đồ án mạch khuếch đại âm thanh

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay,cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các bộ tăng âm cũng được cải tiến đến mức hoàn hảo như hệ thống hifi stereo,… âm thanh trung thực,hiệu suất cao là các chỉ tiêu mà các nhà thiết kế luôn cố gắng để đạt được một cách tốt nhất. Mạch khuếch đại công suất nói chung cũng đơn giản,nhưng để làm được mạch khuếch đại có chất lượng cao không phải dễ dàng.Bởi vì 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 tải ra môi trường xung quanh nhanh để tránh bị phá hủy nhiệt.Do đó khó tránh khỏi sự ảnh hưởng của méo nhiễu,…dẫn đến tín hiệu ra không trung thực.Vậy nên đặc trưng của bộ khuếch đại công suất thường là có khối tản nhiệt lớn,cồng kềnh nhằm tăng diện tích tiếp xúc,trao đổi nhiệt tốt hơn với môi trường.Hiện nay,các bộ khuếch đại công suất được sử dụng rộng rãi trong các máy thu radio,máy nghe băng và các hệ thống stereo chất lượng cao,trong các thiết bị phòng thu,sân khấu,hệ thống phóng thanh công cộng.Sau đây chúng em xin trình bày một loại mạch khuếch đại công suất,đây có thể được xem là mạch tương đối phổ biến trong kho tàng mạch khuếch đại .Đó là “ mạch khuếch đại âm thanh” Chúng em chọn đề tài này bởi vì mạch khuếch đại công suất là một trong các mạch dân dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế và đời sống hàng ngày của gia đình.Nội dung đề tài gồm có chương:Chương 1:Tổng quan về đề tàiChương 2:Cơ sở lí thuyếtChương 3: Mạch khuếch đại công suấtChương 4: Thiết kế và thi công mạchVà đây chính là một cơ hội tốt để chúng em có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống. Với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiện chưa tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn .Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Trung Nhất Hoàng Thị QuỳnhNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên,ngày.....tháng.....năm 2017Giáo Viên Hướng Dẫn Nguyễn Tiến DũngCHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch1.1.1 Transistor 2SC5200 Hình 2.1 Transisor 2SC5200Transistor 2SC5200 cấu tạo gồm 3 lớp bán dẫn ghép với nhau thành hai mối nối PNthuộc loại transistor nghịch NPN. Thông số kỹ thuật:Model :NPNTO3PLĐiện áp cực đại:VCBO =230V VCEO=230V VEBO=5VDòng điện cực đại:IC=15A IB= 1.5ACông suất tối đa:P=150WNhiệt độ làm việc:55oC ~ 150oC1.1.2 A1015Thông số kỹ thuật:Transistor A1015 là transistor thuộc loại PNP A1015 có: +Uc cực đại =50V; +Ic cực đại =150mA; +Hệ số khuếch đại hFE của transistor A1015 trong khoảng từ 70 đến 400. Hình 2.2: Trasistor A10151.1.3 TIP41C Hình 2.3: TIP41CTrasistor tip41C là transistor công suất thuộc loại transistor NPN.Thông số kỹ thuật: +Điện áp Uc cực đại =100V +Dòng Ic cực đại=6A +Hệ số khuếch đại:15~751.1.4 TIP42C Hình 2.4: TIP42CTransistor TIP42C là phiên bản bổ sung cho TIP41C,là transistor lưỡng cực.TIP42C có cấu tạo và hoạt động tương tự TIP41C nhưng TIP42C phân cực PNP.Thông số kỹ thuật: +Điện áp cực đại:Uc=100V +Dòng cực đại :Ic=6A + Hệ số khuếch đại:15~75 + Nhiệt độ làm việc: 65˚C 150˚C +Công suất: P=65W 1.2 Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực_BJT1.2.1 Transistor mắc kiểu E chung Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mas hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều,tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C,mạch có sơ đồ như sau:Hình 2.5 Transistor mắc kiểu E chungRg : là điện trở gánhRđt : Là điện trở định thiênRpa : Là điện trở phân ápMạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C. Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung:+Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện ápUCEkhoảng 60% ÷ 70 % Vcc. +Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp. +Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể+Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào. Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử.1.2.2 Transistor mắc kiểu C chungHình 2.6 Transistor mắc kiểu C chung Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn. Lưu ý về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass, tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E.Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E. Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung: +Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E +Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6 V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào . +Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm. +Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào. Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn . Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn 1.2.3 Transistor mắc kiểu B chungMạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ. Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế.Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại về điện áp và không khuyếch đại về dòng điện.Hình 2.7 Transistor mắc kiểu B chungCHƯƠNG 2: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT2.1 Phân loại các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại công suất.Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính như sau:2.1.1 Khuếch đại công suất loại A:Class A:Thiết kế hiệu suất thấp khoảng 25%(tức là nếu 1000W được cung cấp đầu vào chỉ có 25W công suất phát ra loa 75W bị tổn hao dưới dạng toả nhiệt trên sò hoặc đèn điện tử trong khi đó hiệ suất class AB khoảng 3550%(100W đầu vào cho 50W ra loa).Dodos kích thước chi phí về tản nhiệt cho sò công suất của class A cũng vì thế ma lớn hơn của class AB Ưu điểm của ampli class A không có miền phi tuyến (nonlinearities)và méo xuyên tâm(cross distortion, turn onoff delay) do chỉ một sò duy nhất hoạt động.Âm thanh các ampli Class A theo đó được đánh giá là ngọt ngào, trung thực. Một điểm cần lưu ý thêm là các ampli có tên gọi “thuần” A (pure ClassA) sẽ hoạt động hoàn toàn ở chế độ A. Cần chú ý một số ampli có quảng cáo Class A nhưng thực chất chỉ hoạt động ở chế độ A ở miền công suất thấp, khi ampli bị yêu cầu hoạt động cho ra công suất lớn điểm làm việc sẽ chuyển sang chế độ AB.Amplifier Class A sử dụng một sò công suất (Bipolar, FET, hay IGBT) kết nối chung trong hệ thống phát cho cả hai nửa của dạng sóng, sò công suất sẽ luôn luôn có dòng điện chạy qua ngay cả khi không có tín hiệu chính nào. Do đó phần output sẽ không được tải đầy đủ cho dù sử dụng Bipolar, MOSFET hay IGBT, nó sẽ mang một mức bias Qpoint ở khoảng giữa dòng tải. Sò công suất này không bao giờ tắt, đây là một trong những nhược điểm của Amplifier Class A. Để đạt được độ tuyến tính cao và gain, phần output của Amplifier Class A lúc nào cũng phải mang giá trị bias MỞ (hoạt động). Một amplifier được xếp vào class A khi dòng tín hiệu nghỉ ở phần output có giá trị bằng hoặc lớn hơn dòng tải cực đại (ví dụ: Loa) cần thiết để tạo ra tín hiệu output lớn nhất Do Amplifier Class A hoạt động trong phần tuyến tính, điện áp bias của sò công suất DC phải được bảo đảm ổn định để duy trì hoạt động hiệu quả cũng như mức sai số thấp. Tuy nhiên vì tầng output luôn luôn ở trạng thái MỞ, nguồn điện lúc nào cũng đi qua nó nên sẽ xảy ra hiện tượng sử dụng điện liên tục trong amplifier. Sự tốn điện liên tục này tạo ra mức nhiệt cao và vì hiệu quả chỉ khoảng 30% nên amplifier class A không có khả năng làm việc với các hệ thống khuếch đại công suất cao. Mức sử dụng điện liên tục của amplifier class A cũng đòi hỏi một bộ nguồn mạnh và được lọc điện ổn định, tránh các tiếng ồn khó chịu phát ra từ amplifier khi dòng điện trồi sụt2.1.2 Khuếch đại công suất loại B: Có hiệu suất vào khoảng 70 – 80%, tức là tiêu thụ 100W điện sẽ đưa ra công suất ra loa tối đa 80W, 20% năng lượng còn lại bị