báo cáo đồ án thiết kế ampli 2

Sauhơn 3 năm học, với sự tích lũy kiến thức của các môn học: Vật Liệu Linh Kiện Điện Tử, Mạch Điện Tử 1 đã đảm bảo cho chúng em có thể phân tích và thiết kế một mạchKhuếch Đại Công Suất

Tp.HCM, ngày …… tháng …… năm 2013

Tp.HCM, ngày …… tháng …… năm 2013

Hình 1.1 Mạch khuếch đại công suất loại A 1

Hình 1.2 Mạch khuếch đại công suất loại B 2

Hình 1.3 Mạch khuếch đại công suất loai AB 3

Hình 1.4 Mạch khuếch đại công suất loại C 4

Hình 1.5 Mô tả việc phân loại các mạch 5

Hình 1.6 Mạch lọc thông thấp 5

Hình 1.7 Tầng khuếch đại âm sắc 7

Hình 1.8 Cấu tạo transistro (NPN) 8

Hình 1.9 Cấu tạo transistor (PNP) 9

Hình 1.10 Cấu tạo diode 9

Hình 1.11 Hình dáng các loại Diode trong thực tế 9

Hình 1.12 Kí hiệu Diode trong cách mạch nguyên lý 10

Hình 1.13 Tụ phân cực và không phân cực 10

Hình 1.14 Cấu tạo và hình dáng của tụ gốm 11

Hình 1.15 Cấu tạo và hình dáng của tụ hóa 11

Hình 1.16 Tụ hóa 12

Hình 1.17 Tụ gốm 12

Hình 1.18 Tụ xoay 13

Hình 1.19 Điện trở trong thực tế 14

Hình 1.20 Cách đọc điện trở 4 vòng màu 15

Hình 1.21 Cách đọc điện trở 15

Hình 1.22 Cách đọc giá tri điện trở 5 vòng màu 15

Hình 2.1 Sơ đồ khối ampli 16

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 18

Hình 2.3 sơ đồ mạch in 18

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí linh kiện 19

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh âm sắc 21

Hình 2.6 Sơ đồ mạch in 22

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn 24

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch hiễn thị dùng AN6884 25

Hình 2.9 Sơ đồ khối IC An6884 26

Hình 2.10 Sơ đồ kết nối amply 27

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1

I Mạch khuếch đại công suất 1

1 Khuếch đại công suất loại A: 1

2 Khuếch đại công suất loại B: 2

3 Khuếch đại công suất loại AB: 3

4 Khuếch đại công suất loại C: 4

II Mạch bass và treble 5

1 Mạch lọc thông thấp: dùng để điều chỉnh bass 5

2 Mạch lọc thông cao: dùng để điều chỉnh treble 6

3 Mạch nguồn 7

III Các linh kiện trong mạch 7

1.Transistro 7

1.1 Khái niệm 7

2 Diode 9

2.2 Cấu tạo 9

3.Tụ điện 10

3.1 Khái niệm 10

3.2 Cấu tạo 11

4 Điện trở 13

4.1 Khái niệm 13

4.2 Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử 13

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CHÍNH 16

I YÊU CẦU CỦA ĐỒ ÁN: 16

II CÁC BƯỚC THỰC HIỆN: 16

III.SƠ ĐỒ KHỐI: 16

IV Thiết Kế & Thi Công: 18

2 Mạch in: 18

3 Sơ đồ bố trí linh kiện 19

4 Chức năng các linh kiện trong mạch: 19

II Nguyên lý hoạt động: 20

B MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC DÙNG 2 TRANSITOR: 21

1 Sơ đồ nguyên lý: 21

2 Mạch in: 22

3 Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch: 22

4 Nguyên lý hoạt động: 23

C MẠCH NGUỒN: 24

D MẠCH HIỂN THỊ DÙNG AN6884: 25

1 Sơ đồ nguyên lý: 25

2 Chức năng: 25

3 Nguyên lý hoạt động: 26

E KẾT NỐI AMPLY HOÀN CHỈNH: 27 KẾT LUẬN

Đồ án tốt nghiệp là quá tích lũy toàn bộ những kiến thức trong 3 năm học tập củachúng em Nó là một cột móc cũng là một đều kiện để giúp chúng em tốt nghiệp ra trường và có thể giúp ích cho xã hội sau này.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô của TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH , đã tận tình giúp đỡ ,hướng dẫn và giảng dạy chúng em trong suốt thời gian qua

Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triểncủa đất nước Sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngànhđiện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con ngườingày 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 từnhững 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 nềntảng phát triển của những sản phẩm Điện Tử phục vụ cho nhu cầu của con người Sauhơn 3 năm học, với sự tích lũy kiến thức của các môn học: Vật Liệu Linh Kiện Điện

Tử, Mạch Điện Tử 1 đã đảm bảo cho chúng em có thể phân tích và thiết kế một mạchKhuếch Đại Công Suất Âm Tần

Hiện nay Mạch Khuếch đại Âm Thanh rất phổ biến trên thị trường, mà tầngkhuếch đại công suất được thiết kế sử dụng BJT ( FET) công suất như : mach khuếchđại OTL, mạch khuếch đại OCL, mạch khuếch đại BCL… Chính vì vậy mà nhómchúng em chọn mạch khuếch đại công suất BJT ( FET) để làm đồ án cho môn học nàycủa nhóm em

Tóm Tắt nội dung:

- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.

- CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CHÍNH.

Trong quá trình thực hiện đố án, chúng em được sự hướng dẫn tận tình của thầyNGUYỄN VĂN AN Đó chính là điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành Đồ ÁnMôn học Vì kinh nghiệm còn yếu nên mong được sự góp ý của thầy để đồ án đượcthành công hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.

I Mạch khuếch đại công suất

Mạch khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra một công suất đủ lớn để kích thíchtải,công suất ra có thể từ vài trăm mW đến vài trăm W Như vậy mạch công suất làm việcvới biên độ tín hiệu lớn ở ngõ vào do đó ta không thể dùng mạch tương đương tín hiệunhỏ để khảo sát như trong các chương trước mà thường dùng phương pháp đồ thị Tùytheo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất rathành các loại chính như sau:

1 Khuếch đại công suất loại A:

- Điểm là tín hiệu ngõ ra của BJT luôn ở trong vùng tích cực có nghĩa là BJT được

phân cực cho tín hiệu ngõ ra luôn biến thiên theo tín hiệu ngõ vào.Thường điểmtĩnh Q (), được phân cực sao cho mạch này ích được sửa dụng

- Tín hiệu được khuếch đại gần nhưtuyến tính, nghĩa là tín hiệu ngõ ra thay đổi

tuyến tính trong toàn bộ chu kỳ của tín hiệu ngõ vào (Transistor hoạt động cả haibán kỳcủa tín hiệu ngõ vào)

- Ưu điểm: tín hiệu ngõ ra biến thiên , theo tín hiệu ngõ vào, tín hiệu có chất lượng

tương đối tốt,ít biến dạng

- Nhược điểm: do được phân cực ở chế độ làm việc nên hiệu suất tiêu hao năng

lượng lớn kể cả không có tín hiệu ở ngõ vào.hiệu suất của mạch thấp thường làn=25%

1

Hình 1.1 Mạch khuếch đại công suất loại A.

2 Khuếch đại công suất loại B:

- Đặc điểm phân cực là điện áp = 0V vì vậy khi tín hiệu ngõ vào vượt qua điện ápngưỡng V của BJT thì mới có tín hiệu ở ngõ ra thường chỉ khuếch đại ở một bán

kì dương hoặc âm tùy thuộc vào loại BJT là NPN hay PNP

- Transistor được phân cực tại VBE=0 (vùng ngưng) chỉ một nữa chu kỳ âm hoặcdương của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại

- Mạch khuếch đại công suất thường được gép dưới dạng PUSH-PULL

 Ưu điểm: mạch không hoạt động khi không có tín hiệu ở ngõ vào ,vì vậy tổnhao năng lượng ít

 Nhược điểm: tín hiệu ra sẽ bị méo xuyên tâm do tín hiệu ở ngõ vào phải vượtqua điện áp ngưỡng v của BJT Hiệu suất của mạch cao thường là = 50%-78,5%

3 Khuếch đại công suất loại AB:

2

Hình 1.2 Mạch khuếch đại công suất loại B.

+ Đặc điểm là sự cải tiến nhược điểm méo xuyên tâm của lớp B bằng cách nâng ápphân cực điện tĩnh Q sao cho nằm trong vùng giữa lớp A và lớp B, mạch được phân cực

có gần bằng hoặc bằng của BJT Vì vậy tín hiệu ngõ vào sẽ khuếch đại cho tín hiệu ngõ

ra hơn nữa chu kì

+ Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng ,tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nữachu kỳ của tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nữa chu kỳ- dương hoặc âm - củatín hiệu ngõ vào)

+ Mạch khuếch đại công suất thường được gép dưới dạng bổ phụ, có nghĩa là haiphần tử BJT công suất có cùng thông số , một là loại PNP và một là loại NPN Nếu mạchđược thiết kế dùng nguồn đôi ta gọi là mạch khuếch đại công suất dạng OCL (Outputcapactor-less) nếu dùng nguồn đơn và ngõ ra có tụ là mạch khuếch đại công suất dạngOTL( Output Transforme- Less)

+ Ưu điểm: Tín hiệu ngõ ra ít bị méo dạng hơn ở dạng B,tiệu hao năng lượng côngsuất ngõ vào ít hơn lớp A, hiệu suất của mạch cao, hệ số sử dụng BJT cao

+ Nhược điểm: cần có biến áp cung cấp nguồn đối xứng với mạch OCL phải có tụngõ ra đối với mạch OTL

4 Khuếch đại công suất loại C:

3

Hình 1.4 Mạch khuếch đại công suất loại C.

+ Đặc điểm là mạch được phân cực cho BJT nằm trong vùng ngưng dẫn sâu hơn sovới lớp B, vì vậy mạch chỉ khuếch đại một phần đỉnh của của tín hiệu ngõ vào, do đómạch không phù hợp dung để khuếch đại âm tầng , mà thương được sữ dụng để khuếchđại những tín hiệu cao tần.

+ Transistor được phân cực trong vùng ngưng để chỉ một phần nhỏ hơn nữa chu kỳcủa tín hiệu ngõ vào được khuếch đại Mạch này thường được dùng khuếch đại công suất

ở tần số cao với tải cộng hưởng và trong các ứng dụng đặc biệt

- Ngoài ra còn các bộ khuếch đại công suất lớp: d, e, f, g, h

II Mạch bass và treble

- Mạch bass-treble có nhiệm vụ đều chỉnh tính hiệu ra cho phù hợp dễ nghe ,núm bass

là chỉnh độ lợi cho vùng tần số khoảng 100Hz đây là vùng tần số của các âm trầm nhưtiếng trống, tiếng ồm ồm… Núm treble là chỉnh độ lợi cho vùng tần số khoảng 10KHzđây là vùng tần số của các âm bổng Đồng thời có volume dùng tăng giảm độ lớn của tínhiệu khi ra loa cho phù hợp

-20

2 Mạch lọc thông cao: dùng để điều chỉnh treble.

H

Hình 1.7 Tầng khuếch đại âm sắc

3 Mạch nguồn

- Nguồn là một bộ phân quan trọng , nó cung cấp nguồn cho tất cả các mạch như :công suất , bass-treble…của ampli

- Nguồn cấp cho mạch công suất là nguồn đôi DC từ 35V đến 42V

- Nguồn cấp cho mạch bass-treble là nguồn đơn 12V

- Khi cấp dòng điên 220V vào biến thế thì đầu ra của biến là dòng điện xoay chiềuAC,vì thế cần phải qua cầu diode chỉnh lưu biến đổi AC thành DC, đồng thời cần có hai

Hình 1.8 Cấu tạo transistro (NPN).

