đồ án mạch khuếch đại âm thanh

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay,cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các bộ tăng âm cũng được cải tiến đến mức hoàn hảo như hệ thống hifi stereo,… âm thanh trung thực,hiệu suất cao là các chỉ tiêu mà các nhà thiết kế luôn cố gắng để đạt được một cách tốt nhất. Mạch khuếch đại công suất nói chung cũng đơn giản,nhưng để làm được mạch khuếch đại có chất lượng cao không phải dễ dàng.Bởi vì bản thân bộ khuếch đại có khả năng tiêu tán một lượng lớn công suất,nên nó phải được thiết kế sao cho nhiệt độ mà nó tạo ra khi hoạt động ở mức điện áp cao,dòng điện lớn sẽ được tải ra môi trường xung quanh nhanh để tránh bị phá hủy nhiệt.Do đó khó tránh khỏi sự ảnh hưởng của méo nhiễu,…dẫn đến tín hiệu ra không trung thực.Vậy nên đặc trưng của bộ khuếch đại công suất thường là có khối tản nhiệt lớn,cồng kềnh nhằm tăng diện tích tiếp xúc,trao đổi nhiệt tốt hơn với môi trường.Hiện nay,các bộ khuếch đại công suất được sử dụng rộng rãi trong các máy thu radio,máy nghe băng và các hệ thống stereo chất lượng cao,trong các thiết bị phòng thu,sân khấu,hệ thống phóng thanh công cộng.Sau đây chúng em xin trình bày một loại mạch khuếch đại công suất,đây có thể được xem là mạch tương đối phổ biến trong kho tàng mạch khuếch đại .Đó là “ mạch khuếch đại âm thanh” Chúng em chọn đề tài này bởi vì mạch khuếch đại công suất là một trong các mạch dân dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế và đời sống hàng ngày của gia đình.Nội dung đề tài gồm có chương:Chương 1:Tổng quan về đề tàiChương 2:Cơ sở lí thuyếtChương 3: Mạch khuếch đại công suấtChương 4: Thiết kế và thi công mạchVà đây chính là một cơ hội tốt để chúng em có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống. Với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiện chưa tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn .Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Trung Nhất Hoàng Thị QuỳnhNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên,ngày.....tháng.....năm 2017Giáo Viên Hướng Dẫn Nguyễn Tiến DũngCHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch1.1.1 Transistor 2SC5200 Hình 2.1 Transisor 2SC5200Transistor 2SC5200 cấu tạo gồm 3 lớp bán dẫn ghép với nhau thành hai mối nối PNthuộc loại transistor nghịch NPN. Thông số kỹ thuật:Model :NPNTO3PLĐiện áp cực đại:VCBO =230V VCEO=230V VEBO=5VDòng điện cực đại:IC=15A IB= 1.5ACông suất tối đa:P=150WNhiệt độ làm việc:55oC ~ 150oC1.1.2 A1015Thông số kỹ thuật:Transistor A1015 là transistor thuộc loại PNP A1015 có: +Uc cực đại =50V; +Ic cực đại =150mA; +Hệ số khuếch đại hFE của transistor A1015 trong khoảng từ 70 đến 400. Hình 2.2: Trasistor A10151.1.3 TIP41C Hình 2.3: TIP41CTrasistor tip41C là transistor công suất thuộc loại transistor NPN.Thông số kỹ thuật: +Điện áp Uc cực đại =100V +Dòng Ic cực đại=6A +Hệ số khuếch đại:15~751.1.4 TIP42C Hình 2.4: TIP42CTransistor TIP42C là phiên bản bổ sung cho TIP41C,là transistor lưỡng cực.TIP42C có cấu tạo và hoạt động tương tự TIP41C nhưng TIP42C phân cực PNP.Thông số kỹ thuật: +Điện áp cực đại:Uc=100V +Dòng cực đại :Ic=6A + Hệ số khuếch đại:15~75 + Nhiệt độ làm việc: 65˚C 150˚C +Công suất: P=65W 1.2 Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực_BJT1.2.1 Transistor mắc kiểu E chung Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mas hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều,tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C,mạch có sơ đồ như sau:Hình 2.5 Transistor mắc kiểu E chungRg : là điện trở gánhRđt : Là điện trở định thiênRpa : Là điện trở phân ápMạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C. Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung:+Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện ápUCEkhoảng 60% ÷ 70 % Vcc. +Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp. +Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể+Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào. Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử.1.2.2 Transistor mắc kiểu C chungHình 2.6 Transistor mắc kiểu C chung Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn. Lưu ý về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass, tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E.Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E. Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung: +Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E +Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6 V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào . +Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm. +Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào. Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn . Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn 1.2.3 Transistor mắc kiểu B chungMạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ. Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế.Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại về điện áp và không khuyếch đại về dòng điện.Hình 2.7 Transistor mắc kiểu B chungCHƯƠNG 2: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT2.1 Phân loại các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại công suất.Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính như sau:2.1.1 Khuếch đại công suất loại A:Class A:Thiết kế hiệu suất thấp khoảng 25%(tức là nếu 1000W được cung cấp đầu vào chỉ có 25W công suất phát ra loa 75W bị tổn hao dưới dạng toả nhiệt trên sò hoặc đèn điện tử trong khi đó hiệ suất class AB khoảng 3550%(100W đầu vào cho 50W ra loa).Dodos kích thước chi phí về tản nhiệt cho sò công suất của class A cũng vì thế ma lớn hơn của class AB Ưu điểm của ampli class A không có miền phi tuyến (nonlinearities)và méo xuyên tâm(cross distortion, turn onoff delay) do chỉ một sò duy nhất hoạt động.Âm thanh các ampli Class A theo đó được đánh giá là ngọt ngào, trung thực. Một điểm cần lưu ý thêm là các ampli có tên gọi “thuần” A (pure ClassA) sẽ hoạt động hoàn toàn ở chế độ A. Cần chú ý một số ampli có quảng cáo Class A nhưng thực chất chỉ hoạt động ở chế độ A ở miền công suất thấp, khi ampli bị yêu cầu hoạt động cho ra công suất lớn điểm làm việc sẽ chuyển sang chế độ AB.Amplifier Class A sử dụng một sò công suất (Bipolar, FET, hay IGBT) kết nối chung trong hệ thống phát cho cả hai nửa của dạng sóng, sò công suất sẽ luôn luôn có dòng điện chạy qua ngay cả khi không có tín hiệu chính nào. Do đó phần output sẽ không được tải đầy đủ cho dù sử dụng Bipolar, MOSFET hay IGBT, nó sẽ mang một mức bias Qpoint ở khoảng giữa dòng tải. Sò công suất này không bao giờ tắt, đây là một trong những nhược điểm của Amplifier Class A. Để đạt được độ tuyến tính cao và gain, phần output của Amplifier Class A lúc nào cũng phải mang giá trị bias MỞ (hoạt động). Một amplifier được xếp vào class A khi dòng tín hiệu nghỉ ở phần output có giá trị bằng hoặc lớn hơn dòng tải cực đại (ví dụ: Loa) cần thiết để tạo ra tín hiệu output lớn nhất Do Amplifier Class A hoạt động trong phần tuyến tính, điện áp bias của sò công suất DC phải được bảo đảm ổn định để duy trì hoạt động hiệu quả cũng như mức sai số thấp. Tuy nhiên vì tầng output luôn luôn ở trạng thái MỞ, nguồn điện lúc nào cũng đi qua nó nên sẽ xảy ra hiện tượng sử dụng điện liên tục trong amplifier. Sự tốn điện liên tục này tạo ra mức nhiệt cao và vì hiệu quả chỉ khoảng 30% nên amplifier class A không có khả năng làm việc với các hệ thống khuếch đại công suất cao. Mức sử dụng điện liên tục của amplifier class A cũng đòi hỏi một bộ nguồn mạnh và được lọc điện ổn định, tránh các tiếng ồn khó chịu phát ra từ amplifier khi dòng điện trồi sụt2.1.2 Khuếch đại công suất loại B: Có hiệu suất vào khoảng 70 – 80%, tức là tiêu thụ 100W điện sẽ đưa ra công suất ra loa tối đa 80W, 20% năng lượng còn lại bị tiêu tán dưới dạng nhiệt nên khi chạy rất mát. Nhưng class B có độ méo lớn và âm thanh không hay nên ít được dùng trong caccs mạch audio cao cấp Amplifier Class B được thiết kế nhằm triệt tiêu điểm yếu về hiệu quả làm việc và nhiệt lượng của amplifier Class A. Amplifier Class B sử dụng hai sò công suất Bipolar hay FET cho mỗi nửa dạng sóng với giai đoạn output được hiệu chính theo dạng “pushpull” (PP), mỗi sò công suất sẽ khuếch đại một nửa dạng sóng output. Trong amplifier Class B không có dòng DC bias vì dòng nghỉ của nó là 0, do đó công suất DC của nó rất nhỏ giúp cung cấp mức hiệu năng cao hơn nhiều so với amplifer classA Khi tín hiệu input có giá trị dương, sò công suất bias dương sẽ hoạt động còn sò công suất bias âm tắt. Ngược lại khi sò công suất bias âm hoạt động thì sò công suất bias dương tắt, tạo ra phần giá trị âm của tín hiệu. Điều này chứng minh rằng mỗi sò công suất chỉ tạo ra một nửa dạng sóng. Mỗi con sẽ hoạt động trong phần 180 độ của dạng sóng output với thời gian tương ứng nhau, tạo ra dạng sóng output tuyến tính hoàn chỉnh liên tục Đây là thiết kế PP và có mức hiệu năng cao hơn so với amplifier Class A vào khoảng 50%, tuy nhiên nó cũng tạo ra mức sai số đáng kể trong phần tiếp xúc của dạng sóng vì điện áp input của sò công suất chỉ nằm trong khoảng 0.7V to +0.7V. Sò công suất output của amplifier Class B sẽ không hoạt động cho đến khi đã nạp đủ điện. Điều này làm cho phần dạng sóng có giá trị trong khoảng 0.7V sẽ được tạo ra một cách kém chính xác. Vì thế amplifier Class B không được sử dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao.2.1.3. Khuếch đại công suất loại ABThiết kế đẩykéo (pushpull) của class AB có hiệu suất cao nhằm cho công suất ra loa lớn. Đây là thiết kế “lai” giữa Class A và Class B với phương thức hoạt động được cải tiến. Hai sò công suất trong amplifier Class AB sẽ hoạt động cùng lúc, triệt tiêu mức sai số tín hiệu như ta thấy trong Class B. Hai sò công suất trong amplifier Class AB có mức bias điện áp rất nhỏ, khoảng 5% đến 10% giá trị của dòng nghỉ cung cấp cho sò công suất. Vấn đề là ở chỗ các ampli đẩykéo có điểm làm việc tại khu vực ngưng (cutoff) của đường đặc tuyến tải. Tại điểm làm việc cutoff này chỉ 50% tín hiệu ngõ vào được khuyếch đại, chính vì vậy người ta phải dùng 2 sò công suất hoạt động, một sò sẽ khuyếch đại phần tín hiệu dương và một sò khuyếch đại phần tín hiệu âm (đẩykéo), vì vậy có tên gọi là PushPull. Class AB sẽ có mức làm việc cao hơn so với chỉ nửa chu kỳ của Class B, nhưng lại ít hơn nhiều so với toàn chu kỳ của Class A. Ưu điểm của điện áp bias thấp là mức sai số sẽ được giảm thiểu so với Class B và hiệu năng cũng được cải thiện so với Class A. Hiệu năng của amplifier Class AB vào khoảng 50% đến 60%. Âm thanh của Class AB PushPull theo đánh giá chung là có không gian rộng, hoành tráng và độ động tốt.2.1.4 Khuếch đại công suất loại C: Thiết kế Amplifier Class C cung cấp hiệu năng cao nhất với độ tuyến tính thấp nhất. Class C có mức bias rất lớn nên dòng output của nó mang giá trị 0 trong hơn nửa chu kỳ của tín hiệu input hình sin với sò công suất ở trạng thái ngắt điện. Phần hoạt động của sò công suất Amplifier Class C chỉ trong khoảng 90 độ. Sò công suất có mức bias cao cung cấp hiệu năng làm việc ấn tượng (khoảng 80%) tuy nhiên giá trị sai số cũng rất cao. Vì thế Amplifier Class C không được dùng trong âm thanh. Amplifier Class C thường được sử dụng trong các thiết bị truyền sóng radio do đặc thù mạch LC của các thiết bị thu.2.2 Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần2.2.1.Mạch OTL (Output Transformer Less) : Đặc điểm :Được cấp nguồn đơn +Vcc và mass (0V). Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ đối xứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn . Ngõ ra loa phải ghép với một tụ điện Co. Ưu điểm : Âm thanh đạt chất lượng cao hơn do đáp tuyến tần số rộng , Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ kí sinh của biến áp.Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế . Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so với khi dùng biến áp ngõ ra. Khuyết điểm : Phải chỉnh điện thế DC của điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn cung cấp thì tín hiệu ngõ ra mới không bị méo .Cặp transistor công suất nếu không phải là cặp transistor bổ phụ thì dễ gây méo phi tuyến.Tín hiệu ra bị méo ở tần số thấp do tụ Cout gây ra (do tụ Cout không thể tiến tới vô cùng).2.2.2. Mạch OCL (Output Capicitor Less ) :Đặc điểm : Được cấp nguồn đối xứng +Vcc và –Vcc nên điện thế điểm giữa bằng 0 . Tín hiệu vào mạch khuếch đại trực tiếp không cần qua tụ .Không có tụ Co ở ngõ ra loa. Ưu điểm:Khả năng chống nhiễu tốt do dùng kiểu khuyếch đại vi sai ở ngõ vào . Đáp tuyến tần số rộng do không dùng tụ và biến thế ngõ ra. Khuyết điểm :Cần dùng 2 nguồn.Tín hiệu ra loa trực tiếp nên điện thế DC ở điểm giữa ngõ ra khác 0V sẽ gây cháy loa vì vậy cần phải có mạch bảo vệ loa.2.2.3. Mạch BTL (Bridge Transistor Line Out) : Đặc điểm :Mạch BTL có hai loại : Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OTL.Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OCL. Ưu điểm : Cho ra công suất lớn(gấp 4 lần so với OTL hay OCL) khi sử dụng với nguồn điện áp thấp hoặc dùng cho các Ampli có công suất rất lớn từ 500W đến vài nghìn Walt. Khuyết điểm :Giá thành cao.Tín hiệu ra dễ bị méo hai mạch khuếch đại không giống nhau. Dễ bị cháy nếu điện thế điểm giữa không bằng 0. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNGPhần 1THIẾT KẾ3.1.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lí mạch3.1.2 Sơ đồ nguồn Hình 4.2 Sơ đồ nguồn3.1.3 Sơ đồ mạch in Hình 4.3 Sơ đồ bo mạch3.1.4 Sơ đồ khối. Hình 4.4 Sơ đồ khối của mạch3.1.5 Phân tích các tầng làm việc của mạch a)Khối nguồn:Cung cấp nguồn DC với mức điện áp ổn định là ± 42V cho toàn bộ mạch hoạt động.b)Tầng tiền khuếch đại: Là tầng đầu tiên tín hiệu đi vào, có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức điện thế thấp thành tín hiệu cường độ cao hơn để ghép vào tầng khuyếch đại điện thế (đây là mạch khuếch đại biến điện thế thành cường độ). Do đó tín hiệu phải trung thực, nguồn cấp điện phải được lọc kỹ để khỏi ảnh hưởng tới tín hiệu tại tầng này.c)Tầng khuếch đại Tầng này có chức năng nhận tín hiệu từ tầng nhập vào, chuyển đổi tín hiệu từ ngõ ra tầng nhập thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để cung cấp cho tầng khuếch đại công suất. d)Tầng khuếch đại công suất:Nhận tín hiệu có điện áp cao từ tầng thúc rồi khuếch đại và cung cấp dòng âm tần có cường đô lớn cho loa.Phần 2 THI CÔNG3.2.1Các thiết bị sử dụng.1 Sơ đồ nguyên lý2 Linh kiện lắp mạch3 Mạch in4 Nguồn cung cấp5 Loa và dây tín hiệu6 Đồng hồ đo 7 Mỏ hàn và thiếc hàn3.2.2Quá trình thi công Phân tích sơ đồ nguyên lý. Tiến hành gia công mạch. Lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch3.2.3 Kết quả. Mạch đã hoàn thành xong,qua quá trình điều chỉnh thì mạch hoạt động tốt,ổn định. HÌNH ẢNH MẠCH THỰC TẾ CHƯƠNG 4 KẾT LUẬNTrong quá trình thực hiện đề tài này mặc dù gặp rất nhiều khó khăn song với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Tiến Dũng cùng với sự nỗ lực của thành viên trong nhóm,chúng em đã hoàn thành xong đề tài.Với đề tài này,ngoài những kiến thức đã học, chúng em còn tiếp thu được một số kiến thức về các mạch khuếch đại công suất mà cụ thể trong đồ án này chúng em đã làm ra mạch khuếch đại công suất có thể sử dụng trong gia đình…..Qua đồ án này chúng em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm cho bản thân.Tuy nhiên do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót.Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô trong khoa cùng toàn thể các bạn sinh viên để đề tài này củ chúng em được hoàn thiện hơn.Chúng em xin trân thành cám ơn

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay,cùng với phát triển kỹ thuật công nghệ, tăng âm cải tiến đến mức hoàn hảo hệ thống hifi stereo, … âm trung thực,hiệu suất cao tiêu mà nhà thiết kế cố gắng để đạt cách tốt Mạch khuếch đại cơng suất nói chung đơn giản,nhưng để làm mạch khuếch đại có chất lượng cao khơng phải dễ dàng.Bởi thân khuếch đại có khả tiêu tán lượng lớn cơng suất,nên phải thiết kế cho nhiệt độ mà tạo hoạt động mức điện áp cao,dòng điện lớn tải môi trường xung quanh nhanh để tránh bị phá hủy nhiệt.Do khó tránh khỏi ảnh hưởng méo nhiễu,…dẫn đến tín hiệu khơng trung thực.Vậy nên đặc trưng khuếch đại công suất thường có khối tản nhiệt lớn,cồng kềnh nhằm tăng diện tích tiếp xúc,trao đổi nhiệt tốt với môi trường Hiện nay,các khuếch đại công suất sử dụng rộng rãi máy thu radio,máy nghe băng hệ thống stereo chất lượng cao,trong thiết bị phịng thu,sân khấu,hệ thống phóng cơng cộng Sau chúng em xin trình bày loại mạch khuếch đại cơng suất,đây xem mạch tương đối phổ biến kho tàng mạch khuếch đại Đó “ mạch khuếch đại âm thanh” Chúng em chọn đề tài mạch khuếch đại cơng suất mạch dân dụng ứng dụng nhiều thực tế đời sống hàng ngày gia đình Nội dung đề tài gồm có chương:  Chương 1:Tổng quan đề tài  Chương 2:Cơ sở lí thuyết  Chương 3: Mạch khuếch đại công suất  Chương 4: Thiết kế thi công mạch Và hội tốt để chúng em tự kiểm tra lại kiến thức mình, đồng thời có hội để tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu với vấn đề chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho thân nhiều kiến thức bổ ích sau ứng dụng vào thực tế sống Với kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiện chưa tích lũy nhiều nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy giáo ,cơ giáo bạn để đề tài chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm sinh viên thực Nguyễn Trung Nhất Hoàng Thị Quỳnh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - Hưng Yên,ngày tháng năm 2017 Giáo Viên Hướng Dẫn Nguyễn Tiến Dũng CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các linh kiện sử dụng mạch 1.1.1 Transistor 2SC5200 Hình 2.1 Transisor 2SC5200 -Transistor 2SC5200 cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép với thành hai mối nối P-N thuộc loại transistor nghịch NPN -Thông số kỹ thuật:Model :NPN-TO-3PL -Điện áp cực đại:VCBO =230V VCEO=230V VEBO=5V -Dịng điện cực đại:IC=15A IB= 1.5A -Cơng suất tối đa:P=150W -Nhiệt độ làm việc:-55oC ~ 150oC 1.1.2 A1015 -Thông số kỹ thuật:Transistor A1015 transistor thuộc loại PNP A1015 có: +Uc cực đại =-50V; +Ic cực đại =-150mA; +Hệ số khuếch đại hFE transistor A1015 khoảng từ 70 đến 400 Hình 2.2: Trasistor A1015 1.1.3 TIP41C Hình 2.3: TIP41C -Trasistor tip41C transistor cơng suất thuộc loại transistor NPN -Thông số kỹ thuật: +Điện áp Uc cực đại =100V +Dòng Ic cực đại=6A +Hệ số khuếch đại:15~75 1.1.4 TIP42C Hình 2.4: TIP42C -Transistor TIP42C phiên bổ sung cho TIP41C,là transistor lưỡng cực -TIP42C có cấu tạo hoạt động tương tự TIP41C TIP42C phân cực PNP -Thông số kỹ thuật: +Điện áp cực đại:Uc=-100V +Dòng cực đại :Ic=-6A + Hệ số khuếch đại:15~75 + Nhiệt độ làm việc: -65˚C -150˚C +Công suất: P=65W 1.2 Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực_BJT 1.2.1 Transistor mắc kiểu E chung Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mas đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều,tín hiệu đưa vào cực B lấy cực C,mạch có sơ đồ sau: Hình 2.5 Transistor mắc kiểu E chung Rg : điện trở gánh Rđt : Là điện trở định thiên Rpa : Là điện trở phân áp Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung, tín hiệu đưa vào cực B lấy cực C -Đặc điểm mạch khuyếch đại E chung: +Mạch khuyếch đại E chung thường định thiên cho điện ápUCEkhoảng 60% ÷ 70 % Vcc +Biên độ tín hiệu thu lớn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, mạch khuyếch đại điện áp +Dịng điện tín hiệu lớn dịng tín hiệu vào khơng đáng kể +Tín hiệu đầu ngược pha với tín hiệu đầu vào : điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp Rg tăng => kết điện áp chân C giảm , ngược lại điện áp đầu vào giảm điện áp chân C lại tăng => điện áp đầu ngược pha với tín hiệu đầu vào Mạch mắc theo kiểu E chung ứng dụng nhiều thiết bị điện tử 1.2.2 Transistor mắc kiểu C chung Hình 2.6 Transistor mắc kiểu C chung -Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass dương nguồn Lưu ý phương diện xoay chiều dương nguồn tương đương với mass, tín hiệu đưa vào cực B lấy cực E -Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B lấy cực E -Đặc điểm mạch khuyếch đại C chung: +Tín hiệu đưa vào cực B lấy cực E +Biên độ tín hiệu biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE ln ln có giá trị khoảng 0,6 V điện áp chân B tăng áp chân C tăng nhiêu => biên độ tín hiệu biên độ tín hiệu vào +Tín hiệu pha với tín hiệu vào : Vì điện áp vào tăng => điện áp tăng, điện áp vào giảm điện áp giảm +Cường độ tín hiệu mạnh cường độ tín hiệu vào nhiều lần : Vì tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng I BE tăng => dòng ICE tăng gấp β lần dịng IBE ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần dịng IBE tăng 1mA => dịng ICE tăng 50mA, dịng ICE dịng tín hiệu đầu ra, tín hiệu đầu có cường độ dịng điện mạnh nhiều lần so với tín hiệu vào -Mạch ứng dụng nhiều mạch khuyếch đại đêm (Damper), trước chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ Ngồi mạch cịn ứng dụng nhiều mạch ổn áp nguồn 1.2.3 Transistor mắc kiểu B chung -Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E lấy chân C , chân B mass thơng qua tụ -Mach mắc kiểu B chung sử dụng thực tế -Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại điện áp khơng khuyếch đại dịng điện Hình 2.7 Transistor mắc kiểu B chung CHƯƠNG 2: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 2.1 Phân loại chế độ hoạt động mạch khuếch đại công suất 10 Tùy theo chế độ làm việc transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất thành loại sau: 2.1.1 Khuếch đại công suất loại A: Class A:Thiết kế hiệu suất thấp khoảng 25%(tức 1000W cung cấp đầu vào có 25W cơng suất phát loa 75W bị tổn hao dạng toả nhiệt sò đèn điện tử hiệ suất class AB khoảng 35-50%(100W đầu vào cho 50W loa).Dodos kích thước chi phí tản nhiệt cho sị cơng suất class A ma lớn class AB Ưu điểm ampli class A khơng có miền phi tuyến (nonlinearities)và méo xuyên tâm(cross distortion, turn on/off delay) sò hoạt động.Âm ampli Class A theo đánh giá ngào, trung thực Một điểm cần lưu ý thêm ampli có tên gọi “thuần” A (pure ClassA) hoạt động hoàn toàn chế độ A Cần ý số ampli có quảng cáo Class A thực chất hoạt động chế độ A miền công suất thấp, ampli bị yêu cầu hoạt động cho công suất lớn điểm làm việc chuyển sang chế độ AB Amplifier Class A sử dụng sị cơng suất (Bipolar, FET, hay IGBT) kết nối chung hệ thống phát cho hai nửa dạng sóng, sị cơng suất ln ln có dịng điện chạy qua khơng có tín hiệu Do phần output khơng tải đầy đủ cho dù sử dụng Bipolar, MOSFET hay IGBT, mang mức bias Q-point khoảng dịng tải Sị cơng suất khơng tắt, 11 nhược điểm Amplifier Class A Để đạt độ tuyến tính cao gain, phần output Amplifier Class A lúc phải mang giá trị bias MỞ (hoạt động) Một amplifier xếp vào class A dịng tín hiệu nghỉ phần output có giá trị lớn dịng tải cực đại (ví dụ: Loa) cần thiết để tạo tín hiệu output lớn Do Amplifier Class A hoạt động phần tuyến tính, điện áp bias sị cơng suất DC phải bảo đảm ổn định để trì hoạt động hiệu mức sai số thấp Tuy nhiên tầng output ln trạng thái MỞ, nguồn điện lúc qua nên xảy tượng sử dụng điện liên tục amplifier Sự tốn điện liên tục tạo mức nhiệt cao hiệu khoảng 30% nên amplifier class A khơng có khả làm việc với hệ thống khuếch đại công suất cao Mức sử dụng điện liên tục amplifier class A đòi hỏi nguồn mạnh lọc điện ổn định, tránh tiếng ồn khó chịu phát từ amplifier dịng điện trồi sụt 2.1.2 Khuếch đại cơng suất loại B: Có hiệu suất vào khoảng 70 – 80%, tức tiêu thụ 100W điện đưa công suất loa tối đa 80W, 20% lượng lại bị tiêu tán dạng nhiệt nên chạy mát Nhưng class B có độ méo lớn âm khơng hay nên dùng caccs mạch audio cao cấp Amplifier Class B thiết kế nhằm triệt tiêu điểm yếu hiệu làm việc nhiệt lượng amplifier Class A Amplifier Class B sử dụng hai sò cơng suất Bipolar hay FET cho nửa dạng sóng với giai đoạn output hiệu theo dạng “push-pull” (PP), sị cơng suất khuếch đại nửa dạng sóng output 12 Trong amplifier Class B khơng có dịng DC bias dịng nghỉ 0, cơng suất DC nhỏ giúp cung cấp mức hiệu cao nhiều so với amplifer classA Khi tín hiệu input có giá trị dương, sị cơng suất bias dương hoạt động cịn sị cơng suất bias âm tắt Ngược lại sị cơng suất bias âm hoạt động sị cơng suất bias dương tắt, tạo phần giá trị âm tín hiệu Điều chứng minh sị cơng suất tạo nửa dạng sóng Mỗi hoạt động phần 180 độ dạng sóng output với thời gian tương ứng nhau, tạo dạng sóng output tuyến tính hồn chỉnh liên tục Đây thiết kế PP có mức hiệu cao so với amplifier Class A vào khoảng 50%, nhiên tạo mức sai số đáng kể phần tiếp xúc dạng sóng điện áp input sị cơng suất nằm khoảng -0.7V to +0.7V Sị cơng suất output amplifier Class B khơng hoạt động nạp đủ điện Điều làm cho phần dạng sóng có giá trị khoảng 0.7V tạo cách xác Vì amplifier Class B khơng sử dụng hệ thống địi hỏi độ xác cao 2.1.3 Khuếch đại công suất loại AB Thiết kế đẩy-kéo (push-pull) class AB có hiệu suất cao nhằm cho công suất loa lớn Đây thiết kế “lai” Class A Class B với phương thức hoạt động cải tiến Hai sị cơng suất 13 amplifier Class AB hoạt động lúc, triệt tiêu mức sai số tín hiệu ta thấy Class B Hai sị cơng suất amplifier Class AB có mức bias điện áp nhỏ, khoảng 5% đến 10% giá trị dịng nghỉ cung cấp cho sị cơng suất Vấn đề chỗ ampli đẩy-kéo có điểm làm việc khu vực ngưng (cutoff) đường đặc tuyến tải Tại điểm làm việc cutoff 50% tín hiệu ngõ vào khuyếch đại, người ta phải dùng sị cơng suất hoạt động, sị khuyếch đại phần tín hiệu dương sị khuyếch đại phần tín hiệu âm (đẩy-kéo), có tên gọi Push-Pull Class AB có mức làm việc cao so với nửa chu kỳ Class B, lại nhiều so với toàn chu kỳ Class A Ưu điểm điện áp bias thấp mức sai số giảm thiểu so với Class B hiệu cải thiện so với Class A Hiệu amplifier Class AB vào khoảng 50% đến 60% Âm Class AB Push-Pull theo đánh giá chung có khơng gian rộng, hồnh tráng độ động tốt 2.1.4 Khuếch đại công suất loại C: 14 Thiết kế Amplifier Class C cung cấp hiệu cao với độ tuyến tính thấp Class C có mức bias lớn nên dịng output mang giá trị nửa chu kỳ tín hiệu input hình sin với sị cơng suất trạng thái ngắt điện Phần hoạt động sị cơng suất Amplifier Class C khoảng 90 độ Sị cơng suất có mức bias cao cung cấp hiệu làm việc ấn tượng (khoảng 80%) nhiên giá trị sai số cao Vì Amplifier Class C khơng dùng âm Amplifier Class C thường sử dụng thiết bị truyền sóng radio đặc thù mạch LC thiết bị thu 2.2 Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần 2.2.1.Mạch OTL (Output Transformer Less) : * Đặc điểm : -Được cấp nguồn đơn +Vcc mass (0V) -Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ đối xứng nên điện điểm loa nửa nguồn -Ngõ loa phải ghép với tụ điện Co * Ưu điểm : -Âm đạt chất lượng cao đáp tuyến tần số rộng , -Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao tụ kí sinh biến áp 15 -Hiệu suất cao khơng tổn hao biến Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so với dùng biến áp ngõ * Khuyết điểm : -Phải chỉnh điện DC điểm loa nửa nguồn cung cấp tín hiệu ngõ không bị méo -Cặp transistor công suất cặp transistor bổ phụ dễ gây méo phi tuyến -Tín hiệu bị méo tần số thấp tụ C out gây (do tụ Cout tiến tới vô cùng) 2.2.2 Mạch OCL (Output Capicitor Less ) : *Đặc điểm : -Được cấp nguồn đối xứng +Vcc –Vcc nên điện điểm -Tín hiệu vào mạch khuếch đại trực tiếp không cần qua tụ -Khơng có tụ Co ngõ loa * Ưu điểm: -Khả chống nhiễu tốt dùng kiểu khuyếch đại vi sai ngõ vào -Đáp tuyến tần số rộng không dùng tụ biến ngõ * Khuyết điểm : -Cần dùng nguồn -Tín hiệu loa trực tiếp nên điện DC điểm ngõ khác 0V gây cháy loa cần phải có mạch bảo vệ loa 2.2.3 Mạch BTL (Bridge Transistor Line Out) : * Đặc điểm : Mạch BTL có hai loại : -Dùng nguồn đơn mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OTL -Dùng nguồn đơn mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OCL 16 * Ưu điểm : -Cho công suất lớn(gấp lần so với OTL hay OCL) sử dụng với nguồn điện áp thấp dùng cho Ampli có cơng suất lớn từ 500W đến vài nghìn Walt * Khuyết điểm : -Giá thành cao -Tín hiệu dễ bị méo hai mạch khuếch đại không giống Dễ bị cháy điện điểm không CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG Phần THIẾT KẾ 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 17 Hình 4.1 Sơ đồ ngun lí mạch 3.1.2 Sơ đồ nguồn Hình 4.2 Sơ đồ nguồn 3.1.3 Sơ đồ mạch in 18 Hình 4.3 Sơ đồ bo mạch 3.1.4 Sơ đồ khối Hình 4.4 Sơ đồ khối mạch 19 3.1.5 Phân tích tầng làm việc mạch a)Khối nguồn: Cung cấp nguồn DC với mức điện áp ổn định ± 42V cho toàn mạch hoạt động b)Tầng tiền khuếch đại: Là tầng tín hiệu vào, có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức điện thấp thành tín hiệu cường độ cao để ghép vào tầng khuyếch đại điện (đây mạch khuếch đại biến điện thành cường độ) Do tín hiệu phải trung thực, nguồn cấp điện phải lọc kỹ để khỏi ảnh hưởng tới tín hiệu tầng c)Tầng khuếch đại Tầng có chức nhận tín hiệu từ tầng nhập vào, chuyển đổi tín hiệu từ ngõ tầng nhập thành tín hiệu có mức điện cao để cung cấp cho tầng khuếch đại công suất d)Tầng khuếch đại cơng suất: Nhận tín hiệu có điện áp cao từ tầng thúc khuếch đại cung cấp dịng âm tần có cường lớn cho loa Phần THI CÔNG 3.2.1Các thiết bị sử dụng 1/ Sơ đồ nguyên lý 2/ Linh kiện lắp mạch 3/ Mạch in 4/ Nguồn cung cấp 5/ Loa dây tín hiệu 6/ Đồng hồ đo 7/ Mỏ hàn thiếc hàn 20 3.2.2Q trình thi cơng -Phân tích sơ đồ nguyên lý -Tiến hành gia công mạch -Lắp rắp kiểm tra hoạt động mạch 3.2.3 Kết Mạch hồn thành xong,qua q trình điều chỉnh mạch hoạt động tốt,ổn định 21 HÌNH ẢNH MẠCH THỰC TẾ CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài gặp nhiều khó khăn song với hướng dẫn nhiệt tình thầy Nguyễn Tiến Dũng với nỗ lực thành viên nhóm,chúng em hồn thành xong đề tài Với đề tài này,ngoài kiến thức học, chúng em tiếp thu số kiến thức mạch khuếch đại công suất mà cụ thể đồ án chúng em làm mạch khuếch đại cơng suất sử dụng gia đình… Qua đồ án chúng em rút nhiều kinh nghiệm cho thân.Tuy nhiên kiến thức chúng em cịn hạn chế nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót.Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy khoa toàn thể bạn sinh viên để đề tài củ chúng em hoàn thiện Chúng em xin trân thành cám ơn! ... kiến thức học, chúng em tiếp thu số kiến thức mạch khuếch đại công suất mà cụ thể đồ án chúng em làm mạch khuếch đại cơng suất sử dụng gia đình… Qua đồ án chúng em rút nhiều kinh nghiệm cho thân.Tuy... Sơ đồ mạch in 18 Hình 4.3 Sơ đồ bo mạch 3.1.4 Sơ đồ khối Hình 4.4 Sơ đồ khối mạch 19 3.1.5 Phân tích tầng làm việc mạch a)Khối nguồn: Cung cấp nguồn DC với mức điện áp ổn định ± 42V cho toàn mạch. .. 2.2.3 Mạch BTL (Bridge Transistor Line Out) : * Đặc điểm : Mạch BTL có hai loại : -Dùng nguồn đơn mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OTL -Dùng nguồn đơn mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch