BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2 KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT K[.]
TỔNG QUAN KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH
Khái niệm về khuếch đại âm thanh
Khuếch đại âm thanh là quá trình tăng cường độ mạnh của tín hiệu âm thanh, giúp cải thiện chất lượng âm thanh trong hệ thống âm thanh Khi tín hiệu âm thanh đầu vào có mức độ âm lượng thấp, việc khuếch đại là cần thiết để tái tạo và truyền tải âm thanh một cách rõ ràng và mạnh mẽ.
Mạch khuếch đại âm thanh là một thiết bị điện tử chuyên dụng để khuếch đại tín hiệu âm thanh, sử dụng các linh kiện như transistor và IC khuếch đại âm thanh Mục tiêu chính của mạch này là tăng cường âm lượng tín hiệu đầu vào, đáp ứng nhu cầu của hệ thống âm thanh.
Mục tiêu chính của khuếch đại âm thanh là nâng cao chất lượng âm thanh, đảm bảo âm thanh được tái tạo trung thực, không bị biến dạng và không gây nhiễu loạn Khi tín hiệu âm thanh được khuếch đại, nó có thể được truyền qua loa hoặc các thiết bị nghe khác, mang lại âm thanh mạnh mẽ và chất lượng cao.
Công dụng của khuếch đại âm thanh
Khuếch đại âm thanh chủ yếu được sử dụng để tăng cường độ mạnh của tín hiệu âm thanh, nhằm đáp ứng nhu cầu và mong đợi của người dùng Dưới đây là một số công dụng cụ thể của thiết bị này.
1 Tăng âm lượng: Khuếch đại âm thanh cho phép tăng cường mức độ âm lượng của tín hiệu âm thanh đầu vào Điều này cho phép người dùng nghe được âm thanh mạnh mẽ và rõ ràng hơn, đặc biệt khi nguồn âm thanh ban đầu có mức độ âm lượng thấp.
2 Tạo âm thanh mạnh mẽ: Khuếch đại âm thanh giúp tạo ra âm thanh mạnh mẽ và sắc nét hơn Điều này quan trọng trong việc truyền tải âm nhạc, âm thanh phim, hoặc các tín hiệu âm thanh khác với chất lượng cao và độ mạnh ấn tượng.
3 Cải thiện độ trung thực: Khuếch đại âm thanh có thể cải thiện độ trung thực của âm thanh bằng cách tái tạo chính xác tín hiệu âm thanh gốc mà không gây biến dạng hoặc mất thông tin âm thanh quan trọng.
4 Điều chỉnh âm lượng: Khuếch đại âm thanh cho phép người dùng điều chỉnh mức độ âm lượng theo ý muốn Điều này giúp tạo ra trải nghiệm nghe nhạc, xem phim hoặc sử dụng các thiết bị âm thanh khác linh hoạt và thuận tiện.
5 Phân phối âm thanh: Khuếch đại âm thanh có thể được sử dụng để phân phối âm thanh đến nhiều loa hoặc thiết bị nghe âm thanh khác, cho phép người dùng trải nghiệm âm thanh stereo hoặc âm thanh vòm đa kênh.
Phân loại khuếch đại âm thanh
Khuếch đại âm thanh được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm công nghệ khuếch đại, cấu trúc mạch, số kênh và ứng dụng Dưới đây là những phân loại chính của khuếch đại âm thanh.
Theo công nghệ khuếch đại:
- Khuếch đại analog: Sử dụng các thành phần analog như transistor hoặc bóng đèn để khuếch đại tín hiệu âm thanh.
- Khuếch đại số (digital): Sử dụng các thành phần số học như vi xử lý số học (DSP) để khuếch đại và xử lý tín hiệu âm thanh.
- Khuếch đại đơn: Sử dụng một giai đoạn khuếch đại để tăng cường độ mạnh của tín hiệu âm thanh.
