên hiện tượng méo dạng sóng, gọi là méo dạng xuyên tâm

Một sự bất lợi của mạch này là cần phải có hai nguồn cung cấp riêng biệt Và hạn chế nữa của mạch bù là méo xuyên tâm (hình 2.26d) Đây là sự gẫy khúc của tín hiệu ra trên tải ở thời điểm chuyển tiếp từ nửa chu kỳ dương sang âm Để giảm méo xuyên tâm cho chế độ B lúc tín hiệu đầu vào còn yếu, người ta sẽ dùng chế độ AB

để làm tầng kích thích cho tầng công suất cuối chế độ B

Một dạng mạch đẩy kéo dùng các transistor bù được trình bầy ở hình 2.27 Mạch này ở mỗi vế là một cặp transistor cùng tính đồng thời khác tính với cặp transistor cùng tính kia, gọi là mạch Darlington bù đối xứng ở mạch này thì dòng

điện đầu ra sẽ cao hơn, còn trở kháng thì thấp hơn

Mạch giả bù được cải tiến từ mạch bù đối xứng để đơn giản bớt công nghệ chế tạo vi mạch Mạch này dùng 2 cặp transistor ở một vế thì cùng tính, còn vế kia thì khác tính

Nguyên tắc làm việc của hai mạch Dalington bù và giả bù giống nhau, chỉ khác

ở điện áp phân cực để tạo dòng tuyến tính ban đầu

Hình 2.25

Trường đại học công nghiệp hà nội - 28 - Giáo trình máy tăng âm

+ Mạch đẩy kéo giả bù:

Mạch điện hình 2.28

2.2.4.3 Méo trong tầng khuếch đại:

Một tín hiệu hàm số sin thuần tuý có một tần số đơn ở đó điện áp thay đổi âm hay dương với số lượng bằng nhau Bất kỳ tín hiệu nào thay đổi không đủ 1 chu kỳ thì được coi là bị méo Bộ khuếch đại lý tưởng có thể khuếch đại một tín hiệu hàm sin thuần tuý để đưa ra tín hiệu lớn hơn, dạng sóng trở thành tín hiệu sin tần số đơn Khi méo xảy ra, đầu ra sẽ không còn nguyên dạng (ngoại trừ âm lượng) của tín hiệu

đầu vào

Méo có thể xuất hiện bởi vì các thiết bị có tính chất không tuyến tính, trong đó những trường hợp không tuyến tính hay méo biên độ sẽ xảy ra Điều này có thể xuất hiện ở tất cả các chế độ khuếch đại Méo cũng có thể xảy ra bởi vì phần tử của mạch

điện và thiết bị điện áp ứng với tín hiệu đầu vào một cách khác biệt ở những tần số khác nhau, lúc này nó đq trở thành méo tần số

Hình 2.26

ω t

Một kỹ thuật để miêu tả méo của những dạng sóng tuần hoàn là sử dụng sự phân tích của Furiê, mô tả dạng sóng tuần hoàn bất kỳ trên phương diện thành phần tần số cơ bản và những thành phần tần số ở bội nguyên Những thành phần ở bội nguyên này được gọi là thành phần sóng hài hay hàm điều hoà Ví dụ : 1 tín hiệu có điện áp ứng gốc tần số là 1kHz sau khi bị méo, nó có thành phần tần số là 1kHz và thành phần điều hoà là 2kHz …Tần số gốc của 1kHz được gọi là tần số cơ bản, những tần

số ở bội nguyên là các sóng hài Thành phần 2 kHz được gọi là sóng hài bậc 2, và 3 kHz là sóng hài bậc 3 … Tần số cơ bản không được gọi là sóng hài Furiê đq không thừa nhận tần số sóng hài phân số, chỉ thừa nhận bội nguyên của quy tắc cơ bản a) Méo hài

Một tín hiệu được gọi là có độ méo hài khi nó có thành phần tần số

điều hoà (không cho thành phần cơ bản) Nếu tần số cơ bản có một biên độ A1 và thành phần tần số n có biên độ An, thì độ méo hài có thể được định nghĩa như sau : %n (méo hài bậc n) = Dn% = (|An|/|A1|).100%

