thiết kế mạch khuyếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào micro m179

Thiết kế mạch khuyếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào micro M179MỤC LỤC Chương I: Mạch khuếch đại âm tần 1.. Xác định hệ số khuếch đại công suất của toàn mạch 3.. Khối 4 : Mạch khu

Thiết kế mạch khuyếch đại âm tần đối với nguồn tín hiệu vào micro M179

MỤC LỤC Chương I: Mạch khuếch đại âm tần

1 Thiết bị đầu vào

2 Xác định hệ số khuếch đại công suất của toàn mạch

3 Sơ đồ khối

4 Các chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm

Chương II: Chọn phương án cho từng tầng

1 Tầng tiền khuếch đại

2 Khối khuếch đại sơ bộ

3 Khuếch đại âm sắc

4 Tầng đảo pha

5 Tầng khuếch đại công suất

6 Phân bổ chỉ tiêu kỹ thuật cho các tầng

Chương III Tính toán sơ bộ

1 Tầng khuếch đại công suất

2 Tầng đảo pha

3 Tính toán mạch âm sắc

4 Tầng khuếch đại sơ bộ

5 Tầng tiền khuyếch đại

Chương 4: Tính toán chi tiết tầng khuếch đại đảo pha

Kết luận

chương 1 mạch khuếch đại âm tần

1.Thiết bị đầu vào :

M179 có các thông số kỹ thuật như sau:

Dải tần làm việc f = 20Hz  20kHz

Umax = 16mVDải nhiệt độ làm việc 10 C  50 C

Công suất ra yêu cầu lớn chọn tầng khuếch đại công suất dùng mạch đẩykéo công tác ở chế độ B

2 Xác định hệ số khuếch đại công suất của toàn mạch :

Kptm =

max n

U

R p 4

= ( 3)2

10

* 16

200

* 25

* 4

* 85 0

* 2

25 E

2

P

c B ba

≈ η η

20

1 20

Ic βmin

x Uvmc

Biên độ tín hiệu vào Ubemin được xác định dựa trên đặc tuyến vào của

* Tầng trước cuối cùng làm nhiệm vụ đảo pha chọn Transitor loại BD813(NPN) có các thông số sau:

Ucb = 45(V); Icmax = 2(A); P = 12,5 (W); Fmin = 300 (KHz); βmin = 20

Hệ số khuyếch đại của tầng đảo pha là:

có hệ số khuyếch đại công suất Kp = 0,7xβmin = 0,7x50 = 35

Lúc đó hệ số khuyếch đại công suất của 3 tầng là:

16360x35 = 572600

Hệ số khuyếch đại này nhỏ hơn so với yêu cầu bởi vậy cần phải thêm tầngkhuyếch đại sơ bộ ghép RC dùng Transitor MPS 3567 (NPN) loại Silic SI có cácthông số sau:

UCE max = 40V; P = 0,5W; β = 30; FT = 600 KHz;

Hệ số khuyếch đại công suất của tầng này là:

KP = 0,3β2 min = 0,3x900 = 270 (lần)Vậy hệ số khuyếch đại công suất của toàn máy:

KPTM = 270x10x572600 = 1.546.020.000 (lần)Kết quả thỏa mãn với yêu cầu

3.Sơ đồ khối

Khối 1: Mạch khuyếch đại đầu vào mắc Collector chung để có trở khángvào lớn

Khối 2: Mạch khuếch đại sơ bộ ghép RC (khuếch đại tín hiệu nhỏ)

Khối 3 : Mạch khuếch đại điều chỉnh âm sắc

Khối 4 : Mạch khuếch đại đảo pha để khuếch đại âm tần lên đủ lớn kíchcho tầng công suất âm tần

Khối 5 : Mạch khuếch đại công suất, khuếch đại âm tần cho công suất đủlớn theo yêu cầu để phát ra loa

Khối 6: Mạch ghép ra loa , có nhiệm vụ phối hợp trở kháng với loa , điềuchỉnh âm lượng

4.Các chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm:

Dải tần tín hiệu vào : 30Hz ÷ 15KhzMéo tần số : méo dưới Md = 4dB , méo tần trên Mtr = 3dBTín hiệu vào max : 16x10−3v

điện trở vào : Rn = 200 ΩCông suất ra : 25 w ứng với tải trực tiếp là 8 ΩMéo phi tuyến : k = 7%

Chương II: Chọn phương án cho từng tầng

1.Tầng tiền khuếch đại:

Yêu câù đối với tầng tiền khuếch đại : phải có trở kháng vào lớn để tăng

độ nhạy có chế độ làm việc ổn định giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ tới chế

độ làm việc của transistor Tầng tiền khuếch đại làm việc với tín hiệu nhỏ ,không lớn hơn tạp âm nền bao nhiêu nên tầng vào phải có tạp âm nhỏ ( ≤ 3.5

dB min hay 7 dB ) Để giảm tạp âm của mạch tầng đâù cần phải sử dụng mạchđiện , chế độ làm việc thích hợp Muốn vậy cần phải chọn mạch điện có độ ổnđịnh nhiệt tốt và làm việc với dòng nhỏ (≤ 1 mA), áp nhỏ ( Vc ≈ 3  5 v ) Đồng nghĩa với hệ số khuếch đại nhỏ

- Các phương án:

i.Mạch khuếch đại dùng JFET

ưu điểm : trở kháng vào rất lớn làm tăng độ nhạy ở đâù vào

ii.Mạch khuếch đại vi sai :

ưu điểm :độ ổn định điểm làm việc cao

Trong các mạch đã học sơ đồ mạch khuếch đại vi sai đáp ứng được yêucầu trên Ngoài mạch khuếch đại vi sai còn có thể sử dụng transistor trườngFET hoặc mạch khuếch đại CASCODE

C3 C2

C1

Q2 NPN

Q1 NPN

R5 R4

R3

R2 R1

Ra

Vao

Vcc

R1Uv

Ura

Q2 Q1

R5

R4 R3

R2 R1

Uv1

-Vcc

Uv2+Vcc

Ur

ưu điểm : có mức trôi điện áp rất thấp nên β gần như là hằng số , tạp âmnội bộ nhỏ

Chọn mạch khuếch đại vi sai: Do mạch khuếch đại vi sai dễ thực hiện, cóđiểm làm việc tĩnh ổn định cao

- Tầng khuyếch đại mắc Collector chung:

2 Khối khuếch đại sơ bộ

Yêu cầu đối với khối này : phải đảm bảo hệ số khuếch đại đủ lớn đểkhuếch đại điện áp và khuếch đại công suất đủ lớn cung cấp cho đầu vào tầngkhuếch đại công suất

Sơ đồ mạch khuếch đại Ec ghép RC có hệ số khuếch đại lớn đáp ứngđược yêu cầu trên

Hình 5

3 Khuếch đại âm sắc

Thực tế có nhiều sơ đồ mạch thực hiện điều chỉnh âm sắc ở đây em xin

đề cập hai sơ đồ mạch phổ biến thực hiện chức năng này

- Mạch Baxandall :

Hình 6

R9 C4

C3

R6 C2 +C1

R11 R10

R8 R7

R5

R4 R3

R2

R1

V oà

RaBass

Treble

+

C 3 1uF Vcc

Mạch hiệu chỉnh tone một cách liên bằng triết áp Nhánh hồi tiếp Bassgồm R1 , R2 , C1 , C2 Nhánh hồi tiếp Treble gồm R3 , R4 , C3 Trở R5 ngăncách nhiễu giữa Bass và Treble đồng thời cũng tham gia một phần vào mạchTreble

