Đồ án : Đề tài Mạch hiển thị đèn theo nhạc

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦUChương 1: Tìm hiểu IV LM391511.1 Giới thiệu IC LM391511.2 Đặc thù về ứng dụng11.3 Cấu tạo và chức năng của LM391521.3.1 Cấu tạo bên ngoài của LM3915 21.3.2 Cấu tạo bên trong của LM3915 (Sơ đồ khối) 41.3.2.1 Điện áp chuẩn bên trong của LM391561.3.2.2 Điều khiển dòng61.3.2.3 Chân MODE71.3.2.4 Mô tả chức năng của chân MODE8Chương 2: Tìm hiểu về IC TDA2030A92.1 Giới thiệu về IC TDA2030A92.2 Cấu tạo và chức năng của IC TDA2030A92.2.1 Cấu tạo92.2.2 Chức năng102.3 Bảo vệ chống ngắn mạch122.4 Ngắt nhiệt độ12Chương 3 Cấu tạo và nguyên lý của mạch hiển thị đèn theo nhạc133.1 Cấu tạo của kết cấu133.2 Mạch nguồn133.3 Mạch Ampli143.4 Mạch LED nhảy theo nhạc15KẾT LUẬN PHỤ LỤCDANH MỤC TÀI LIỆU TAM KHẢO

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU IC LM3915

1.1 Giới thiệu IC LM3915

LM3915 là một khối tích hợp với những mức điện áp cảm ứng, ta có thể dùng

IC này để điều khiển được 10 LED, LCD hoặc đèn huỳnh quang chân không, nói tómlại ta có thể sử dụng nó tùy theo nhu cầu và sở thích của người sử dụng Nó có thểcung cấp được mỗi bậc analog là 3dB (đơn vị hàm Loga) Dòng trong mỗi LED qua IC

có thể điều chỉnh và lập trình được, điều tất nhiên là vẫn phải tính đến sự có mặt củađiện trở hạn dòng Những hệ thống hiển thị có thể được sử dụng từ việc cung cấp điện

áp từ 3V đến 25V và với dòng điện ra rất nhỏ chỉ từ 1mA đến 30mA và có thể đượcđiều chỉnh

LM3915 chứa những chuẩn điện áp có thể điều chỉnh được và có 10 bước điện

áp được chia một cách chính xác nhờ bô chia điện áp Trở kháng đầu vào của LM3915chấp nhận mức điện áp tín hiệu dao động từ 0V đến 1,5V của mức điện áp dươngđược cung cấp Ngoài ra trở kháng này cũng không có nhu cầu bảo vệ đối với mứcđiện áp là +/- 35V

Mỗi bật hiển thị trên LM3915 thì thích hợp với tín hiệu dải động, dải động ởđây có thể là các mức của âm thanh, các cấp độ của ánh sáng hoặc các loại hình daođộng Những ứng dụng âm thanh bao gồm mức thấp nhất hoặc cao nhất của bộ báohiệu, có thể là bộ đếm xung hoặc những tín hiệu có tần số cao Việc thay thế những bộđếm thông thường bằng một biểu đồ dạng cột với những LED sẽ được đáp ứng nhanhhơn Một số tín hiệu phức tạp khi qua IC LM3915 sẽ được giữ lại một cách có trật tự

và dễ chịu trên những tín hiệu tương tự

Về nhiệt độ sử dụng, LM3915 hoạt động ở nhiệt độ dao động từ 0˚C đến+70˚C Với nhiệt độ này LM3915 rất dễ được bảo quản tốt

Chúng ta có thể sử dụng LM3915 một cách dễ dàng, và rất dễ tìm thấy nó ở cáccửa hàng linh kiện điện tử khắp mọi nơi

1.2 Đặc thù về ứng dụng

Hình trên là sơ đồ cơ bản nhất của Lm3915 Ta có thể hiểu một cách sơ khởi sơ đồ của