Thành phần cơ bản thì thường lớn hơn bất kỳ thành phần hài nào

Ví dụ: Tính thành phần méo hài cho một tín hiệu đầu ra có biên độ gốc

là 2,5V, biên độ hài bậc 2 là 0,25V, biên độ hài bậc 3 là 0,1V và biên độ hài bậc 4 là 0,05V

Một công cụ như máy phân tích quang phổ

thừa nhận sự đo lường của sóng hài trong tín hiệu

bằng cách đưa ra thành phần cơ bản của tín hiệu

và 1 số lượng các hài của nó trên màn hình

Tương tự như vậy, 1 máy phân tích sóng cho phép

thừa nhận mức đo lường chính xác hơn của những

thành phần hài của tín hiệu méo bằng cách lọc ra

từng thành phần và đọc những thành phần đó

Trong bất kỳ trường hợp nào, kỹ thuật coi 1

tín hiệu méo bất kỳ nào cũng chứa 1 thành phần

cơ sở và các thành phần hài là tiện dụng và hữu ích, trong đó thành phần hài bậc hai

là lớn nhất Vì vậy, mặc dù tín hiệu méo về lý thuyết là chứa tất cả các thành phần hài từ bậc 2 trở lên, thành phần quan trọng nhất trên phương diện độ méo ở các chế

độ ở trên chính là méo hài bậc 2

c) Méo hài bậc 2

Trường đại học công nghiệp hà nội - 30 - Giáo trình máy tăng âm

Hình 2.29 chỉ ra một dạng sóng sử dụng để đạt được độ méo hài bậc 2 Dạng sóng hiện thời được đưa ra ở mức độ không hoạt động, nhỏ nhất và lớn nhất khi chúng xảy ra được thể hiện trên dạng sóng Tín hiệu chỉ ra vài độ méo ở hiện tại Phương trình mô tả dạng sóng tín hiệu méo như sau :

IC≅ ICQ + I0 + I1 cos ω t + I2cos ω t

Dạng sóng hiện thời chứa đựng dòng điện tĩnh IC xuất hiện ở tín hiệu đầu vào 0, một dòng điện 1 chiều I0 căn cứ vào độ trung bình nonzero của tín hiệu méo, thành phần cơ bản của tín hiệu xoay chiều cơ bản, và thành phần hài bậc hai I2 có tần số cơ bản gấp 2 lần Mặc dù những hài khác đều xuất hiện nhưng chỉ có hài bậc 2 mới

được đề cập ở đây Ta xét các thời điểm sau :

+ Tại thời điểm thứ nhất : ωt = 0

D2 = |1/2.(ICmax + ICmin) – ICQ/ (ICmax – ICmin) |.100%

d) Công suất của tín hiệu méo

Khi độ méo xuất hiện, công suất đầu ra được tính cho tín hiệu méo không còn chính xác nữa Khi độ méo hiện diện, công suất đầu ra được phân phối đến cho điện trở tải RC theo thành phần cơ bản của tín hiệu méo là :

P1 = I2

1.R.C/2 Công suất tổng :

P = (I2

1 + I2

2 + I2

3 + …).R.C/2 Công suất tổng cũng có thể được biểu diễn dưới dạng méo hài tổng :

P = (1+ D2

2 + D2

3 + …).I2

1 RC/2= (1 + THD2).P1 Một dạng sóng méo như xuất hiện ở chế độ B có thể được thể hiện bằng cách sử dụng phân tích của Furiê như một nguyên tắc cơ bản với các thành phần hài Hình

2.30a chỉ ra nửa chu kỳ dương của tầng khuếch đại chế độ B Thành phần cơ bản của tín hiệu méo có thể đạt được như ở hình 2.30b

Thành phần hài bậc 2 và 3 được chỉ ra ở hình 2.30 c và d Sử dụng kỹ thuật Furier, dạng sóng méo có thể được tạo ra bằng cách thêm vào những thành phần hài

và cơ bản như hình 2.30 e Nói chung, bất kỳ dạng sóng tuần hoàn nào cũng có thể

được biểu diễn bằng cách thêm thành phần cơ bản và tất cả các thành phần hài, mỗi biên độ khác nhau ở mỗi góc pha khác nhau

