BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ i MẠCH KHUẾCH đại âm THANH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -oOo- BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Xuân Quyền Mã lớp : 119024 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Long Bùi Huy Hiệp Nguyễn Bá Long Vũ 20182654 20186317 20182895 Hà Nội – 22/1/2021 Mục lụ c Mục lục_Toc58793666 .2 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Mô tả kỹ thuật: .1 1.1.1 Yêu cầu chức năng: 1.1.2 Yêu cầu phi chức năng: 1.2 Lập kế hoạch: Chương Thiết kế kiến trúc 2.1 Thiết kế sơ đồ khối: .3 2.1.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ: 2.1.2 Khối tiền công suất: 2.1.3 Khối khuếch đại công suất: .3 2.2 Lựa chọn linh kiện: 2.2.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ: 2.2.2 Khối tiền khuếch đại công suất (Darlington): 2.2.3 Khối khuếch đại công suất: .4 2.3 Thiết kế chi tiết khối: .4 2.3.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ: 2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất (Darlington): 2.3.3 Khối khuếch đại công suất 2.3.4 Thơng số tồn mạch 10 Chương Mô phỏng, kiểm tra sửa sai 10 3.1 Mạch thiết kê mô phỏng: .10 3.2.Testboard: .10 3.3 Mạch in: .11 DANH MỤC HÌNH ẢNH 11 DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Mô tả kỹ thuật: 1.1.1 Yêu cầu chức năng: Khuếch đại tín hiệu âm từ jack audio có tín hiệu vào 100mV loa Ω có có cơng suất 3W 1.1.2 Yêu cầu phi chức năng: Nhiệt độ làm việc ổn định: 25-50ºC 1.2 Lập kế hoạch: Mô tả công việc thể Bảng 1.1 Bảng 1-1 Mô tả kế hoạch công việc STT Tên công việc Mô tả cơng việc Thời gian (ngày) Tìm hiểu sản phẩm Lên ý tưởng, tìm hiểu sản phẩm tương tự Mô tả kỹ thuật Mô tả yêu cầu chức phi chức Kế hoạch phát triển Xây dựng phân công công việc Thiết kế tổng quan chi Xây dựng sơ đồ mạch khuếch đại âm tiết Thử nghiệm mô Chạy thử nghiệm phần mềm, lựa Lựa chọn phương án tối chọn linh kiện test bo mạch trắng ưu Sửa sai Phát lỗi chỉnh sửa Sản xuất mạch Layout hoàn thiện mạch Báo cáo GVHD Bàn giao báo cáo sản phẩm 1 Bảng 1-2 Phân công công việc Công việc Lê Văn Long Nguyễn Bá Long Vũ Bùi Huy Hiệp Lên ý tưởng, tìm hiểu sản phẩm tương tự lựa chọn phương án x x x Tính tốn khối x x Tính tốn khối x x Tính tốn khối x Làm mạch x Làm báo cáo x x x Chương Thiết kế kiến trúc 2.1 Thiết kế sơ đồ khối: Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Khối tiền cơngKhối suấtkhuếch đại cơng suấtTín hiệu Tín hiệu vào Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch Hình 2.1 miêu tả sơ đồ khối mạch Mạch gồm khối: khối khuếch đại tín hiệu nhỏ, khối tiền cơng suất khối khuếch đại công suất Jack 3.5mm loa phụ kiện hỗ trợ mạch 2.1.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ:  Nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu vào Vi(p) = 85mV điện áp tín hiêu có cơng suất PO = 3W tải loa RL = 4Ω 2.1.2 Khối tiền công suất:  Để phục vụ cho việc ghép nối tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ với tầng khuếch đại cơng suất, nhóm đưa thiết kế tầng thứ hai để phối hợp trở kháng để chuẩn bị cho tầng khuếch đại công suất 2.1.3 Khối khuếch đại công suất:  Nhiệm vụ khuếch đại công suất tải 2.2 Lựa chọn linh kiện: Tính tốn hệ số khuếch đại Av để thỏa mãn yêu cầu: Vo(p) = √ PO R L = 3,46V  Sử dụng nguồn ni 18V 2.2.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ:  Av = Vo(p)/Vi(p) = 3,46/0.085 ≈ 50 (lựa chọn tín hiệu đầu vào 100mV)  Dùng tầng Emito chung, mạch Fix-Base 2.2.2 Khối tiền khuếch đại công suất (Darlington):  Sử dụng khối Darlington mắc kiểu Colecto chung để nhằm làm giảm trở kháng trước đến với khối khuếch đại công suất 2.2.3 Khối khuếch đại công suất:  Sử dụng khuếch đại Class AB để thu đực tín hiệu khơng bị méo tiêu hoa dùng khuếch đại đẩy kéo 2.3 Thiết kế chi tiết khối: 2.3.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ: Khối khuếch đại Emito chung, mạch Fix-Base: Hình 2.3.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Tính tốn lựa chọn linh kiện: *Chế độ chiều: Chọn transitor khuếch đại tín hiệu nhỏ 2N2222A giá thành rẻ, phổ biến, đáp ứng thông số yêu cầu Chọn điểm làm việc tĩnh Q(UCE;ICQ) = (9 V; mA), điểm làm việc hệ số β transitor vào khoảng Do ta tính được: (R2+R3).IC + UCE = VCC ⇔ (R2+R3).2 + = 18 ⇔ R2+R3 = 4.5 kΩ (1) IB=ICQ/ β= 10-5 (A) ⇔ VCC=IB.R1+IE.R3+0.7= IB.( R1+β.R3)+ 0.7 ⇔ R1+ 200.R3=1730 kΩ (2) Có: re=0.026/IE= 13Ω * Chế độ xoay chiều Hình 2.2 Sơ đồ tương đương xoay chiều EC Rin1 = R1//[βre + (β + 1)R3)] Rout1 = RC Av = Vout / Vin ≈ -β RC/ [β(re + RE)] = -R2/ (re + R3) = -50 (lần) (3) Từ (1), (2), (3) ta được: R3=0.075 kΩ; R2=4.42 kΩ; R1=1715 kΩ │Ai│ = β = 200 (lần) Rin1 = 18,2 kΩ Rout1 = 4.4 kΩ Chọn trở: R3 = 78 Ω; R2 = 4.4 kΩ; R1=1.68 MΩ 2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất (Darlington): Hình 2.3.2 Khối tiền khuếch đại cơng suất Tính tốn lựa chọn linh kiện: *Chế độ chiều: Chọn điểm làm việc tĩnh trans NPN 2N2222 Q1(9V; 2mA) transistor PNP TIP41 Q2(9V; 0,1A) Hệ số β transistor mắc Darlington βD = β1.β2 =180*50=10000 IE2= 0,1(A) nên IB2= IE2 / β2 = mA Có : IE1 = IB2 = (mA) nên IB1=IE1 / β1= 10-5 (A) R5 = (VCC-UCE)/IC = 100 Ω Theo cơng thức, ta có : IB1=(Vcc-Ube1-Ube2)/( R4 + βD* R5 ) nên R4 = 680kΩ Chọn : R5 = 100 Ω, R4 =680 kΩ *Chế độ xoay chiều: Hình 2.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều Darlington Rin2 = RB//βD.RE = 404 (kΩ) re1 = 26mV/IE1 = 13(Ω) re2 = 26mV/IE2 = 0.26(Ω) Rout2 = re1/β2 + re2 = 0,52(Ω) Ai = βD RB/(RB+ βD RE)= 4047 (lần) Av ~ (lần) 2.3.3 Khối khuếch đại công suất Hình 2.4 Khuếch đại công suất - Chọn transitor TIP41, TIP42 chịu công suất lớn Phân cực cho transitor trở 470 Ω diodes giúp ổn định tín hiệu Nên R6, R7 chọn trở 470 Ω, 2W ( dịng qua TIP 41, TIP 42 lớn ) Khi có nửa tín hiệu đưa vào T1, T2 khuếch đại Ở nửa chu kỳ (+) T1 khuếch đại, T2 tắt UD1>0 UD2 >0 (T2 thuận), T1 khuếch đại nửa hình sin Trong nửa chu kì sau UD1Ib => I=(VCC/2-UD)/R7= 0.0177(A) Công suất transistor làm việc chế độ lí tưởng với biên độ cực đại URmax = V re = 26mV/IC = 0.029 (Ω) Chọn C5 lớn dùng làm nguồn nuôi cho khối cơng suất chu kì âm → Chọn C5 = 1000μF Rout3 = RE // re = 0.022(Ω) → Tín hiệu khơng bị sụt tải 4Ω Pr = Uhd2 /R = 3W 2.3.4 Thơng số tồn mạch - AV = AV1.Rin2/(Rout1 + Rin2).AV2.AV3 ~ AV1= 50 (lần) Rin = Rin1 = 18.2 kΩ Rout = Rout3 = 0.26 Ω - Tụ C1 = 1000uF: f1 = = 0.0087 Hz π Zvao 1.C - Tụ C2 = 100uF : f2 = = 0.0039 Hz π ( Zra1+ Zvao 2) C - Tụ C3 = 100uF : f3 = = 0.615 Hz π ( Zra2+ Zvao 3) C - Tụ C4 = 1000uF Chương Mô phỏng, kiểm tra sửa sai 3.1 Mạch thiết kê mô phỏng: Thực mơ phần mềm Proteus: Hình 3.1 Mạch mô phần mềm Proteus 3.2.Testboard: Khi kiểm tra test board đo máy Oscillo ta thấy tín hiệu gần giống với mơ 10 3.3 Mạch in: Sử dụng phần mềm Altium để thiết kế mạch in: DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch Hình 2.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều EC .5 Hình 2.5 Sơ đồ tương đương xoay chiều Darlington Hình 2.6 Khuếch đại công suất DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Mô tả kế hoạch công việc Bảng 1-2 Phân công công việc TÀI LIỆU THAM KHẢO ROBERT L BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKY, Electronic Devices and Curcuit Theory 11th Dr Nguyen Anh Quang, Slides Electronic Curcuit I Cùng số trang web: https://alltransistors.com/pdfview.php?doc=bc546_bc547_bc548.pdf&dire=_motorola https://dientutuonglai.com/ https://en.wikipedia.org/ https://alltransistors.com/pdfview.php?doc=tip41are.pdf&dire=_motorola 11 ... Thiết kế kiến trúc 2.1 Thiết kế sơ đồ kh? ?i: Kh? ?i khuếch đ? ?i tín hiệu nhỏ Kh? ?i tiền cơngKh? ?i suấtkhuếch đ? ?i cơng suấtTín hiệu Tín hiệu vào Hình 2.1 Sơ đồ kh? ?i mạch Hình 2.1 miêu tả sơ đồ kh? ?i. .. tín hiệu khơng bị méo tiêu hoa dùng khuếch đ? ?i đẩy kéo 2.3 Thiết kế chi tiết kh? ?i: 2.3.1 Kh? ?i khuếch đ? ?i tín hiệu nhỏ: Kh? ?i khuếch đ? ?i Emito chung, mạch Fix-Base: Hình 2.3.1 Kh? ?i khuếch đ? ?i tín... kh? ?i: kh? ?i khuếch đ? ?i tín hiệu nhỏ, kh? ?i tiền công suất kh? ?i khuếch đ? ?i công suất Jack 3.5mm loa phụ kiện hỗ trợ mạch 2.1.1 Kh? ?i khuếch đ? ?i tín hiệu nhỏ:  Nhiệm vụ khuếch đ? ?i tín hiệu vào Vi(p)