Báo cáo đồ án mạch khuếch đại công suất

Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU .3 CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH TỔNG QUAN ĐỀ BÀI 1.1 đề tài đc nhận nguyên lý hoạt động 1.1 ĐỀ TÀI ĐƯỢC NHẬN .4 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài .4 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO CẦM TAY 2.1 Linh kiện dùng mạch 2.2 Chức linh kiện 2.2.1 Biến Trở .6 2.2.2 Điện Trở .8 2.2.3 Tụ Điện 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 CƠNG MẠCH .21 3.1 Thiết kế mạch .21 3.2 Làm mạch .24 3.3 Kết luận 25 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở nên quen thuộc với nhiều người phát triển ngành lớn với phát triển kinh tế toàn cầu Để đáp ứng nhu cầu thiết của cộc sống hội nhập tiến độ phát triển giới, đòi hỏi ngành kỹ thuật ngày phải nâng cao phát triển chất lượng khẳ ứng dụng rộng rãi Trong có ngành “Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thơng”cũng đóng vai trò quan trọng sinh hoạt sản xuất giới Những thành tựu góp phần lớn tới sống Biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thấn cho người Cùng với kinh nghiệm thực tế, nhóm em có hội chuyển kiến thức thực tế qua đề tài “MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO CẦM TAY” Trong trình thực đề tài này, nhóm chúng em cố gắng để hoàn thành tốt vốn kiến thức hạn hẹp mà khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong đóng góp ý kiến, phê bình hướng dẫn thêm thầy bạn đọc Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Giáp Văn Dương hướng dẫn tận tình, giảng giải chi tiết giúp chúng em hoàn thành đề tài đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nguyễn Anh Văn Nguyễn Thị Kim Thoa Vũ Hoàng Việt BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp 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 ý nghĩa đề tài a Mục đích - Đối với sinh viên :  Sau thực xong đề tài này, nhóm em bạn hiểu rõ nguyên lý làm việc thiết bị điều khiển, linh kiện điện tử tự tay chế tạo cho mạch điều khiển đơn giản phục vụ cho sống hàng ngày BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp  Đối với xã hội  Mạch có tính ứng dụng cao đời sống hàng ngày: Mạch khuếch đại Micro cầm tay chuyên dung để nói chuyện , ca hát ,phỏng vấn dòng micro chuyên nghiệp  Mạch có ứng dụng mạch khuếch đại Micro cầm tay dung cho đa dạng loại khơng gian : Ứng dụng vào buổi hội nghị, giảng dạy, diễn thuyết, lớp học, nhà thờ, phòng karaoke hay khơng gian karaoke gia đình,  BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO CẦM TAY 2.1 Linh kiện dùng mạch Loại linh kiện Điện Trở Biến trở Tụ Điện Micro Áp điện Loa Pin IC Giá trị 10K Số lượng Loại chân Cắm 1.2K Cắm 2.2K Cắm 8.2K Cắm 25K 1uf 10uf 47uf 104 1 1 1W 9V LM386 Bảng 1: Thống kê linh kiện dùng mạch Cắm Cắm Cắm Cắm Cắm Cắm Cắm Cắm 2.2 Chức linh kiện 2.2.1 Biến trở a) Khái niệm Biến trở thiết bị có điện trở biến đổi theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điều chỉnh hoạt động mạch điện - Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đổi, ánh sáng xạ điện từ BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp - Cấu tạo biến trở gồm thành phần chạy cuộn dây làm hợp kim có điện trở suất lớn Biến trở thường lắp ráp máy phục vụ cho trình sửa chữa, cân chỉnh kỹ thuật viên Ký hiệu biến trở sơ đồ mạch điện dạng sau: Hình 2.2.1: ký hiệu biến trở b) Đặc điểm Biến trở thường nối với phận khác mạch điện gồm ba chốt: hai chốt nối với hai đầu biến trở, chốt lại nối với chạy (hoặc tay quay) Cấu tạo gồm phận như: cuộn dây làm hợp kim (nikelin, nicrom, ), quay, tay quay than c) Nguyên lý hoạt động Biến trở làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu biến trở dây dẫn tách rời dài ngắn khác Trên thiết bị có vi mạch điều khiển hay núm vặn Khi thực điều khiển núm vặn mạch kín thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở mạch thay đổi Thực tế việc thiết kế mạch điện tử ln có khoảng sai số, nên thực điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc biến trở có vai trò phân áp, BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp phân dòng mạch Ví dụ: Biến trở sử dụng máy tăng âm để thay đổi âm lượng chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng đèn 2.2.2 Điện trở a) Khái niệm Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vơ lớn Hình 3: Vạch phân biệt trị số trở b) Các thông số điện trở - Điện trở dây dẫn: - Giá trị điện trở đặc trưng cho khả cản trở dòng điện điện trở Yêu cầu giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm thời gian, Điện trở dẫn điện tốt giá trị nhỏ ngược lại Giá trị điện trở tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, GΩ BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Hình 4: ký hiệu điện trở mạch điện Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài tiết diện dây, tính theo cơng thức: Trong đó: p điện trở suất chất liệu L chiều dài dây dẫn S tiết diện dây dẫn R điện trở đơn vị Ohm Trong thực tế điện trở sản suất với số thang giá trị xác định Khi tính tốn lý thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần với giá trị tính BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp - Sai số: Sai số độ chênh lệch tương đối giá trị thực tế điện trở giá trị danh định, tính theo % - Cơng suất tối đa cho phép: Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, lượng nhiệt tỏa R với cơng suất: Trong đó: P công suất ( W ) U điện áp ( V ) I cường độ dòng điện ( A ) R điện trở ( Ω ) Nếu dòng điện có cường độ lớn nhiệt lượng tiêu thụ R lớn làm cho điện trở nóng, cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để tản nhiệt tốt Cơng suất tối đa cho phép công suất nhiệt lớn mà điện trở chịu ngưỡng điện trở bị nóng lên bị cháy Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả chịu nhiệt Trong đó: Pmax cơng suất cực đại ( W ) 10 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp thành tín hiệu điện Một ví dụ điều kali natri tartrat, tinh thể áp điện hoạt động thuận nghịch Micro áp điện có trở kháng lớn Trước dễ dàng ghép nối với thiết bị dùng đèn điện tử chân khơng thường có trở vào khoảng 10 megohms, chẳng hạn máy ghi băng gia đình Trở kháng cao làm cho nhiễu dễ xâm nhập đường truyền, khó ghép nối với khuếch đại bán dẫn có trở kháng vào nhỏ Sau khó khăn hóa giải khuếch đại thuật tốn có trở vào lớn, bố trí tiền khuêch đại trước đưa tín hiệu lên đường truyền Micro áp điện thường sử dụng khuếch đại âm từ nhạc cụ, trống, Nó dùng để thu nhận âm mơi trường chất lỏng có áp suất cao, thường gọi hydrophone 2.2.6 Loa a) Cấu tạo loa Một loa hoàn chỉnh gồm nhiều phận từ thùng loa, lỗ dội âm, jack kết nối, củ loa, mạch phân tần phụ kiện phụ trợ, phận quan trọng củ loa (Driver).Mặc dù củ loa thiết kế đa dạng 23 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Hình 11: cấu tạo loa hình dáng lẫn kích thước, cấu tạo củ loa hầu hết giống Ngồi xương loa, nhện loa, loa gân loa, củ loa có: Màng loa: chủ yếu làm từ giấy nhựa kim loại, màng loa rung tốc độ cao tạo âm Cuộn âm: thực chất cuộn âm loa nam châm điện từ với cấu tạo bao gồm cuộn dây dẫn bao quanh lõi kim loại (thường sắt) Nam châm vĩnh cửu: hình tròn, đặt cố định phía sau đầu nhọn loa b) Nguyên lí hoạt động loa Với nhiệm vụ tạo sóng âm, loa nhận tín hiệu từ phận khuếch đại rung màng loa tạo sóng âm tương ứng tái tạo âm truyền đến tai người nghe Khi dòng điện dẫn từ amply sang loa thay đổi dòng điện làm cuộn dây đồng tạo từ trường hút đẩy với nam châm, nam châm cố định nên 24 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp cuộn đồng di chuyển làm rung màng loa tạo sóng âm Dòng điện đổi chiều liên tục với tần số thay đổi tạo âm trầm, âm bổng khác Âm hình thành dựa chuyển động nên kích thước loa bị ảnh hưởng tần số âm mà tái tạo tốt Với màng loa có kích thước lớn làm chuyển động nhiều khơng khí lại khơng thể chuyển động nhanh được, thường dùng để tái tạo âm trầm Còn với dòng loa nhỏ, màng loa chuyển động khơng khí làm chuyển động nhanh nên thường sử dụng để tái tạo âm bổng Chính để truyền tải âm đầy đủ dải tần, thùng loa trang bị nhiều củ loa với kích thước lớn nhỏ khác ví dụ loa đường tiếng, đường tiếng Tuy nhiên với số loại loa có củ loa tái tạo tốt tần số âm 2.3Nguyên lý hoạt động a) Tác dụng linh kiện - Biến trở VR1 dùng để điều chỉnh âm , - IC1 LM386 IC khuếch đại công suất , - MIC dùng loại micro áp điện sử dụng tượng áp điện khả số vật liệu tạo điện áp chịu áp suất – để chuyển đổi rung động thành hiệu điện - R4,R5 Cung cấp nguồn cho mạch 25 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp - C7 , C4 Là tụ lọc nguồn - C1 , C6 Là tụ đầu vào đầu loa có tính cảm kết hợp với tụ C5 thành lọc LC - C5 Và R3 đảm bảo độ ổn định cho mạch - C3 Dùng để lọc bỏ thành phần AC b) Sơ đồ khối - Tín hiệu âm từ đầu vào micro tín hiệu nhỏ có biên độ nhỏ Tín hiệu đưa vào mạch khuếch đại , sau khuếch đại thành tín hiệu có biên độ lớn đưa loa - Sơ đồ khối mạch khuếch đại micro thường chia làm giai đoạn hồi tiếp âm : +) Tầng khuếch đại vi sai với tín hiệu nhỏ : Vi sai điện áp vào, cho khuếch đại dòng ngõ +) Tầng khuếch đại công suất : Là tầng đồng điện áp, dòng điện , cung cấp cơng suất lớn cho tải ( loa) 26 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp +) Tầng lái hay gọi khuếch đại điện áp : Ngõ vào dòng điện, cho khuếch đại điện áp ngõ +) Hồi tiếp âm : Giữ cho mạch hoạt động ổn định làm méo tín hiệu c) Nguyên lý hoạt động : Âm tác động vào đầu vào micro tạo tín hiệu âm tần đưa qua tụ C1, qua VR1 đưa vào chân Tín hiệu đầu chân IC LM 386 IC qua tụ C6 đưa loa - Khối tạo tiếng sử dụng cách linh kiện tương tự, mạch dao động RC, khuếch tạo âm - Tín hiệu từ âm tác động vào Micro đưa qua tiền khuếch đại Mạch tiền khuếch đại có trở kháng vào lớn để tăng độ nhạy, có chế độ làm việc ổn định để giảm thiệu ảnh hưởng nhiệt độ tới chế độ làm việc IC LM 386 - Sau tín hiệu qua khối đưa mạch khuếch đại công suất Để đảm bảo tiêu 70% yêu cầu mạch công suất giảm méo sang hài méo tần số tầng làm việc mức điện áp lớn - Mạch ghép công suất loa để đảm bảo trở kháng mạch khuếch đại công suất trở kháng vào loa để đảm bảo công suất tối ưu Mạch khuếch đại micro cầm tay thường sử dụng loa nén để tăng khả truyền tải âm xa Đối với loại mạch khuếch đại micro công suất nhỏ 15W sử dụng phần công suất thường sử dụng IC LM 386 khuếch đại công suất, đầu loa cầm tay 27 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp đấu thẳng vào mạch khuếch đại Đối với mạch khuếch đại micro cầm tay có công suất lớn 15W phần công suất thường sử dụng mạch đẩy kéo kết hợp với biến áp đầu Lúc phần công suất loa cầm tay chịu tải biến áp đảm bảo hoạt động tuổi thọ sản phẩm 28 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THÌ CƠNG MẠCH 3.1 Thiết kế mạch a) Mạch nguyên lý - Bước 1: Khởi động Altium Designer - Bước 2: Chọn linh kiện bắt đầu vẽ Loại linh kiện Giá trị Số lượng Loại chân Điện trở 10K Cắm 1.2K Cắm 2.2K Cắm 8.2K Cắm Biến trở 25K Cắm Tụ Điện 1uf Cắm 10uf 47uf 104 Diot 4007 Cắm Loa 8/1W Cắm MICRO Áp Điện Cắm IC LM 386 Cắm 29 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Header chân Bảng 5: Tổng hợp linh kiện có mạch ngun lý Hình 12: Các linh kiện lấy vẽ Altium 30 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Cắm Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Hình 13: Sơ đồ mạch nguyên lý mạch khuếch đại micro cầm tay - Bước 4: Kiểm tra b) Mạch in Hình 14: Sơ đồ mạch in dạng 2D chưa phủ đồng 31 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hình 15: Sơ đồ mạch in dạng 2D phủ đồng 32 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hình 16: Sơ đồ mạch in dạng 3D 3.2 Làm mạch a) Chuẩn bị dụng cụ Loại linh kiện Giá trị Số lượng Loại chân Điện trở 10K Cắm 1.2K Cắm 2.2K Cắm 8.2K Cắm Biến trở 25K Cắm Tụ Điện 1uf Cắm 10uf Cắm 104 Cắm MICRO Áp điện Cắm Loa 8/1W Cắm Cắm Cắm LM 386 Header chân Đồng hồ vạn Mỏ hàn Thiếc cuộn Kẹp ngồn pin 9v 33 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Bảng 6: linh kiện dụng cụ cần thi công mạch  Các bước thực  Bước 1: In mạch lên giấy in nhiệt  Bước 2: Chuẩn bị bảng đồng kích thước 5x6 Sau đánh bóng miếng giáp nhơm lớp bảo vệ mặt đồng khỏi bị oxi hóa ta đem rửa axiton  Bước 3: Là giấy in nhiệt lên bảng đồng vừa rửa bàn nhiệt Đồng thời, pha nước bột sắt với tỉ lệ phù hợp Sau thả bảng đồng in vào lắc nhẹ đợi 5-10p tùy vào lượng bột sắt có dung dịch bị ăn mòn nhanh hay chậm  Bước 4: Sau ăn mòn xong Đưa rửa sạch, đánh mực, khoan lỗ Săp linh kiện vào bảng đồng cho cho với PCB  Bước 5: Hàn chân linh kiện vào mạch  Bước 6: Hoàn thiện mạch Nối dây cấp nguồn đèn Sau đó, phủ lớp dung dịch bảo vệ đồng khỏi bị oxi hóa vào mặt hàn sau mạch Kết thúc 