U U

ω t

0 U

e)

Trường đại học công nghiệp hà nội - 32 - Giáo trình máy tăng âm

2.2.4.4 Các mạch khuếch đại công suất thường dùng

a) Mạch khuếch đại công suất kiểu OTL

Hiện nay các mạch khuếch đại công suất dạng AB dùng hai bộ biến áp đảo pha

và biến áp áp ra không được thông dụng vì hai biến áp này có kích thước lớn, nặng

nề đắt tiền và hiệu suất thấp, dải tần làm việc hẹp Có nhiều cách để lần lượt bỏ các biến áp này, một trong các mạch khuếch đại công suất thông dụng ngày nay là mạch OTL (viết tắt của Output Tranformer Less : không có biến áp đầu ra)

a) Điều kiện của mạch bổ phụ

SPEAKER

ic3

t1

0.5k d1

15v

0v 1v

15v

0v 1v

1,7v

Hình 2.31: Mạch công suất OTL kiểu bù

T1 và T2 là hai Transistor có cùng công suất PDmax

T1 và T2 là hai Transistor có cùng độ khuếch đại β

T1 và T2 là hai Transistor được chế tạo cùng chất Si hay Ge (thường là Si)

Hai Transistor được phân cực hạng AB ở mức vừa dẫn điện nên có dòng điện

tĩnh rất nhỏ đi qua T1, T2 Điện áp trên các cực của T1, T2 là :

Tóm lại : nếu VB3 đúng thì T1, T2 cũng được phân cực đúng hạng AB và cho

điện áp điểm giữa VM = 1/2 Vcc Biến trở VR còn được gọi là biến trở chỉnh điểm giữa VM

Xét trạng thái xoay chiều

T3 là mạch khuếch đại mắc kiểu Ec nên là mạch khuếch đại đảo pha Tín hiệu xoay chiều của nguồn Vs đưa vào cực B3 và khuếch đại ra ở cực C3 là hai tín hiệu

đảo pha cả đủ cá hai bán kỳ (hình 2.31) tín hiệu này đồng thời được đưa vào cực B1, B2 của tầng công suất OTL bổ phụ

Hai điốt D1, D2 dùng để tạo điện áp 2V phân cực chênh lệch một chiều cho cực B1, B2 nhưng do điốt có tính ghim áp nên đối với tín hiệu xoay chiều thì VD = 0 nên mức điện áp của tín hiệu xoay chiều đưa vào cực B1, B2 gần như bằng nhau

Khi T3 cho ra bán kỳ dương thì điện áp VB1 tăng, nên T1 được phân cực và T1 dẫn điện Lúc đó điện áp B2 cũng tăng lên T2 không được phân cực và T2 ngưng

Trường đại học công nghiệp hà nội - 34 - Giáo trình máy tăng âm

dẫn (vì là Transistor loại PNP) dòng điện IC2 sẽ đi từ nguồn +Vcc qua T1 nạp qua tụ 1000àF và đi qua tải theo chiều từ trên xuống mass cho ra bán kỳ dương trên tải (dòng điện có đường liền nét)

Khi T3 cho bán kỳ âm thì điện áp VB1 giảm nên T1 không được phân cực và T1 ngưng dẫn Lúc đó điện áp VB2 cũng giảm nên T2 được phân cực và T2 dẫn điện (vì T2 là Transistor loại NPN) dòng điện IC2 sẽ do tụ 1000àF xả điện qua T2 xuống mass và đi qua tải theo chiều từ mass lên cho ra bán kỳ âm trên tải (dòng điện có

đường rời nét) Như vậy hai Transistor T1và T2 luân phiên dẫn điện và cho ra tải cả hai bán kỳ Khi hoạt động mỗi Transistor chịu 1/2 nguồn Vcc và ta có :