Sau đây là công thức tính điện áp chuẩn VREF và dòng điện rơi trên mỗi LED

Trên đây là giới thiệu một cách sơ khai về ứng dụng của LM3915, để hiểu rõ vềchức năng của IC này, chúng ta theo dõi ở những phần tiếp theo của báo cáonày

1.3 Cấu tạo và chức năng của LM3915

1.3.1 Cấu tạo bên ngoài của LM3915

Sau đây là tên gọi và các chức năng cơ bản của mỗi chân:

Số thứ tự chân Tên gọi Chức năng

4 Divider(Low end) Bộ chia mức thấp

6 Divider(High end) Bộ chia mức cao

7 Reference output Chuẩn ngõ ra

8 Reference adjust Chuẩn hiệu chỉnh

9 Mode select Kết nối, điều khiển với những khối khác

LM3915 có một cấu tạo chuẩn trên toàn thế giới để người tiêu dùng có thểthống nhất về hình dạng mà áp dụng cho chính xác Cấu trúc cũng như chức năng củaLM3915 được đưa ra bởi một công ty có tên là National Semiconductor, trên mỗi IC

do công ty này sản xuất đều có biểu tượng và tên của National Semiconductor Đây làmột công ty đi đầu trong việc chế tạo và sản xuất các IC bán dẫn có hiệu xuất và hiệuquả năng lượng cao Những sản phẩm của công ty này còn có các thiết bị di động, thiết

bị mạng không dây, thiết bị điện tử y sinh, Doanh thu của công ty này hàng nămkhoảng 1,86 tỉ USD Chúng ta có thể tìm hiểu thêm về sản phẩm của công ty này tại

địa chỉ website www.national.com

Sau đây là hình ảnh cấu tạo vật lý bên ngoài của LM3915

Hình 2

Kích thước giữa các chân và các chuẩn độ dài khác được mô tả chính xác trên hình vẽ

1.3.2 Cấu tạo bên trong của LM3915 (Sơ đồ khối)

Hình dưới đây là cấu tạo sơ đồ khối của LM3915, nó có các chân được mô tảmột cách khá chi tiết bên trong IC, những bộ so sánh (Opamp), những điện trở hạndòng được sắp đặt một cách có chủ đích, những điện trở nối với bộ so sánh một cáchđối xứng (điện trở dây)

Hình 3

Sơ đồ khối của LM3915 cho chúng ta biết cách sử dụng khái quát của IC này.Tổng trở vào được sử dụng với tín hiệu từ 0V đến 12V, nhờ có các điện trở này mà cóthể ngăn ngừa mức điện áp đảo hoặc quá áp từ tín hiệu Tín hiệu vào được cung cấpcho 10 bộ so sánh (như hình 3) Mỗi bộ so sánh có một mức điện áp khác nhau vàđược định tuyến bởi các điện trở dây, thay đổi từ 1K đến 6.63K (như hình 3)

Trong một ví dụ minh họa, điện trở dây được nối kết với mức điện áp chuẩn1,25V Trong từng trường hợp cứ mỗi 3dB và tín hiệu vào ở chân số 5 cứ tăng dần, bộ

so sánh sẽ bật LED lên ở những mức tín hiệu tương ứng Bộ chia điện trở có tác dụngkết nối giữa hai mức điện áp và được cung cấp mức điện áp ít nhất 1,5V dưới mức V+

và không thấp hơn mức V-

1.3.2.1 Điện áp chuẩn bên trong của LM3915

Chuẩn điện áp này được thiết kế để điều chỉ và duy trì mức điện áp danh định1,25V giữa chân 7 (REF OUT) và chân 8 (REF ADJ) Điện áp rơi trên điện trở R1 có 1giá trị không đổi gọi là VREF, trong lúc này cũng có một dòng có trị số không đổi trôi

từ chân 8 của IC xuống điện trở R2 Và công thức tính điện áp ngõ ra được cho bởicông thức bên dưới

Hình 4

Với dòng lớn nhất khoảng 120 µA, do đó chắc chắn sẽ xuất hiện những sự saikhác không cần thiết Chân số 7 được thiết kế để hạn chế một cách thấp nhất dòng vớiđiện áp V+ và tải thay đổi Nếu chúng ta sử dụng đúng thì dòng qua tải sẽ dao động từ

80 µA đến 5 mA Điện dung tải cần thiết ít nhất chỉ cần 0.05 µF

1.3.2.2 Điều khiển dòng

Sơ đồ khối của LM3915 như hình 3 không hoàn toàn minh họa được việc điềukhiển độ sáng của LED Dòng trên chân 7 quyết định độ sáng của dòng qua LED, khi

có tín hiệu vào dòng này lần lượt chạy qua 10 LED, dòng này sẽ là một hằng số tươngđối mặc dù điện áp và nhiệt độ có thể thay đổi Dòng xuất hiện ngay trên các nội trở,ngay khi có dòng và áp bên ngoài, dòng và áp này sẽ thiết lập cho các bộ chia và tínhtoán dòng đi qua mỗi LED Khả năng điều khiển độ sáng của LED theo thời gian và tỷ

lệ với điện áp đầu vào, ngoài ra còn một số tín hiệu khác sẽ điều khiển một số hướnghiển thị hoặc báo hiệu quá áp hay báo động,

Ngõ ra của LM3915 được giới hạn dòng bởi transistor NPN, và có một mạchhồi tiếp bên trong điều khiển transistor này Dòng ra được điều chỉnh 10 tải chuẩn, tức

là 10 LED có trị số kỹ thuật không đổi, và điện áp ngõ ra có thể biến đổi, trong lúc đótransistor không ở chế độ bảo hòa Sau đây là sơ đồ minh họa dòng ra cua LM3915

Ngõ ra có thể chạy trong chế độ bảo hòa và không có một hiệu ứng gây cản trởnào cả Điện trở ở cực E của transistor cân bằng với điện trở ở cực E cộng với RE, tổngcộng khoảng 50 ohm (hình 5) Điều này cũng có khả năng thực hiện được với chỉnhlưu AC mà không có bộ lọc Để tránh sự dao động, nhiễu không cần thiết trên mỗiLED, ta nên rẽ mạch đến các tụ 2.2 µF tantalum hoặc 10 µF aluminum

1.3.2.3 Chân MODE

Ngõ vào MODE, cho phép LM3915 kết hợp với nhiều IC cùng chức năng khác,những IC này điều khiển nhiều ứng dụng hơn Sự phân loại sau đây cho chúng ta thấynhững hướng cơ bản để sử dụng tối ưu các chân này

Hiển thị dạng thanh: Nối trực tiếp chân số 9 với chân số 3

Hiển thị dạng điểm: Chân số 9 được để trống

Hiển thị 20 LED hoặc nhiều hơn nữa: Nối chân số 9 của IC đầu tiên trong chuỗivới chân số 1 của IC tiếp theo, nếu ta muốn tiếp tục nhân rộng sự kết nối này thì cứtiếp tục Và IC LM3915 cuối cùng trong chuỗi, chân số 9 có thể chừa trống và tất cảnhững IC tiếp theo nên mắc thêm 1 điện trở 20K song song với LED số 9, tức chân 11đối với LCD

1.3.2.4 Mô tả chức năng của chân MODE

Chân MODE thật sự có hai chức năng Ta quan sát sơ đồ khối dưới đây củachân MODE

Điện áp trên chân số 9 được nhận biết bởi tụ C1, điện áp chuẩn trên danh nghĩa

từ V+ đến khoảng 100mV LM3915 kết hợp với các IC khác hiển thị dạng thanh nếuđiện áp đưa vào chân số 9 trên mức này, nói cách khác nó không kết hợp với các ICkhác hiển thị điểm Nhưng bộ so sánh cũng được thiết kế để có thể điều khiển hiển thịdạng điểm

