Mạch khuyếch đại công suất

Mạch khuyếch đại công suất

Mục Lục

 Lời Cảm Ơn ……… 4

 Lời Mở Đầu ……… 5

 A Giới Thiệu Linh Kiện ……… 6

1. IC TL082 ……… 7

2. Transistor TIP41 ……… 11

3. Transistor TIP42 ……… 13

 B Sơ Đồ Nguyên Lý Và Nguyên Lý Hoạt Động 1. Sơ Đồ Tổng Quan ……….………15

2. Sơ Đồ Khối Tổng Quan ………16

3. Câu trúc và nguyên lý hoạt động khối lọc nhiễu & đệm 17 4. Câu trúc và nguyên lý hoạt động Khối khếch Đại Đảo 18 5. Câu trúc và nguyên lý hoạt động Khối khếch Đại Công Suất 19  C Tính Toán Chi Tiết Các Thông Số ……….23

 D Hình Ảnh PCB Hoàn Thiện ……….26

 E Tổng Kết 1. Đánh giá và Hướng phát triển ……….…… 27

2. Kiến thức thu được và Tài liệu tham khảo …………28

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh ngày…tháng năm 2011

.Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh

Nhận xét của giáo viên phản biện

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP Hồ Chí Minh ngày…tháng…năm 2011

Lời Cảm Ơn

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Ngọc Anh , người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Nếu không có sựu chỉ dẫn , những tài liệu ,những lời động viên khích lệ của Cô thì đồ án này khó long hoàn thiện được

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ – Điện – Điện Tử đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ cho em trong suốt thời gian em học tại trường và trong quá trình em thực hiện đồ án

Con xin chân thành cảm ơn ba me và cả em gái nữa , đã luôn ủng hộ , tạo điều kiện tốt nhất để con có thể vừa học vừa làm Đặc biêt trong thời gian thực hiên đồ án mọi người đã luôn động viên con trong lúc con nản chí cảm ơn Gia Đình nhiều lắm

Và cuối xin cảm ơn tất cả bạn bè tôi , những người luôn sát cánh cùng tôi, tâp thê lớp 09LDDT1L nếu không có các bạn hỗ trợ chắc chắn tôi không thể nào hoàn thành tốt đồ án này

TP Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 9 năm 2011

Lời Mở Đầu

Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên bùng nổ về khoa học kỹ thuật , mang lại cho con người những sản phẩm công nghệ cao phục vụ mọi nhu cầu cuôc sống Sự bùng nổ đó đã tạo nên một kho tang kiến thức khổng lồ của nhân loại , mà ở đó khát vọng vươn lên tầm cao của tri thức luôn là khát vọng của mỗi cá nhân Mỗi kiến thức , mỗi lỉnh vực luôn giúp ta biết rỏ hơn về một hoặc nhiều vấn đề

Hôm nay với sự mong muốn của cá nhân em, em muốn tìm hiểu về một lĩnh mà trước đây em còn mơ hồ Em muốn hiểu rỏ thay vì chỉ hiểu sơ sơ , em muốn thành thành thạo thay vì chỉ mơ hồ ,ca dao Việt Nam ta có câu “ trăm hay không bằng tay quen” và với mong muốn đó em quyết định thưc hiện đề tài thiết kế mạch Khuyếch Đại Công Suất Có lẻ với nhiều người đây là một vấn đề củ nhưng với em đây là một vấn đề hoàn toàn mới Em tin rằng với những kiến thức có được sau khi làm đề tài này sẻ giúp em vững bước hơn trên con đường nghề nghiêp tương lai

Mục tiêu cần đạt được của đề tài

-Thiết kế một mạch khuyếch đại công suất

-Thi công Board

-Tạo ra sản phẩm cuối cùng cho chất lượng âm thanh tốt

A Giới Thiệu Linh Kiên

- Nhiệt độ lớn nhất(toàn băng) 150oC.

- Dòng cung cấp (khi không có tín hiệu): 2.5mA

- Đặc tính hoạt động ở chế độ AC.

+Tăng độ khuếch đại ghép nối (TA=25OC,1 Hz÷20 Hz(đầu vào)) :-120 dB

+ Tốc độ xoay chuyển mạch(VS=±15V,TA=15oC) : 16V/uS

+ Tăng băng thông sản phẩm trong dải(VS=±15V,TA=15oC) : 4MHz + Điện áp ồn đầu vào tương đương (TA=25oC,RS=100Ω,f=1MHz) : 25 nV/Hz + Dòng ồn đầu vào tương đương (TA=25oC,f=1MHz) : 0.01 pA/Hz + Tổng méo đa hài (Av=+10,RL=10K,VO=20VP-P),BW =20Hz ÷ 20 KHz):<0.02 %

-Những thuộc tính về hiệu suất.

(biểu đồ cho thấy mối tương quan giữa dòng vào định thiên

với điện áp định thiên chung (chế độ tĩnh)và nhiệt độ của ic)

(biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa điện áp ra và tải ra đu đưa và giữa độ khuếch đại độ rộng dải thông với nhiệt độ môi trường)

(mối quan hệ giữa điện áp nguồn cấp với độ khuếch đại điện áp mở

và giữa trở kháng với tần số của tín hiệu ra )

- Đáp ứng xung : Biểu diễn sự khác biệt giữa tín chưa được biến đổi so với tín hiệu đã được biến đổi qua IC TL 082

-Cấu trúc: Một kênh khuếch đại của IC (kênh A)

3 TRANSISTOR TIP41C

Biểu đồ cho thấy tương quan giữa V CE và I B

B Sơ Đồ Và Phân Tích Nguyên Lý Hoạt Động

1. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

tích một tầng riêng biệt

Sơ đồ khối tổng quan

3. Câu trúc và nguyên lý hoạt động khối lọc nhiễu & đệm

(còn gọi là tầng Tiền Khuyếch Đại)

Tín hiệu từ các nguồn phát ( máy nghe nhạc , dt ) đi qua tu không phân cực 0.22 giúp ngăn dòng DC từ các nguồn phát trước đó, đồng thời vẫn cho phép tín hiêu AC đi qua

Điện trở 1M giúp bảo vê opamp

Ngoài ra sự kết hợp giữa R và C tạo thành mạch lọc thông cao

Với = R.C

như vậy mạch không cho phép tần số dưới 7,14 (hz) đi qua

tiếp theo tín hiêu đi vào chân Vin+ của opamp

đây là mạch khuyếch đại đệm cho phép tăng tín hiệu nhằm tránh việc suy giảm tín hiệu trên đường truyền trước đó

Độ lợi áp Av=1

4. Câu trúc và nguyên lý hoạt động Khối khếch Đại (khếch đại đảo)

Tín hiệu đi tới biến trở 10k sau đó vào chân Vin- của opamp

Đây là mạch khuyếch đại đảo

Độ lợi Av= như vậy tín hiệu đi qua được khuyếch đại về áp rất lớn, và bị lệch pha 1800

Biến trơ 10K có tác dụng thay đổi trị số Av của opamp , dẫn tới việc tăng giảm biên độ của tín hiệu ngõ ra ( tác dụng như volume chỉnh âm lượng)

5. Câu trúc và nguyên lý hoạt động Khối khếch Đại Công Suất

đẩy kéo 2 thành phần chính là 2 transistor được mắc theo dạng C chung ( tín hiệu đi vào ơ cực B , lấy ra ở cực E)

vì vậy biên đô tín hiêu ra loa bằng với biên độ tín hiệu vào nhưng dòng điện ở ngõ ra được khuyếch đại lên gấp nhiều lần hfe của transistor tip41 la 75 như vậy ví dụ nếu dòng vào IB la 1mA thi IE là 75mA

kỳ transistor TIP41c làm việc ở nửa chu kỳ dương còn transistor TIP42 làm việc ở bán kỳ âm.

Vì VBE của transistor là 0.6 V nên trên thực tế tồn tại một khoảng thời gian cả 2 transistor đều không làm việc gọi là (hand-off ) Cho nên dạng sóng ở đầu ra sẻ có biến dạng thay một sóng sin hoàn hảo

Biến dạng sóng tạo ra là do có độ trễ trên từng transistor (khi VBE đạt 0.6 V thì

transistor mới làm việc) Để khắc phục giải pháp thường được thiết kế sao cho vùng hoạt động của transistor này chồng lên vùng hoạt động của transistor kia, vì vậy sẻ

có thời điểm cả 2 transistor hoạt động cùng lúc

Đây là kỹ thuật khuyếch đại lớp AB chứ không đơn thuần là lớp B , vì mỗi transistor làm việc trên 50% của chu kỳ Từ đó làm cho tín hiệu ít bị biến dạng hơn nhưng lại

có vấn đê Trong khoảnh khắc 2 transistor cùng dẫn công suất bị tiêu tán trên

transistor thay vì đi qua tải(V+ và V- cùng tồn tại) , từ đó sinh ra nhiệt độ của

transistor tăng cao, gây lảng phí điện năng và khi transistor tăng nhiệt nhanh khiến cho các thông số( ,VBE,và công suất ) của transistor bị thay đổi theo chính vì vậy các thông số của mạch không còn như thiết kế ban đầu