- Khuếch đại đa giai đoạn: Sử dụng nhiều giai đoạn khuếch đại liên tiếp để tăng cường độ mạnh và cải thiện chất lượng âm thanh.
- Khuếch đại mono: Dành cho âm thanh đơn kênh, thường được sử dụng trong các hệ thống âm thanh mono hoặc subwoofer.
- Khuếch đại stereo: Dành cho âm thanh hai kênh (trái và phải), phổ biến trong hệ thống âm thanh gia đình và các thiết bị nghe nhạc cá nhân.
- Khuếch đại đa kênh: Dành cho âm thanh đa kênh, bao gồm các hệ thống âm thanh vòm 5.1, 7.1 hoặc cao cấp hơn.
- Khuếch đại âm thanh gia đình: Dành cho hệ thống âm thanh trong nhà, bao gồm ampli đèn, ampli tích hợp và ampli hi-end.
Khuếch đại âm thanh xe hơi là một phần quan trọng trong hệ thống âm thanh của xe, thường được thiết kế với kích thước nhỏ gọn và khả năng chịu đựng tốt trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Khuếch đại âm thanh sân khấu và hội trường là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng âm thanh chuyên nghiệp, phục vụ cho hội trường, nhà hát, sân khấu biểu diễn và các sự kiện lớn.
Cấu trúc chung của một thiết bị khuếch đại âm thanh
Một thiết bị khuếch đại âm thanh thông thường bao gồm các thành phần cơ bản sau:
1 Mạch khuếch đại: Đây là phần chính của thiết bị, nơi tín hiệu âm thanh được khuếch đại Mạch khuếch đại thường bao gồm các thành phần như transistor, bóng đèn, IC khuếch đại hoặc vi xử lý số học (DSP) tuỳ thuộc vào loại khuếch đại (analog hay số).
2 Nguồn cấp: Để cung cấp năng lượng cho thiết bị, nguồn cấp được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện từ nguồn AC thành nguồn DC ổn định Nguồn cấp thường bao gồm biến áp, mạch chỉnh lưu và mạch ổn áp.
3 Bộ điều khiển: Một số thiết bị khuếch đại âm thanh có thể đi kèm với bộ điều khiển để điều chỉnh các thông số như âm lượng, cân bằng âm thanh, kiểm soát tần số, và các chế độ âm thanh khác.
4 Đầu vào và đầu ra: Thiết bị khuếch đại âm thanh thường có các cổng đầu vào và đầu ra để kết nối với các nguồn âm thanh như máy nghe nhạc, CD player, đầu phát video, loa và các thiết bị khác Đầu vào và đầu ra có thể là cổng RCA, cổng 3.5 mm, cổng XLR hoặc các loại cổng kết nối khác tương thích.
5 Bảng điều khiển: Một số thiết bị khuếch đại âm thanh có bảng điều khiển trên mặt trước để hiển thị các thông số và cung cấp các nút điều khiển để thay đổi các thiết lập âm thanh và điều khiển chức năng.
6 Hệ thống làm mát: Do các thành phần trong thiết bị khuếch đại âm thanh thường hoạt động với công suất lớn, hệ thống làm mát (như quạt tản nhiệt hoặc tản nhiệt) có thể được sử dụng để duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định và tránh quá nhiệt.
Cấu trúc và thành phần của thiết bị khuếch đại âm thanh có thể khác nhau tùy thuộc vào loại và mục đích sử dụng Hình 1.1 minh họa cấu trúc chung cơ bản của thiết bị này.
Hình 1.1: Hình các bộ phận chung của mạch khuếch đại âm thanh
Mạch khuếch đại âm thanh hoạt động dựa trên việc tương tác và sử dụng các thành phần điện tử nhằm tăng cường độ mạnh của tín hiệu âm thanh Quá trình này giúp phát ra tín hiệu âm thanh với công suất và độ lớn tương ứng, từ đó đảm bảo hiệu suất và chất lượng âm thanh được cải thiện.