+ Transistro (PNP) : tạo từ ghép nối một bán dẫn điện âm ở giữa hai bán dẫn điện dương

7

Hình 1.9 Cấu tạo transistor (PNP).

2 Diode

2.1 Khái niệm

- Diode là được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau , diode có hai cực Anot

và Katot Nó chỉ cho dòng đi theo 1 chiều từ Anot(A) sang Katot(K) và nó được coi như

là van 1 chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong cách máy thu thanh thuhình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

2.2 Cấu tạo

Hình 1.10 Cấu tạo diode.

Hình 1.11 Hình dáng các loại Diode trong thực tế.

Hình 1.12 Kí hiệu Diode trong cách mạch nguyên lý.

9

3.Tụ điện

3.1 Khái niệm

-Tụ điện là linh kiện dung để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưngbởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp:

-Kí hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lí là:

Hình 1.13 Tụ phân cực và không phân cực.

-Tụ không phân cực là tụ có 2 cực có vai trò như nhau và giá trị thường nhỏ (pF)

- Tụ phân cự là tụ có 2 cực tính am và dương và không thể dùng lẫn lộn nhauđược có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

3.2 Cấu tạo

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có 1 lớp cách điện gọi

là điện môi như tụ giấy, tụ hóa, tụ gốm

Hình 1.14 Cấu tạo và hình dáng của tụ gốm.

Hình 1.15 Cấu tạo và hình dáng của tụ hóa.

- Ví dụ: tụ ghi 185uF 320V nghĩa là điện dung của tụ là 185uF điện áp cựcđiện đưa vào tụ là 320V

11

Hình 1.16 Tụ hóa.

+ Với tụ giấy, tụ gốm:

- Có giá trị ghi bằng trị số và là tụ không phân cực

- Cách đọc: lấy 2 chữ số đầu nhân với 10 mũ số thứ 3

- Ví dụ: trên hình ảnh tụ ghi là 470K 220V nghĩa là giá trị = 47 x 10^4 =470000pF điện áp cực đại là 220v

Hình 1.17 Tụ gốm.

+ Tụ xoay:

- Dùng để thay đổi giá trị điện dung và được dùng trong các mạch dò

- R là điện trở có giá trị là Ohm

- L là chiều dài của dây

- S là tiết diện của dây dẫn

4.2 Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử

+ Hình dáng và kí hiệu: trong thực tế điện trở là linh kiện điện tử không phân cực

nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúng được làm từ hợp chất củacacbon và kim loại và được pha theo tỉ lệ mà tạo ra các con điện trở có điện dung khácnhau

13

+ Giá trị của điện trở được vẽ trên thân điện trở Đối với điện trở có 4 vạch màu thì

3 vạch đầu tiên là chỉ giá trị của điện trở còn vạch thứ 4 là chỉ sai số của điện trở

+ Cách đọc:

Hình 1.20 Cách đọc điện trở 4 vòng màu

vạch mũ , còn vạch cuối cùng là chỉ sai số điện trở.

Hình 1.21 Cách đọc điện trở.

+ Đối với điện trở có 5, 6 vạch: 3 vạch đầu là đọc giá trị của điện trở, vạch thứ 4 là

mũ, vạch thứ 5 là sai số

Hình 1.22 Cách đọc giá tri điện trở 5 vòng màu.

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CHÍNH

Thiết kế mạch ampli với các yêu cầu:

- Có mạch khuếch đại công suất ra loa, nghe trong phòng đủ lớn

- Điều chỉnh bass, treble, volume

- Có file mô phỏng và làm mạch in

- Phân tích yêu cầu

15

- Vẽ sơ đồ khối các phần cần thiết cấu hình nên mạch.

- Vẽ sơ đồ nguyên lí các phần đó, kết hợp tham khảo các mạch có trên internet đểphân tích ưu điểm và nhược điểm, cùng kiến thức học được từ môn điện tử tương

tự để thiết kế

- Cắm mạch thử trên board đa năng để kiểm tra sự hoạt động của mạch

- Vẽ , in mạch, hàn linh kiện lên mạch

- Thử lại mạch

- Hoàn thành mạch và viết báo cáo

 Sơ đồ khối:

Hình 2.1 Sơ đồ khối ampli.

 Phân tích mỗi khối:

 Giảm độ lớn tín hiệu:

 Mục đích, tác dụng: giảm cường độ của tín hiệu ( tín hiệu ở đây mặcđịnh là lấy từ máy tính ) trước khi đưa vào tầng khuếch đại tín hiệunhỏ đến tránh hiện tượng tín hiệu bị cắt khi đi qua các tầng sau

 Khuếch đại tín hiệu nhỏ:

 Mục đích,tác dụng: khuếch đại độ lớn của tín hiệu nhận được,cung cấp tín hiệu đủ lớn cho phần điều chỉnh bass – treble sao chotín hiệu qua phần bass – treble vẫn còn đủ lớn cho phần khuếch đạicông suất

 Bass – Treble:

 Mục đích, tác dụng:

o Núm Bass là chỉnh độ lợi cho vùng tần số khoảng 100Hz., đây

là vùng tần số của các âm trầm như tiếng trống, tiếng ồm ồm…

o Núm Treble là chỉnh độ lợi cho vùng tần số khoảng 10KHz,đây là vùng tần số của các âm bổng

o Khuếch đại tín hiệu lớn: khuếch đại tín hiệu lớn, và đưa tín hiệu ratải ngoài.

IV Thiết Kế & Thi Công:

17

A MẠCH KHẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT:

1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất.

2 Mạch in:

Hình 2.3 sơ đồ mạch in.

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí linh kiện.

4 Chức năng các linh kiện trong mạch:

a Các linh kiện cần thiết:

II Nguyên lý hoạt động:

Tín hiệu âm tần từ ngõ vào được đưa vào cực B của hai cặp vi sai Q1, sau đó ra từ cực của cặp vi sai này đến cực B của Q3, ra hai cực C của Q4 ,Q5 cấp cho hai cực G của Q6 ,Q7 sau đó cấp cho loa

Độ khuếch đại của mạch này phụ thuộc vào R6, R7 và được tính theo công thứclần

1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh âm sắc.

21

2 Mạch in:

Hình 2.6 Sơ đồ mạch in.

3 Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch:

IC4558: nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu OPAMP 2 là mạch khuếch đại đảo, OPAMP 1 và

3 là mạch cộng đảo

C1, C2, C3, C5 và C11: tụ liên lạc

R1, R2 và R3: các điện trở này quyết định hệ số khuếch đại của OPAMP 1

R4, R5 và C4: quyết định hệ số khuếch đại của OPAMP 2

R12 và C8: tín hiệu tần số trung bình chọn qua

R7 và C10 : tín hiệu có tần số cao chọn qua

R8, R11 và R14: các điện trở hồi tiếp

VR1: biến trở BASS, dùng điều chỉnh tín hiệu tần số thấp

VR2: biến trở MIDLE, dùng điều chỉnh tín hiệu tần số trung bình

VR2: biến trở TREBLE, dùng điều chỉnh tín hiệu tần số cao

VR3: biến trở VOLUME, dùng điều chỉnh biên độ tín hiệu

Xét mạch Bass Control:

* Khi VR chỉnh lên vị trí A, ta có mạch tương đương sau:

Ở tần số f=10kHz thì điện dung của tụ C6 và C7 là: 104 pF nên bị hồi tiếp nghịch qua R nối tiếp là R2 và R5, do đó độ lợi ở tần số cao bị làm suy yếu.Như vậy C6, C7 và R2, R5

C4 xem như nối tắt tín hiệu tần số cao xuống mass qua R2

R2= 1k nối mass

Tín hiệu tần số thấp:

101 111

rất nhỏ.Như vậy không có tín hiệu tần số thấp ra

*Khi VR chỉnh lên vị trí C, ta có mạch tương đương sau: