Báo cáo đttt1 mạch khuếch đại âm thanh số 012

Báo cáo bài tập lớn (btl) mạch khuếch đại âm thanh môn điện tử tương tự 1 (đttt1) viện điện tử viễn thông (đtvt) trường đại học Bách Khoa Hà Nội (đhbkhn)Nội dung báo cáo gồm 5 phần: 1.Phân tích yêu cầu2.thực hiện yêu cầu3. lắp đặt và hàn mạch4. kết quả đo thông số trên mạch đã lắp đặt 5. so sánh và nhận xét các thông số đo trên mạch

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I

Nhóm | Chủ đề | GVHD

Phân công nhiệm vụ

Nhiệm vụ: Chọn chủ đề (1) Tính toán thông số, lựa chọn linh kiện (2) Mô phỏng (3)

Vẽ mạch (4) Làm báo cáo (6)

Phần I: Phân tích yêu cầu

1.1 Phân tích yêu cầu

 Yêu cầu hệ thống: Mạch có chức năng khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào

 Yêu cầu chức năng:

o Khuếch đại tín hiệu âm thanh.

o Hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của méo, nhiễu tín hiệu.

 Yêu cầu phi chức năng:

o Áp dụng được cho nhiều hệ thống âm thanh

o Đơn giản,gọn nhẹ và dễ sử dụng

o Đảm bảo chất lượng tốt

o Sử dụng nguồn vào 12V

 Thông số kĩ thuật:

o Công suất 1W

o Sử dụng nguồn 12V DC

o Điện áp tín hiệu vào tối đa 50mV AC

o Sử dụng BJT

o Tải ra : Loa 8 ohm

Khuếch đại

âm thanh Đầu vào

Bộ cấp Nguồn

Đầu ra

1.2 Thiết kế sơ đồ khối (Hình bên)

Phần II: Thực hiện yêu cầu

Mục đích: Tính toán lý thuyết mạch được yêu cầu thiết kế

2.1 Khối khuếch đại điện áp

Bao gồm:

2.2 Thiết kế tầng khuếch đại điện áp

Ở tầng khuếch khuếch đại điện áp chúng em thiết kế gồm 3 tầng bao gồm:

- Tầng 1: Tiền khuếch đại

- Tầng 2: Khuếch đại

- Tầng 3: Darlington

Ta có loa có công suất cực đại Pmax=1W

Tải loa RL=8Ω

→ VL =√R L P max=2√2V

Xét tín hiệu vào từ jack tai nghe là 50mV

→AV =VL /Vin≈ 57

Công dụng: lấy nhiều nhất tín hiệu vào trong mạch nhất có

thể

Dùng BJT mắc EC, phân cực bằng phân áp:

Xét DC: Transistor 2N2222A có β=100 (theo datasheet)

Dùng phân áp ta có :

UX = Vcc.R R4

(β+1) R3

Mà Ic = βIb

 Ic ≈ U x−U BE

R3 (vì β lớn  β+1 β ≈1) Uce=Vcc - Ie (R2+R3)≈ Vcc−Ic.(R2+R3)

Xét AC:

Hình 2 Mạch xoay chiều tầng 1

Khuếch đại điện áp Khuếch đại công suất

Hình 1 Mạch tiền khuếch đại

Đối với tầng tiền khuếch đại chúng em ưu tiên cho trở kháng vào là lớn nhất có thể và ở tầng này chúng em thiết kế với hệ số khuếch đại Av1 = 2

Ta có: A v1=|AVNL| Z¿ 2

Z¿2+R out=

R2

R3.

Z¿1

Z¿1+R s .

Z¿2

Z¿2+R2≈ 2(1) Mạch được thiết kế làm việc ở chế độ A, nên điểm làm việc tĩnh sẽ nằm ở giữa đường tải tĩnh

 Uce = Vcc/2 Vậy chọn Uce = 6v, R3 = 1kΩ và Z¿2 =4,8kΩ (tính ở tầng 2)

Từ đó => R2 ≈ 3,4 k chọn R2 = 3,9k

R vt=(1+ β) R3=101 kΩmà R4≪R vt

10=¿R4=8,2 kΩ

Từ các công thức được thiết lập ở chế độ DC ta tính được Ic = 1,5 mA, Ib =1,5.10−5A

Ux = Ube + U R 3 = 2,5V

Mà Ux = Vcc R4

R 4+ R 1 => R1 = 31kΩ

Zin2 = R1//R4//Zb , trong đó Zb = Rπ + (1+β)R3

=> Zin1 = 5,64kΩ

Tại tầng 1, tụ C1 nối tiếp tầng nên mạch lọc thông cao ta tính được tần số chặn dưới với điện trở của dắt cắm đưa vào là Rs = 135Ω

f Cb1= 1

2 π(R s+Z¿1) Cb1 = 2,75 Hz

f Cc 1= 1

2 π(R c+Z¿2) Cc 1 = 1,6 Hz

=> Tần số chặn dưới tại tầng 1 là 2,75 Hz

 Tại tầng 2: Khuếch đại

Công dụng tầng này khuếch đại áp lên để đạt yêu cầu

Dùng BJT mắc EC, phân cực bằng phân áp:

Xét chế độ DC:

 Ở chế độ DC các phép tính toán ở tầng 2 tương tự so với tầng 1

Xét chế độ AC:

Hình 3 Mạch tầng 2

Ở tầng này chúng em sẽ tập trung khuếch đại điện áp của tín hiệu vào vì vậy hệ

số khuếch đại được chọn là Av2 = 28

Ta có: Av2= |A VNL| Z¿ 3

Z¿3+R10≈

R10

R12.

Z¿3

Z¿3+10 = 28 Mạch được thiết kế làm việc ở chế độ A, nên điểm làm việc tĩnh sẽ nằm ở giữa đường tải tĩnh => Uce = Vcc/2 Vậy chọn U CE=6 V, U BE=0,7 V, R12=660 Ω và với trở kháng vào ta tính được từ tầng 3 có Zin3 = 500kΩ

 R10=30(Z¿3+10) R12

Z¿3 =19,19 kΩ

Chọn R10=22 kΩ, ta lại có: R vt=( β+1) R12=66.66 k Ω

Mà R7≪ R vt

10 nên R7=4.8 k Ω

Từ các công thức được thiết lập ở chế độ DC ta

tính được: I c=0,26 mA , Ib=0,0022 mA

U x=U BE+U R12=0,87 V

Mà U x=V cc R7

R7+R6 nên R6=71k Ω  Chọn R6=68 k Ω

Z¿2=R6//R7//Z b , trong đó Z b=Rπ +(1+ β ) R12

Z¿2=4,8 k Ω

Tại tầng 2, tụ C2 nối tiếp tầng nên mạch lọc thông cao ta tính được tần số chặn dưới với điện trở đưa vào là R s=Z out 1=R2=3.9 k Ω

f Cb2= 1

2 π(R s+Z¿2) Cb2 = 1,49 Hz

f Cc 2= 1

2 π(R10+Z¿3) Cc 2 ≈ 0 Hz

=> Tần số chặn dưới tại tầng 2 là 1,49 Hz

 Tại tầng 3: Darlington

Công dụng : Tầng này dùng để tăng trở kháng vào, và

mắc kiểu CC để khuếch đại dòng

Dùng 2 transistor 2N2222 ( có β = 100 theo datasheet)

Hình 4 Mạch xoay chiều

Hình 5 Mạch tầng 3

Tầng darlington bao gồm 2 transistor giống nhau mắc nối tiếp,

Có thể coi là 1 transistor có hệ số β=β1+β2+β1β2≈ β1β2 

β=1000 và U BE=1.4V

Xét chế độ DC ta có:

U CE=V cc−I E R9, U CE=6 V , R9=100 Ω I E=0.06 A I B=6.10−6A

Ta có I B R B+I E R E+U BE=V ccR8=0,67.106Ω=0,76 MΩΩ

Vậy có thể chọn R8 = 1M Ω

Xét chế độ AC:

Tại tầng 2, tụ C2 nối tiếp tầng nên mạch lọc thông cao ta tính được tần số chặn dưới với điện trở đưa vào là R s=Z out 2=R10=22 k Ω

f Cb2= 1

2 π(R s+Z¿3) Cb3 ≈ 0 Hz

=> Tần số chặn dưới tại tầng 3 là 0 Hz

2.3 Tầng khuếch đại công suất

Tầng khuếch đại công suất mắc theo kiểu đẩy - kéo với 2 cặp Transistor hoạt động ở chế độ AB Nguyên lý hoạt động:

 Ở bán chu kì dương của tín hiệu Q7 dẫn , Q8 ngắt

 Ở bán chu kì âm của tín hiệu Q7 ngắt , Q8 dẫn

Tầng công suất các transitor không làm việc trong vùng tuyến tính , cần phải phân cực cho 2 transistor này, đảm khi có tín hiệu các transistor sẽ dẫn

Sử dụng 2 diode và D2, D4 để phân cực cho BJT hoạt động

V bias=V B E Q 7+V B E Q 8=0,7∗2=1.4V

Diode làm việc với dòng điện nhỏ chọn 2 diode loại 1N4007 với

thông số: với I max=1A, UD=0.7V

Chọn R11=R14=1kΩ

Vì tầng hoạt động đối xứng nên sử dụng cặp BJT

cùng loại và R11=R14

Do hoạt đối xứng , nên chỉ xét bán chu kì dương:

Sử sụng nguồn cung cấp: Vcc=12V

Công suất trung bình loa là : PL=1W

Hình 7 Mạch xoay chiều Darlington

Hình 8 Mạch khuếch đại công suất

Công suất trung bình tiêu tán trên BJT : 2Pc=Ps-PL = 2* V2

CC/(π2∗9¿ = 3,24W, nên mỗi BJT phải có công suất tiêu tán lớn hơn 1,62W

Từ đó ta chọn linh kiện phù hợp với các thông số

PQmax > 1,62W, ICmax > 1,5

Như vậy ta chọn cặp BJT TIP41 và TIP42 (theo datasheet)

 Tần số cắt dưới của mạch là : 2.75 Hz (tần số

chặn dưới tốt )

Như vậy ta được mạch khuếch đại:

Hình 8: Sơ đồ mạch

DataSheet các linh kiện được tham chiếu và sử dụng:

2N2222A

TIP41C và TIP42C

Phần III: Lắp đặt và hàn mạch

3.1 Mạch mô phỏng trên Proteus

Hình 9 Mạch mô phỏng proteus

3.2 Các thông số hiển thị trên oscilloscope

Hình 10 Tín hiệu WAV của 1 file audio Hình 11 Tín hiệu hình sin

Hình 12 Ảnh mạch mô phỏng

Hình 13 Sơ đồ đi dây

3.3 Vẽ và thiết kế mạch trên altium

Phần IV: Các thống số trên mạch đã lắp đặt

Hình 14 Mạch thực tế trên board trắng

Lý thuyết Mô phỏng Thực tế

Phần V: So sánh và nhận xét các thông số đo trên mạch

5.1 So sánh

 Nguồn nuôi: Theo lý thuyết và mô phỏng như nhau còn trên thực tế có chênh lệch chút ít

 Vin: Theo lý thuyết và mô phỏng như nhau còn trên thực tế chênh lêch một phần nhỏ

 Vout : Kết quả đo được trên thực tế khác so với lý thuyết

5.2 Nhận xét

 Kết quả đo thực tế trên mạch đã không được như tính toán theo lý thuyết tuy rằng ra thực tế mạch vẫn chạy tốt

 Một số nguyên nhân mà chúng em nghĩ gây ra sự khác biệt trên đó là:

o Thông số kĩ thuật của linh kiện lắp đặt có sự sai số

o Trong quá trình mua linh kiện lắp đặt có một số linh kiện không có thông số như

yêu cầu tính toán nên chúng em đã thay bằng nhưng linh kiện khác có chức năng tương đương khác và có giá trị xấp xỉ nó

o Do làm mạch thủ công.

o Do tín hiệu xoay chiều vào biên độ không ổn định nên không thể đo được chính

xác biên độ ra tương ứng với biên độ vào tại cùng một thời điểm, nên khó để xác định được khuếch đại thực tế

END.