Một số bộ khuếch đại âm thanh tốt nhất hiện nay
Với 10 bộ khuếch đại âm thanh hàng đầu được mở ra bởi mô hình PMA-520A phổ biến, hoạt động ở dòng điện cao Nhờ vậy, hiệu suất tốt và sự rõ ràng của phát lại âm nhạc đã đạt được Tuy nhiên, nhà sản xuất đã quyết định sử dụng các bộ phận được chọn, có tác động tích cực đến vẻ ngoài và tuổi thọ của thiết bị Để dễ dàng hoạt động, một điều khiển từ xa được cài đặt Điều đáng nói là thiết bị kết hợp các chức năng của đầu đĩa CD Các tính năng đặc biệt bao gồm tiêu thụ điện dự phòng thấp và kết nối âm thanh hiện đại Mặt trước được làm bằng nhôm Hình ảnh về sản phẩm Denon PMA-520AE.
Thiết bị mang những ưu điểm như âm thanh động; cân bằng âm; điều khiển từ xa tốt; chức năng người chơi.
Tiên phong đã xây dựng được sự tin tưởng từ người dùng trong CIS nhờ vào giá cả hợp lý và sự tận tâm của nhà sản xuất Một minh chứng cho điều này là bộ khuếch đại âm thanh Pioneer A-30, với thiết kế đối xứng giúp cải thiện chất lượng âm thanh Thiết bị có bề mặt nhôm bóng bẩy với các nút điều khiển và bộ chọn, cho phép người dùng dễ dàng điều chỉnh âm lượng và các chế độ âm thanh hữu ích Trọng lượng của Pioneer A-30 là 7 kg, kích thước 43 x 12 x 26 cm, và đi kèm với một điều khiển từ xa tiện lợi.
Model FiiO BTR1K là một trong những bộ khuếch đại tai nghe không dây nổi bật, kế thừa những ưu điểm của phiên bản đầu tiên thành công Thiết bị này không chỉ giữ được yếu tố hình thức di động mà còn có thiết kế thời trang, đạt giải thưởng Thiết kế IF uy tín FiiO BTR1K được trang bị chức năng NFC và một nút đa chức năng bổ sung, với công suất 45 mW tại điện trở 16 ohms Các tính năng chính của thiết bị bao gồm sự hiện diện của chip âm thanh chất lượng cao.
Qualcomm QCC3005 tích hợp công nghệ Bluetooth 5.0 và mô-đun DSP mạnh mẽ, mang đến trải nghiệm âm thanh vượt trội Thời gian sử dụng pin lên tới 8 giờ, cùng với chế độ chờ kéo dài đến 140 giờ, giúp người dùng thoải mái hơn khi nghe nhạc Hình ảnh thiết bị được minh họa trong hình 1.4.
Hình 1.4: Hình ảnh model FiiO BTR1K
Sản phẩm có mang một số ưu điểm như thiết kế thời trang; năng lượng cao; Bluetooth 5.0; tuổi thọ pin lớn.
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI, TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH
Yêu cầu của đề tài
Đề tài yêu cầu phát triển một mạch khuếch đại âm thanh có khả năng tái tạo chất lượng âm thanh tốt, phù hợp cho hệ thống âm thanh gia đình, loa di động và tai nghe Mạch cần khuếch đại âm thanh từ nguồn đầu vào với độ lớn và công suất tương ứng, duy trì chất lượng âm thanh cao và ít méo tiếng Sản phẩm phải tương thích với các thiết bị âm thanh khác và hoạt động ổn định, hiệu suất cao Ngoài ra, cần cung cấp khả năng tùy chỉnh các thông số khuếch đại, cùng với các chế độ bảo vệ và an toàn Cuối cùng, cần xem xét yếu tố chi phí và tiết kiệm năng lượng của mạch khuếch đại âm thanh.
Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm thanh
Từ phân tích chương một và yêu cầu của đề tài, sơ đồ khối của mạch khuếch đại âm thanh được xây dựng như hình 2.1
Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm thanh
Nguồn Đầu ra (loa) Đầu vào
Tính chọn linh kiện
2.3.1 Khối đầu vào Đây là nguồn âm thanh đầu vào, như micro hoặc nguồn phát âm thanh khác. Tín hiệu âm thanh được cung cấp vào mạch khuếch đại.
Khối khuếch đại công suất trong mạch khuếch đại âm thanh có vai trò quan trọng trong việc tăng độ lớn và cung cấp công suất đủ cho hệ thống âm thanh, đồng thời điều chỉnh độ méo và cung cấp các chức năng bảo vệ để đảm bảo hoạt động ổn định và chất lượng âm thanh cao Các loại IC khuếch đại âm thanh phổ biến bao gồm TDA2030, TDA7294, LM3886 và STA540 TDA2030 là IC khuếch đại âm thanh công suất thấp, lý tưởng cho ứng dụng âm thanh gia đình với công suất 14-18W TDA7294 là IC công suất cao, thích hợp cho các hệ thống âm thanh mạnh mẽ, cung cấp công suất lên đến 100W LM3886 là IC công suất cao, chất lượng tốt, cung cấp 50W với độ méo thấp, thường dùng trong hệ thống âm thanh chuyên nghiệp Cuối cùng, STA540 là IC đa kênh, cung cấp công suất lên đến 4 x 13W hoặc 2 x 28W, với tính năng bảo vệ nhiệt và quá dòng tích hợp, phù hợp cho hệ thống âm thanh đa kênh.
Mạch khuếch đại được thiết kế với công suất vừa phải, sử dụng sơ đồ khối để tối ưu hóa hiệu suất IC TDA2030 là lựa chọn phù hợp cho ứng dụng này trong mạch khuếch đại.
Hình 2.2 Hình ảnh IC TDA2030
Bảng các thông số của IC TDA2030:
Thông số Giá trị Đơn vị
Vs Điện áp cung cấp ± 18 (36) V
Vi Điện áp vào Vs
Vi điện áp của tín hiệu vào ± 15 V
Io Dòng ra tối đa( giới hạn nội bộ) 3.5 A
Ptot Công suất tiêu tán tại Tcase= 90 o C 20 W
Tstg, Tj Nhiệt độ lưu trữ và điểm nối ˗40 đến
Vị trí bố trí các chân của IC:
2.3.3 Khối đầu ra Đầu ra của mạch khuếch đại âm thanh sử dụng IC TDA2030 là một tín hiệu âm thanh khuếch đại mạnh mẽ và có chất lượng IC TDA2030 được thiết kế để cung cấp công suất đầu ra lên đến 14-18 W tại tải 4-8 Ω Điều này cho phép mạch khuếch đại âm thanh sử dụng IC TDA2030 phát ra âm thanh với độ lớn đủ để phục vụ một loa ngoài (Loa HQ301). Đầu ra của mạch sẽ có hai chân kết nối đến loa ngoài hoặc hệ thống âm thanh Khi được cấp nguồn và nhận tín hiệu âm thanh đầu vào, IC TDA2030 sẽ khuếch đại tín hiệu này và tạo ra đầu ra âm thanh tương ứng Đầu ra có thể được kết nối trực tiếp với loa ngoài hoặc đi qua các bộ phân tần để phân chia tín hiệu âm thanh cho các loa tương ứng. Đầu ra của mạch khuếch đại âm thanh sử dụng IC TDA2030 có thể điều chỉnh và tùy chỉnh thông qua các bộ điều khiển âm sắc để điều chỉnh âm bass, âm treble, và các tham số âm thanh khác Điều này cho phép người dùng tùy chỉnh âm thanh theo ý muốn và tạo ra hiệu ứng âm thanh tốt hơn và phù hợp với sở thích cá nhân.