3.3 Kết luận Hoàn thành mạch thiết kế thực tế Mạch hoạt động theo yêu cầu đề tài yêu cầu: Thiết kế chế tạo mạch khuếch đại micro cầm tay a) Kiểm tra đo đạc Kiểm tra lại toàn mạch lắp xem linh kiện lắp chiều chưa, có theo sơ đồ nguyên lý không, mối hàn ngấu chắn chưa 34 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Cấp nguồn vào cho mạch vừa điều chỉnh biến trở VR1 vừa lặp lại việc vặn biến trở xem xem có âm vào phát từ loa hay không Kiểm tra micro xem có nhận tín hiệu âm hay khơng Đo điện áp mạch xem ngồn có ổn định mạch hay không b) Các lỗi thường gặp266 Đo điện áp vào điểm nối tụ C4 C6 , Và điều chỉnh biến trở VR1 khuếch đại điện áp không thay đổi: Với lỗi cần kiểm tra lại trân IC LM386 xem mắc chưa, kiểm tra lại xem lắp sơ đồ nguyen lý chưa , đo kiểm tra lại R C xem hoạt động tốt khơng Cấp tín hiệu cho micro nguồn vào cho vào mạch khơng có tín hiệu âm loa : Với lỗi nên kiểm tra lại micro loa xem tốt không , xem lại lắp nguyên lý mạch hay chưa , thay thử IC LM386 Vào xem mạch có hoạt động khơng Mạch có âm rè méo tiếng : Với lỗi thìchúng ta cần chỉnh lại biến trở VR1 , kiểm tra thông số điện trở mạch xem có xác hay khơng, kiểm tra lại mối hàn xem có chắn Mạch có âm nhỏ : kiểm tra lại mối hàn , đồng thời kiểm tra lại thông số điện trở, kiểm tra lại chiều tụ điện 3.4 Hướng phát triển đề tài - Mạch khuếch đại miro cầm tay có tính ứng dụng cao đời sống hàng ngày thiết bị âm nhỏ gọn, tích hợp vào loa để bạn khuếch đại âm mà không qua amply thiết bị khác Mạch 35 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp khuếch đại micro cầm tay sản phẩm tích hợp pin, tiện lợi cho người sử dụng Với thời gian sử dụng lâu dài, đảm bảo công việc Mạch khuếch đại Micro cầm tay chuyên dung để nói chuyện , ca hát ,phỏng vấn dòng micro chun nghiệp - Mạch có ứng dụng mạch khuếch đại Micro cầm tay dung cho đa dạng loại không gian : Ứng dụng vào buổi hội nghị, giảng dạy, diễn thuyết, lớp học, nhà thờ, phòng karaoke hay khơng gian karaoke gia đình, 36 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp - https://www.semiconvn.com/home/hoc-thiet-ke-vi-mach/bai-hc-vimch/9559-mach-khuech-dai-am-thanh-dung-lm386.html - https://123doc.org/document/2344718-bao-cao-de-tai-khao-sat-machkhuech-dai-am-thanh.htm - Linh kiện điện tử: MMH 402057./ Klaus Beuth; Nguyễn Viết Nguyên dịch – Hà Nội: Giáo dục Việt Nam, 2012 - Altium Designer Việt Nam: http://codientu.org/ - Điện tử – Nguyễn Đình Bảo, NXB KHKT 2008 - Kỹ thuật điện tử - Đỗ Xuân Thụ, NXBGD 2004 37 BÁO CÁO ĐỒ ÁN ... phần công suất thường sử dụng IC LM 386 khuếch đại công suất, đầu loa cầm tay 27 BÁO CÁO ĐỒ ÁN Khoa Điện tử - Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp đấu thẳng vào mạch khuếch đại Đối với mạch khuếch. .. đưa mạch khuếch đại công suất Để đảm bảo tiêu 70% yêu cầu mạch công suất giảm méo sang hài méo tần số tầng làm việc mức điện áp lớn - Mạch ghép công suất loa để đảm bảo trở kháng mạch khuếch đại. .. Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hình 13: Sơ đồ mạch nguyên lý mạch khuếch đại micro cầm tay - Bước 4: Kiểm tra b) Mạch in Hình 14: Sơ đồ mạch in dạng 2D chưa phủ đồng 31 BÁO CÁO ĐỒ ÁN