mạch khuếch đại âm thanh

mạch khuếch đại âm thanhmạch khuếch đại âm thanh dùng bjtmạch khuếch đại âm thanh đơn giảnmạch khuếch đại âm thanh dùng icmạch khuếch đại âm thanh đơn giản nhấtmạch khuếch đại âm thanh dùng ic la4440mạch khuếch đại âm thanh công suất lớnmạch khuếch đại âm thanh công suất nhỏmạch khuếch đại âm thanh dùng ic công suất 100wsơ đồ mạch khuếch đại âm thanh đơn giản

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

- BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH

Giảng viên hướng dẫn: PHẠM THỊ HỒNG ANH

Sinh viên thực hiện: PHAN TUẤN NINH

Lớp : KTĐ-ĐT K14D

Hà Nội, 5 tháng 8 năm 2017

Có thể nói thiết bị khuếch đại âm thanh hay còn gọi là Ampli là một trong những sản phẩm đầu tiên cho thấy các sản phẩm của ngành điện tử chúng ta có tính ứng dụng cao trong đời sống hằng ngày Từ đó tạo ra tiền đề phát triển cho những sản phẩm tiếp theo của nghành điện tử, phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và giải trí hàng ngày của mỗi con người Sau hơn 2 năm học, với sự tích lũy kiến thức của các môn học như Điện tử cơ bản, Điện tử thông tin, Điện tử công suất… đã đảm bảo cho em có thể phân tích và thiết kế một mạch khuếch đại công suất âm thanh đơn giản

Hiện nay mạch khuếch đại công suất âm thanh rất phổ biến trên thị trường, tầng khuếch đại công suất thường được thiết kế sử dụng BJT ( FET) công suất, nhưng với yêu cầu công suất vừa phải phục vụ cho nhu cầu giải trí cá nhân thì để đơn giản hơn ta có thể thiết kế mạch khuếch đại công suất sử dụng các IC tích hợp sẵn như: TDA, LA, LM, TL… Việc sử dụng các IC khuếch đại tương tự như một khối mạch điện phức tạp đã được tích hợp sẵn chắc chắn sẽ dễ dàng và sáng sủa hơn nhiều so với việc chúng ta tính toán, thiết kế, từng bước xác định tất cả các thông số của các phần tử trong mạch như transistor, điện trở, tụ điện v.v để cho ra thành phẩm cuối cùng

Nhận thức được sự tiện lợi cùng những ưu điểm vượt trội từ việc sử dụng các

IC khuếch đại thuật toán này đem lại mà nhóm chúng em đi đến quyết định chọn đề

tài “Mạch khuếch đại công suất âm thanh sử dụng transitor” sử dụng transistor

“ TIP41C “ để thực hiện đồ án cho môn học này

Trong quá trình thực hiện đồ án, em tuy có nhiều thiếu sót nhưng nhờ được sự

hướng dẫn nhiệt tình cùng những góp ý quý giá mà cô giáo Phạm Thị Hồng Anh

mang lại,em mới có thể hoàn thành tốt đồ án cho môn học này Vì đây là lần thực hiện đồ án đầu tiên cho môn chuyên nghành nên mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Do đó chúng em rất mong nhận được nhiều đóng góp ý kiến từ thầy Thảo nói riêng và các thầy cô giáo bộ môn khoa Điện – Điện tử nói chung để đồ án môn học này ngày càng được hoàn thiện hơn Thay mặt nhóm, em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của GVHD :

PHẦN 1 GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1 Mục tiêu 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

1.3 Giới hạn đề tài 1

PHẦN 2 THIẾT KẾ 1

2.1 Giới thiệu 1

2.2 Thiết kế sơ đồ khối 1

2.3 Chức năng của từng khối 2

2.3.1 Khối nguồn 2

2.3.2 Khối tiền khuếch đại 2

2.3.3 Khối âm sắc 2

2.3.4 Khối khuếch đại công suất 2

2.4 Khảo sát một số linh kiện quan trọng được sử dụng trong mạch 3

2.4.1 tip41c 3

2.5 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 5

2.5.1 Mạch nguồn 5

2.5.2 Mạch tiền khuếch đại 6

2.5.3 Mạch âm sắc 6

2.5.4 Mạch khuếch đại công suất 7

2.6 Sơ đồ nguyên lý chi tiết 9

PHẦN 3 THI CÔNG MẠCH 10

3.1 Danh sách các linh kiện 10

3.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý 10

3.3 Vẽ sơ đồ mạch in 11

PHẦN 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 11

Kết luận 12

Hướng phát triển 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

PHẦN 1:

GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN

1.1 MỤC TIÊU

Sau khi thực hiện xong đề tài này nhóm em sẽ hiểu rõ được nguyên lí làm việc của các thiêt bị khuếch đại công suất cũng như có thể tự tay chế tạo được cho mình những mạch ampli đơn giản để nghe nhạc hằng ngày