Mạch sử dụng IC khuếch đại TDA2030 hoạt động với nguồn một chiều 12V, do đó cần máy biến áp để hạ điện áp từ 220V xuống 12V Điện áp ngõ ra được chỉnh lưu toàn kỳ qua 4 diode để tạo nguồn một chiều cho toàn mạch Một thành phần không thể thiếu trong mạch nguồn là các tụ lọc nguồn; ở đây, tụ có trị số 4700 µF được sử dụng để làm phẳng điện áp, kết hợp với tụ gốm 100 nF để lọc nhiễu cao tần.
Hình 2.3: Sơ đồ mạch nguồn
Xây dựng sơ đồ nguyên lý
Từ các linh kiện được sử dụng, tiến hành xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm thanh như hình 2.4
Hình 2.4: Hình ảnh sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm thanh
Mạch khuếch đại âm thanh sử dụng IC TDA2030 hoạt động bằng cách nhận tín hiệu âm thanh đầu vào qua chân vào (pin 1) của IC IC TDA2030 sau đó khuếch đại tín hiệu này lên mức công suất cao hơn và phát tín hiệu khuếch đại ra chân ra (pin 4) Cuối cùng, tín hiệu khuếch đại được chuyển đến loa hoặc hệ thống loa để tạo ra âm thanh.
IC TDA2030 là một mạch khuếch đại công suất cao, hoạt động hiệu quả với điện áp nguồn từ 8V đến 18V, cung cấp công suất đáng kể cho hệ thống âm thanh.
Trong sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại âm thanh, có sự xuất hiện của nhiều linh kiện quan trọng như điện trở, tụ điện, máy biến áp, biến trở và loa HQ-301.
Hình ảnh về một số điện trở như hình 2.5
Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động, có chức năng cản trở dòng điện trong vật dẫn Vật dẫn điện tốt sẽ có điện trở nhỏ, trong khi vật dẫn kém sẽ có điện trở lớn Đặc biệt, vật cách điện có điện trở vô cùng lớn Ký hiệu và đơn vị đo điện trở cũng rất quan trọng trong các ứng dụng điện tử.
Hình 2.6: ký hiệu điện trở trong mạch điện Đơn vị: Ω (Ohm), KΩ, MΩ
Nếu phân loại theo công suất thì có ba loại điện trở là: Điện trở thường; điện trở công suất; điện trở sứ, điện trở nhiệt.
Điện trở được phân loại thành sáu loại dựa trên chất liệu và cấu tạo, bao gồm: điện trở cacbon, điện trở màng (điện trở gốm kim loại), điện trở dây quấn, điện trở film, điện trở bề mặt và điện trở băng.
2) Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, tích trữ và giải phóng năng lượng dưới dạng điện trường
Hình 2.7 Hình ảnh về tụ hóa
Tụ hóa, hay tụ điện phân, là loại tụ điện phân cực với anode làm bằng kim loại, tạo ra lớp oxit cách điện Lớp oxit này đóng vai trò như điện môi của tụ điện Chất điện phân có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc gel bao phủ lớp oxit, hoạt động như cathode của tụ điện Nhờ lớp oxit mỏng và bề mặt anode rộng, tụ hóa có khả năng cung cấp điện dung và điện áp cao hơn so với tụ gốm hoặc tụ phim.
Hình 2.8 Hình ảnh về tụ gốm
Tụ gốm là loại tụ điện có giá trị cố định, sử dụng vật liệu gốm làm chất điện môi Tụ này được cấu tạo từ nhiều lớp gốm sứ xen kẽ, kết hợp với một lớp kim loại để hoạt động như các điện cực.
Tụ gốm là thiết bị không phân cực, cho phép kết nối trong mạch điện theo bất kỳ hướng nào, mang lại tính an toàn cao hơn so với tụ hóa, loại tụ phân cực Sự khác biệt rõ ràng giữa tụ gốm và tụ hóa là ở cấu trúc chân của chúng; tụ gốm có hai chân bằng nhau, trong khi tụ hóa có một chân dài và một chân ngắn để xác định cực.
3) Bridge diode là một linh kiện điện tử dùng để chuyển đổi đầu vào của dòng điện xoay chiều (AC) thành đầu ra dòng điện một chiều (DC).
Hình ảnh về Bridge diode
4) Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ Nó biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.
Hình ảnh về máy biến áp
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp:
Cấu tạo điển hình thường bao gồm 3 phần: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
Hình 2.11: Cấu tạo máy biến áp
Lõi thép của máy bao gồm Trụ và Gông, trong đó Trụ là nơi đặt dây quấn, còn Gông kết nối các trụ để hình thành mạch từ kín Lõi thép được chế tạo từ nhiều lá thép kỹ thuật điện (tole silic) mỏng, được ghép cách điện và thường sử dụng vật liệu dẫn từ tốt.
Phần dây quấn thường được làm từ đồng hoặc nhôm với lớp bọc cách điện, có chức năng nhận và truyền năng lượng Cuộn sơ cấp (N1) nhận năng lượng từ mạch điện xoay chiều, trong khi cuộn thứ cấp (N2) truyền năng lượng đến tải tiêu thụ Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy, có thể N1 lớn hơn N2 hoặc ngược lại.
Vỏ máy được chế tạo từ nhiều loại vật liệu như nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, tùy thuộc vào từng loại máy Chức năng chính của vỏ máy là bảo vệ các bộ phận bên trong.
Nguyên lý hoạt động của máy dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó một suất điện động (điện áp) được hình thành trên vật dẫn khi nó nằm trong một từ trường biến thiên Khi từ thông qua một mạch kín thay đổi, hiện tượng này có khả năng sinh ra dòng điện trong mạch.
Khi áp dụng điện áp xoay chiều lên cuộn dây sơ cấp, từ thông bên trong hai cuộn dây sẽ biến thiên Từ thông, được định nghĩa là thông lượng đường sức từ qua một diện tích, được tạo ra từ tích phân giữa mật độ từ thông và véctơ diện tích Sự biến đổi này dẫn đến sự xuất hiện suất điện động (hay biến áp) trong cuộn thứ cấp, làm thay đổi điện áp ban đầu.
5) Biến trở là một linh kiện thiết bị điện tử có mức điện trở thuần với khả năng chuyển đổi mức điện áp theo từng ý muốn Bên cạnh đó, biến trở là một thiết bị có thể điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch được lắp đặt trong các mạch điện Hình ảnh về biến trở như hình 2.12
Hình 2.12: Hình ảnh biến trở
Cấu tạo của biến trở gồm 3 bộ phận chính như hình 2.13
Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn.
Con chạy/chân chạy cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trởkháng.
Mô phỏng mạch điện
Dựa trên các linh kiện và sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm thanh, sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch điện như hình 2.16
Hình 2.16 Hình ảnh mạch điện mô phỏng
Lắp ráp mạch điện trên board test
Dựa trên sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại âm thanh, chúng tôi đã tiến hành lắp ráp trên board test và khảo sát thực tế để đảm bảo mạch điện hoạt động đúng theo nguyên lý và yêu cầu của đề tài Hình ảnh thực tế của mạch khuếch đại âm thanh được thể hiện trong hình 2.17.
Hình 2.17 Hình ảnh mạch điện cắm trên board test
Tiến hành đo trực tiếp trên mạch( biến trở 20%)
- Điện áp đầu vào(âm thanh) trung bình : 100 mV
- Điện áp đầu ra trung bình : 6 V
- Khuếch đại tín hiệu khoảng :60 lần
LẮP RÁP, KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ MẠCH ĐIỆN
Thiết kế mạch in và chế tạo mạch
1 Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch
Nhiều phần mềm hỗ trợ thiết kế mạch điện tử như Proteus, Altium, Orcad, và Eagle Trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn thiết kế một mạch khuếch đại âm thanh sử dụng phần mềm Proteus, với sơ đồ nguyên lý được vẽ trên phần mềm như hình 3.1.
