Báo cáo đồ án mạch khuếch đại công suất

Mục đích - Đối với sinh viên :  Sau khi thực hiện xong đề tài này, nhóm em và các bạn sẽ hiểu rõ được nguyên lý làm việc của các thiết bị điều khiển, các linh kiện điện tử cũng như có t

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH TỔNG QUAN ĐỀ BÀI 4

1.1 đề tài đc nhận nguyên lý hoạt động 1.1 ĐỀ TÀI ĐƯỢC NHẬN 4

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 4

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO CẦM TAY 6

2.1 Linh kiện dùng trong mạch 6

2.2 Chức năng linh kiện 6

2.2.1 Biến Trở 6

2.2.2 Điện Trở 8

2.2.3 Tụ Điện 9

2.2.4 IC LM 386 12

2.2.5 Micro Áp Điện 13

2.2.6 Loa 15

17

2.3 Nguyên lý hoạt động 19

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THÌ CÔNG MẠCH 21

3.1 Thiết kế mạch 21

3.2 Làm mạch 24

3.3 Kết luận 25

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số đã trở nên quen thuộc với nhiều người bởi sự phát triển của ngành này rất lớn với sự phát triển kinh tế toàn cầu Để đáp ứng nhu cầu bức thiết của của cộc sống và hội nhập tiến độ phát triển trên thế giới, đi đòi hỏi các ngành kỹ thuật hiện nay ngày phải một nâng cao và phát triển về chất lượng và khẳ năng ứng dụng rộng rãi Trong đó có ngành “Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông”cũng đóng một vai trò quan trọng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất của thế giới

Những thành tựu của nó đã góp phần rất lớn tới cuộc sống Biến những cái tưởngchừng như không thể thành cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thấn cho con người Cùng với kinh nghiệm thực tế, nhóm em đã có cơ hội chuyển những kiến thức thực tế qua đề tài “MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO CẦM TAY”Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm chúng em đã rất cố gắng để hoàn thành tốt nhưng do vốn kiến thức còn hạn hẹp mà không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm của thầy cô cũng như các bạn đọc

Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Giáp Văn Dương

đã hướng dẫn tận tình, giảng giải chi tiết giúp chúng em hoàn thành đề tài đồ án 1 này

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Nguyễn Anh Văn Nguyễn Thị Kim Thoa

Vũ Hoàng Việt

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH TỔNG QUAN ĐỀ BÀI

1.1 Mạch nguyên lý

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại Micro cầm tay

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

a Mục đích

- Đối với sinh viên :

 Sau khi thực hiện xong đề tài này, nhóm em và các bạn sẽ hiểu rõ được nguyên

lý làm việc của các thiết bị điều khiển, các linh kiện điện tử cũng như có thể tựtay chế tạo được cho mình những mạch điều khiển đơn giản phục vụ cho cuộcsống hàng ngày

 Đối với xã hội

 Mạch có tính ứng dụng cao trong đời sống hàng ngày: Mạch khuếch đại Microcầm tay chuyên dung để nói chuyện , ca hát ,phỏng vấn dòng micro chuyênnghiệp

 Mạch có ứng dụng của mạch khuếch đại Micro cầm tay có thể dung cho đadạng mọi loại không gian như : Ứng dụng vào trong các buổi hội nghị, giảngdạy, diễn thuyết, lớp học, nhà thờ, các phòng karaoke hay không gian karaokegia đình,



CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO CẦM TAY

2.1 Linh kiện dùng trong mạch

Bảng 1: Thống kê linh kiện dùng trong mạch

2.2 Chức năng linh kiện

- Cấu tạo của biến trở gồm 2 thành phần chính là con chạy và cuộn dây được làmbằng hợp kim có điện trở suất lớn Biến trở thường lắp ráp trong máy phục vụ choquá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ thuật viên.

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện ở các dạng như sau:

c) Nguyên lý hoạt động

Biến trở làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là cácdây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiểnhay các núm vặn Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổichiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi

Thực tế việc thiết kế mạch điện tử luôn có một khoảng sai số, nên khi thực hiện

phân dòng trong mạch Ví dụ: Biến trở được sử dụng trong máy tăng âm để thay đổi

âm lượng hoặc trong chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng của đèn

2.2.2 Điện trở

a) Khái niệm

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốtthì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùnglớn

Hình 3: Vạch phân biệt trị số của trở

b) Các thông số của điện trở

- Điện trở của dây dẫn:

- Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở.Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ

ẩm và thời gian, Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ vàngược lại

Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ

Hình 4: ký hiệu điện trở trong mạch điệnĐiện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, đượctính theo công thức:

Trong đó:

p là điện trở suất của chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở đơn vị Ohm

Trong thực tế điện trở được sản suất với một số thang giá trị xác định Khi tínhtoán lý thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị đượctính

- Sai số:

Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danhđịnh, được tính theo %

- Công suất tối đa cho phép:

Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra trên Rvới công suất:

Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịuđược nếu quá ngưỡng đó điện trở sẽ bị nóng lên và có thể bị cháy Công suất tối đacho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt

Trong đó:

Pmax là công suất cực đại ( W )

Hình 5 : hình ảnh của tụ điện

b) Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại.Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi

Hình 6 : Chi tiết cấu tạo của tụ điện

Dây dẫn của tụ điện có thể sử dụng là giấy bạc, màng mỏng,

Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấytẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí Các điện môi này không dẫnđiện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện

c) Các tham số chính của tụ điện

Các tham số chính của tụ điện có điện dung danh định, điện áp và nhiệt độ làm việccao nhất

Ngoài ra là các tham số tinh tế, dành cho người thiết kế hay sửa chữa thiết bị chínhxác cao: Hệ số biến đổi điện dung theo nhiệt độ, độ trôi điện dung theo thời gian, độ

rò điện, dải tần số làm việc, tổn hao điện môi, tiếng ồn, và thường được nêu trongCatalog của linh kiện

+ C: điện dung, có đơn vị là farad;

+ Q: điện lượng, có đơn vị là coulomb, là độ lớn điện tích được tích tụ ở vật thể; + U: điện áp, có đơn vị là voltage, là điện áp ở vật thể khi tích điện

-Điện dung của tụ điện

Trong tụ điện thì điện dung phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điệnmôi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C =

Trong đó:

+ C: điện dung, có đơn vị là farad [F];

+ εr: Là hằng số điện môi hay còn gọi là điện thẩm tương đối (so với chân không)của lớp cách điện;

+ ε0: Là hằng số điện thẩm;

+ d: là chiều dày của lớp cách điện;

+ S: là diện tích bản cực của tụ điện

- Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F] Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất

lớn, do đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10−6F), nanoFara (1nF=10−9F), picoFara (1pF=10−12F)

-Tụ điện phân cực , Tụ hóa :

Hình 8: tụ điện phân cực

Thông thường do sự lão hóa vật liệu mà nhiều loại tụ có điện dung giảm theo thờigian Các tụ hóa có mức độ giảm lớn nhất, và thường gọi là "già cỗi" Nó dẫn đến sailệch hoạt động của mạch điện tử

Dãy tụ 150 KV bù pha trong truyền tải điện

-Điện áp làm việc :

Tụ điện được đặc trưng bới thông số điện áp làm việc cao nhất và được ghi rõ trên

tụ nếu có kích thước đủ lớn Đó là giá trị điện áp thường trực rơi trên tụ điện mà nóchịu đựng được Giá trị điện áp tức thời có thể cao hơn điện áp này một chút, nhưngnếu quá cao, ví dụ bằng 200% định mức, thì lớp điện môi có thể bị đánh thủng, gâychập tụ

Trước đây giá thành sản xuất tụ điện cao, nên tụ có khá nhiều mức điện áp làmviệc: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V,250V, 280V, 300V, 400V

Ngày nay các dây chuyền lớn sản xuất và cho ra ít cấp điện áp hơn thế:

-Nhiệt độ làm việc :

Nhiệt độ làm việc của tụ điện thường được hiểu là nhiệt độ ở vùng đặt tụ điện khimạch điện hoạt động Tụ điện phải được chọn với nhiệt độ làm việc cao nhất cao hơnnhiệt độ này

Thông thường nhiệt độ được thiết lập do tiêu tán điện năng biến thành nhiệt củamạch, cộng với nhiệt do môi trường ngoài truyền vào nếu nhiệt độ môi trường caohơn

Song với các tụ có mức rò điện cao, thì xảy ra sự tiêu tán điện năng biến thànhnhiệt trong tụ điện, làm cho nhiệt độ trong tụ điện cao hơn xung quanh Các hư hỏng

nổ tụ

thường liên quan đến hiện tượng này Các tụ hóa thường có rò điện ohmic, còn các tụtần cao thì có dòng điện xoáy.