1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Mạch khuếch đại âm thanh là một trong những sản phẩm tiêu biểu của ngành điện

tử có tính ứng dụng cao trong đời sống, phục vụ cho nhu cầu nghe nhạc, xem phim giải trí hằng ngày của mỗi chúng ta

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Bằng những kiến thức cơ bản đã được học mà nhóm em đã có khả năng thiết kế lắp ráp được mạch ampli có công suất nhỏ (tổng công suất hiệu dụng vào khoảng 40W khi dùng

( Transistor TIP41C Transistor TIP42C ), có thể sử dụng cho máy nghe nhạc MP3, điện thoại, tivi, laptop… để phục vụ nhu cầu nghe nhạc giải trí hàng ngày trong căn phòng có diện tích vừa và nhỏ Mạch hầu hết sử dụng các linh kiện phổ biến trên thị trường và có giá cả phù hợp với điều kiện tài chính của các bạn sinh viên Mạch khuếch đại công suất âm thanh trong dải âm tần từ 20Hz đến 20kHz

PHẦN 2:

THIẾT KẾ

2.1 GIỚI THIỆU

Hầu hết ai trong số chúng ta đều nghe mọi người nhắc đến thiết bị có tên là Ampli, thiết bị này hầu như không thể thiếu trong mọi gia đình Ampli thực chất nó là một hệ thống khuếch đại công suất âm thanh, thường gồm có các thành phần cơ bản như sau:

bộ nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống làm việc, ngõ vào tín hiệu âm thanh đi qua bộ chỉnh âm sắc bass, treble… tiếp đó đưa đến bộ phận khuếch đại tín hiệu và cuối cùng mới tới ngõ ra để đưa tín hiệu âm thanh sau khi khuếch đại ra loa để thưởng thức

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Từ các yêu cầu của một hệ thống khuếch đại công suất âm thanh thì nhóm tiến hành thiết kế sơ đồ khối của mạch như hình sau:

Hình 2.2 Sơ đồ khối mạch khuếch đại công suất âm thanh.

2.3 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI

2.3.1 Khối nguồn

Có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động

2.3.2 Khối tiền khuếch đại

Có chức năng khuếch đại tín hiệu ngõ vào lên nhiều lần để đưa qua tầng âm sắc

xử lý Khối này sử dụng Transistor TIP41C để khuếch đại

2.3.3 Khối âm sắc

Khối này cho phép chúng ta điều chỉnh được các đặc tính của tín hiệu âm thanh ngõ vào như điều chỉnh âm trầm (bass), âm bổng (treble) tùy theo sở thích của người nghe Sử dụng các mạch lọc thụ động và mạch lọc tích cực để cho phép hoặc hạn chế một dải tần số nào đó tùy theo nhu cầu, chẳng hạn muốn nghe âm trầm (bass) thì cần hạn chế dải tần số cao đi qua và ngược lại với âm treble cần hạn chế dải tần số thấp đi qua

2.3.4 Khối khuếch đại công suất

Để có thể phát được âm thanh ra loa thì trước đó tín hiệu cần phải được khuếch đại lên nhiều lần Ở khối này có chức năng khuếch đại tín hiệu từ tầng âm sắc đưa qua lên nhiều lần để đảm bảo tín hiệu này đủ lớn, có thể phát ra loa để chúng ta nghe thấy được Sử dụng Transistor TIP42C để khuếch đại

2.4 KHẢO SÁT MỘT SỐ LINH KIỆN QUAN TRỌNG ĐƯỢC SỬ DỤNG

Thông số kỹ thuật:

Điện áp cực đại: UC = 100V

Dòng cực đại: 6A

Hệ số khuếch đại: 15 ~ 75

Nhiệt độ làm việc: -65oC ~ 150oC

Transistor TIP41C là một transistor lưỡng cực – BJT, TIP41C gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau tạo thành transistor phân cực ngược NPN.

Hình 2.4 Sơ đồ chân TIP41C

Transistor TIP41C được đóng gói theo chuẩn TO-220, thứ tự chân từ trái qua phải là B C E TIP41C là transistor công suất có hệ số khuếch đại trong khoảng

từ 15 đến 75, công suất lên đến 65W.

TIP41C được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tổng quát, mạch khuếch đại âm thanh, mạch khuếch đại công suất tuyến tính.