Hình 3.1 Hình ảnh mạch điện mô phỏng
2 Chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in:
Có thể sử dụng một trong các phần mềm đã giới thiệu ở trên để thiết kế mạch in như hình 3.2 và hình 3.3
Hình 3.2 Hình ảnh bố trí linh kiện mạch điện
Phần mềm tự động cập nhật thông số linh kiện từ mạch nguyên lý sang mạch in Sau khi hoàn tất thiết kế, mạch in được xuất ra định dạng file PDF và in ra giấy với tỷ lệ 1:1 hoặc 100%.
Hình 3.3 Hình ảnh mạch in mạch điện
Bước đầu tiên trong quá trình thực hiện là chuẩn bị đầy đủ dụng cụ cần thiết, bao gồm cồn hoặc axeton, xăng pha, nhựa thông, thiếc hàn, mỏ hàn chì, giấy nhám, bút lông dầu, mạch in, kìm cắt chân linh kiện, linh kiện, dao cắt mạch, board đồng, bàn ủi, máy khoan mạch, thước kẻ, và thuốc ngâm mạch (bột sắt FeCl3) Một số hình ảnh minh họa về dụng cụ cần chuẩn bị được trình bày trong hình 3.4 và hình 3.5.
Hình 3.4 Hình ảnh một số dụng cụ cần chuẩn bị
Hình 3.5 Hình ảnh một số dụng cụ cần chuẩn bị
Cắt board đồng theo kích thước của mạch in, sau đó chà sạch bằng giấy nhám và lau bằng cồn để đảm bảo bề mặt board đồng được sạch sẽ.
Hình 3.6 Hình ảnh làm sạch board đồng
Lưu ý: Nếu bạn không làm sạch board đồng ở bước này, bạn sẽ không thể ủi mạch ở bước sau Hãy đánh đến khi nào bề mặt bóng loáng như hình 3.7.
Hình 3.7 Hình ảnh đánh bóng board đồng
Bước 3: Đặt giấy in mạch lên bề mặt đồng của board đồng, căn chỉnh cho khớp, và sử dụng phần thừa của giấy để dán cố định bằng băng keo giấy Sau đó, ủi nhẹ toàn bộ bề mặt để đảm bảo giấy tiếp xúc hoàn toàn với board đồng.
Sử dụng mũi và cạnh của bàn ủi để ủi các góc và cạnh của board mạch, vì đây là những khu vực khó ủi nhất do nhiệt khó tập trung Trong khi đó, vùng trung tâm chỉ cần ủi 2-3 lần là đã dính Thời gian ủi sẽ phụ thuộc vào kích thước của từng loại board, như thể hiện trong hình 3.8 và hình 3.9.
Hình 3.8 Hình ảnh ủi mạch bằng bàn ủi
Chú ý: Nên để bàn ủi ở mức nhiệt cao nhất và ủi thật kỹ các góc, cạnh của mạch.
Ủi mạch bằng bàn ủi trong khoảng 5-10 phút cho đến khi lớp mực in bám chặt vào mặt đồng của board Sau đó, đợi cho mạch nguội và nhẹ nhàng bóc một ít để kiểm tra Nếu mực chưa bám đủ, hãy cố định lại và ủi thêm khoảng 3 phút.
28 xong mạch ta dùng bút lông dầu tô lại những chỗ mực in chưa ăn xuống hết.
Pha bột sắt ( FeCl3) với nước theo tỉ lệ 100g bột sắt pha với
Để tiến hành, hãy chuẩn bị 250 ml nước và ngâm mạch trong dung dịch FeCl3 khoảng 10 phút cho đến khi lớp đồng được ăn mòn hoàn toàn Sau khi ngâm, lấy mạch ra và rửa sạch với nước Hình ảnh minh họa quá trình ngâm mạch trong dung dịch FeCl3 được thể hiện trong hình 3.10.
Hình 3.10 Hình ảnh ngâm mạch điện
Khi pha bột sắt với nước, cần chú ý tỷ lệ hợp lý để tránh làm hỏng mạch in Pha quá loãng có thể gây ăn mòn, trong khi pha quá nhiều sẽ làm mạch bị tróc Do thuốc rửa mạch có hại cho da, hãy đeo găng tay và kính bảo hộ để bảo vệ bản thân Nếu bị dính, hãy rửa ngay bằng nước sạch Sau khi ngâm, nhớ rửa mạch in bằng nước để đảm bảo an toàn.
Dùng giấy nhám làm sạch hết lớp mực trên mạch Sau đó tiến hành khoan mạch như hình bằng dụng cụ như hình 3.11
Hình 3.11 Hình ảnh khoan lỗ bắt linh kiện trong mạch điện
Khi khoan mạch, nên đặt board trên một cuốn vở để tránh mũi khoan dính vào giấy và bảo vệ mặt bàn Đảm bảo mũi khoan được đặt vuông góc với board và vào những lỗ chấm nhỏ để cố định đầu khoan Tập khoan trên các tấm board hư để làm quen trước khi thực hiện trên board cần làm Đồng thời, hãy chọn mũi khoan phù hợp với linh kiện để đạt hiệu quả tốt nhất.
Hàn linh kiện từ thấp đến cao, bắt đầu với điện trở, biến trở, tụ điện, và IC Sau khi hoàn tất việc hàn, nên quét một lớp nhựa thông pha xăng thơm lên mạch để bảo vệ, tránh tình trạng đường đồng bị oxy hóa, dẫn đến hiệu suất điện kém và làm board mạch trông xấu.
Bước 7: Kiểm tra và chạy thử mạch
Kiểm tra kĩ các đường mạch các chân IC xem có bị dính chân hay chập mạch hay không
Cấp nguồn và chạy thử mạch chỉnh.
Hình 3.12 hình ảnh mạch điện sau khi hoàn thành
Khảo sát và đánh giá mạch khuếch đại âm thanh
Khảo sát và lấy ý kiến từ 40 người dùng về thiết bị khuếch đại âm thanh cho thấy mạch khuếch đại sử dụng IC TDA2030 đạt hiệu suất và chất lượng âm thanh tốt Các phản hồi cho biết âm thanh phát ra êm hơn, ít nhiễu, và các nút điều khiển hoạt động đúng với thiết kế Mạch điện nhỏ gọn và dễ sử dụng, đáp ứng đúng yêu cầu của đề tài.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Kết luận
Sau một thời gian thực hiện đồ án, với sự nỗ lực của từng thành viên trong nhóm và sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Thành cùng các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử, chúng em đã hoàn thành đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch khuếch đại âm thanh” đúng thời gian và đạt được các nội dung yêu cầu.
Một quyển thuyết minh gồm có:
Chương 1: Tổng quan khuếch đại âm thanh.
Chương 2: Thiết kế sơ đồ khối, tính toán lựa chọn linh kiện và xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm thanh.
Chương 3: Lắp ráp, khảo sát và đánh giá mạch điện.
Hướng phát triển của đề tài
Khắc phục hiện tượng âm thanh bị nhiễu.
Thiết kế sản phẩm thời trang và gọn nhẹ hơn.
Mặc dù đồ án của chúng em đã hoàn thành, nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót do hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp từ các thầy cô và bạn bè để hoàn thiện đồ án hơn nữa.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Trung Thành và các thầy cô trong khoa Điện-Điện tử vì sự hỗ trợ và chỉ bảo nhiệt tình, giúp chúng em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!