Đưa vào bộ so sánh đển khuếch đại và mức điện áp biến đổi trong 100mV.Chân số 9 nên để mức điện áp từ 20mV đến V+ đối với hiển thị dạng thanh và từ200mV đến V+ đối với hiển thị dạng điểm Ta để ý, trong một số ứng dụng chân số 9

có thể được mở hoặc nối với chân số 3 Trong kết hợp để hiển thị dạng thanh, chân số

9 được nối trực tiếp với chân số 3

Đây là toàn bộ những lưu ý cơ bản khi ta sử dụng LM3915 và ngoài ra IC nàyvẫn có thể dùng để hiển thị tín hiệu cho những khối khác như khối LCD, Ở đây trong

sự hạn hẹp tôi chỉ xin phép tìm hiểu LM3915 với hiển thị LED đơn

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ IC TDA2030A

2.1 Giới thiệu về IC TDA2030A

TDA2030 là một khối IC tích hợp trong bộ Pentawatt, và được sử dụng

ở tần số thấp lớp AB của bộ khuếch đại Với điện áp Vs tối đa là 44V, IC này đặc biệtvới những ứng dụng có liên quan và có thể điều khiển dòng 35W bộ khuếch đại âmthanh 18W

Dòng ra của TDA2030 có thể lớn nhưng vẫn có thể điều hòa được xuốngthấp mà có thể tránh nhiễu 1 cách tương đối Ngoài ra , những cơ cấu khác được thêmvào ngoài IC và những cơ cấu gốc của nó có thể được bảo vệ ngắn mạch vì có sẵn một

hệ thống ở đó, và nó có thể giới hạn điện áp của nguồn để mạch hoạt động một cách

ổn định trong khuôn khổ an toàn

2.2 Cấu tạo và chức năng của IC TDA2030A

2.2.1 Cấu tạo

Sơ đồ IC TDA2030A

Thứ tự các chân của TDA2030A được chú thích trên hình vẽ với

Chân 5: Điện áp dương +VsNhững chân này kết hợp thêm với các phụ kiện như điện trở tụ điện để tạothành một bộ khuếch đại tín hiệu âm thanh hoàn chỉnh, có thể đưa ra loa và ngườinghe được

Hình trên đây là cấu tạo vật lý của TDA2030A Hình dạng và kích thước ngoàithực tế của IC này được mô tả một cách chính xác như trong hình vẽ.

2.2.2 Chức năng

Sau đây là một số mạch ứng dụng ampli của TDA2030A

Đây là mạch có đầy đủ các thành phần để cho ra những âm thanh hoàn hảo nhất Ta cóthể nhận thấy ngay từ đầu ngõ vào (chân 1 của IC) đã có các bộ lọc: Thông thấp, thôngcao và thông dãi, có thể nói ứng với 3 mạch riêng lẽ Mục đích của nó là để hiệu chỉnhcác tín hiệu âm thanh cho tần số cao ( âm treble ), tần số thấp ( âm Bass ), từ tần sốthấp đến tần số cao ( âm thông thường ) Trên sơ đồ mạch ta cũng thấy rõ những tần số

mà nhà sản xuất định ra cho chúng ta để tiện cho việc chế tạo, tức là từ 300Hz đến 3KHz Như vậy ta cần có 3 loa với những giá tri phù hợp để cho 3 đầu ra của 3 mạchriêng lẽ

Thực chất IC TDA2030A là một công cụ khuếch đại công suất trung bình, nhàsản xuất đã tính toán các mức khuếch đại thích hợp và đưa vào IC Ta có thể tìm thất

IC này trong các mạch ampli đơn hay đôi, và vì có ít chân nên rất dễ sử dụng và thaythế

