Báo cáo đttt1 mạch khuếch đại âm thanh số 008

Báo cáo bài tập lớn (btl) mạch khuếch đại âm thanh môn điện tử tương tự 1 (đttt1) số 010 Ngành điện tử viễn thông (đtvt) đại học Bách Khoa Hà Nội (đhbk hn) Báo cáo có 4 phần: 1. Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 2. Thiết kế kiến trúc 3. Mô phỏng kiểm tra và sửa lỗi 4. Tài liệu tham khảo

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I

MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

Giảng viên hướng dẫn

Mã lớp Sinh viên thực hiện | MSSV Trần Sơn Hải

Đàm Việt Hiếu Nguyễn Vũ Đức Minh

Hà Nội, 02/2023

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

PHẦN 1 GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG VÀ XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM……… 5

1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm 5

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 6

PHẦN 2 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC 7

2.1 Thiết kế sơ đồ khối 7

2.2 Lựa chọn linh kiện 7

2.3 Thiết kế chi tiết từng khối 8

PHẦN 3 MÔ PHỎNG KIỂM TRA VÀ SỬA LỖI 15

3.1 Mạch thiết kê mô phỏng 15

3.2 Kết quả mô phỏng 15

3.3 Mạch in 16

3.5 Mạch sau khi hoàn thành 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạch 7

Hình 2.2 Khối khuếch đại Emito chung, mạch phân áp 8

Hình 2.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều EC 10

Hình 2.4 Khối tiền khuếch đại công suất 11

Hình 2.5 Sơ đồ tương đương xoay chiều Darlington 12

Hình 2.6 Khuếch đại công suất 13

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí vẽ bằng proteus 15

Hình 3.2 Kết quả khi xem mô phỏng bằng oxilo 16

Hình 3.3 Mạch in PCB vẽ bằng proteus 16

Hình 3.4 Mạch sau khi hoàn thiện 18

DANH MỤC BẢNG Y Bảng 4.1 Thông số lý thuyết và thực tế 19

PHẦN 1 GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG VÀ XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

CỦA SẢN PHẨM

1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ của công nghệ ngành Điện Tử Viễn Thông đã

có những bước phát triển mạnh mẽ không ngừng và tin học đã trở thành chiếc chìa khóa dẫn đến thành công cho nhiều cá nhân trong nhiều lĩnh vực, hoạt động Với những ứng dụng của mình, ngành Điện Tử Viễn Thông đã góp phần mang lại nhiều lợi ích mà không ai có thể phủ nhận được Việc sử dụng mạch khuếch đại trong thực tế là một phần ứng dụng rất rộng rãi

Trên góc độ kinh tế, trong bối cảnh đi tắt đón đầu công nghệ cao, đa số các công ty đa quốc gia trên thế giới đều chứng tỏ hiệu quả kinh tế của mình bằng những công nghệ nguồn đặc thù khác nhau Công nghệ nguồn càng cơ bản thì càng đưa đến nhiều ứng dụng khác nhau và đưa đến siêu lợi nhuận Một trong những công nghệ nguồn cơ bản là công nghệ bán dẫn vi mạch, đã đưa đến những cuộc cách mạng khoa học công nghệ trong lãnh vực công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa và cơ khí chính xác, công nghệ sinh học Ngày nay, vốn đầu tư cho công nghệ bán dẫn vi mạch để làm ra sản phẩm chip điện tử trong máy tính, các thiết bị cầm tay được số hóa (digital equipments) vẫn còn rất cao Do đó nếu đưa ra một đáp án cho chiến lược đầu tư phát triển công nghệ cao cho Việt Nam thì câu trả lời chính là công nghệ âm thanh chất lượng cao phục vu cho các dịch vụ giải trí và nghe nhìn của người tiêu dùng

Có thể nói mạch khuếch đại âm thanh là 1 trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển của những sản phẩm điện tử phục vụ cho nhu cầu giải trí của con người Mạch có ứng dụng vô cùng rộng rãi trong nền công nghiệp nghe nhìn đang phát

triến Hiện nay mạch khuếch đại âm thanh rất phổ biến trên thị trường mà tầng khuếch đại công suất được thiết kế sử dụng BJT (FET) công suất (mạch khuếch đại OTL, OLC, BCL…) hay ICKĐTT (TDA, LM, TL…)

Từ thực tế đó, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo , nhóm em đã được phân đề tài “Mạch khuếch đại âm tần” Đây là một mạch điện tuy đơn giản nhưng

là một trong những mạch rất căn bản, từ đó phát triển các mạch nhiều tính năng hơn Và cũng xuất phát từ tìm hiểu về ứng dụng và nguyên lí làm việc của các mạch khuếch đại nên nhóm em đã quyết định chọn đề tài này

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm

1.2.1 Chức năng sản phẩm

Là một mạch khuếch đại tần số thấp, mắc phối hợp giữa các linh kiện điện tử

để đảm bảo công suất đầu ra 2W tùy theo yêu cầu và đảm bảo độ méo thấp

1.2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm.

a Tín hiệu đầu vào

Tín hiệu đầu vào của mạch lấy từ máy điện thoại, radio hoặc máy nghe nhạc (có biên độ nhỏ, khoảng 0.1V)

b Tín hiệu đầu ra

Tín hiệu âm thanh mà tai người có thể cảm nhận được

c Thông số

 Khối nguồn

 Điện áp vào: 220V AC/50Hz

 Điện áp ra: 24V DC

 Khối khuếch đại

 Công suất đầu ra: 1.5W

 Tín hiệu vào: 0.05V

 Dải tần tín hiệu vào: 20÷15000Hz

Tín hiệu vào Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ Khối tiền công suất Khối khuếch đại công suất Tín hiệu ra

 Tải RL = 4Ω

PHẦN 2 THIẾT KẾ KIẾN TRÚC

2.1 Thiết kế sơ đồ khối

Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạch

Hình 2.1 trên miêu tả sơ đồ khối của mạch Mạch gồm 3 khối: khối khuếch đại tín hiệu nhỏ, khối tiền công suất và khối khuếch đại công suất Jack 3.5mm và loa là phụ kiện hỗ trợ mạch

Phần 2.

2.1.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

 Nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu vào Vi(rms) = 50mV về điện áp để cho tín hiêu ra có công suất là PO = 1.5 W trên tải loa là 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 công suất, nhóm đưa ra thiết kế về 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 là khuếch đại công suất ra tải

2.2 Lựa chọn linh kiện

Tính toán hệ số khuếch đại Av để thỏa mãn yêu cầu: Vo(p) = √2 P O R L = 3V

 Sử dụng nguồn nuôi 12V

2.2.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

 |Av| = Vo(p)/Vi(p) = 60 (lần) (lựa chọn tín hiệu đầu vào 50mV)

 Dùng 1 tầng Emito chung, mạch phân áp

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 khi đến với khối khuếch đại công suất

2.2.3 Khối khuếch đại công suất

 Sử dụng khuếch đại Class AB để thu được tín hiệu không bị méo và ít tiêu hao nhất dùng khuếch đại đẩy kéo

2.3 Thiết kế chi tiết từng khối

2.3.1 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

Khối khuếch đại Emito chung, mạch phân áp:

`

Hình 2.2 Khối khuếch đại Emito chung, mạch phân áp Tính toán lựa chọn linh kiện

* Chế độ một chiều

Chọn transitor khuếch đại tín hiệu nhỏ BC 547B do giá thành rẻ, phổ biến, đáp ứng được thông số yêu cầu

Chọn điểm làm việc tĩnh Q(UCE;ICQ) = (4V; 1 mA), ở điểm làm việc này hệ số β của transitor vào khoảng 200

Do đó ta tính được:

(R3 + R4 + R5).IC + UCE = VCC

⇔(R3 + R4 + R5).1.10−3 + 4 = 12

⇔R3 + R4 + R5 = 8 kΩ (Trong đó R3 là Rc, R4 là Re xoay chiều, R4+R5 là Re 1 chiều)

Do Ve << Vcc suy ra chọn Ve = Vcc /10=1.2V nên có Re = Ve/Ie = 1.2/(10−3)=1.2kΩ Suy ra R3 = 8 - 1.2 = 6.8 kΩ

Tính được gm = Ic/Vt = 1/26 = 0.0385 (S)

Mà theo thông số ban đầu ta có:

Av = -60 = -R3/(1/gm + R4) => R4 = 88 Ω

=> R5 = 1200 – 88 = 1112 Ω

Thông thường có Ube0 = 0.7 nên ta tính được Vb = Ube0 + Ve = 0.7+1.2 = 1.9 V

Mà theo công thức phân áp đầu vào

Vb = R2/(R1+R2)*Vcc = 1.9 => R2/(R1+R2) = 1.9/12

Mà để dòng I1 qua R1 xấp xỉ dòng I2 qua R2 ta phải thiết kế

Rvt>>R2 =>R2 = (1/10) Rv t = (1/10)*( β*Re) = 24 kΩ

=> R1 = 127.58 kΩ

Tuy nhiên do linh kiện chỉ xấp xỉ nên chọn R1 = 130 kΩ, R2 = 22 kΩ, R3 = 6.8 kΩ,

R4 = 100 Ω, R5 = 1000 Ω rất gần với thông số tính toán lí thuyết

* Chế độ xoay chiều

Hệ số khuếch đại Av = Vout/Vin = -R3/(1/gm + R4) = -60 (lần)

rπ = β/gm = 5.2 kΩ

Trở kháng ra Ro= R3 = 6.8 kΩ

Trở kháng vào Rin = R1//R2//(rπ+( β+1)R4) = 12.696 kΩ

Tụ vào f1 = 1/(2π.Rin.C1) ≤ 20 => C1 ≥ 0.62 μF

Tụ nối tầng f2 = 1/(2π.(Ro + RinDarlington) C2) ≤ 20 => C2 ≥ 0.012μF

Tụ nối đất f3= 1/(2π.(R4//((R1//R2) + rπ)/β).C3) ≤ 20 => C3 ≥ 117 μF

Do đó chọn C1 = C2 = 100 μF, C3 = 150 μF

Hình 2.3 Sơ đồ tương đương xoay chiều EC

2.3.2 Khối tiền khuếch đại công suất ( Darlington)

Hình 2.4 Khối tiền khuếch đại công suất

* Chế độ làm việc 1 chiều

Chọn điểm làm việc của BC 547B là Q1 (5V, 2mA) và trans TIP 41C là Q2 (5V, 0.1A)

βD = β1*β2 = 200*50 = 10000

Ta có IB2 = IC2/β2 = 2 mA

IE1 = IB2 = 2mA nên IB1 = IE1/β1 = 0.01mA

Suy ra Re = (Vcc-Uceq)/Ic2 = 70 Ω

Mà Ib1 = Rb +β D* ReVcc- Ube1- Ube 2= ¿ 0.01 mA

Suy ra Rb = 360 kΩ

Tuy nhiên do thực tế chỉ có các trở gần với thông số tính toán nên chọn R6=350kΩ,

R7 = 75 Ω

* Chế độ làm việc xoay chiều

Hình 2.5 Sơ đồ tương đương xoay chiều Darlington

re1 = Vt/Ic1 = 13 Ω, re2 = Vt/Ic2 = 0.26 Ω

Rout = (re1/β2 ) + re2 = 0.52 Ω

Rin=(RB // βD ).Re = 681 kΩ

Av = -R B+ β R e β D R B =−0.9904 lần

|Av| ≈ 1 lần

Tính toán tụ

fLin = 2 πRinCin1 = 2 π 215000 Cin1 ≤ 20 => Cin ≥ 0.012 μF

Dựa theo thực tế ta chọn tụ Cin ( tụ C4,5) =100 μF

2.3.3 Khối khuếch đại công suất

Hình 2.6 Khuếch đại công suất

- Chọn transitor TIP41, TIP42 do chịu được công suất lớn

- Phân cực cho transitor bằng 2 trở 1kΩ và 2 diodes giúp ổn định tín hiệu ra Nên

R8, R9 chọn là trở 1kΩ (vì dòng qua TIP 41, TIP 42 khá lớn)

- Khi có nửa tín hiệu cùng đưa vào T1, T2 khuếch đại Ở nửa chu kỳ (+)

- T1 khuếch đại, T2 tắt vì UD1 > 0 và UD2 > 0 (T2 thuận), T1 khuếch đại nửa hình sin Trong nửa chu kì sau UD1 < 0 UD2 < 0, T2 khuếch đại nửa hình sin Xét về 1 chiều tại chân E của 2 transistor là VCC/2 = 6 V

- I phân cực >> Ib => I = (VCC/2 -UD)/R8 = 0.0053 A

- Công suất khi 2 transistor làm việc ở chế độ lí tưởng với biên độ cực đại

URmax = VCC/2=6 V

- re = 26mV/IC = 0.029 Ω

- Chọn C6 lớn dùng làm nguồn nuôi cho khối công suất ở chu kì âm

→ Chọn C6 = 1000 μF

- Rout3 = RE // re = 0.029 Ω → Tín hiệu không bị sụt khi ra tải 4 Ω

- Pr = Uhd2 /R = 1,5 W

2.3.4 Thông số toàn mạch

- |AV| = AV1.Rin2/(Rout1 + Rin2).AV2.AV3 ~ AV1 = 60 (lần)

- Rin = Rin1

- Rout = Rout3

PHẦN 3 MÔ PHỎNG KIỂM TRA VÀ SỬA LỖI

3.1 Mạch thiết kê mô phỏng

Thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Proteus:

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí vẽ bằng proteus

3.2 Kết quả mô phỏng

Khi kiểm tra trên test board đo trên máy Oscillo thì ta thấy tín hiệu gần giống với mô phỏng được

Hình 3.2 Kết quả khi xem mô phỏng bằng oscillo

3.3 Mạch in

Sử dụng phần mềm Proteus để thiết kế mạch in:

Hình 3.3 Mạch in PCB vẽ bằng proteus

3.5 Mạch sau khi hoàn thành

Hình 3.4 Mạch sau khi hoàn thiện

PHẦN 4 KẾT QUẢ ĐO THỰC TẾ

Bảng 4.1 Thông số lý thuyết và thực tế

Nhận xét:

Thực tế và lý thuyết có sự sai khác tuy nhiên sự sai khác không quá lớn vẫn

có thể chấp nhận được Có thể giải thích thông qua việc các mối nối thiếc làm tăng trở và các sai số trên các thiết bị

Các giá trị trên chỉ là giá trị trung bình do không có oscillo để đo đạc được chính xác

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ROBERT L BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKY, Electronic Devices and Curcuit Theory 11 th

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