tiêu tán dưới dạng nhiệt nên khi chạy rất mát. Nhưng class B có độ méo lớn và âm thanh không hay nên ít được dùng trong caccs mạch audio cao cấp Amplifier Class B được thiết kế nhằm triệt tiêu điểm yếu về hiệu quả làm việc và nhiệt lượng của amplifier Class A. Amplifier Class B sử dụng hai sò công suất Bipolar hay FET cho mỗi nửa dạng sóng với giai đoạn output được hiệu chính theo dạng “pushpull” (PP), mỗi sò công suất sẽ khuếch đại một nửa dạng sóng output. Trong amplifier Class B không có dòng DC bias vì dòng nghỉ của nó là 0, do đó công suất DC của nó rất nhỏ giúp cung cấp mức hiệu năng cao hơn nhiều so với amplifer classA Khi tín hiệu input có giá trị dương, sò công suất bias dương sẽ hoạt động còn sò công suất bias âm tắt. Ngược lại khi sò công suất bias âm hoạt động thì sò công suất bias dương tắt, tạo ra phần giá trị âm của tín hiệu. Điều này chứng minh rằng mỗi sò công suất chỉ tạo ra một nửa dạng sóng. Mỗi con sẽ hoạt động trong phần 180 độ của dạng sóng output với thời gian tương ứng nhau, tạo ra dạng sóng output tuyến tính hoàn chỉnh liên tục Đây là thiết kế PP và có mức hiệu năng cao hơn so với amplifier Class A vào khoảng 50%, tuy nhiên nó cũng tạo ra mức sai số đáng kể trong phần tiếp xúc của dạng sóng vì điện áp input của sò công suất chỉ nằm trong khoảng 0.7V to +0.7V. Sò công suất output của amplifier Class B sẽ không hoạt động cho đến khi đã nạp đủ điện. Điều này làm cho phần dạng sóng có giá trị trong khoảng 0.7V sẽ được tạo ra một cách kém chính xác. Vì thế amplifier Class B không được sử dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao.2.1.3. Khuếch đại công suất loại ABThiết kế đẩykéo (pushpull) của class AB có hiệu suất cao nhằm cho công suất ra loa lớn. Đây là thiết kế “lai” giữa Class A và Class B với phương thức hoạt động được cải tiến. Hai sò công suất trong amplifier Class AB sẽ hoạt động cùng lúc, triệt tiêu mức sai số tín hiệu như ta thấy trong Class B. Hai sò công suất trong amplifier Class AB có mức bias điện áp rất nhỏ, khoảng 5% đến 10% giá trị của dòng nghỉ cung cấp cho sò công suất. Vấn đề là ở chỗ các ampli đẩykéo có điểm làm việc tại khu vực ngưng (cutoff) của đường đặc tuyến tải. Tại điểm làm việc cutoff này chỉ 50% tín hiệu ngõ vào được khuyếch đại, chính vì vậy người ta phải dùng 2 sò công suất hoạt động, một sò sẽ khuyếch đại phần tín hiệu dương và một sò khuyếch đại phần tín hiệu âm (đẩykéo), vì vậy có tên gọi là PushPull. Class AB sẽ có mức làm việc cao hơn so với chỉ nửa chu kỳ của Class B, nhưng lại ít hơn nhiều so với toàn chu kỳ của Class A. Ưu điểm của điện áp bias thấp là mức sai số sẽ được giảm thiểu so với Class B và hiệu năng cũng được cải thiện so với Class A. Hiệu năng của amplifier Class AB vào khoảng 50% đến 60%. Âm thanh của Class AB PushPull theo đánh giá chung là có không gian rộng, hoành tráng và độ động tốt.2.1.4 Khuếch đại công suất loại C: Thiết kế Amplifier Class C cung cấp hiệu năng cao nhất với độ tuyến tính thấp nhất. Class C có mức bias rất lớn nên dòng output của nó mang giá trị 0 trong hơn nửa chu kỳ của tín hiệu input hình sin với sò công suất ở trạng thái ngắt điện. Phần hoạt động của sò công suất Amplifier Class C chỉ trong khoảng 90 độ. Sò công suất có mức bias cao cung cấp hiệu năng làm việc ấn tượng (khoảng 80%) tuy nhiên giá trị sai số cũng rất cao. Vì thế Amplifier Class C không được dùng trong âm thanh. Amplifier Class C thường được sử dụng trong các thiết bị truyền sóng radio do đặc thù mạch LC của các thiết bị thu.2.2 Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần2.2.1.Mạch OTL (Output Transformer Less) : Đặc điểm :Được cấp nguồn đơn +Vcc và mass (0V). Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ đối xứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn . Ngõ ra loa phải ghép với một tụ điện Co. Ưu điểm : Âm thanh đạt chất lượng cao hơn do đáp tuyến tần số rộng , Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ kí sinh của biến áp.Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế . Giá thành rẻ, kích thước nhỏ so với khi dùng biến áp ngõ ra. Khuyết điểm : Phải chỉnh điện thế DC của điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn cung cấp thì tín hiệu ngõ ra mới không bị méo .Cặp transistor công suất nếu không phải là cặp transistor bổ phụ thì dễ gây 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).2.2.2. Mạch OCL (Output Capicitor Less ) :Đặc điểm : Được cấp nguồn đối xứng +Vcc và –Vcc nên điện thế điểm giữa bằng 0 . Tín hiệu vào mạch khuếch đại trực tiếp không cần qua tụ .Không có tụ Co ở ngõ ra loa. Ưu điểm:Khả năng chống nhiễu tốt do dùng kiểu khuyếch đại vi sai ở ngõ vào . Đáp tuyến tần số rộng do không dùng tụ và biến thế ngõ ra. Khuyết điểm :Cần dùng 2 nguồn.Tín hiệu ra loa trực tiếp nên điện thế DC ở điểm giữa ngõ ra khác 0V sẽ gây cháy loa vì vậy cần phải có mạch bảo vệ loa.2.2.3. Mạch BTL (Bridge Transistor Line Out) : Đặc điểm :Mạch BTL có hai loại : Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OTL.Dùng nguồn đơn là mạch ampli ghép từ hai mạch khuếch đại công suất OCL. Ưu điểm : Cho ra công suất lớn(gấp 4 lần so với OTL hay OCL) khi sử dụng với nguồn điện áp thấp hoặc dùng cho các Ampli có công suất rất lớn từ 500W đến vài nghìn Walt. Khuyết điểm :Giá thành cao.Tín hiệu ra dễ bị méo hai mạch khuếch đại không giống nhau. Dễ bị cháy nếu điện thế điểm giữa không bằng 0. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNGPhần 1THIẾT KẾ3.1.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lí mạch3.1.2 Sơ đồ nguồn Hình 4.2 Sơ đồ nguồn3.1.3 Sơ đồ mạch in Hình 4.3 Sơ đồ bo mạch3.1.4 Sơ đồ khối. Hình 4.4 Sơ đồ khối của mạch3.1.5 Phân tích các tầng làm việc của mạch a)Khối nguồn:Cung cấp nguồn DC với mức điện áp ổn định là ± 42V cho toàn bộ mạch hoạt động.b)Tầng tiền khuếch đại: Là tầng đầu tiên tín hiệu đi vào, có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức điện thế thấp thành tín hiệu cường độ cao hơn để ghép vào tầng khuyếch đại điện thế (đây là mạch khuếch đại biến điện thế thành cường độ). Do đó tín hiệu phải trung thực, nguồn cấp điện phải được lọc kỹ để khỏi ảnh hưởng tới tín hiệu tại tầng này.c)Tầng khuếch đại Tầng này có chức năng nhận tín hiệu từ tầng nhập vào, chuyển đổi tín hiệu từ ngõ ra tầng nhập thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn để cung cấp cho tầng khuếch đại công suất. d)Tầng khuếch đại công suất:Nhận tín hiệu có điện áp cao từ tầng thúc rồi khuếch đại và cung cấp dòng âm tần có cường đô lớn cho loa.Phần 2 THI CÔNG3.2.1Các thiết bị sử dụng.1 Sơ đồ nguyên lý2 Linh kiện lắp mạch3 Mạch in4 Nguồn cung cấp5 Loa và dây tín hiệu6 Đồng hồ đo 7 Mỏ hàn và thiếc hàn3.2.2Quá trình thi công Phân tích sơ đồ nguyên lý. Tiến hành gia công mạch. Lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch3.2.3 Kết quả. Mạch đã hoàn thành xong,qua quá trình điều chỉnh thì mạch hoạt động tốt,ổn định. HÌNH ẢNH MẠCH THỰC TẾ CHƯƠNG 4 KẾT LUẬNTrong quá trình thực hiện đề tài này mặc dù gặp rất nhiều khó khăn song với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Tiến Dũng cùng với sự nỗ lực của thành viên trong nhóm,chúng em đã hoàn thành xong đề tài.Với đề tài này,ngoài những kiến thức đã học, chúng em còn tiếp thu được một số kiến thức về các mạch khuếch đại công suất mà cụ thể trong đồ án này chúng em đã làm ra mạch khuếch đại công suất có thể sử dụng trong gia đình…..Qua đồ án này chúng em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm cho bản thân.Tuy nhiên do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót.Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô trong khoa cùng toàn thể các bạn sinh viên để đề tài này củ chúng em được hoàn thiện hơn.Chúng em xin trân thành cám ơn