Trị số của tụ phân cực vào khoảng 0,47μF - 4.700μF, thường dùng trong các mạch tần

số làm việc thấp, dùng lọc nguồn

-Tụ không phân cực

Hình 9: Tụ điện không phân cực

Tụ điện không phân cực thì không xác định cực dương âm, như tụ giấy, tụ gốm, tụmica, Các tụ có trị số điện dung nhỏ hơn 1 μF thường được sử dụng trong các mạchđiện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu Các tụ cỡ lớn, từ một vài μF đến cỡ Fara thìdùng trong điện dân dụng (tụ quạt, mô tơ, ) hay dàn tụ bù pha cho lưới điện

Một số tụ hóa không phân cực cũng được chế tạo

- Các loại tụ điện phổ biến :

+Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ Trên thân tụ được thể hiện

giá trị điện dung, điện dung thường từ 0,47 µF đến 0,4700 µF

+Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm: là tụ không phân cực và có hình dẹt, không phân

biệt âm dương Có trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số, điện dung của tụ thườngkhá nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF

+Tụ xoay: Đúng như tên gọi, cấu tạo của tụ điện này giúp nó có thể xoay để đổi

giá trị điện dung

+Tụ Liion: có năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều.

2.2.4 IC LM386

Điện áp cung cấp max +/- 12V ( Vcc )

Công suất cực đại 325mW x 128OhmDải nhiệt độ hoạt động -40 C ~ 105 C

Bảng 4: Giới hạn hoạt động của IC LM 386

b) Cấu tạo

IC LM386 là bộ khuếch đại âm thanh công suất thấp và nó sử dụng nguồncung cấp năng lượng thấp như pin trong các mạch điện và điện tử IC này cósẵn trong gói mini 8 chân Độ tăng điện áp của bộ khuếch đại này có thể đượcđiều chỉnh thành 20, và mức tăng điện áp sẽ được tăng lên 200 bằng cách sửdụng các thành phần bên ngoài như điện trở cũng như tụ điện giữa các chân 1

& 8 Khi bộ khuếch đại này sử dụng nguồn điện 6V cho hoạt động sau đó tiêuhao năng lượng tĩnh sẽ là 24 milliwatts để làm cho bộ khuếch đại cho hoạt độngcuối cùng của pin Bộ khuếch đại này bao gồm 8 chân trong đó pin-1 và pin-8

là chân điều khiển khuếch đại của bộ khuếch đại và IC này là IC được sử dụngrộng rãi nhất cho phép khách hàng tăng âm lượng.

 Chân 5: (Vout): là chân đầu ra, được sử dụng để cung cấp âm thanh đầu rađược khuếch đại và liên minh với loa.

 Chân 6: (VCC hoặc VSS): được kết nối với nguồn điện

 Chân 7: (Bypass): được sử dụng để kết nối một tụ tách rời

 Chân 8:(Gain): là pin cài đặt mức tang

- Các tính năng của IC LM386 :

 Các tính năng chính của chip LM386 bao gồm như sau

 Có thể lấy IC LM386 trong gói MSOP 8 chân

 Thành phần bên ngoài là tối thiểu

 Hoạt động của pin

c) Nguyên lý hoạt động

Các bộ khuếch đại âm thanh có thể được xây dựng với LM386 IC, tụ như 100 μF,

1000 μF, 0,05 μF, 10 μF, Biến trở - 10 KΩ, điện trở-10 KΩ, cung cấp điện-12V, loa4Ω, breadboard , và dây nối Về cơ bản, Bộ khuếch đại âm thanh này bao gồm cáckhối 3 chức năng như Nguồn cũng như Đầu ra, Bỏ qua, điều khiển đạt được Thiết kếthiết kế mạch này rất đơn giản Đầu tiên, kết nối hai chân cấp nguồn là pin4 & pin6với GND cũng như điện áp tương ứng

Sau đó, kết nối đầu vào từ bất kỳ loại nguồn âm thanh nào như điện thoại di độnghoặc micrô Ở đây, mạch này sử dụng điện thoại di động làm nguồn âm thanh với sựtrợ giúp của đầu nối 3,5mm Kết nối này sẽ có ba kết nối như âm thanh bên phải vàbên trái IC LM386 này là một bộ khuếch đại đơn giản và kết nối âm thanh phải hoặctrái với bộ khuếch đại này bằng nguồn âm thanh với đầu nối đất Mức đầu vào trongmạch này có thể được kiểm soát bằng cách kết nối một chiết áp với đầu vào Ngoài ra,một tụ điện sẽ được kết nối với đầu vào nối tiếp để loại bỏ các thành phần DC Độ lợi

