Đề tài mạch khuếch đại âm thanh (2w 8ω¿

Phân tích yêu cầu Yêu cầu hệ thống: Mạch có chức năng khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào..  Yêu cầu chức năng: Khuếch đại tín hiệu âm thanh.. Khối khuếch đại công suất Giả sử ta chọn

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện tử - Viễn thông

BÁO CÁO

Đề tài: Mạch khuếch đại âm thanh

(2W -8Ω¿

Nhóm 25 Giảng viên hướng dẫn: Cô Phùng Thị Kiều Hà

Sinh viên thực hiện: Phạm Hải Anh MSSV:20182358

Nguyễn Văn Hà MSSV: 20166025

Hà Nội, tháng 6/2020

MỤC LỤC

1 Quy trình thực hiện ……… 3

2 Phân tích yêu cầu ……… 3

3 Thiết kế sơ đồ khối ………3

4 Phân tích ………4

4.1 Khối khuếch đại công suất……… 4

4.2 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ……… 6

5 Tính toán……… …………7

6 Hình ảnh minh họa……… …….11

1 Quy trình thực hiện

2 Phân tích yêu cầu

 Yêu cầu hệ thống: Mạch có chức năng khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào

 Yêu cầu chức năng: Khuếch đại tín hiệu âm thanh

3 Thiết kế sơ đồ khối

4 Phân tích

4.1 Khối khuếch đại công suất

Giả sử ta chọn loa (tải) có thông số PL = 4W – RL = 8Ω và mạch khuếch đại công suất là mạch khuếch đại đẩy kéo dùng nguồn đơn, có sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý tầng khuếch đại công suất

Trên Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý của tầng khuếch đại công suất

Ta có:

P L=1

2I pL

2 R L=1

2

U2pL R L

(R13+R L)2

Chọn R13 là 1 Ω, ta tính gần đúng được:

P Lmax=2W U pLmax ≈ 6.25 V

Mạch gồm 2 transistor được nuôi bởi nguồn 14VDC, do tính đối xứng, mỗi transistor coi như được nuôi bởi 1 nguồn điện 6VDC Do đó, giá trị biên độ tín hiệu tối đa trên tải chỉ đạt được mức U pLmax=7 V (coi hệ số sử dụng điện áp =100%)

Mặt khác, tầng khuếch đại công suất gồm các transistor được mắc CC, do đó hệ số

khuếch đại điện áp có thể coi gần đúng bằng 1 (không khuếch đại điện áp, chỉ khuếch đại dòng)

Công suất tiêu tán tối đa trên Q5 và Q6 được tính như sau:

P Q 5+P Q 6=P C=P CC−P L=V CC I Crms− U2pL R L

2(R6+R L)2

P C=V CC U pL

(R13+R L)−

U2pL R L

2(R13+R L)2

Với U pLmax=6.25 V ta tính được P Cmax=1.17 W, từ đó suy ra:

P Q 4 max=P Q 5 max=0.585W

Từ thông số tính toán ở trên, ta lựa chọn transistor sao cho hoạt động an toàn với các thông số tính được Transistor được chọn với các yêu cầu sau:

P Qmax ≥ 0.585W ,U CEmax ≥V CC=14 V , ICmax ≥ I Lmax=0.78 A

Từ đó, ta chọn cặp transistor NPN và PNP lần lượt là TIP41 và TIP42 với các thông số:

P Qmax=65 W ,UCEmax=40 V , ICmax=6 A

Phân cực theo chế độ AB cho Q4 và Q5 với các thông số:

U BE=0.65 V , IC=50 mA

Theo datasheet của TIP41 và TIP42 (Hình 1.2), tại 25C, giá trị =100

Hình 1 2 Sự phụ thuộc hệ số  vào dòng phân cực theo các mức nhiệt độ

R6, R7 có tác dụng để ổn định nhiệt, cân bằng tầng đẩy kéo, dòng qua tải cũng chính là dòng qua các trở này ở từng bán kì Bởi vậy, để không ảnh hưởng đến công suất của tải,

ta thường chọn R6 = R7 << RL Có thể chọn: R13 = R14 = 1Ω là các trở công suất

Các diode dùng để cố định điện áp chênh lệch giữa 2 cực B của 2 transistor, đảm bảo 2 transistor này luôn sẵn sàng mở Để chọn diode, ta tính dòng IBQ như sau:

I CQ=50 mA+ U pL

(R6+R L)=50 mA+ 6.25

(1+8)=0.221 A

I BQ=I CQ

❑=1.1 mA

Chọn diode có U D=U BEQ+I CQ R13=0.65+0.011=0.661 V

Có thể chọn diode D1, D2 làloại thông dụng 1N4148

4.2 Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ

Tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm thanh đưa vào

(tín hiệu từ điện thoại, máy tính) thành tín hiệu điện áp có biên độ đủ lớn để đặt vào tầng khuếch đại công suất, do tầng khuếch đại công suất không khuếch đại điện áp

Ta chọn sơ đồ nguyên lý của tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ như trên Hình 2.1, với transistor được phân cực theo chế độ A để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu

Ta chọn transistor khuếch đại là transistor 2N2222A Tại 25C, giá trị =200.

Biên độ tín hiệu ra từ điện thoại có giá trị khoảng 100mV, biên độ tín hiệu vào cho tầng khuếch đại công suất mà ta cần là 6.25V Như vậy, hệ số khuếch đại điện áp của tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ phải đạt:

KU = 60 lần

5 Tính toán các thông số

o Xét tầng 1:

Ta có: ETh1 = 14 V 1 k 10 k +1 k = 1.27 (V)

RTh1 = 10+110 1 = 0.9(kΩ¿

Suy ra: I b 1 = R E Th1−U BE

Th1+(β +1)R B 1 = 900+100.2011,09−0,7 = 0,027 (mA)

re1 = 26 mA Ie = 26 mA

(β +1)Ib = 0,02 20126 = 4,791 (Ω)

Zi1 = RTh1 || Zb1 = RTh1 || β(RE1 + re1) = 863 (Ω)

Zo1 = RC1 = 2.2 (kΩ)

AV1 = V V o 1

i 1 = r−R c 1

e1+R E 1 = 4.791+100−2.2 k = -21

o Xét tầng 2:

Zi2 = RTh2 || Zb2 = RTh2 || β(RE2 + re2) = 863 (Ω)

Zo2 = RC2 = 2.2 (kΩ)

AV2 = −21

o Xét tầng 3:

Ta có: Ib3 = V cc−U BE−U BE

R B 3+β D R E =

14−0,7−0,7

500 k +200.200 10 k (Ω) = 0.316 (μA¿

re31 = 26 mA β I

B 31 = 411 (Ω)

re32 = 26 mA I

C 32 = β β I 26 mA

B 31 = 2 (Ω)

Zi3 = RB || β D R E = 500k || 200.200.10k = 500 (kΩ)

Z03 = r e31

β +r e32 = 411

200 + 2 = 4.1 (Ω)

AV = V o

V i =

I o R E

I i (R B∨¿Z i) = Ai R E

Z i∨¿R B (1)

Mặt khác: RB || Zi = RB || β D R E = β D R E R B

R B+β D R E ;

Ai ≅ β D R B

R B+β D R E

Thay vào (1), ta có: AV ≅ 1

Ta có: V o

V i = AV1

Z i 2

Z i 2+Z o 1 AV2

Z i 3

Z i 3+Z o 2 AV3

R L

R L+Z o 3

= 21 863

863+2200 21

500 500+2.2 1.

8 8+4.1 = 80

6 Hình ảnh minh họa

- Mô phỏng mạch

- Sơ đồ mạch in: