THIẾT kế máy TĂNG âm

Bài “thiết kế mạch tăng âm” là một thí dụ sinh động, trong đó ngời thiết kế đ- ợc gặp nhiều vấn đề trong thiết kế mạch điện tử đó là: Thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, các vấn đề ổn

Lời nói đầuNgày nay, trong nhiều lĩnh vực của đời sống ta đều thấy bóng dáng của công nghệ điện tử Trong nhiều lĩnh vực, kỹ thuật số đang dần thay thế kỹ thuật tơng tự, nhng có một thực tế là kỹ thuật tơng tự vẫn luôn luôn phát triển và hoàn thiện, đã

và sẽ chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực điện tử nơi mà việc áp dụng kỹ thuật số không thể thực hiện, hoặc việc thực hiện rất khó khăn mà vẫn không tạo nên đợc sự hiệu quả và kinh tế nh trong kỹ thuật tơng tự nh: chuyển đổi tín hiệu số, khuếch đại tín hiệu nhỏ, đổi tần

Công nghệ điện tử đã đem lại cho con ngời sự tiện lợi và thoải mái trong cuộc sống Khi đời sống con ngời càng cao thì nhu cầu về giải trí hởng thụ nghệ thuật cũng tăng lên, do vậy nhu cầu về các thiết bị thông tin giải trí cũng tăng lên Máy tăng âm là một thiết bị rất cần thiết trong mọi cuộc hội thảo, trong các chơng trình ca nhạc, hay ngay trong các thiết bị âm thanh sử dụng trong gia đình Thiết kế một máy tăng âm có chất lợng là niềm say mê của những ngời yêu điện tử Ngày nay với các thành tựu trong công nghệ điện tử thì việc lắp ráp thành công Ampli từ các linh kiện rời rạc đợc đa vào môn thiết kế Analog cho sinh viên khoa Điện Tử – Viễn Thông

Trong khi khoảng cách giữa học và hành của sinh viên còn khá xa, thì môn thiết kế Analog chính là cơ hội tốt nhất để sinh viên áp dụng các kiến thức đợc học vào thực tế và cũng là một sự thử sức cho khả năng sáng tạo và làm việc của sinh viên Bài “thiết kế mạch tăng âm” là một thí dụ sinh động, trong đó ngời thiết kế đ-

ợc gặp nhiều vấn đề trong thiết kế mạch điện tử đó là: Thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, các vấn đề ổn định và định điểm làm việc cho transistor, các chế độ làm việc của tầng khuếch đại, phối hợp trở kháng giữa các tầng, thiết kế và ổn định nguồn nuôi, điều chỉnh đặc tuyến tín hiệu, thiết kế tầng công suất các kiến thức…

sử dụng mang tính bao quát

Với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tìm tòi tham khảo từ các tài liệu thiết kế mạch Analog cũng nh thiết kế máy tăng âm trong các thiết bị âm thanh, sử dụng các kiến thức đợc học của các môn học có liên quan, và đặc biệt đợc sự chỉ bảo h-ớng dẫn tận tình của thầy Đinh Hữu Thanh chúng em đã hoàn thành bài thiết kế

“Thiết kế máy tăng âm” Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên chúng em thực hành thiết

kế, kiến thức cũng nh kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong đợc sự chỉ bảo của thầy và toàn thể các bạn để hoàn thiện hơn nữa bài thiết kế

Một lần nữa, chúng em xin đợc chân thành cảm ơn thầy vì tất cả những điều thầy dành cho chúng em

1

Chỉ tiêu về máy tăng âm Thiết kê máy tăng âm với các chỉ tiêu sau:

Máy tăng âm là máy khuếch đại tín hiệu âm thanh từ đầu vào thành tín hiệu

có biên độ, dòng điện, công suất đủ lớn theo mục đích sử dụng ở đầu ra

Âm thanh trực tiếp chỉ đủ cho một số ngời nghe rõ trong một không gian giới hạn nào đó Tín hiệu âm thanh trên đĩa từ, đĩa Compact hay thu đợc từ các máy thu có biên độ, công suất nhỏ Muốn phục vụ nhiều ngời cùng nghe rõ thì cần phải làm cho âm thanh ấy to lên bằng các máy tăng âm Tín hiệu nhỏ từ Micro và thiết

bị lu trữ đợc đa vào bộ khuếch đại làm cho năng lợng ấy tăng lên nhiều lần, sau đó dùng loa để biến đổi trở lại âm thanh đủ mạnh để cho đông đảo ngời nghe Độ lớn

âm thanh phát ra phụ thuộc vào công suất của máy tăng âm và độ lớn của tín hiệu vào

2.Phân loại.

Tuỳ theo mục đích sử dụng hay linh kiện mà máy tăng âm đợc phân loại nh sau:

Theo mục đích sử dụng:

+ Máy tăng âm thông thờng: Là loại máy tăng âm nhỏ dùng trong các buổi nói chuyện, hội họp, biểu diễn văn nghệ trớc công chúng, công suất vài chục Watt

+ Máy tăng âm chuyên dụng: Dùng trong các đài và trạm phát thanh để phục vụ một mạng lới đờng dây loa tơng đối lớn trong một phờng hay một thành phố, công suất lớn từ vài chục Watt tới hàng nghìn Watt.

Theo loại linh kiện:

+ Máy tăng âm điện tử :Có linh kiện chủ yếu là Transistor điện tử và dùng nguồn cung cấp xoay chiều Do kích cỡ lớn và tính năng hạn chế của linh kiện nên hiện nay loại này hầu nh không còn sản xuất

+ Máy tăng âm bán dẫn : Có linh kiện chủ yếu là Transistor, nguồn cung cấp là xoay chiều hoặc một chiều

+ Tăng âm dùng IC: Do IC là mạch tích hợp tính năng cao, máy tăng

âm dùng IC có kích thớc nhỏ và chất lợng tốt nên đợc sản xuất chủ yếu ngày nay

II Kết cấu chủ yếu của bộ khuếch đại trong máy tăng âm.

Phần quan trọng nhất trong máy tăng âm là bộ khuếch đại âm tần gồm bốn phần chính :

*Bộ khuếch đại điện áp: Bộ khuêch đại điện áp có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điện áp đầu vào rất nhỏ (vài chục mV) lên tới mức điện áp cần thiết để kích thích các tầng khuếch đại công suất

*Bộ khuếch đại công suất: Có nhiệm vụ tạo ra một công suất âm tần đủ lớn,

đúng với yêu cầu cần thiết, để cung cấp cho các loa Bộ khuếch đại công suất thờng dùng đèn có công suất lớn, yêu cầu điện áp kích thích khá lớn từ vài vôn đến vài chục vôn, có khi đến vài trăm vôn

*Mạch tạo hiệu ứng âm thanh: Để tạo ra các hiệu ứng âm thanh nhằm tăng khả năng truyền đạt đến ngời nghe: có thể là mạch tạo vang, tạo hiệu ứng lập thể thông thờng là mạch điều chỉnh âm sắc: Có nhiệm vụ biến đổi đặc tuyến khuếch

đại cho phù hợp tính chất cảm thụ âm thanh của tai ngời cũng nh tính chất của

Đầu ra

Mô hình cơ bản của mạch khuếch đại âm tần

III Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy tăng âm.

1.Hệ số khuếch đại.

Hệ số khuếch đại là tỉ số giữa tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại, hệ số này có thể là hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng

điện hay hệ số khuếch đại công suất

*Hệ số khuếch đại công suất: Là tỉ số giữa công suất tín hiệu đầu ra nhận

đ-ợc trên tải Pt và công suất tác động đầu vào của mạch:

Kp = Pr/Pv

*Hệ số khuếch đại dòng điện: là tỷ số giữa dòng điện tín hiệu ra nhận đợc trên tải ir và dòng điện tác động vào đầu vào của mạch:

KI = IR/IV

*Hệ số khuếch đại điện áp: là tỷ số giữa điện áp tín hiệu ra nhận đợc trên tải

Ur và điện áp tác động vào đầu vào của mạch:

Ku = Ur/Uv

Giá trị của hệ số khuếch còn đợc tính theo đơn vị đexiben (dB)

Ku(dB) = 20lgKu(lần)Với mạch khuếch đại có nhiều tầng thì hệ số khuếch đại toàn bộ bằng tích các hệ số khuếch đại của các tầng:

KΣ = K1.K2 Kn

KΣ (dB) = K1(dB) + K2(dB) + + Kn(dB)

Tuỳ theo mục đích các tầng mà hệ số khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất là quan trọng nhất.

2.Điện áp vào danh định.

Điện áp vào danh định là trị số điện áp tín hiệu cần đa vào đầu vào của máy

để có thể đa ra công suất âm tần danh định

Trị số điện áp vào danh định của các đầu vào Micro, máy thu không giống nhau Ví dụ điện áp vào danh định của Micro là 3mV, trong khi điện vào danh định của máy thu là 800mV Khi mức điện áp vào thực tế nhỏ hơn trị số điện áp vào danh định thì công suất âm tần ra loa cũng nhỏ hơn công suất danh định Khi mức

điện áp vào lớn hơn trị số điện áp vào danh định thì ta không có biện pháp khống chế xuống cho vừa đủ thì công suất ra cũng lớn hơn công suất danh định nhng tiếng

bị méo nhiều Trờng hợp quá lớn thì có thể dẫn tới hỏng Transistor công suất, cháy biến áp ra hay hỏng cả loa mắc với máy

3.Công suất ra danh định.

Công suất ra dạnh định là công suất âm tần lớn nhất mà máy tăng âm có thể cung cấp với điều kiện độ méo phi tuyến không vợt quá giới hạn cho phép (thờng nhỏ hơn 5%) Đây là một trong những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất của máy tăng âm

5.Dải tần số làm việc.

Dải tần số làm việc là khoảng tần số giữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất

mà trong đó hệ số khuếch đại của máy không bị biến đổi hơn kém quá một mức độ quy định

5

Dải tần số làm việc càng rộng thì chất lợng máy tăng âm càng cao, nhng máy phức tạp và giá thành càng đắt, do đó trong thực tế chỉ yêu cầu một dải tần số làm việc đủ rộng để đảm bảo chất lợng âm thanh yêu cầu của máy.

Đây là dải tần số làm việc của một số máy tăng âm:

Dải tần số làm việc có liên quan trực tiếp đến sự cảm thụ của con ngời đối với âm thanh về mặt tần số Dải tần số 16Hz  20000Hz là phạm vi tần số âm mà tai ngời có thể cảm thụ đợc Nếu dải tần làm việc của Ampli không lớn hơn dải tần của tín hiệu đầu vào sẽ gây méo tín hiệu âm thanh và làm giảm chất lợng cũng nh không có khả năng truyền đạt tạo hiệu ứng lập thể cho ngời nghe

7.Méo phi tuyến.

Méo biên độ trong các mạch khuếch đại là do tính chất không đờng thẳng của đặc tuyến các Transistor hay đợc hiểu là méo do sự xuất hiện của các hài bậc cao

Máy khuếch đại tốt có méo phi tuyến khoảng (1-3)%, máy khuếch đại bán dẫn chất lợng bình thờng có méo phi tuyến khoảng (7-10)% Khi hệ số méo quá lớn thì âm sắc biến đổi nhiều, âm thanh không còn trung thực nữa

Hệ số méo phi tuyến đợc tính nh sau:

Can nhiễu và tạp âm ở đầu vào và tầng thứ nhất có tác hại nhiều nhất vì nó sẽ

đợc khuếch đại nhiều lần trong các tầng khuếch đại sau Do vậy ở tầng đầu ta phải chọn loại Transistor có tạp âm nội bộ thấp và cho làm việc ở chế độ dòng và điện

áp thấp (UCE = 2V, IC = 0.3mA)

Phần iThiết kế máy tăng âm

đại

Khuếch

đại trước công suất

khuếch

đại công suất

TảiMạch

vào

1 Nguyên lý hoạt động.

Đầu tiên, tín hiệu âm thanh đợc phối hợp trở kháng và khuếch đại ở mạch vào và mạch tiền khuyếch đại, tín hiệu vào đợc đa đến từ nguồn tín hiệu (có thể micro hay audio từ máy thu) Sau đó tín hiệu đợc đa đến khối khuếch đại tiền công suất Khuyếch đại biên độ đủ lớn để đa đến khối công suất Cuối cùng tần khuyếch