IC này sẽ được điều chỉnh thành 20 và kết nối một tụ điện (10 PhaF) giữa hai chân 1

& 8 của IC này, mức tăng sẽ được tăng lên 200

Mặc dù bảng dữ liệu của bộ khuếch đại âm thanh khuyên tụ điện bypass ở chânthứ 7 là một tùy chọn, chúng tôi hình thành rằng việc kết nối một tụ điện (100 thépF)thực sự hữu ích vì nó giúp giảm nhiễu Đối với kết nối đầu ra, một tụ điện (0,05HOFF) và điện trở (10) sẽ được kết nối nối tiếp giữa GND cũng như chân thứ 5 của

IC Điều này tạo thành một mạng Zobel, một bộ lọc bao gồm tụ điện và điện trở sẽđược sử dụng để điều chỉnh trở kháng đầu vào.

Kết nối loa có thể được thực hiện với sự trợ giúp của dải trở kháng từ 8Ω đến 32, vì

IC có thể điều khiển bất kỳ loại loa nào trong phạm vi này Mạch khuếch đại âm thanh

sử dụng loa (8 Ω) Loa này có thể được kết nối bằng tụ điện (1000 PhaF) thực sự hữuích vì nó loại bỏ các tín hiệu DC không cần thiết

và truyền hình, thiết bị thu âm ở máy tính, nhận diện giọng nói, VoIP, và một số mục

đích không liên quan đến âm thanh như cảm biến gõ cửa Có hàng chục loạiMicrophone khác nhau, trong đó có ba loại thường được dùng là micro điện động,micro điện dung, micro áp điện

b) Micro áp điện :

Micro áp điện hoặc micro piezo hoặc micro tinh thể, sử dụng hiện tượng áp điện khả năng của một số vật liệu tạo ra điện áp khi chịu áp suất - để chuyển đổi rung động

-thành tín hiệu điện Một ví dụ của điều này là kali natri tartrat, một tinh thể áp điệnhoạt động thuận nghịch

Micro áp điện có trở kháng ra lớn Trước đây nó dễ dàng ghép nối với các thiết bịdùng đèn điện tử chân không thường có trở vào khoảng 10 megohms, chẳng hạn nhưmáy ghi băng gia đình Trở kháng ra cao làm cho nhiễu dễ xâm nhập đường truyền,cũng như khó ghép nối với khuếch đại bán dẫn có trở kháng vào nhỏ Sau này nhữngkhó khăn này hóa giải bằng khuếch đại thuật toán có trở vào lớn, cũng như bố trí tiềnkhuêch đại trước khi đưa tín hiệu lên đường truyền

Micro áp điện thường được sử dụng trong khuếch đại âm thanh từ nhạc cụ,trống, Nó cũng được dùng để thu nhận âm thanh trong môi trường chất lỏng có thể

có áp suất cao, thường gọi là hydrophone

2.2.6 Loa

a) Cấu tạo của loa

Một chiếc loa hoàn chỉnh gồm rất nhiều bộ phận từ thùng loa, lỗ dội âm, jack kếtnối, củ loa, mạch phân tần và các phụ kiện phụ trợ, thế nhưng bộ phận quan trọngnhất vẫn là củ loa (Driver).Mặc dù hiện nay các củ loa được thiết kế khá đa dạng cả

Hình 11: cấu tạo của loa

hình dáng lẫn kích thước, thế nhưng cấu tạo của một củ loa thì hầu hết là giống nhau.Ngoài xương loa, nhện loa, côn loa và gân loa, thì một củ loa có:

Màng loa: chủ yếu được làm từ giấy hoặc nhựa kim loại, khi màng loa rung ở tốc

độ cao sẽ tạo ra âm thanh

Cuộn âm: thực chất cuộn âm của loa là một nam châm điện từ với cấu tạo baogồm 1 cuộn dây dẫn bao quanh lõi kim loại (thường là sắt)

Nam châm vĩnh cửu: hình tròn, được đặt cố định tại phía sau cùng đầu nhọn của loa

b) Nguyên lí hoạt động của loa

Với nhiệm vụ tạo ra sóng âm, loa nhận tín hiệu từ bộ phận khuếch đại rồi rungmàng loa tạo ra sóng âm tương ứng và tái tạo âm thanh truyền đến tai người nghe Khi dòng điện được dẫn từ amply sang loa các thay đổi trong dòng điện làm cuộndây đồng tạo từ trường và hút đẩy với nam châm, vì nam châm đã được cố định nên