THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH AMPLY

MỤC LỤCCHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại11.2. Sơ lược về đặc tính mạch khuếch đại11.3. Phân loại chế độ hoạt động của mạch khuếch đại61.3.1. Khuếch đại công suất loại A61.3.2. Khuếch đại công suất loại B71.3.3. Khuếch đại công suất loại AB71.3.4. Khuếch đại công suất loại C71.4. Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần81.4.1. OTL (Output TransformerLess)81.4.2. OCL (Output CapacitorLess)91.4.3. BTL (Bridge Transistor Line Out)101.5. Sơ lược về mạch khuếch đại thuật toán (OpAmp)101.5.1. Mạch khuếch đại đảo101.5.2. Mạch khuếch đại không đảo111.5.3. Mạch cộng111.5.4. Mạch trừ111.5.5. Mạch so sánh12CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN TRONG MẠCH2.1.IC TDA2030132.2.Điện Trở 142.3.Tụ điện……………………………………………………………………….....20 2.4.Diode…………………………………………………………………………...23CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG3.1.Sơ đồ khối263.2.Chức năng và hoạt động từng khối27 3.3. Mạch thực tế29CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1. Kết luận314.2. Hướng phát triển đề tài31TÀI LIỆU THAM KHẢO32

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

- -ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH AMPLY

GVHD: ThS.Trần Minh Hồng SVTH:

Trần Quốc Quân 11384091

Phạm Đình Sơn 11384141

Lớp: DHDT7TN

TP Hồ Chí Minh, 01/2015

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.3.1 Khuếch đại công suất loại A 6

1.3.2 Khuếch đại công suất loại B 7

1.3.3 Khuếch đại công suất loại AB 7

1.3.4 Khuếch đại công suất loại C 7

1.4 Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần 8

1.4.1 OTL (Output Transformer-Less) 8

1.4.2 OCL (Output Capacitor-Less) 9

1.4.3 BTL (Bridge Transistor Line Out) 10

1.5 Sơ lược về mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp) 10

1.5.1 Mạch khuếch đại đảo 10

1.5.2 Mạch khuếch đại không đảo 11

1.5.3 Mạch cộng 11

1.5.4 Mạch trừ 11

1.5.5 Mạch so sánh 12

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1. IC TDA2030 13

2.2. Điện Trở 14

2.3. Tụ điện……… 20

2.4. Diode……… 23

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1. Sơ đồ khối 26

3.2. Chức năng và hoạt động từng khối 27

3.3 Mạch thực tế 29

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

4.2 Hướng phát triển đề tài 31TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI CÁM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Công nghệ Điện tử,trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu,

tận tình giúp đỡ em trong quá trình chọn đề tài và thực hiện đề tài Với thời gian thực hiện

đề tài ngắn, kiến thức còn hạn hẹp, dù chúng em đã cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏinhững sai sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ dẫn thêm của quý thầy cô

Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Quân Phạm Đình Sơn

LỜI MỞ ĐẦU

Điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con người ngày càng cao, đòi hỏi ngành điện tử

với độ bền cũng như độ ổn định cao Một điều cơ bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn

từ những linh kiện điện tử tương tự như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, diode, transistor

Có thể nói, mạch khuếch đại âm thanh (Power Amplifier – hay còn gọi là mạch amply)

là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của kĩ thuật điện tử Ngày nay, các bộ tăng

âm được cải tiến đến mức hoàn hảo, cho âm thanh trung thực và hiệu suất cao

Mạch khuếch đại công suất âm tần nói chung khá đơn giản, nhưng để làm được một mạch khuếch đại có chất lượng cao không hề đơn giản Bởi lẽ, bản thân bộ khuếch đại có khả năng tiêu tán một lượng lớn công suất, nên nó phải được thiết kế sao cho nhiệt độ mà

nó tạo ra khi hoạt động ở mức điện áp cao, dòng điện lớn sẽ được tản ra môi trường xung quanh để tránh bị hỏng Ngoài ra còn phải tránh sự ảnh hưởng của méo, nhiễu, dẫn đến tín hiệu ra không trung thực

Sau hơn 3 năm học, với sự tích lũy kiến thức từ các môn học như: Linh Kiện Điện Tử, Mạch Điện Tử 1 Và Mạch Điên Tử 2 đã cho phép chúng em có thể phân tích và thiết kế một mạch khuếch đại công suất âm tần

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 (hoặc FET) công suất như: mạch khuếch đại OTL (Output Transformer Les), mạch khuếch đại OCL (Output Capacitor Les), mạch khuếch đại BTL (Bridge Transistor Line Out) Để đơn giản hơn có thể dùng các IC tích hợp như TDA, LA, LM, TL Ở đây chúng em chọn mạch khuếch đại âm tần đơn giản dùng IC với công suất 30W cho đồ án 2 của mình

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Định nghĩa mạch khuếch đại

Mạch khuếch đại công suất là mạch được thiết kế sao cho cung cấp một lượng lớn công suất cho tải, tức là mạch khuếch đại sẽ tạo ra điện áp cao và dòng điện lớn để lái tải cần công suất lớn Mạch khuếch đại công suất được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực điện – điện tử Ở đây chỉ xét đến mạch khuếch đại công suất dùng trong lĩnh vực âm thanh (hay còn gọi là mạch khuếch đại công suất âm tần)

Mạch khuếch đại công suất âm tần dùng để tạo ra một lượng công suất đủ cung cấp cho tải (thường là loa vì nó đòi hỏi một lượng công suất lớn để biến đổi tín hiệu điện thành sóng âm) Mạch khuếch đại công suất thường được sử dụng rộng rãi trong các máy radio, máy thu hình, máy nghe băng casette, máy tăng âm, các hệ thống stereo, loa phát thanh

1.2. Sơ lược về đặc tính của mạch khuếch đại

Thông thường một mạch khuếch đại là một thiết bị hoặc linh kiện bất kỳ nào, sử dụng một lượng công suất rất lớn ở đầu vào để điều khiển một luồng công suất lớn ở đầu ra Trong các ứng dụng thông thường, thuật ngữ này được dùng chủ yếu cho các bộ khuếch đại điện tử và thông thường là là các ứng dụng thu và tái tạo âm thanh Mối liên quan giữa đầu vào và đầu ra của một bộ khuếch đại thường được diễn giải như là một hàm của tần số được gọi là hàm truyền và biên độ của hàm truyền được gọi là độ lợi

Những đặc tính chung

Hầu hết các mạch khuếch đại được định giá bằng các thông số:

• Băng thông và thời gian đáp ứng của mạch khuếch đại

Băng thông của một mạch khuếch đại thường được xác định theo sự khác biệt giữa tần

số số này còn gọi là băng thông −3 dB Trong trường hợp những băng thông ứng với những độ chính xác khác nhau thường phải ghi chú thêm, thí dụ như (−1 dB, −6 dB, v.v.)

Thí dụ như một mạch khuếch đại âm tần tốt phải có đáp ứng bằng phẳng từ 20 Hz đến

20 kHz (dải âm thanh mà người ta nghe được), như vậy đáp ứng tần số của nó phải mở rộng thêm ra bên ngoài dải này từ 1 đến 2 bát độ mỗi bên Thông thường một mạch khuếch đại âm tần tốt có băng thông từ 10 Hz đến 65 kHz

Thời gian đáp ứng (còn gọi là thời gian tăng trưởng) của một mạch khuếch đại là thời gian cần thiết để nâng mức điện áp ngõ ra từ 10% đến 90% tín hiệu đỉnh khi đặt ở đầu vàomột điện áp bước (hàm đơn vị)

Nhiều mạch khuếch đại bị giới hạn bởi tốc độ tăng, thường là do trở kháng của mạch dòng điện điều khiển phải chịu hiệu ứng tụ điện ở vài điểm trong mạch Điều này làm cho

Đối với một mạch đơn giản chỉ có RC, còn gọi là đáp ứng Gauss, thời gian tăng trưởng được tính gần đúng:

• Thời gian trả về và sai số

Đó là thời gian để ngõ ra trả về đến một mức nào đó (ví dụ 0,1%) của tín hiệu hoàn chỉnh Điều này thường được đặt ra với các mạch khuếch đại trục tung của máy hiện sóng

và các mạch khuếch đại trong các hệ thống đo lường chính xác

dB hoặc bằng điện áp đỉnh của nhiễu đầu ra, khi không có tín hiệu đầu vào

độ rộng xung cho hiệu suất lên đến 97% Hiệu suất của một mạch khuếch đại giới hạn độ lớn của công suất hữu dụng ở ngõ ra Lưu ý rằng các mạch khuếch đại có hiệu suất cao sẽ chạy mát hơn, và có thể không cần đến quạt làm mát ngay cả khi thiết kế lên đến nhiều kilowatt.

• Độ tuyến tính

Một mạch khuếch đại lý tưởng phải là một thiết bị tuyến tính hoàn toàn, nhưng những mạch khuếch đại thực tế thường chỉ tuyến tính trong một phạm vi giới hạn nào đó Khi tínhiệu được đưa đến đầu vào tăng, thì đầu ra cũng tăng theo cho đến khi đạt đến một điểm

mà một linh kiện nào đó trong mạch bị bão hòa, và không thể cho thêm tín hiệu ra Ta nóitín hiệu bị cắt xén, và đây là một trong những nguyên nhân gây ra méo dạng

Một số mạch khuếch đại được thiết kế để hoạt động theo kiểu chấp nhận giảm bớt độ lợithay vì phải chịu méo dạng Kết quả là tín hiệu chịu một hiệu ứng nén, và nếu là tín hiệu

âm thanh thì hiệu ứng này không làm thỏa mãn người nghe lắm Đối với các mạch khuếchđại này, điểm nén 1 dB được đặt ra, xác định là độ lợi ở tín hiệu 1 dB sẽ nhỏ hơn độ lợi ở các tín hiệu nhỏ

Tuyến tính hóa là một lĩnh vực nổi bật Có rất nhiều kỹ thuật được sử dụng để giảm bớt méo dạng do không tuyến tính

• Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

Tỉ số = Tín hiệu / Tạp âm = S / N

trong đó:

• Đáp ứng tần số

Đáp ứng tần số (hay dải tần hoạt động của mạch) được định nghĩa là một khoảng tần số

mà khi tần số tín hiệu ngõ vào nằm trong khoảng tần số này thì độ khuếch đại của mạch

Hình 1.1: Đáp ứng tần số của một mạch khuếch đại

mạch sẽ thay đổi theo tần số

giảm đi lần hay suy giảm -3dB với độ lớn cực đại

20Hz đến 20kHz

• Hệ số khuếch đại

Hệ số khuếch đại là khả năng khuếch đại của 1 mạch được đặc trưng bằng một thông

số gọi là độ lợi khuếch đại Gồm nhiều loại như:

• Độ lợi điện áp (AV ) : I

O V

P

P

• Hiệu suất của mạch khuếch đại(η):

Hiệu suất của bộ khuếch đại công suất được định nghĩa là tỉ số giữa công suất tín hiệu trung bình được phân bố trên tải với công suất trung bình được kéo từ nguồn:

% 100 (%)

với:

PCC : công trung bình được kéo từ nguồn DC

• Độ méo

Biểu thị cho sự thay đổi hình dạng của tín hiệu ra so với tín hiệu vào của mạch Độ méophân thành nhiều loại:

• Méo tần số: là dạng méo xuất hiện do hệ số khuếch đại thay đổi khi tần số tín hiệu

thay đổi gây nên sự biến đổi âm sắc Nguyên nhân là do thành phần cuộn cảm hoặc

tụ điện từ mạch khuếch đại

• Méo pha: là do sự dịch góc pha ban đầu của tín hiệu ra so với tín hiệu vào

Méo pha gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng âm thanh

• Méo xuyên tâm: chủ yếu xảy ra ở mạch hoạt động lớp B.

1.3 Phân loại các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại

Tùy theo chế độ làm việc của Transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính sau:

1.3.1 Khuếch đại công suất loại A

Tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính, nghĩa là tín hiệu ngõ ra thay đổi tuyến

1.3.2 Khuếch đại công suất loại B

của tín hiệu ngõ vào đươc khuếch đại

1.3.3 Khuếch đại công suất loại AB

Transistor được phân cực ở gần vùng ngưng Tín hiệu ngõ ra thay đổi hơn một nửa chu

kỳ của tín hiệu vào (Transistor hoạt động hơn một nửa chu kỳ dương hoặc âm của tín hiệungõ vào)

của chế độ loại A lẫn loại B

1.3.4 Khuếch đại công suất loại C

Transistor được phân cực trong vùng ngưng chỉ để một phần nhỏ hơn nửa chu kỳ của tín hiệu ngõ vào được khuếch đại Mạch này thường được dùng khuếch đại công suất ở tần số cao với tải cộng hưởng

hưởng ghép LC

Hình 1.2 Phân loại mạch khuếch đại công suất

1.4 Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần

1.4.1 OTL (Output Transformer-Less)

điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn

khi dùng biến áp ngõ ra

ngõ ra mới không bị méo

phi tuyến

- Tín hiệu ra bị méo ở tần số thấp do tụ Cout gây ra (do tụ Cout không thể tiến tới vô cùng).

1.4.2 OCL (Output Capictor-Less)

loa vì vậy cần có mạch bảo vệ loa

1.4.3 BTL (Bridge Transistor Line Out)

BTL có hai loại:

áp thấp hoặc dùng cho các Ampli có công suất rất lớn từ 500W đến vài nghìn Walt

- Tín hiệu ra dễ bị méo, hai mạch khuếch đại không giống nhau, dễ bị cháy nếu điệnthế điểm giữa không bằng 0

1.5. Sơ lược về mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp)

1.5.1. Mạch khuếch đại đảo

1.5.2. Mạch khuếch đại không đảo

1.5.3. Mạch cộng

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN

SỬ DỤNG TRONG MẠCH2.1 IC TDA 2030

Hình 2.1.1: Sơ đồ chân IC TDA 2030

Cấu trúc của ICTDA 2030 bao gồm hai bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp) đôi

Và trên tải 8Ω (DIN45500)

TDA 2030 đảm bảo dòng ra cao ra ổn định và méo thấp thêm vào đó các thiết bị của doanh nghiệp( và được cấp bằng sang chế ) ngắn mạch được để bảo về loa bao gồm một hệ thống tự động sắp xếp để hạn chế công suất tiêu thụ đột biến để giữ cho công suất điểm làm việc của bán dẫn (transistor) đầu ra luôn vận hành trong điều kiện an toàn nhất Một hệ thống tắt trở nhiệt cũngđược tích hợp trong đó

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng Vôn (V).

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng Ampe (A).

R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).

+ Ohm (đọc là ôm) là đơn vị đo điện trở trong SI Đại lượng nghịch đảo của điện trở là

điện thuận G được đo bằng siêmen Giá trị điện trở càng lớn thì độ dẫn điện càng kém.Khi vật dẫn cản trở dòng điện, năng lượng dòng điện bị chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, ví dụ như nhiệt năng

+ Định nghĩa trên chính xác cho dòng điện một chiều Đối với dòng điện xoay chiều, khái niệm sự cản trở dòng điện được mở rộng ra thành trở kháng, trong đó điện trở là phần trở kháng thuần của trở kháng tổng cộng

+ Đối với nhiều chất dẫn điện, trong điều kiện môi trường (ví dụ nhiệt độ) ổn định, điện trở không phụ thuộc vào giá trị của cường độ dòng điện hay hiệu điện thế Hiệu điện thế luôn tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và hằng số tỷ lệ chính là điện trở Trường hợp này được miêu tả theo định luật Ohm và các chất dẫn điện như thế gọi là các thiết

bị ohm Các thiết bị này nhiều khi cũng được gọi là các điện trở, như một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện, được ký hiệu với chữ R

+ Cấu tạo:

Lõi được làm bằng vật liệu trở dòng khi có dòng điện qua nó, trên được phủ màng (tạo giá trị), hai đầu có bao mũ đồng, được hàn chân sơn in lên thân để phân biệt giá trị

+ Kí hiệu:

1 1

R R

2 3

1

1 1

R R

+ Công suất danh định:

- Đó là công suất tiêu tán trên điện trở mà điện trở có thể chịu đựng được trong thời gian dài, không bị quá nóng làm biến đổi hẳn trị số điện trở

-Trong công nghiệp các điện trở được sản xuất có các trị số công suất danh định:

1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 5W, 7W, 10W

- Điện trở có công suất tiêu tán lớn thì kích thước lớn

+ Điện áp làm việc tới đa:

Đó là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc trị số hiệu dụng của điện áp xoay chiều có thể đặt vào hai đầu điện trở mà điện trở vẫn có thể chịu đựng và làm việc bình thường

+ Dung sai của điện trở:

- Dung sai là độ sai số của điện trở

- Có ba cấp dung sai thường dùng là: Ngoài ra, với những điện trở cần dùng trong những mạch yêu cầu độ chính xác cao như mạch đo lường thì mức sai số nhỏ hơn: + Công dụng và bảo quản:

- Công dụng: Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, rất phổ biến trong kỹ thuật điện tử nhằm mục đích: phân bố lại hiệu điện thế trong mạch điện, hạn chế dòng điện, điều chỉnh điện áp v.v…

+Bảo quản:

- Không dùng vượt quá trị số danh định và công suất danh định

- Tránh các tác dụng hóa học( ảnh hưởng đến chân điện trở, màng dẫn điện củađiện trở v.v…)

- Để nơi thoáng mát

 Phân loại và cấu tạo

Người ta chia điện trở làm:

- Điện trở có trị số không đổi

- Điện trở có trị số biến đổi được, gọi là biến trở

 Điện trở có trị số không đổi:

Tùy theo cấu tạo của điện trở mà người ta phân loại:

+ Điện trở màng than:

Cấu tạo:

Lõi sứ

Giá trị R

A

R E S I S T O R V A R

C B

Hình 2.2.1: Cấu tạo điện trở màng than

Điện trở gồm một ống bằng sứ, chịu được nhiệt độ cao, người ta tạo màng than trên

bề mặt lõi sứ, sau đó bọc kim loại ở hai đầu ống và hàn hai chân ra Muốn tăng giá trị của điện trở người ta sẽ khí rãnh trên màng than đã phủ theo hình xoắn ốc Sau đó phủ lên bề mặt màng than bằng lớp sơn cách điện và in giá trị của điện trở (bằng vòng màu)

Kí hiệu:

+ Điện trở màng kim loại:

Cũng trên một thân bằng sứ, người ta tạo một màng kim loại là giá trị của điện trở( hợp kim Nicken- Crom) Loại này giá trị điện trở được in bằng chữ số

+ Điện trở dây quấn:

Làm bằng hợp kim có điện trở suất cao, quấn trên lõi bằng sứ, bên ngoài có thể

để trần hoặc phủ lớp sơn cách điện chống va chạm có thể làm đứt các vòng dây Trị sốđiện trở được ghi trên lớp sơn này Điện trở dây quấn được dùng trong những trường hợp mạch điện có dòng điện lớn đi qua và công suất tiêu tán trên điện trở lớn

 Điện trở có trị số biến đổi( biến trở):

+ Được gọi tên là biến trở( VR: Variable resistor) hay chiết áp( P: Protentionmeter), đó

là một điện trở có thể thay đổi trị số tùy theo yêu cầu sử dụng

+ Kí hiệu:

AB giá trị điện trở: AB + BC = AC

+ Cấu tạo: Trên một vành khăn có quấn dây điện trở hoặc màng than người ta cho môtcon chạy tiếp xúc và để điều chỉnh vị trí của con chạy người ta gắn nó vào một cơ cấu chuyển động hoặc một trục xoay ở giữa