2.5 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

2.5.1 Mạch nguồn

Mạch sử dụng Transistor TIP41C sử dụng nguồn một chiều đối xứng ±12V nên ta cần dùng máy biến áp để đưa nguồn xoay chiều 220V xuống điện áp đối xứng 12V Điện áp ngõ ra được chỉnh lưu toàn kỳ qua 4 diode để trở thành nguồn một chiều đối xứng cung cấp cho toàn mạch

Đối với mạch nguồn thì một thành phần không thể thiếu đó là các tụ lọc nguồn

Ở đây ta dùng tụ có trị số 4700uF để san phẳng điện áp và dùng thêm tụ gốm 104

có giá trị là 100nF để lọc nhiễu cao tần

Hình 2.5.1 Mạch nguồn

2.5.2 Mạch tiền khuếch đại

Để có thể xử lý được tín hiệu qua nhiều tầng khác nhau thì cần đảm bảo tín hiệu ngõ vào phải đến được tầng xử lý cuối cùng trước khi nó bị suy giảm hoàn toàn Vì vậy người ta cần khuếch đại tín hiệu ngõ vào này thông qua một mạch tiền khuếch đại như hình dưới đây:

 Xét mạch Op-Amp lý tưởng: , nên =

 Hệ số khuếch đại vòng kín:

=> (2.2) Đối với mạch tiền khuếch đại thì độ khuếch đại tín hiệu không cần quá lớn như mạch khuếch đại công suất đủ để tín hiệu đi qua được nhiều tầng xử lý tiếp theo mà không bị suy giảm đi mất và một phần quan trọng hơn là để tín hiệu không bị sái dạng đi nhiều khi nó còn phải tiếp tục đi qua các tầng xử lý tiếp theo… Thực tế người ta thường chọn độ khuếch đại vào khoảng từ 5÷10 lần ở tầng này

2.5.3a Âm trầm (Bass)

Là âm thanh có dải tần số nghe được nằm trong khoảng từ 20Hz đến 320Hz Với kiến thức đã học, chúng ta biết rằng mạch lọc tần số gồm có dạng lọc thụ động và lọc tích cực Khi làm việc ở tần số thấp, mạch lọc có điện cảm rất lớn dẫn đến kết cấu chung của mạch lọc thụ động trở nên phức tạp và tốn kém Do đó người

ta thường sử dụng mạch lọc tích cực để khắc phục những nhược điểm trên Ở đây

ta sử dụng mạch lọc tích cực – mạch lọc thông thấp bậc 2 để lọc âm Bass

Tần số cắt của mạch lọc hình 2.5.3a: (2.3)

Để đơn giản người ta thường chọn ,

Suy ra giá trị điện trở cần tìm: (2.5)

Tính toán thiết kế đối với mạch lọc Bass này thì ta chọn tần số cắt là 320Hz Chọn tụ C = 33nF =>

=> Chọn R thực tế là 15kΩ

Mạch lọc sử dụng Op-Amp khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại vòng kín:

=> (2.6) Chọn thiết kế mạch lọc có thì:

=> (Dấu trừ chứng tỏ tín hiệu ngõ ra ngược pha 180° so với tín hiệu ban đầu)

Vậy mạch lọc có ngõ ra khuếch đại tín hiệu âm Bass lên 5 lần so với ban đầu Mạch sau khi tính toán thiết kế:

2.5.3b Âm bổng (Treble)

Với phần này ta có thể sử dụng mạch lọc thụ động – Mạch lọc thông thấp sử dụng RC đơn giản như sau:

Hình 2.5.3b Mạch lọc thông thấp RC

Tần số cắt của mạch lọc RC: (2.7)

Trong yêu cầu của mạch điều chỉnh âm Treble thì dải tần âm thanh làm việc còn lại nằm trong khoảng từ 320Hz đến 20kHz Muốn nghe Treble nhiều thì ta cho tần số cao đi qua càng nhiều càng tốt, còn ngược lại muốn Treble ít thì hạn chế dải tần số cao đi qua Vì vậy để làm được điều này thì ta cần thiết kế một bộ lọc thông thấp có thể điều chỉnh được dải tần số làm việc trong phạm vi này, cụ thể như sau:

 Tần số cắt cao nhất mà bộ lọc có thể đạt được là 20kHz:

Chọn C = 10nF => = => Chọn = 1kΩ

 Tần số cắt thấp nhất mà bộ lọc có thể đạt được là 320Hz:

Chọn C = 10nF => =

=> Chọn = 50kΩ

Như vậy với hai giá trị R là 1kΩ và 50kΩ vừa thu được ở trên ta sẽ đề ra phương án là mắc thêm biến trở VR = 50kΩ với điện trở 1kΩ Mạch lọc lúc bấy giờ được thiết kế lại như sau:

Hình 2.5.3c Mạch lọc thông thấp điều chỉnh được tần số cắt.

Hình 2.5.3d Kết quả mô phỏng tần số cắt cao.

Hình 2.5.3e Kết quả mô phỏng tần số cắt thấp.

2.5.4 Mạch khuếch đại công suất

Sử dụng mạch khuếch đại không đảo có sơ đồ mạch như sau :

 Xét mạch Op-Amp lý tưởng: , nên =

Mặt khác:

 Hệ số khuếch đại vòng kín:

=> (2.9) Theo Datasheet của nhà sản xuất thì TDA2030A hoạt động ổn định, tín hiệu ngõ ra được đảm bảo về chất lượng với hệ số khuếch đại vào khoảng 25÷33 lần Chọn thiết kế với lần

Ta có: = 30 => = 30

Chọn =>

Ta được mạch khuếch đại công suất như sau:

2.6 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CHI TIẾT

Hình 2.6 sơ đồ mạch nguyên lí

THI CÔNG MẠCH 3.1 DANH SÁCH LINH KIỆN

Bảng 3.1 Danh sách các linh kiện được sử dụng trong mạch

3.2 VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Sơ đồ nguyên lý được vẽ bằng chương trình Schematic Capture có trong phần mềm Proteus 8.4 trên máy tính như hình sau:

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý được vẽ bằng chương trình Schematic Capture

Chương 4:

KẾT QUẢ THỰC HIỆN

4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN

Sau khi thi công và cho mạch hoạt động trong điều kiện thực tế thì nhóm có một số nhận xét về mạch như sau:

 Mạch hoạt động tương đối ổn

 Chỉnh được Bass, Treble

 Khi dùng với tải là loa có trở kháng 4Ω thì công suất của mạch khuếch đại lớn hơn rất nhiều so với khi dùng với loa có trở kháng 8Ω Như vậy với tải

là loa có trở tráng càng nhỏ thì mạch khuếch đại có công suất càng lớn

 Sản phẩm sau khi thi công có kích thước còn hơi lớn, chưa tối ưu tốt về kích thước bo mạch

 Sản phẩm an toàn cho người sử dụng do đã được bọc cách ly nguồn

KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN

KẾT LUẬN

Sau khi thực hiện xong đề tài này em đã có thể:

 Hiểu được nguyên lý hoạt động cơ bản của mạch khuếch đại công suất

 Có thể thiết kế và thi công được mạch khuếch đại công suất nhỏ

Có thể sửa chữa được các hư hỏng thường gặp của loa vi tính dung Transistor TIP41C

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng bài tập lớn của em vẫn còn sai sót và hạn chế về mặt cơ sở lý thuyết cũng như kiến thức thực tế cần trình độ chuyên môn cùng với thời gian làm đề tài còn hạn hẹp, em rất mong thầy và các bạn góp ý

Một lần nữa em xin cảm ơn thầy giáo Phạm Thị Hồng Anh đã tận tình giúp đỡ

em trong quá trình làm bài tập lớn.em xin cảm ơn các thầy giáo đã tạo điều

kiện tốt nhất để em hoàn thành bài tập lớn này

em xin chân thành cảm ơn !

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Để sản phẩm làm ra có thể hoàn thiện hơn thì nếu có điều kiện thuận lợi về mặt kinh phí, nhóm dự định sẽ cải tiến thêm một số tính năng cần thiết cho người sử dụng cũng như khắc phục những vấn đề còn tồn tại trong sản phẩm như:

 Sản phẩm có thể bổ sung thêm tính năng chống ngắn mạch ở tải ngõ ra để không gây chết Transistor khi chẳng may xảy ra lỗi do người dùng bất cẩn trong lúc lắp ráp hệ thống loa, đảm bảo an toàn cho cả hệ thống mạch

 Sản phẩm sẽ được cải tiến, giảm kích thước board mạch để có thể lắp đặt dễ dàng trong các thùng loa, đảm bảo tính gọn gàng và thẩm mỹ cho sản phẩm

 Sản phẩm có thể cải tiến thêm các chức năng như: thêm modul đọc nhạc từ thẻ nhớ, USB, thu tín hiệu qua Bluetooth

 Sản phẩm có thể lắp thêm mạch hiển thị led nháy theo cường độ âm thanh

 Sản phẩm có thể bổ sung thêm tính năng Equalizer, điều chỉnh được 10 dải tần số âm thanh khác nhau để đáp ứng nhu cầu nghe nhạc cho một số người dùng khó tính

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 - Lê Chí Kiên: (04/2013):Giáo trình Đo lường cảm biến

Nhà xuất bản: Đại học Quốc gia TP HCM

2 Nguyễn Văn Bình – Nguyễn Tất Tiến : Nguyên lý động cơ do

(nhà xuất bản KH-KT Hà Nội 1985)

3 Vò Gia Hanh, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu:2002:Máy điện 1 và 2

:NXBKHKT

4 Nguyễn Doãn Phước:2002:Lý thuyết điều khiển tự động :NXBKHKT

5 Phan Quốc Phô :2002 : Cảm biến :NXBKHKT