nó phải được thiết kế sao cho nhiệt độ mà nó tạo ra khi hoạt động ở mứcđiện áp cao,dòng điện lớn sẽ được tải ra môi trường xung quanh nhanh

để tránh bị phá hủy nhiệt.Do đó khó tránh khỏi sự ảnh hưởng của méonhiễu,…dẫn đến tín hiệu ra không trung thực.Vậy nên đặc trưng của bộkhuếch đại công suất thường là có khối tản nhiệt lớn,cồng kềnh nhằmtăng diện tích tiếp xúc,trao đổi nhiệt tốt hơn với môi trường

Hiện nay,các bộ khuếch đại công suất được sử dụng rộng rãi trongcác máy thu radio,máy nghe băng và các hệ thống stereo chất lượngcao,trong các thiết bị phòng thu,sân khấu,hệ thống phóng thanh côngcộng

Sau đây chúng em xin trình bày một loại mạch khuếch đại côngsuất,đây có thể được xem là mạch tương đối phổ biến trong kho tàng

mạch khuếch đại Đó là “ mạch khuếch đại âm thanh” Chúng em chọn

đề tài này bởi vì mạch khuếch đại công suất là một trong các mạch dân

dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế và đời sống hàng ngày của giađình.

Nội dung đề tài gồm có chương:

 Chương 1:Tổng quan về đề tài

 Chương 2:Cơ sở lí thuyết

 Chương 3: Mạch khuếch đại công suất

 Chương 4: Thiết kế và thi công mạch

Và đây chính là một cơ hội tốt để chúng em có thể tự kiểm tra lạikiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứuđược với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị chobản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tếcuộc sống

Với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiện chưa tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung Nhất

Hoàng Thị Quỳnh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

- -

Hưng Yên,ngày tháng năm 2017

Giáo Viên Hướng Dẫn

Nguyễn Tiến Dũng

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch

1.1.1 Transistor 2SC5200

Hình 2.1 Transisor 2SC5200-Transistor 2SC5200 cấu tạo gồm 3 lớp bán dẫn ghép với nhau thành hai mối nối P-N

thuộc loại transistor nghịch NPN

-Thông số kỹ thuật:Model :NPN-TO-3PL

-Điện áp cực đại:VCBO =230V

VCEO=230V

VEBO=5V-Dòng điện cực đại:IC=15A

IB= 1.5A

+Ic cực đại =-150mA;

+Hệ số khuếch đại hFE của transistor A1015 trong khoảng từ 70 đến 400

1.2 Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực_BJT

1.2.1 Transistor mắc kiểu E chung

Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mas hoặcđấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều,tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C,mạch có sơ đồ như sau:

Hình 2.5 Transistor mắc kiểu E chung

Rg : là điện trở gánh

Rđt : Là điện trở định thiên

Rpa : Là điện trở phân áp

Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung, tín hiệu đưa vào cực B

và lấy ra trên cực C

-Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung:

+Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điệnápUCEkhoảng 60% ÷ 70 % Vcc

+Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiềulần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp

+Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng khôngđáng kể

+Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tínhiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng

=> kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vàogiảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha vớitín hiệu đầu vào Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụngnhiều nhất trong thiết bị điện tử

1.2.2 Transistor mắc kiểu C chung

Hình 2.6 Transistor mắc kiểu C chung

-Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dươngnguồn Lưu ý về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đươngvới mass, tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

-Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cựcE.

-Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung:

+Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

+Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luônluôn có giá trị khoảng 0,6 V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì

áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độtín hiệu vào

+Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng =>thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm

+Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vàonhiều lần : Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng =>dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistor có

hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽtăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệuđầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào

-Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm(Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thườngdùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn Ngoài ramạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn

1.2.3 Transistor mắc kiểu B chung

-Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ

-Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế.

-Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại về điện áp vàkhông khuyếch đại về dòng điện

Hình 2.7 Transistor mắc kiểu B chung

CHƯƠNG 2: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 2.1 Phân loại các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại công suất.

Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phânmạch khuếch đại công suất ra thành các loại chính như sau:

2.1.1 Khuếch đại công suất loại A:

Class A:Thiết kế hiệu suất thấp khoảng 25%(tức là nếu 1000W đượccung cấp đầu vào chỉ có 25W công suất phát ra loa 75W bị tổn hao dướidạng toả nhiệt trên sò hoặc đèn điện tử trong khi đó hiệ suất class ABkhoảng 35-50%(100W đầu vào cho 50W ra loa).Dodos kích thước chiphí về tản nhiệt cho sò công suất của class A cũng vì thế ma lớn hơn củaclass AB

Ưu điểm của ampli class A không có miền phi tuyến

(nonlinearities)và méo xuyên tâm(cross distortion, turn on/off delay) do chỉ một sò duy nhất hoạt động.Âm thanh các ampli Class A theo đó đượcđánh giá là ngọt ngào, trung thực Một điểm cần lưu ý thêm là các ampli

có tên gọi “thuần” A (pure ClassA) sẽ hoạt động hoàn toàn ở chế độ A Cần chú ý một số ampli có quảng cáo Class A nhưng thực chất chỉ hoạt động ở chế độ A ở miền công suất thấp, khi ampli bị yêu cầu hoạt động cho ra công suất lớn điểm làm việc sẽ chuyển sang chế độ AB

Amplifier Class A sử dụng một sò công suất (Bipolar, FET, hay IGBT) kết nối chung trong hệ thống phát cho cả hai nửa của dạng sóng,

sò công suất sẽ luôn luôn có dòng điện chạy qua ngay cả khi không có tín hiệu chính nào Do đó phần output sẽ không được tải đầy đủ cho dù

sử dụng Bipolar, MOSFET hay IGBT, nó sẽ mang một mức bias Q-point

ở khoảng giữa dòng tải Sò công suất này không bao giờ tắt, đây là một

trong những nhược điểm của Amplifier Class A.

Để đạt được độ tuyến tính cao và gain, phần output của Amplifier Class A lúc nào cũng phải mang giá trị bias MỞ (hoạt động) Một

amplifier được xếp vào class A khi dòng tín hiệu nghỉ ở phần output có giá trị bằng hoặc lớn hơn dòng tải cực đại (ví dụ: Loa) cần thiết để tạo ra tín hiệu output lớn nhất

Do Amplifier Class A hoạt động trong phần tuyến tính, điện áp biascủa sò công suất DC phải được bảo đảm ổn định để duy trì hoạt động hiệu quả cũng như mức sai số thấp Tuy nhiên vì tầng output luôn luôn ở trạng thái MỞ, nguồn điện lúc nào cũng đi qua nó nên sẽ xảy ra hiện tượng sử dụng điện liên tục trong amplifier Sự tốn điện liên tục này tạo

ra mức nhiệt cao và vì hiệu quả chỉ khoảng 30% nên amplifier class A không có khả năng làm việc với các hệ thống khuếch đại công suất cao Mức sử dụng điện liên tục của amplifier class A cũng đòi hỏi một bộ nguồn mạnh và được lọc điện ổn định, tránh các tiếng ồn khó chịu phát

ra từ amplifier khi dòng điện trồi sụt

2.1.2 Khuếch đại công suất loại B:

Có hiệu suất vào khoảng 70 – 80%, tức là tiêu thụ 100W điện sẽ đưa

ra công suất ra loa tối đa 80W, 20% năng lượng còn lại bị tiêu tán dưới dạng nhiệt nên khi chạy rất mát Nhưng class B có độ méo lớn và âm thanh không hay nên ít được dùng trong caccs mạch audio cao cấp

Amplifier Class B được thiết kế nhằm triệt tiêu điểm yếu về hiệu quả làm việc và nhiệt lượng của amplifier Class A Amplifier Class B sử dụng hai sò công suất Bipolar hay FET cho mỗi nửa dạng sóng với giai đoạn output được hiệu chính theo dạng “push-pull” (PP), mỗi sò công suất sẽ khuếch đại một nửa dạng sóng output

Trong amplifier Class B không có dòng DC bias vì dòng nghỉ của

nó là 0, do đó công suất DC của nó rất nhỏ giúp cung cấp mức hiệu năngcao hơn nhiều so với amplifer classA

Khi tín hiệu input có giá trị dương, sò công suất bias dương sẽ hoạt động còn sò công suất bias âm tắt Ngược lại khi sò công suất bias âm hoạt động thì sò công suất bias dương tắt, tạo ra phần giá trị âm của tín hiệu Điều này chứng minh rằng mỗi sò công suất chỉ tạo ra một nửa dạng sóng Mỗi con sẽ hoạt động trong phần 180 độ của dạng sóng

output với thời gian tương ứng nhau, tạo ra dạng sóng output tuyến tính hoàn chỉnh liên tục

Đây là thiết kế PP và có mức hiệu năng cao hơn so với amplifier Class A vào khoảng 50%, tuy nhiên nó cũng tạo ra mức sai số đáng kể trong phần tiếp xúc của dạng sóng vì điện áp input của sò công suất chỉ nằm trong khoảng -0.7V to +0.7V

Sò công suất output của amplifier Class B sẽ không hoạt động cho đến khi đã nạp đủ điện Điều này làm cho phần dạng sóng có giá trị trongkhoảng 0.7V sẽ được tạo ra một cách kém chính xác Vì thế amplifier Class B không được sử dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao

2.1.3 Khuếch đại công suất loại AB

Thiết kế đẩy-kéo (push-pull) của class AB có hiệu suất cao nhằmcho công suất ra loa lớn Đây là thiết kế “lai” giữa Class A và Class Bvới phương thức hoạt động được cải tiến Hai sò công suất trong

amplifier Class AB sẽ hoạt động cùng lúc, triệt tiêu mức sai số tín hiệunhư ta thấy trong Class B Hai sò công suất trong amplifier Class AB cómức bias điện áp rất nhỏ, khoảng 5% đến 10% giá trị của dòng nghỉ cungcấp cho sò công suất Vấn đề là ở chỗ các ampli đẩy-kéo có điểm làmviệc tại khu vực ngưng (cutoff) của đường đặc tuyến tải Tại điểm làmviệc cutoff này chỉ 50% tín hiệu ngõ vào được khuyếch đại, chính vì vậyngười ta phải dùng 2 sò công suất hoạt động, một sò sẽ khuyếch đại phầntín hiệu dương và một sò khuyếch đại phần tín hiệu âm (đẩy-kéo), vì vậy

có tên gọi là Push-Pull Class AB sẽ có mức làm việc cao hơn so với chỉnửa chu kỳ của Class B, nhưng lại ít hơn nhiều so với toàn chu kỳ củaClass A

Ưu điểm của điện áp bias thấp là mức sai số sẽ được giảm thiểu sovới Class B và hiệu năng cũng được cải thiện so với Class A Hiệu năngcủa amplifier Class AB vào khoảng 50% đến 60% Âm thanh của Class

AB Push-Pull theo đánh giá chung là có không gian rộng, hoành tráng và

độ động tốt

2.1.4 Khuếch đại công suất loại C:

Thiết kế Amplifier Class C cung cấp hiệu năng cao nhất với độ tuyến tính thấp nhất Class C có mức bias rất lớn nên dòng output của nó mang giá trị 0 trong hơn nửa chu kỳ của tín hiệu input hình sin với sò công suất

ở trạng thái ngắt điện Phần hoạt động của sò công suất Amplifier Class

C chỉ trong khoảng 90 độ

Sò công suất có mức bias cao cung cấp hiệu năng làm việc ấn tượng (khoảng 80%) tuy nhiên giá trị sai số cũng rất cao Vì thế Amplifier