Mạch trên đây cũng là một mạch khuếch đại công suất đơn giảm sử dụng ICTDA2030A Mạch khuếch đại này đơn giản hơn mạch khuếch đại công suất ở trên bởi

vì chỉ sử dụng một trong ba mạch lọc ở trên Chắc chắn một điều là âm thanh ở ngõ ra

sẽ không hay bằng mạch khếch đại tích hợp 3 mạch lọc như ở phần trên

2.3 Bảo vệ chống ngắn mạch

TDA2030A có một dòng ban đầu mà có thể giới hạn dòng ra của transistor.Chức năng này có thể bảo đảm việc giới hạn điện áp tại đỉnh cao nhất của nó so vớinhững cách giới hạn thông thường Điều này sẽ giảm khả năng IC bị phá hủy donhững sự ngắn mạch ngẫu nhiên từ dòng ra AC đến Mass

CHƯƠNG III: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH HIỂN THỊ DÈN

THEO NHẠC

3.1 Cấu tạo của kết cấu

Tổng thể khối đồ án của tôi gồm 3 mạch:

Mạch thứ nhất: Mạch hiển thị LED theo nhạc

Mạch thứ hai: Mạch ampli mono

Mạch thứ ba: Mạch nguồn

Mỗi mạch có một chức năng và đảm nhiệm những tác vụ riêng Sau đóchúng được hợp thành một khối hoàn chỉnh Khi ta cấp tín hiệu âm thanh vào khối này,

nó vừa phát âm thanh đã qua khếch đại ra loa và cùng lúc đó thì đèn cũng nhảy lên và

nhảy xuống theo tiếng nhạc Vậy để hiểu thêm về khối này, tôi xin giới thiệu từng

Ở đây tôi lấy thẳng nguồn điện 220VAC, qua biến áp, với những cuộn dây

quấn, biến áp này biến đổi 220VAC thành khoảng 12VAC Sau đó điện áp này qua cầu

chỉnh lưu toàn kì biến đổi thành 12VDC, nhưng điện áp này chưa phẳng hoàn toàn,

vẫn còn những gai nhọn, có thể gây đập mạch trong quá trình chạy mạch Nên tôi dùng

thêm 1 tụ lọc có trị số khoảng 4700 microFara, tuy nó không thể triệt hạ hoàn toàn

những xung nhọn không đáng có nhưng cũng hạn chế phần nào tình trạng đập mạch

Với nguồn 12VDC này tôi sẽ cấp thẳng vào mạch LED và mạch ampli mà tôi sẽ trình

bày ở phần sau

Ta có thể hình dung việc biến đổi điện áp AC thành DC khi có tụ điện và không

có tụ điện như sau

(Hình cắt trên internet)Khi không có tụ điện, điện áp vẫn còn rất nhiều gợn sống.

(Hình cắt trên internet)Khi có tụ điện, điện áp đã được biến đổi gần như thẳng

Ở đây đáng lẽ tôi nên dùng thêm IC 7812 để biến đổi ra điện áp ổn định hơn,nhưng khi đo đạt đã thấy với mức điện áp của biến áp đã khá ổn định nên tôi sử dụngphương án trực tiếp này

3.3 Mạch Ampli

Thực chất mạch ampli là mạch khuếch đại tín hiệu Ngày nay ampli cónhiều loại, tùy theo chức năng mà có ampli công suất cao và công suất thấp, và tùytheo môi trường và mức độ cảm âm của người nghe mà ta có thể chọn ampli cho phùhợp Có nhiều loại ampli và sử dụng nhiều cách khuếch đại âm thanh khác nhau,nhưng khuếch đại tín hiệu bằng IC thường phổ biến nhất

Đối với mạch khuếch đại tín hiệu hay còn gọi là mạch ampli tôi sử dụng

IC TDA2030A khá phổ biến trên thị trường hiện nay và cũng rất dễ sử dụng IC nàytôi đã đề cập ở phần trên với cấu tạo và chức năng sơ khởi của nó Sau đây là mạchkhuếch đại này

Mạch trên đây tôi chỉ thiết kế cho 1 kênh trái hoặc phải, muốn dùng cho 2 kênh

ta có thể dùng 2 con TDA2030A Mạch này tôi thảm khảo trên Datasheet của

TDA2030A, tất cả những linh kiện hay tụ đều được tính toán một cách hợp lý do nhàsản xuất đưa ra Ta có thể hình dung khi đưa tín hiệu vào chân số 1 ( tức vào ngõ vàokhông đảo), qua IC khuếch đại và ngõ ra ở chân số 4 và ở chân này, ta mắc thêm loa đểbiểu thị tín hiệu đã được khuếch đại Tuy nhiên loa này ta phải chọn cho phù hợp vớiđáp ứng của IC này, vì mỗi một IC có một danh chuẩn riêng Ở đây tôi chọn loa có trị

số khoảng 8 ohm, 8W khá phù hợp với tính năng của IC này

Bất kì một IC khuếch đại công suất nào như TDA2030A sẽ tỏa ra rất nhiềunhiệt, do đó việc thêm miếng tản nhiệt là hoàn toàn cần thiết Điều này không nhữnglàm cho mạch bớt nóng mà còn làm tín hiệu ra khá ổn định và tuổi thọ được lâu dài

Tuy nhiên bất kì một thông số kỉ thuật nào đưa ra chắc chắn có sự sai sót, do sựtăng giảm nhiệt độ hoặc các yếu tố hủy hoại về điện và do kinh nghiệm chế tạo amplichưa nhiều, nên mạch thực hiện có thể bị nhiễu do những yếu tố khách quan nhưng khi

âm thanh phát ra và được tinh chỉnh thì chúng ta vẫn tạm có thể chấp nhận được với 1ampli MONO

3.4 Mạch LED nhảy theo nhạc

Để thực hiện được mạch này, ta lấy nguồn tín hiệu vào, tín hiệu này cóthể là tín hiệu âm tần do giọng nói hoặc do các phương tiện phát tính hiệu nhân tạo

khác Và tín hiệu đầu vào này cũng chính là tín hiệu đầu vào của ampli Tôi thực hiệnmạch này dựa theo nguyên lý hoạt động của IC LM3915 như đã được trình bày ở trên.

Sau đây là mạch mà tôi đã sử dụng

R 5 R

Mạch cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm 2 IC LM3915 cho hai kênh trái và phải, 20LED đơn dùng đẻ hiển thị, 1 tụ 10u và 1 tụ 100n, 2 điện trở 1 Kohm Tôi có thể mô tả

sự hoạt động của mạch này như sau, khi ta cấp điện áp cho nó khoảng 12V, và đưa tínhiệu âm tần vào, thì LED sẽ bắt đầu sáng từ LED số 1 đến LED số 10, tùy theo biên độcủa tín hiệu âm thanh lớn hay nhỏ

Nguyên tắt hoạt động của IC LM3915 trong trường hợp này, có thể được tómgọn như sau

Trước hết tôi cho những LED này hiển thị theo dạng thanh nên chân số 9 nốivới chân số 3 như tôi đã trình bày ở phần trên Trong IC này có khoảng 10 bộ so sánh,khi mức mỗi bộ có một mức điện áp chuẩn riêng biệt được sắp xếp tăng dần theo điện

áp từ LED 1 đến LED 10, tất nhiên điện áp chuẩn này được cấp theo một quy tắt chuẩn

có sẵn tron IC, khi có tín hiệu đưa vào, tín hiệu này sẽ đi qua 10 bộ so sánh từ mứcđiện áp thấp đến mức điện áp cao Khi đến mức điện áp nào, nó sẽ so sánh với mứcđiện áp đó, nếu thỏa mãn nó sẽ xuất ở đầu ra của bộ so sánh đó và điều này phù hợpvới điều kiện LED sẽ sáng Và cứ nguyên tắt như vậy từ LED 2 trở đi đến LED 10