PT = PCC - P0max = V2cc / 2

PT = PCC - P0max = V2cc / 2πRL = V2cc/ 8RL

Thực ra công thức trên chỉ đúng với trường hợp ngõ ra có P0max trị số PT có thay

đổi theo P0 Để xác định trị số PTmax người ta phải tìm điểm cực đại của công thức trên bằng cách lấy đạo hàm bằng không để tìm giá trị cực đại

Ta sẽ có : PTmax ≈ 0.05 * V2cc / RL (chung cho cả hai Transistor)

Lập tỉ số với P0max ta có :

PTmax / P0max = 0.4 suy ra PTmax = 0.4 P0max

Như vậy mỗi Transistor sẽ chịu 1/2 công suất PTmax như trên

b) Mạch khuếch đại công suất OCL

Trong mạch OTL điện áp điểm giữa VM = 1/2 Vcc và ở trạng thái tĩnh tụ lối ra phải chịu điện áp này Khi khuếch đại tụ lối ra sẽ nạp điện làm điện áp trên tụ tăng lên khi T1 dẫn và xả điện làm điện áp giảm xuống khi T2 dẫn

Tụ C có dung kháng Xc = 1/2 fc tỉ lệ nghịch với f nên khi tín hiệu có tần số f khá thấp thì Xc đủ lớn và biên độ tín hiệu ra khỏi tải bị giảm nhỏ Điều này làm cho

đặc tuyến tần số ở lối ra bị giảm nhỏ trong khoảng tần số thấp và thật thấp

Mạch khuếch đại công suất OCL

Người ta có thể bỏ tụ điện ngõ ra và gọi là mạch khuếch đại công suất OCL (Output Capacitor Less : Không có tụ điện ở ngõ ra)

t 3

t 2

1 0 0 Rb2

t 3

t 2

1 0 0 Rb2

Nếu biến trở VR bị điều chỉnh sai sẽ làm T3 bị sai phân cực làm IC ≠ 10 mA

Điều này dẫn đến VB1 và VB2 sai làm cho điện áp điểm giữa Vm ≠ 0V (có thể âm hoặc dương) Lúc đó dòng điện một chiều qua tải (có thể là loa) sẽ làm hỏng tải Trong thực tế người ta có nhiều cách bảo vệ cho mạch khi điện áp điểm giữa VM≠ 0

Do dùng nguồn đối xứng nên T1 dùng nguồn dương + Vcc và T2 dùng nguồn - Vcc Dòng điện ICmax bây giờ là :

ICmax =  Vcc / RL 

Công suất ra cực đại trên tải là :

Trường đại học công nghiệp hà nội - 36 - Giáo trình máy tăng âm

P0max = RL * I2

C = RL * [ Vcc / √ 2R ] 2 = V2cc / 2Rl Công suất cung cấp cho mạch bởi nguồn Vcc là :

PCC = 2Vcc * [ ICmax / π ] = 2V2cc / πRl

Do đó hiệu suất của mạch là :

η = [ P0 / PCC ] * 100% = 78.5%

2.2.4.5 Mạch khuếch đại công suất dùng IC

Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ vi điện tử, các vi mạch khuếch đại công suất ra đời và ngày càng được ứng dụng rộng rqi bởi chúng có rất nhiều tính năng ưu việt như: giá thành rẻ, gọn nhẹ, dễ lắp ráp, công suất lớn độ ổn định cao, công suất có thể lên đến hàng trăm W

Sau đây, ta xem xét một vi mạch khuếch đại công suất thông dụng

Vi mạch HA 13902

+ Thông số kỹ thuật

- Gía trị cưc đại (ở nhiệt độ phòng Ta=250c)

Vcc=20v; I0max=4A Công suất tổn hao Pd=15w

Nhiệt độ cho phép Tmax=+150 0C

Méo không đường thẳng lúcP0=0.5w, Kf= nominal 0.25%, max 1%

Tap âm nội(lúc R= 10kΩ, Bw= 20hz ữ 20khz),No=nominal 0,4mA, max 1mV

HA1392 dùng nguồn đơn cưc, có thể lắp kiểu mono và stereo như các hình 2.33, 2.34