Class C không được dùng trong âm thanh

Amplifier Class C thường được sử dụng trong các thiết bị truyền sóng radio do đặc thù mạch LC của các thiết bị thu

2.2 Các loại mạch khuếch đại công suất âm tần

2.2.1.Mạch OTL (Output Transformer Less) :

* Đặc điểm :

-Được cấp nguồn đơn +Vcc và mass (0V)

-Tầng khuếch đại công suất đẩy kéo dùng transistor bổ phụ đốixứng nên điện thế điểm giữa ra loa bằng nửa nguồn

-Ngõ ra loa phải ghép với một tụ điện Co

* Ưu điểm :

-Âm thanh đạt chất lượng cao hơn do đáp tuyến tần số rộng ,

-Không bị suy giảm tín hiệu tần số cao do tụ kí sinh của biến áp

-Hiệu suất cao vì không tổn hao trên biến thế Giá thành rẻ, kíchthước nhỏ so với khi dùng biến áp ngõ ra.

* Ưu điểm :

-Cho ra công suất lớn(gấp 4 lần so với OTL hay OCL) khi sử dụngvới nguồn điện áp thấp hoặc dùng cho các Ampli có công suất rất lớn từ500W đến vài nghìn Walt

* Khuyết điểm :

-Giá thành cao

-Tín hiệu ra dễ bị méo hai mạch khuếch đại không giống nhau Dễ

bị cháy nếu điện thế điểm giữa không bằng 0

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Phần 1 THIẾT KẾ 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lí mạch

3.1.2 Sơ đồ nguồn

Hình 4.2 Sơ đồ nguồn

3.1.3 Sơ đồ mạch in

Hình 4.3 Sơ đồ bo mạch

3.1.4 Sơ đồ khối.

Hình 4.4 Sơ đồ khối của mạch

3.1.5 Phân tích các tầng làm việc của mạch

a)Khối nguồn:

Cung cấp nguồn DC với mức điện áp ổn định là ± 42V cho toàn

bộ mạch hoạt động

b)Tầng tiền khuếch đại:

Là tầng đầu tiên tín hiệu đi vào, có nhiệm vụ biến tín hiệu có mức

điện thế thấp thành tín hiệu cường độ cao hơn để ghép vào tầng khuyếchđại điện thế (đây là mạch khuếch đại biến điện thế thành cường độ) Do

đó tín hiệu phải trung thực, nguồn cấp điện phải được lọc kỹ để khỏiảnh hưởng tới tín hiệu tại tầng này

c)Tầng khuếch đại

Tầng này có chức năng nhận tín hiệu từ tầng nhập vào, chuyển

đổi tín hiệu từ ngõ ra tầng nhập thành tín hiệu có mức điện thế cao hơn

để cung cấp cho tầng khuếch đại công suất

d)Tầng khuếch đại công suất:

Nhận tín hiệu có điện áp cao từ tầng thúc rồi khuếch đại và cung cấp dòng âm tần có cường đô lớn cho loa

Phần 2 THI CÔNG

3.2.2Quá trình thi công

-Phân tích sơ đồ nguyên lý

-Tiến hành gia công mạch

-Lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch

3.2.3 Kết quả.

Mạch đã hoàn thành xong,qua quá trình điều chỉnh thì mạch hoạtđộng tốt,ổn định

HÌNH ẢNH MẠCH THỰC TẾ

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

Trong quá trình thực hiện đề tài này mặc dù gặp rất nhiều khó

khăn song với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Tiến Dũng

cùng với sự nỗ lực của thành viên trong nhóm,chúng em đã hoàn thành xong đề tài

Với đề tài này,ngoài những kiến thức đã học, chúng em còn tiếpthu được một số kiến thức về các mạch khuếch đại công suất mà cụthể trong đồ án này chúng em đã làm ra mạch khuếch đại công suất cóthể sử dụng trong gia đình… Qua đồ án này chúng em đã rút ra đượcnhiều kinh nghiệm cho bản thân.Tuy nhiên do kiến thức của chúng emcòn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót.Chúng emmong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô trong khoacùng toàn thể các bạn sinh viên để đề tài này củ chúng em được hoànthiện hơn

Chúng em xin trân thành cám ơn!