Giải pháp em lựa chọn là khuyếch đại thuần túy lớp B giúp giảm tiêu hao điện năng

và nhiệt độ sinh ra Để khắc phục biến dạng song, em thiết kết một đường hồi tiếp

về opamp có độ đáp ứng cao, từ đó opamp có thể lái transistor làm giảm đáng kểt biến dạng chéo Chính vì vậy em sử dụng opamp TL082c chứ không phải lài một opamp nào khác (như LM741 hoặc LM1458)

Tác dụng của Diode

nghịch từ đó làm giảm thời gian tắt của transistor, như vậy dạng song ơ đầu ra ít

bị méo hơn, mà vẫn đảm bảo mạch luôn hoạt động ở lớp B

Các dạng song ở đầu ra luôn được truyền hồi tiếp về opamp như sau

cách làm việc của đường hồi tiếp giúp cho opamp nhân biết bất kỳ vùng chết nào, đó

là lúc 2 transistor không hoạt động opamp sẻ điều chỉnh để thúc 2 transistor làm việc từ đó làm giảm đáng kể biến dạng song

Cuối cùng chỉ cần thêm một vài tụ

C Tính toán thông số mạch công suất

Một cách tương đối chính xác dòng điện qua D1 :

ID=

IB=

Tổng dòng cung cấp

Iopamp là dòng tải của opamp khi chưa có tín hiệu ( nhà sản xuất cung cấp)

Công suất cung cấp khi chua có tín hiệu

2Vcc In = 24 88,64 = 2,127 w

Độ khuyếch đại điện thế của mạch

Av = 0 vì đường hồi tiếp và đường Vin – đi qua biến trở 10k

Av=

Chọn giá trị của biến trở để tính toán

giả sử biến trở đang ở mức 10% và 90%

Điện thế đỉnh qua tải Vo(p)= VE1= 4,5V

Khi Q1 dẫn (bán kỳ dương của tín hiệu), điện thế đỉnh tại chân B của Q1 là:

Ðiện thế Vo tối đa:

Vo(p) max = 1,5 x 8 = 12 V

D.Hình ảnh PCB hoàn thiên

E. Tổng Kết

1. Đánh giá

 Khuyết điểm

Sau khi hoàn thiện và đưa vào hoạt đông thực tế Em gặp một số vấn đề sau

- Tuy đả chọn giải pháp khuyếch đại lớp B nhằm tiết giảm điện năng và lượng nhiệt tỏa ra nhưng cặp transistor công suất vẫn nóng lên khi hoạt động nhiều

- Âm thanh thường bị rè môi khi vặn hêt volume

 Ưu điểm

- Mạch đơn giản , dể thưc hiện , chi phí linh kiện thấp

- Mạch hoạt động ổn định cho âm thanh tốt

 Khắc phục khuyết điểm

- Để khắc phục nhiệt độ và giúp mạch hoạt đông liên tuc , Em lắp thêm 1 quạt giải nhiệt

như trước , từ đó vặn max volume ko bị rè nửa

2. Hướng phát triển đề tài

 Hướng phát triển hoàn thiện sản phẩm

- Để mạch hoàn thiện hơn nên phát triển mạch theo BTL thay vì OTL như hiện nay Để làm được điều này cần thiết kế thêm một kênh khuyếch đại không đảo , như vây tín hiêu ra sẻ có biên độn lớn hơn và công suất củng cao hơn

 Hướng phát triển ứng dụng

- Em dự định dùng thiết kế này để tạo một dàn âm thanh dung ở nhà , tuy

có thể không hay bằng những dàn âm thanh mua ngoài thị trường nhưng được hưởng thụ thành quả lao động của mình tạo ra thì thật tuyệt vời

3. Kiến thức thu được

Trước khi làm đề tài này em hầu như không biết gì về khuyếch đại âm thanh , nhưng giờ đây em hoàn toàn có thể tự ráp 1 dàn âm thanh tại nhà

Đồ án này liên quan rất nhiều tới môn Điện tử tương tự và sau khi làm đồ

án này kiến thức về môn này của em càng vững chắc hơn vì các công thức học bấy lâu nay đã được vận dụng vào thưc tế

Kỹ năng đọc và phân tích tài liệu được nâng cao

kỹ năng vẽ orcad , thi công board càng được hoàn thiện

4. Tài liệu tham khảo

-Class B audio amplifier tại

http://www.allaboutcircuits.com/vol_6/chpt_6/10.html

-Mạch Điện Tử tác giả Trương Văn Tam

- Các Datasheet lấy từ trang WWW.alldatasheet.com