Khi con chạy R2 dịch hết về phía trái , tần số trầm được khuếch đại lênlớn nhất qua hàm truyền Av = 1+ R2/R1 ≈ 10 = 20 dB Khi biến trở R2 dịchhết về phía phải , hồi tiếp âm về lớn nhất , hàm truyền giảm cực tiểu

Av = - ( 1+ R2/R1 ) = - 10 = - 20 dB

Tương tự khi biến trở R4 dịch chuyển hết về phía trái tần số bổng đượckhuếch đại , hệ số khuếch đại là lớn nhất Av = 10 = 20 dB Khi biến trở dịchchuyển hết về phía phải hồi tiếp âm về lớn nhất Av = - 10 = - 20 dB

- Sơ đồ mạch baxandall dùng Transistor chỉ có một tụ Bass :

Hình 7

+ C4

+ C3 R1

C1

R4

C2

Q1 R2

C6 C5

C4 C3

R12 R11 R10

R9 R8

R7 R6 R4

R24

R23R22

R21

Hình 9

5.Tầng khuếch đại công suất :

Để dạt được hiệu suất chỉ tiêu là 70% thì sơ khuếch đại đẩy kéo chế độB.Yêu cầu của mạch công suất là giảm nhỏ méo sang hài và méo tần số do tấngnày làm việc ở mức điện áp ra lớn

Công suất tín hiêụ ra P = 25 W

+ Mạch đẩy kéo mắc Emitor chung:

Đặc điểm : hệ số khuếch đại điện áp và hệ số khuếch đại dòng điện

là lớn nhất , do đó hệ số khuéch đại công suất là lớn nhất.Nhưng mạchnày có nhược điểm là hệ số méo sóng hài là lớn nhất

Sơ đồ mạch :

Vc

T2 T1

Q2

Q1 R3

R2 R1

Hình 10

+ Mạch đẩy kéo mắc collector chung.

Đặc điểm : sơ đồ mạch này có thể tỏa nhiệt tốt nhát

Sơ đồ mạch:

Hình 11

+ Mạch đẩy kéo mắc Bazo chung.

Đặc điểm: mạch có hệ số méo sóng hài nhỏ nhất

Hình 12

Chọn sơ đồ mạch đẩy kéo mắc Bazo chung do mạch này có hệ số méo sóng hài nhỏ nhất.

6 Phân bổ chỉ tiêu kỹ thuật cho các tầng.

+ Méo ở đoạn dưới của đặc tuyến Md:

Tầng khuếch đại sơ bộ : 0,6 dB

Tầng khuéch đại đảo pha : 0,6 dB

+ Méo phi tuyến :

Do tầng công suất chủ yếu công tác ở đặc tuyến động, điện áp lớn nên gây

ra méo sóng hài lớn

Chọn Kméo ≤ 7%

* Sơ đồ nguyên lý toàn mạch khuếch đại:

Chương III Tính toán sơ bộ

1.Tầng khuếch đại công suất

Tầng công suất công tác ở chế độ B , Transistor mắc Bazo chung côngsuất ra yêu cầu 25W

Dải tần làm việc : fd = 30Hz, ftr = 15kHz, Md≤ 1.2 dB,

Méo sóng hài k ≤ 7%

Nhiệt độ môi trường cực đại Tmmax = + 50°C

Nguồn cung cấp là điện áp chỉnh lưu 20V

Chọn hiệu suất của biến áp ra bằng 0.85

Ta có :

P~ = 29 4

85 0

25 P

ba

ra = =

Chọn transistor BD109 loại npn (si) có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:

Công suất cực đại khi có cánh tản nhiệt Pcmax = 25W

Icmax = 5A, Ucbmax = 60V khi Tgh ≤ 50°C

ở nhiệt độ 20°C thì βmin = 20

Nhiệt độ mặt ghép cho phép : Tghmax = 90°C ; nhiệt trở Rtt = 1

Sơ đồ nguyên lý mạch (hình 12 )

Chọn nhiệt độ mặt ghép cực đại trong điều kiện công tác là Tgh

=70°C Tính điện áp cung cấp cho phép cuả mạch ra:

nguồn chỉnh lưu = 20V là thỏa mãn Điện trở tải ở mạch ra của một nhánh khi

bỏ qua sụt áp của dòng điện trên cuộn sơ cấp của biến áp bằng :

Rc~n =

P

) U U

(¦

5

du 0 cb

~

8 6 4 29

) 20 ( 5

( Udư =0 do cách mắc Bazo chung)

Giá trị cực đại của dòng tín hiệu trong mạch Colector là:

Icmax = 2 9 A

8 6

20 Rc

Ic0 = Ie0

ứng với giá trị Ie 0 trên đặc tuyến tĩnh ta tính được Ueb 0 = 0.17 V Căn cứvào đặc tuyến tĩnh ta có Uebmax = 0.44V

Tầng đảo pha: Giả sử Rra = 300 Ω, r1 = 10Ω, n = W2/W1 = 0,08

Khi đó điện trở của nguồn tín hiệu đối với tầng cuối là

ICMin = - (1 - b) ICMax = - (1 - 0, 12)x2,9 = - 2,552A

Từ các giá trị của thành phần hài của dòng điện ra ta tính hệ số hài theo phương pháp 5 tọa độ:

I I

1m

2 4m

2 3m

I

min cmax = =

Biên độ tín hiệu vào:

Uvcm = Ubemax – Ubemin = 0,44 – 0,17 = 0,27 (V)

Ivcm = Ivmax – Ivmin = 3,045 – 0,12 = 2,925(A)

Công suất cực đại tiêu tán trên Collector của Transistor

Pc = 0,203IcmaxUcb0 – 0,1015Icmax Rc~n

= 0,203x2,9x20 – 0,1015x2,9x6,8 = 9,7 (W)

Cánh tản nhiệt của mỗi Transistor khi nhiệt độ mặt ghép cực đại

Tghmax = + 700C

Pe << Pc ⇒ P ≈ PcDiện tích cánh tản nhiệt:

9,7

40 70

1350 R

P

T T

1500 1200

TT mmax ghmax

L1n = 0.159f *M(R2 1r ) 0,159(6,830 (1,2)20,59)1 47mH

dba d

ra ceo

o

U η η

P U

P

=Biết Uracm=0,27 V

Iracm=2,925 A

Chọn transistor DB813 có các thông số sau:

Ucbmax=45 V; Icmax=5A; βmin= 20

20

3.045 β

I

min cmax = =

Ibmin= Iβcmin = 0,12A20 =6mA

2 I

Ibmax− bmin =

Pv= K *Pη 200,395*0,7 0,028W

BA p

0,146

* 2

0,028 2I

P

vcm vao = ≈

3.Tính toán mạch âm sắc

Xác định giá trị linh kiện mạch thụ động

chọn tần số cắt trầm fd2 = 30 Hz tần số cắt bổng ft2= 15kHz linh kiện tíh cực chọn IC741 để đạt độ tăng giảm cực đại trầm bổng là 10 lần hay ϒ 20 dB

Tần số phân cách fB1= 10fd2=10*30Hz = 300Hz

10

* 11

* 300

* 28 6

1 R

f 2

1

3 1

1 B

3

5 3

R 2

Tần số phân cách ft1 = ft2/10 = 1 5 kHz

10 kHz

Chọn C3 = 2.2 nF

Điều kiện chọn R4 > 10(R1+R3+2R5) = 10(11+3.6+2*11)*103 = 66kΩ chọn R4 = 470kΩ

Ur

=

4 Tầng khuếch đại sơ bộ

Chọn Transistor MPS 3567 loại npn có các thông số như sau:

Ucemax= 40V ; Pmax= 0,5 W; Icmax= 500mA ; β = 30; fT = 600kHz

Hệ số khuếch đại công suất của mạch sẽ là Kp =270 lần

ra = − =

Ivàocm= 4,8mA

30 0,146 =

Uvàocm = 1,04mV

I

P

vaocm vao =

5 Tầng tiền khuyếch đại

- Chọn transistor BFW60

(npn) có các thông số như sau: Ucemax=20V; Icmax=200mA; P = 0,3W

β = 50 ; fT =800 kHz Có hệ số khuyếch đại công suất:

Kp = 0,7xβmin = 0,7x50 = 35

- Điện trở vào của tầng :

chọn chế độ làm việc và bộ phân áp sao cho Rvc cỡ vài kΩ là được.

- Méo tần ở đoạn dưới do tụ Cb gây ra chọn MdCb = 0,3 dB và méo dưới

do tụ nối tầng ở mạch vào gây ra là Md =0,3 dB từ đó tính được Cb =10µF Điệndung tải của tầng khuếch đại colecter chung Co và hệ số méo tần ở đoạn trên tínhtheo công thức:

Co ≈ Ceđ.s ≤ f 0,16R Cc.s(1 Ks)

v.s ghmin

+ +

≤ 50 * 10 (1 6,65) 2000 pF

50

* 10

* 2

tr C R ) (6,28f

−

=

− +

=

− +

Chương 4 tính toán chi tiết tầng khuếch đại đảo pha

Sơ đồ tầng khuyếch đại đảo pha

C10

R24

R23R22

R21

Trong đó :

C10 là tụ ghép giữa tầng đảo pha và tầng khuyếch đại sơ bộ

R, C là điện trở và tụ điện có tác dụng lọc

L1 là biến áp ghép giữa tầng khuyếch đại đảo pha và tầng khuyếch đại côngsuất đồng thời cũng là tải ra của tầng khuyếch đại đảo pha.

Do nguồn điện áp Vcc mang giá trị âm nên trong lúc tính toán ta lấy giá trịtuyệt đối của các giá trịđiện áp và dòng điện

Nguồn điện áp của mạch là 20V

= 3 Ω Coi Ic≈ Ie

Uce = Vcc – Ic ( Rt + R23)

Rt + R23 =

Ic Uce Vcc−

R23 = 5 Ω - Rt = 5 – 3 ≈ 2 Ω

Ibo = Ico/ β = 220,5 = 0,25 AChọn Ubeo = 0,25 V

Theo các điều kiện để ổn định điểm làm việc ta có ;

Ipa = (5÷10) Ibo

Ubo = (5÷10) UbeoChọn : Ipa = 6 Ibo = 6* 0,25 =1,5 A

Xác định phương trình đường tải :

Phương trình đường tải 1 chiều :

Ic

Ico

Uce

Kết luận:

Mạch khuếch đại âm tần được sử dụng rất rộng dãi trong thực tế Tronggiới hạn đồ án môn học em thiết kế mạch khuếch đại âm tần đối với nguồn tínhiệu vào là micro M179 có dải tần làm việc rất rộng 10Hz đến 20 kHz Mạchkhuếch đại đưa ra công suất khoảng 25W trên loa 8 Ω Mạch có hệ số méo tần

số Md cỡ 5%, Mtr khoảng 3% và méo sóng hài khoảng 7%, các thông số này chỉphù hợp với mạch có chất lượng trung bình Để cải thiện chất lượng của mạch

có thể dùng linh kiện với chất lượng cao và dùng mạch hồi tiếp âm sâu hơn

Tài liệu tham khảo:

Hướng dẫn thiết kế mạch khuếch đại âm tần bằng Transistor ( Nguyễn Văn Trà)

Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Minh Hà)

Cấu kiện điện tử (Đỗ Xuân Thụ)

Sổ tay tra cứu Transistor thế giới(TECH PUBLICATION PTE LTD)

Kỹ thuật mạch điện tử 2 (Đoàn Nhân Lộ)