MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM THANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN Môn học: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Đề tài: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM THANH GVHD: ThS NGUYỄN DUY THẢO SVTH: LÊ MINH QUÝ MSSV: 13141266 VÕ SĨ NGUYÊN 13141211 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 LỜI NĨI ĐẦU Có thể nói thiết bị khuếch đại âm hay gọi Ampli sản phẩm cho thấy sản phẩm ngành điện tử có tính ứng dụng cao đời sống ngày Từ tạo tiền đề phát triển cho sản phẩm nghành điện tử, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt giải trí hàng ngày người Sau năm học, với tích lũy kiến thức môn học Điện tử bản, Điện tử thông tin, Điện tử công suất… đảm bảo cho chúng em phân tích thiết kế mạch khuếch đại công suất âm đơn giản Hiện mạch khuếch đại công suất âm phổ biến thị trường, tầng khuếch đại công suất thường thiết kế sử dụng BJT ( FET) công suất, với yêu cầu công suất vừa phải phục vụ cho nhu cầu giải trí cá nhân để đơn giản ta thiết kế mạch khuếch đại công suất sử dụng IC tích hợp sẵn như: TDA, LA, LM, TL… Việc sử dụng IC khuếch đại tương tự khối mạch điện phức tạp tích hợp sẵn chắn dễ dàng sáng sủa nhiều so với việc tính tốn, thiết kế, bước xác định tất thông số phần tử mạch transistor, điện trở, tụ điện v.v thành phẩm cuối Nhận thức tiện lợi ưu điểm vượt trội từ việc sử dụng IC khuếch đại thuật toán đem lại mà nhóm chúng em đến định chọn đề tài “Mạch khuếch đại công suất âm thanh” sử dụng IC công suất TDA2030A để thực đồ án cho mơn học Trong q trình thực đồ án, chúng em có nhiều thiếu sót nhờ hướng dẫn nhiệt tình góp ý quý thầy giáo Nguyễn Duy Thảo mang lại, nhóm em hồn thành tốt đồ án cho mơn học Vì lần thực đồ án cho môn chuyên nghành nên cố gắng chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Do chúng em mong nhận nhiều đóng góp ý kiến từ thầy Thảo nói riêng thầy giáo mơn khoa Điện – Điện tử nói chung để đồ án mơn học ngày hồn thiện Thay mặt nhóm, em xin chân thành cảm ơn! Nhận xét GVHD : TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MƠN HỌC (Bản lịch trình đóng vào đồ án) Họ tên sinh viên 1: …………………………………………………………………………… Lớp: ……………………………………………………… MSSV: ………………………… Họ tên sinh viên 2: …………………………………………………………………………… Lớp: ……………………………………………………… MSSV: ………………………… Tên đề tài: ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Mục tiêu 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Giới hạn đề tài Chương THIẾT KẾ 2.1 Giới thiệu 2.2 Thiết kế sơ đồ khối 2.3 Chức khối 2.3.1 Khối nguồn 2.3.2 Khối tiền khuếch đại 2.3.3 Khối âm sắc 2.3.4 Khối khuếch đại công suất 2.4 Khảo sát số linh kiện quan trọng sử dụng mạch 2.4.1 IC TDA2030A 2.4.2 IC TL082 2.5 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 2.5.1 Mạch nguồn 2.5.2 Mạch tiền khuếch đại 2.5.3 Mạch âm sắc 2.5.4 Mạch khuếch đại công suất 10 2.6 Sơ đồ nguyên lý chi tiết 11 Chương THI CÔNG MẠCH 12 3.1 Danh sách linh kiện 12 3.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý 12 3.3 Vẽ sơ đồ mạch in 15 3.3.1 Bố trí linh kiện 15 3.3.2 Đi dây 16 Chương KẾT QUẢ THỰC HIỆN 16 Chương KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 17 5.1 Kết luận 17 5.2 Hướng phát triển 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Chương 1: LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN 1.1 MỤC TIÊU Sau thực xong đề tài nhóm em hiểu rõ ngun lí làm việc thiêt bị khuếch đại công suất tự tay chế tạo cho mạch ampli đơn giản để nghe nhạc ngày 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Mạch khuếch đại âm sản phẩm tiêu biểu ngành điện tử có tính ứng dụng cao đời sống, phục vụ cho nhu cầu nghe nhạc, xem phim giải trí ngày 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Bằng kiến thức học mà nhóm em có khả thiết kế lắp ráp mạch ampli có cơng suất nhỏ (tổng công suất hiệu dụng vào khoảng 40W dùng IC – TDA2030A), sử dụng cho máy nghe nhạc MP3, điện thoại, tivi, laptop… để phục vụ nhu cầu nghe nhạc giải trí hàng ngày phịng có diện tích vừa nhỏ Mạch hầu hết sử dụng linh kiện phổ biến thị trường có giá phù hợp với điều kiện tài bạn sinh viên Mạch khuếch đại công suất âm dải âm tần từ 20Hz đến 20kHz Chương 2: THIẾT KẾ 2.1 GIỚI THIỆU Hầu hết số nghe người nhắc đến thiết bị có tên Ampli, thiết bị khơng thể thiếu gia đình Ampli thực chất hệ thống khuếch đại cơng suất âm thanh, thường gồm có thành phần sau: nguồn cung cấp cho toàn hệ thống làm việc, ngõ vào tín hiệu âm qua chỉnh âm sắc bass, treble… tiếp đưa đến phận khuếch đại tín hiệu cuối tới ngõ để đưa tín hiệu âm sau khuếch đại loa để thưởng thức 2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI Từ yêu cầu hệ thống khuếch đại cơng suất âm nhóm tiến hành thiết kế sơ đồ khối mạch hình sau: minhquyute@live.com ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN Hình 2.2 Sơ đồ khối mạch khuếch đại công suất âm 2.3 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 2.3.1 Khối nguồn Có chức cấp nguồn cho toàn mạch để hoạt động 2.3.2 Khối tiền khuếch đại Có chức khuếch đại tín hiệu ngõ vào lên nhiều lần để đưa qua tầng âm sắc xử lý Khối sử dụng IC TL082 để khuếch đại 2.3.3 Khối âm sắc Khối cho phép điều chỉnh đặc tính tín hiệu âm ngõ vào điều chỉnh âm trầm (bass), âm bổng (treble) tùy theo sở thích người nghe Sử dụng mạch lọc thụ động mạch lọc tích cực phép hạn chế dải tần số tùy theo nhu cầu, chẳng hạn muốn nghe âm trầm (bass) cần hạn chế dải tần số cao qua ngược lại với âm treble cần hạn chế dải tần số thấp qua 2.3.4 Khối khuếch đại công suất Để phát âm loa trước tín hiệu cần phải khuếch đại lên nhiều lần Ở khối có chức khuếch đại tín hiệu từ tầng âm sắc đưa qua lên nhiều lần để đảm bảo tín hiệu đủ lớn, phát loa để nghe thấy Sử dụng IC công suất TDA2030 để khuếch đại minhquyute@live.com ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN 2.4 KHẢO SÁT MỘT SỐ LINH KIỆN QUAN TRỌNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.3.1 Khảo sát IC TDA2030A Theo tài liệu mô tả nhà sản suất TDA2030A IC tích hợp có chức khuếch đại tín hiệu tần số thấp chế độ AB, công suất ngõ lên tới 18W (với tải 4Ω) có dịng cao, ổn định méo dạng thấp Hình 2.4.1a Hình ảnh giới thiệu IC TDA2030A nhà sản xuất  Sơ đồ chân: Hình 2.4.1b Sơ đồ chân IC TDA2030A  Các thông số định mức: Kí hiệu Thơng số Điện áp nguồn Giá trị tối đa Điện áp vào (tín hiệu) minhquyute@live.com ± 22 Đơn vị V ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Tstg,Tj Dòng tối đa 3.5 Nhiệt độ hoạt động -40 đến +150 °C 18 W Công suất tiêu tán (tại 90°C) ( LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN Công suất ngõ 19V, 4Ω, T = 25°C, f = 40 đến 15000Hz) 20 A W  Ứng dụng điển hình: Hình 2.4.1c Một ứng dụng điển hình TDA2030A 2.4.2 Khảo sát IC TL082 TL082 IC khuếch đại thuật tốn có cấu tạo đặc biệt gồm JFET ngõ vào có băng thơng làm việc rộng (lên đến 4MHz) Nó thường dùng mạch khuếch đại đơn giản yêu cầu băng thông làm việc đủ rộng  Sơ đồ chân: Hình 2.4.2a Sơ đồ chân IC TL082 minhquyute@live.com ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ  Các thơng số định mức cần quan tâm: Kí hiệu LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN Thông số Giá trị tối đa Đơn vị Nhiệt độ hoạt động đến +70 °C Điện áp nguồn ± 18 Điện áp vào (tín hiệu) ± 15 V V  Ứng dụng điển hình: Hình 2.4.2b Ứng dụng thường dùng TL082 2.5 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 2.5.1 Mạch nguồn Mạch sử dụng IC khuếch đại TDA2030 TL082, hai sử dụng nguồn 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 chỉnh lưu toàn kỳ qua diode để trở thành nguồn chiều đối xứng cung cấp cho tồn mạch Đối với mạch nguồn thành phần khơng thể thiếu tụ lọc nguồn Ở ta dùng tụ có trị số 4700uF để san phẳng điện áp dùng thêm tụ gốm 104 có giá trị 100nF để lọc nhiễu cao tần Tải FULL (22 trang): bit.ly/2Ywib4t Hình 2.5.1 Mạch nguồn 2.5.2 Mạch tiền khuếch đại Để xử lý tín hiệu qua nhiều tầng khác cần đảm bảo tín hiệu ngõ vào phải đến tầng xử lý cuối trước bị suy giảm hồn tồn Vì minhquyute@live.com ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN người ta cần khuếch đại tín hiệu ngõ vào thơng qua mạch tiền khuếch đại hình đây: Hình 2.5.2 Mạch tiền khuếch đại  Xét mạch Op-Amp lý tưởng:  Dòng qua : ∞,  Hệ số khuếch đại vịng kín: => nên = (2.1) (2.2) Đối với mạch tiền khuếch đại độ khuếch đại tín hiệu khơng cần q lớn mạch khuếch đại cơng suất đủ để tín hiệu qua nhiều tầng xử lý mà không bị suy giảm phần quan trọng để tín hiệu khơng bị sái dạng nhiều cịn phải tiếp tục qua tầng xử lý tiếp theo… Thực tế người ta thường chọn độ khuếch đại vào khoảng từ 5÷10 lần tầng 2.5.3 Mạch âm sắc 2.5.3a Âm trầm (Bass) Tải FULL (22 trang): bit.ly/2Ywib4t Là âm có dải tần số nghe nằm khoảng từ 20Hz đến 320Hz Với kiến thức học, biết mạch lọc tần số gồm có dạng lọc thụ động lọc tích cực Khi làm việc tần số thấp, mạch lọc có điện cảm lớn dẫn đến kết cấu chung mạch lọc thụ động trở nên phức tạp tốn Do người ta thường sử dụng mạch lọc tích cực để khắc phục nhược điểm Ở ta sử dụng mạch lọc tích cực – mạch lọc thông thấp bậc để lọc âm Bass minhquyute@live.com ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ LÊ MINH QUÝ – VÕ SĨ NGUYÊN Hình 2.5.3a Mạch lọc thông thấp bậc dùng hồi tiếp âm Tần số cắt mạch lọc hình 2.5.3a: Để đơn giản người ta thường chọn (2.3) , Lúc này: (2.4) Suy giá trị điện trở cần tìm: (2.5) Tính tốn thiết kế mạch lọc Bass ta chọn tần số cắt 320Hz Chọn tụ C = 33nF => 15071Ω => Chọn R thực tế 15kΩ Mạch lọc sử dụng Op-Amp khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại vịng kín: => Chọn thiết kế mạch lọc có 10 10.15 10 thì: 150 Ω ∙ (2.6) => ∙ (Dấu trừ chứng tỏ tín hiệu ngõ ngược pha 180° so với tín hiệu ban đầu) Vậy mạch lọc có ngõ khuếch đại tín hiệu âm Bass lên lần so với ban đầu Mạch sau tính tốn thiết kế: Hình 2.5.3a’ Mạch lọc âm trầm 2.5.3b Âm bổng (Treble) Với phần ta sử dụng mạch lọc thụ động – Mạch lọc thông thấp sử dụng RC đơn giản sau: minhquyute@live.com ... tin, Điện tử công suất? ?? đảm bảo cho chúng em phân tích thiết kế mạch khuếch đại công suất âm đơn giản Hiện mạch khuếch đại công suất âm phổ biến thị trường, tầng khuếch đại công suất thường thiết... điểm vượt trội từ việc sử dụng IC khuếch đại thuật toán đem lại mà nhóm chúng em đến định chọn đề tài ? ?Mạch khuếch đại công suất âm thanh? ?? sử dụng IC công suất TDA2030A để thực đồ án cho mơn học... 2.5.1 Mạch nguồn 2.5.2 Mạch tiền khuếch đại 2.5.3 Mạch âm sắc 2.5.4 Mạch khuếch đại công suất 10 2.6 Sơ đồ nguyên lý chi tiết 11 Chương THI CÔNG