đại công suất cho ra công suất theo yêu cầu

2 Tính năng các khối.

*Nguồn tín hiệu: Tín hiệu âm thanh đợc lấy từ Micro hoặc t một nguồn tín hiệu âm thanh bất kỳ đợc phối hợp trở kháng và khuếch đại ở tầng tiền khuếch đại *Khối mạch vào: Có nhiệm phối hợp trở kháng vì vậy yêu cầu trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ

*Tiền khuếch đại: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm thanh lấy từ nguồn tín hiệu làm cho biên độ đủ lớn để đa vào tầng khuếch đại trớc công suất Đồng thời tín hiệu âm thanh từ đầu ra của mạch khuếch đại tiền công suất đợc đa vào biến trở R6 để điều chỉnh âm lợng (to – nhỏ)

*Khuếch đại trớc công suất: có nhiệm vụ đa vào kích tầng công suất một

điện áp hay công suất cần thiết

*Tầng khuếch đại công suất: cho ra công suất âm thanh theo yêu cầu, đạt hiệu suất cao

II Mối liên hệ các khối để mạch hoạt động.

Các khối đợc ghép với nhau thông qua tụ điện, điện trở hoặc ghép trực tiếp.Tín hiệu từ nguồn đợc đa vào mạch khuếch đại sơ bộ thông qua tụ ghép tầng

C1 Tụ C1 có nhiệm vụ ngăn dòng một chiều không cho đi qua và chỉ cho dòng xoay chiều đi qua Sau đó tín hiệu từ đầu ra của tầng thứ nhất đợc đa qua biến trở

R6 để điều chỉnh âm lợng Điện trở R6 có nhiệm vụ nối giữa hai tầng khuếch đại sơ

bộ và tầng khuếch đại trớc công suất Sau khi qua R6 tín hiệu đợc đa qua tụ C4 (là tụ ghép tầng) để chặn một chiều và cho xoay chiều đi vào tầng khuếch đại trớc công suất Tầng khuếch đại trớc công suất đợc ghép trực tiếp với tầng khuếch đại công suất Cuối cùng tín hiệu từ đầu ra của mạch khuêch đại công suất đợc đa qua tụ C9

(C9 ngăn một chiều)cho tín hiệu âm thanh ra loa

Phần II

Sơ đồ nguyên lý

I Nguồn tín hiệu.

Thông thờng nguồn tín hiệu âm thanh đầu vào: từ máy quay đĩa, Micro tinh thể, Micro điện dung

II Khối mạch vào.

Tầng mạch vào có nhiệm vụ phối hợp trở kháng với nguồn tín hiệu để công suất từ nguồn đa đến nguồn khuyếch đại là lớn nhất Ngoài ra mạch còn có nhiệm

vụ để phối hợp mức giữa các tín hiệu đầu vào khác nhau với dải động đầu vào của mạch khuyếch đại

Việc chọn loại mạch nào cho phù hợp phụ thuộc trở kháng của tín hiệu vào:

- Đối với các tín hiệu có trở kháng vào thấp: thông thờng ngời ta xử dụng mạch vào là Tranzitor mắc BC cho tổng trở vào thấp Kiểu mắc BC có tổng trở ra lớn cho độ lợi về điện áp

- Đối với các tín hiệu có trở kháng vào trung bình: ngời ta thờng sử dụng mạch Transitor mắc EC để thực hiện phối hợp trở kháng do mạch EC có trở kháng vào có giá trị trung bình Đặc biệt mạch EC còn cho hệ số khuyếch đại dòng và áp lớn

- Đối với các tín hiệu có trở kháng vào lớn ngời ta thờng sử dụng mạch vào dùng Transitor mắc theo sơ đồ CC có trở kháng đầu vào lớn trong khi trở kháng ra nhỏ nên thờng đợc sử dụng để làm mạch phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và tải, đặc biệt mạch có dải động lớn và méo phi tuyến nhỏ nhất trong 3 cách mắc mạch trên nên đáp ứng đợc một yêu cầu khá quan trọng đối với tầng đầu của máy tăng âm đó là có hệ số méo phi tuyến nhỏ Bởi khi có nhiều tầng khuyếch đại mắc nối tiếp thì tính chất tạp âm của cả bộ khuyếch đại chủ yếu quyết định ở tầng đầu Mạch CC có hệ số khuếch đại điện áp xấp xỉ 1 nên chỉ có tác dụng truyền đạt và phối hợp trở kháng tín hiệu

Vì tín hiệu vào nhỏ, không yêu cầu trở kháng vào lớn nên ta sử dụng mạch vào mắc theo kiểu EC có hệ số khuếch đại lớn và trở kháng vào trung bình

9

R2

- + C1

R1

T1

-ở đây, ta dùng mạch hồi tiếp âm điện áp một chiều có u điểm là làm giảm

điện trở ra, công suất tổn hao nhỏ đặc biệt, ổn định chế độ một chiều và không gây méo phi tuyến lớn

III Khối tiền khuếch đại.

Khối tiền khuêch đại có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu từ mạch vào lên đủ lớn

để đa đến tầng khuếch đại kích Tầng này thực hiện khuếch đại tín hiệu nhỏ, yêu cầu có hệ sô tạp âm nhỏ và hệ số khuếch đại lớn

Kết hợp mạch vào và mạch tiền khuếch đại ta có:

+

-R2

- + C1

-Ra

Ec1

+ -

Tất cả các mạch khuếch đại E chung, C chung và B chung muốn khuếch đại cả chu kỳ tín hiệu thì mạch điện phải công tác ở chế độ A đó là chế độ mà bán dẫn phải có điện áp định thiên tại chân B (UB), UB còn gọi là điểm công tác ban đầu của bán dẫn khi cha có tín hiệu.

Chế độ A là chế độ khuếch đại biên độ điện áp

* Đặc điểm của mạch E chung:

- Điện trở vào và ra có giá trị trung bình

- Hệ số khuếch đại dòng và áp lớn, hệ số khuếch đại công suất lớn nhất trong các cách mắc

- Hiệu suất thấp 25%

- Méo dạng sóng ở đầu ra.

- Tín hiệu vào – ra ngợc pha nhau

- Mạch E chung thờng dùng để khuếch đại điện áp và công suất ở vùng tần

số thấp và trung bình

Nguyên lý hoạt động:

Giả sử ở bán chu kỳ dơng (+) của tín hiệu đa vào chân B của bán dẫn ngợc làm UB (+) tăng kéo theo UBE tăng làm cho bán dẫn mở cửa mạnh hơn, dòng điện từ dơng nguồn chảy qua R1 chảy qua tiếp giáp CE1 tăng làm sụt áp trên R1 tăng vì R1

cố định còn sụt áp trên CE1 giảm mà sụt áp trên CE1 là điện áp ra do vậy điện áp ra giảm

ở bán chu kỳ âm (-) của tín hiệu đa vào chân B làm UB (+) giảm dẫn đến UBE

giảm do đó bán dẫn bị khoá bớt Dòng điện từ dơng nguồn qua R1 chảy qua tiếp giáp CE1 giảm Sụt áp trên R1 giảm còn sụt áp trên tiếp giáp CE1 tăng do đó điện áp

ra tăng

Kết luận:

- Mạch khuếch đại E chung có hệ số khuếch đại mạnh nhất về mọi phơng diện (U, I, P) đợc dùng hầu hết trong các máy khuếch đại

- Do T1 và T2 đều mắc E chung và đợc ghép trực tiếp với nhau (đầu ra của T1

đợc ghép trực tiếp với đầu vào của T2) điều này làm cho hệ số khuếch đại điện áp, dòng điện và công suất tăng lên gấp bội (=k1.k2) và điện áp ở đầu vào và đầu ra cùng pha

*Tác dụng linh kiện:

- R1, R3: điện trở tải ra cho T1 và T2 có nhiệm vụ truyền đạt tín hiệu từ chân C của đèn trớc vào chân B của đèn sau đồng thời dẫn điện một chiều về cấp cho chân C

- R2: Điện trở định thiên kiểu có hồi tiếp âm điện áp một chiều cho T1,vì vậycó tác dụng ổn định điểm chế độ tĩnh

- R4, C2: Bộ hồi tiếp âm một chiều, trong đó R4 hồi tiếp âm một chiều để ổn

định hệ số khuếch đại bằng cách bù nhiệt Còn C2 có nhiệm vụ đấu đất chân E về mặt xoay chiều để đảm bảo hệ số khuếch đại về mặt xoay chiều là mạnh nhất