Mạch điện tử và ứng dụng đề tài thiết kế mạch khuếch đại âm thanh dùng transistor lưỡng cực

IC = β.IB Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE IB là dòng chạy qua mối BE β là hệ số khuyếch đại của Transistor 1.1.4 Cấp điện cho Transistor Vcc - điện áp cung cấp Để sử dụng Tran

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ

TỰ ĐỘNG HOÁ

-o0o -ASSIGNMENT AUT106 MẠCH ĐIỆN TỬ VÀ ỨNG DỤNG

Đề tài:

THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH DÙNG TRANSISTOR LƯỠNG

CỰC T.VIÊN: TRẦN QUANG KHƯƠNG PS16109

Tp Hồ Chí Minh – 10/2022

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Cao Đẳng FPT Poytechnic Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Thành phố Hồ Chí Minh

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

NHIỆM VỤ ASSIGNMET

Lớp: AC1801

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

Hệ: CAO ĐẲNG

1.Tên đề tài: “Thiết kế mạch khuếch đại âm thanh”

2 Nội dung các phần thuyết minh:

3 Các bản vẽ đồ thị:

4 Giáo viên hướng dẫn: PHẠM NGỌC THOA

5 Ngày giao nhiệmvụ:

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày…… tháng…… năm 2022 Ngày … tháng … năm 2022

Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Thành Phố Hồ Chí Minh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp.HCM, ngày……tháng… năm 2022

Giáo viên hướng dẫn

LỜI MỞ ĐẦU

Sự ra đời của Transistor vào năm 1948 đã mở ra một thời kì mới cho nghành kĩ thuậtđiện tử Kể từ đó đến nay kĩ thuật điện tử đã phát triển một cách nhanh chóng, đem lạinhững lợi ích to lớn cho đời sống xã hội Những sản phẩm của kĩ thuật điện tử có mặt hầuhết trong các hoạt động của con người

Trong những năm gần đây nước ta đã có những tiến bộ vượt bậc trong việc chế tạocác thiết bị diện tử Sản phẩm diện tử của Việt Nam đã tạo được niềm tin của khách hàngtrong nước cũng như các nước trên thế giới Việt Nam dã chú trọng dầu tư cho việcnghiên cứu nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng, dáp ứng được những nhu cầu củacon người Việc học tập nghiên cứu trong các trường đại học, cao dẳng cũng không nằmngoài mục dích đó

Chúng ta đã biết được một trong những ứng dụng quan trọng của Transistor là đểkhuếch đại tín hiệu Nghĩa là dùng Transistor để thiết kế các tầng khuếch đại nhằm biếnđổi năng lượng của nguồn tín hiệu một chiều thành năng lượng của tín hiệu xoay chiều

Với sự hướng dẫn của cô PHẠM NGỌC THOA em đã thực hiện assignment với đề

tài: “Thiết kế mạch khuếch đại âm thanh”.

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đồ án này, ngoài sự nỗ lực của em còn có sự giúp đỡ của giáoviên hướng dẫn, thầy cô bộ môn, bạn bè và những người thân Em xin gửi lời cảm ơn

chân thành đến cô PHẠM NGỌC THOA đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em

trong việc giải quyết những khó khăn, vướng mắc trong suốt quá trình thực hiệnassignment của nhóm Bên cạnh đó, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô đãtận tình giảng dạy những kiến thức và cả kinh nghiệm sống cho chúng em, cho chúng emmột hành trang vững chắc trước khi bước vào chặn đường kế tiếp

Nhóm em xin chân thành cảm ơn Trường Cao Đẳng FPT Polytechnic Thành phố

Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em học tập, trang bị cho chúng em những kiến thức

cần thiết để có thể tìm được một công việc phù hợp sau này

Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rấtmong nhận được những sự góp ý từ các giảng viên và các bạn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I >>TRANSISTOR :

1.Cấu tạo 7

2 Ký hiệu và hình dạng của Transistor : 8

3 Nguyên tắc hoạt động của Transistor 8

4 Cấp điện cho Transistor ( Vcc - điện áp cung cấp ) 9

6 : Transistor khuếch đại đệm KSE 340 KSE 350 ; 11

7 :Transistor công suất 2SC 5200 và 2SA 1943 12

II>>TỤ ĐIỆN :

1.1 CẤU TẠO 13

2 Phân loại : 14

III>> ĐIỆN TRỞ :

1 khái niệm về điện trở : 15

2 Hình dáng và ký hiệu : 15

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 18

PHẦN III : THIẾT KẾ 19

I: SƠ ĐỒ KHỐI:

II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26

NGUỒN THAM KHẢO 27

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1.2 Ký hiệu và hình dạng của Transistor :

1.1.3 Nguyên tắc hoạt động của Transistor.

* Xét hoạt động của Transistor NPN

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt

Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy

từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức

IC = β.IB

Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

1.1.4 Cấp điện cho Transistor ( Vcc - điện áp cung cấp )

Để sử dụng Transistor trong mạch ta cần phải cấp cho nó một nguồn điện, tuỳ theo mục đích sử dụng mà nguồn điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay đi qua điệntrở, cuộn dây v v nguồn điện Vcc cho Transistor được quy ước là nguồn cấp cho cực CE

Cấp nguồn Vcc cho Transistor ngược và thuận

Ta thấy rằng : Nếu Transistor là ngược NPN thì Vcc phải là nguồn dương (+), nếu Transistor là thuận PNP thì Vcc là nguồn âm (-)

1.1.5 Định thiên ( phân cực ) cho Transistor

* Định thiên : là cấp một nguồn điện vào chân B ( qua trở định thiên) để đặt Transistor

vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho dù rất nhỏ

* Tại sao phải định thiên cho Transistor nó mới sẵn sàng hoạt động ? : Để hiếu được điều này ta hãy xét hai sơ đồ trên :

Ở trên là hai mạch sử dụng transistor để khuyếch đại tín hiệu, một mạch chân B không được định thiên và một mạch chân B được định thiên thông qua Rđt

Các nguồn tín hiệu đưa vào khuyếch đại thường có biên độ rất nhỏ ( từ 0,05V đến 0,5V ) khi đưa vào chân B( đèn chưa có định thiên) các tín hiệu này không đủ để tạo ra dòng IBE ( đặc điểm mối P-N phaỉ có 0,6V mới có dòng chạy qua ) => vì vậy cũng không có dòng ICE => sụt áp trên Rg = 0V và điện áp ra chân C = Vcc

Ở sơ đồ thứ 2 , Transistor có Rđt định thiên => có dòng IBE, khi đưa tín hiệu nhỏ vào chân B => làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm , sụt áp trên Rg cũng thay đổi => và kết quả đầu ra ta thu được một tín hiệu tương tự đầu vào nhưng có biên độ lớn hơn

=> Kết luận : Định thiên ( hay phân cực) nghĩa là tạo một dòng điện IBE ban đầu, một sụt áp trên Rg ban đầu để khi có một nguồn tín hiệu yếu đi vào cực B , dòng IBE sẽ tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt áp trên

Rg cũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra

1.2.2 Phân loại :

a tụ không phân cực:

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µFtrở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặcmạch lọc nhiễu

b Tụ phân cực:

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đếnkhoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặcdùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn có dạng hình tròn

1.2.3 Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện.

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi

và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S /d

Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d : là chiều dày của lớp cách điện

Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường

dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF)

1.3 ĐIỆN TRỞ :

1.3.1 khái niệm về điện trở :

Điện trở là gì ? Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của

một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thìđiện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

1.3.2 Hình dáng và ký hiệu :

Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợpchất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điệntrở có trị số khác nhau

Đen 0 Xanh lá 5

Nâu 1 Xanh lơ 6

Đỏ 2 Tím 7

Cam 3 Xám 8

Vàng 4 Trắng 9

Nhũ vàng -1

Nhũ bạc -2

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng

5 vòng mầu

1.3.4 Ứng dụng của điện trở

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được , trong mạch điện , điện trở có những tác dụng sau : Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, Ví dụ có một bóng đèn 9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở

Đấu nối tiếp với bóng đèn một điện trở

- Như hình trên ta có thể tính được trị số và công xuất của điện trở cho phù hợpnhư sau: Bóng đèn có điện áp 9V và công xuất 2W vậy dòng tiêu thụ là I = P / U =(2 / 9 ) = Ampe đó cũng chính là dòng điện đi qua điện trở.

- Vì nguồn là 12V, bóng đèn 9V nên cần sụt áp trên R là 3V vậy ta suy ra điện trởcần tìm là R = U/ I = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω

- Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P = U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy ta phải dùngđiện trở có công xuất P > 6/9 W

Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp

cho trước

Cầu phân áp để lấy ra áp U1 tuỳ ý

Từ nguồn 12V ở trên thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp U1, áp U1phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.theo công thức

U1 / U = R1 / (R1 + R2) => U1 = U.R1/(R1 + R2)

Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn

Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động

Mạch tạo dao động sử dụng IC 55

1.4 SƠ BỘ VỀ KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

1.4.1 Định nghĩa khuếch đại âm thanh.

- Khuếch đại âm thanh là một loại khuếch đại điện tử, có nhiệm vụ thực hiệnkhuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào rất nhỏ cở mV, để thu được tín hiệu lớn hơn rấtnhiều lần Mạch khuếch đại âm thanh có thể sử dụng transistor, fets, IC opamp,…

1.4.2Tìm hiểu IC khuếch đại

- Mạch khuếch đại thuật toán là một mạch khuếch đại tín hiệu với hệ số khuếch đại

rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn Trong những ứng dụngthông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm sao cho có thể xácđịnh độ lợi đầu ra

*Điều kiện của 1 IC khuếch đại thuật toán lí tưởng

- Điện trở 2 chân đầu vào rất lớn nên xem như I+ =I- =0

- Hệ số khuếch đại vòng hở tiếng đến vô cùng Vin+ = Vin

Điện trở đầu ra gần bằng không để đảm bảo cung cấp dòng cho tải hoạt động

* Là một vi mạch tương tự rất thông dụng được tích hợp một số ưu điểm sau:

– Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép khuếch đại được nguồn tín hiệu có tính đối xứng (các nguồn phát tín hiệu biến thiên chậm như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, mực chất lỏng, phản ứng hoá-điện, dòng điện sinh học … thường là nguồn có tính đối xứng)

1.5 IC YDA 138-E

1.5.1 Tổng quan

YDA138 (D-3) là IC khuếch đại công suất âm thanh kỹ thuật số hiệu quả cao hoạtđộng với một nguồn điện 12V duy nhất

Có thể định cấu hình bộ khuếch đại công suất âm thanh có đầu ra tối đa 10W (R1

=82)×2ch hoặc 20W (R=49)×1 chỉ với một con chip

YDA138 có "Mạch truyền động loa trực tiếp xung thuần túy" trực tiếp điều khiển loađồng thời giảm méo tín hiệu đầu ra xung và giảm nhiễu trên tín hiệu, đồng thời nhận racác đặc tính tỷ lệ méo thấp tiêu chuẩn cao nhất và các đặc tính tiếng ồn thấp như loại bộkhuếch đại kỹ thuật số đầu ra 10W CI

Ngoài ra, có thể thiết kế mạch ít linh kiện bên ngoài hơn tùy theo điều kiện sử dụng vì

nó tương ứng với ít bộ lọc hơn

YDA138 cung cấp chức năng bảo vệ quá dòng cho các đầu ra của loa, chức năng bảo

vệ nhiệt IC, chức năng giảm nhiễu POP và chức năng đo nhiễu AM cũng như chức năngtắt nguồn và chức năng tắt tiếng đầu ra

IC có một số chức năng như:

・Phạm vi cung cấp điện hoạt động 9.0V đến 13.5V

・Hoạt động đồng bộ hóa đa kênh bằng Chức năng chuyển mạch Master/Slave

・Chức năng chuyển đổi tần số sóng mang 524kHz/466kHz

・Chức năng bảo vệ quá dòng

・Chức năng bảo vệ nhiệt

・Chức năng phát hiện dừng đồng hồ

・Chức năng giảm tiếng ồn pop

・Chức năng đo nhiễu AM

・Đầu vào analog/Đầu ra BTL (Bridge-Tied Load)

・SSOP nhựa 42 chân Pin mạ chì không chứa Pd (YDA138-EZ)

1.5.2 Sơ đồ chân

Tín hiệu âm thanh từ các thiết bị như: đầu video, micro,đấu DVD… là những tín hiệunhỏ có biên độ nhỏ: từ 30mV đến 775mV Tín hiệu này được đưa vào mạch khuếch đạicông suất, sau khi được khuếch đại thành tín hiệu có biên độ lớn và được đưa ra loa.

Sơ đồ khối của một mạch khuếch đại công suất thường được chia làm ba giai đoạn vàhồi tiếp âm:

2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

Với sơ đồ khối như trên, có thể thiết kế bất kì một loại mạch khuếch đại côngsuất theo yêu cầu của người tiêu dùng Cụ thể trong đồ án mạch điện tử ứng dụngnày, em thực hiện thiết kế một mạch khuếch đại công suất có các yêu cầu sau:

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG TẦNG:

2.3.1 tầng công suất:

a) sơ đồ mạch nguyên lý:

Hình : Sơ đồ nguyên lí tầng công suất dang PUT – PULL bổ phụ

b) Hoạt động của mạch:

- Khi tín hiệu vào có bán kì dương:

+ VBE tăng lên nên Q8 phân cực thuận dẫn dòng đổ vào cực B của Q10, làm cho

Q10 phân cực thuận dẫn dòng mạnh từ nguồn + Vcc qua loa và xuống Mass

+ Còn Q9 phân cực nghịch tắt nên không phân cực cho Q11, vì vậy Q11 không rútdòng

- Khi tín hiệu vào có bán kì âm:

2.3.2 Tầng lái công suất:

2.3.3 Tầng tiền khuếch đại vi sai:

a) Sơ đồ nguyên lý:

b) Hoạt động :

- Tương tự như tầng lái, Q5 cũng được phân cực để tạo dòng điện cố định có

kháng lớn từ cực C của Q2 khi ở chế độ AC đểđảm bảo tín hiệu ngõ ra của mạch Visaiđược đưa hoàn toàn đến tầng lái Q7.

- Tụ C1là tụ liên lạc, ngăn dòng DC đồng thời xác định tần số cắt thấp fL chongõ vào

-Tụ C2 có gá trị lớn để có thể ngắn mạch ở chế độ AC tạo cầu phân áp tten6cực B của Q4 khi có điện áp hồi tiếp

- R7 và R8 xác lập độ lợi điện áp khi có hồi tiếp Avf Riêng Q8 khi ở chế độ DClàm nhiệm vụ phân cực cho Q4

- R3 và R6 phân cực cho Q1, Q4 đồng thời xác lập VBEQ7 phân cực cho Q7 tầng làcông suất và xác định tỉ số dòng điện cho bộ gương dòng Q2, Q3

- R2 và R4 có trị số bằng nhau, để ổn định Q1, Q4 đồng thời triệt tín hiệu tần sốcao ở chế độ AC

- R1 phân cực cho Q1 ở chế độ DC

CHƯƠNG III: THI CÔNG SẢN PHẨM

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT

TRIỂN

4.1 KẾT LUẬN

Ưu điểm

- Đã hoàn thành mạch khuếch đại âm thanh với các yêu cầu đặt ra.

- Các linh kiện được sắp xếp gọn gàng, thẩm mỹ.

Nhược điểm

- Tuy nhiên âm thanh sau khi khuếch đại qua mạch còn rè và nhiễu.

- Sau một thời gian sử dụng mạch còn bị nóng.

4.2 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

- Tích hợp thêm mạch phân tầng để có thể điều chỉnh thêm Bass, Treble,

Mid.

- Gắn thêm mạch Bluetooth, Wifi để có thể phát nhạc mà không cần cắm jack 3.5.