MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
KHOA ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ I
Đề tài: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH

Giảng viên hướng dẫn: TS. PHÙNG THỊ KIỀU HÀ
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 06

1. Nguyễn Trọng Lâm – 20198135
2. Quách Ngọc Trường Giang – 20198125
3. Nguyễn Quang Vinh - 20198155

Hà Nội, 1-2022

2

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế ngày càng quốc tế hóa, xã hội cũng ngày càng phát triển. Để đáp ứng nhu
cầu bức thiết của cuộc sống và hội nhập tiến độ phát triển trên thế giới, đi hỏi các ngành
khoa học kỹ thuat hiện nay ngày phải một nâng cao và phát triển về chất lượng và
khả năng ứng dụng rộng rãi. Trong đó ngành cơng nghệ kỹ thuật điện tử cũng đóng
một vai trị quang trọng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất của thế giới. Là một
sinh viên đang còn ngồi trên ghế nhà trường,… em đã được trao dồi những kiến thức
chuyên môn của ngành học.

Tuy được học và thực hành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ một phần nào đó nhỏ bé
so với những kiến thức ngoài thực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ
gặp phải. Vì thế, em rất muốn vận dụng nhũng kiến thức đã được học vào thực tiễn

và học hỏi những gì cịn thiếu. Qua sự giúp đỡ của cô giáo bộ môn,em đã học hỏi
được rất nhiều điều trong thực tế, cũng như tìm hiểu nhung vấn đề, tài liệu liên quan
giúp ích cho việc hồn thành bài tập lớn này. Vì thế sau khi cân nhắc và được sự góp
ý của giáo viên nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “Mạch khuếch đại âm thanh”.

3

MỤC LỤC

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ.......................................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ......................................................................................5

1. Giới thiệu đề tài.........................................................................................................5
2. Phân tích đề tài..........................................................................................................5
CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ......................................................................6
1. Sơ đồ khối ..................................................................................................................6
2. Sơ đồ ngun lý .........................................................................................................6
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG ......................................................................13
1. Tính tốn thông số mạch........................................................................................13

1.1. Nguồn cung cấp ......................................................................................................13
1.2. Tầng 1: Mạch mắc theo kiểu E chung, phân áp ..................................................13
1.3. Tầng 2: Tầng Khuếch Đại Dòng Điện (Tầng Darlington) ..................................15
1.4. Tầng 3: Khuếch Đại Công suất .............................................................................17
1.5. Thơng số khuếch đại tồn mạch: ..........................................................................18
2. Kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm Proteus và so sánh với kết quả tính tốn....18
3. Mơ phỏng thiết kế sử dụng phần mềm Altium ....................................................21
KẾT LUẬN ..............................................................................................................................22

4

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

STT Công việc Mô tả công việc Người thực hiện

1 Tính tốn lý thuyết Tính tốn số liệu của linh kiện

mạch được sử dụng. Tham chiếu Nguyễn Trọng Lâm

datasheet của linh kiện được sử

dụng và giải thích các thơng số

được lựa chọn

2 Thiết kế sơ đồ khối, Thiết kế mạch khuếch đại trên

mạch nguyên lí và phần mềm thiết kế mạch Nguyễn Quang

thiết kế mạch in. Altium. Vinh

3 Mô phỏng mạch Mô phỏng mạch trên phần mềm Quách Ngọc

nguyên lí mô phỏng Multisim/Proteus. Trường Giang

4 So sánh kết quả So sánh kết quả mô phỏng với Quách Ngọc
lý thuyết Trường Giang

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1. Giới thiệu đề tài

1.1. Giới thiệu thành viên nhóm

Nhóm nghiên cứu gồm 3 thành viên :

+ Nguyễn Trọng Lâm – 20198135

+ Quách Ngọc Trường Giang – 20198125

+ Nguyễn Quang Vinh - 20198155

1.2.Tên đề tài

Mạch khuếch đại âm thanh

1.3.Mục tiêu đề tài

− Thực hiện khuếch đại tín hiệu nhỏ từ đầu vào là âm thanh và phát ra loa

− Có kinh nghiệm thực nghiệm mơn điện tử tương tự I

− Nắm vững kiến thức được học trên lớp

2. Phân tích đề tài

2.1. Yêu cầu hệ thống

− Mạch có chức năng khuếc đại tín hiệu âm thanh
2.2. Thông số kĩ thuật

− Sử dụng nguồn vào: 35V

− Công suất mạch: 12W

− Tín hiệu đầu vào: 50mV

− Tải dùng loa: 8Ω
2.3. Yêu cầu chức năng, phi chức năng

− Khuếch đại tín hiệu âm thanh đầu vào phát ra tải là loa

− Áp dụng cho nhiều mạch âm thanh

6

CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ

1. Sơ đồ khối

Nguồn ni 35V

Tín hiệu Khuếch Khuyếch Khuếch đại

vào đại tín Đại dịng hiệu nhỏ điện cơng suất Loa

Hình 1. Sơ đồ khối mạch khuếch đại âm thanh

2. Sơ đồ nguyên lý
+ Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
+ Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm thanh

7

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm thanh
Mạch gồm có Q1 là transitor mắc theo kiểu E chung, phân cực phân áp đóng vai trị khuếch
đại tín hiệu đầu vào. Q2 và Q3 mắc thành tầng darlington theo kiểu C chung có tác dụng khuếch
đại dòng điện. Q4,Q5,Q6,Q7 tạo thành 2 cặp transitor bổ phụ mắc theo kiểu darlington có tác
dụng khuếch đại cơng suất theo kiểu AB.
Thông số của từng linh kiện:
Điện trở: R1: 170kΩ, R2: 20kΩ, R3: 330kΩ, R4:180Ω, R5=1kΩ, R6=1kΩ, RC=20kΩ,
RE1= 30Ω, RE2 =3kΩ
Tụ điện: C1=150uF, C2= 100uF, C3=100uF, C4=2200uF
Transistor: Q1 & Q2: 2N3904, Q3: TIP41, Q4: 2SD756
Q5:TIP41, Q6: 2SD758, Q7: TIP42
Loa: 8Ω - 5W
Diode: D1/D2: 1N4148
+ Q1 & Q2: 2N3904
Datasheet của 2N3904

8

+ Q3 & Q5: TIP41
Datasheet của TIP 41

9

+ Q4: 2SD756
Datasheet của 2SD756

+ Q6: 2SD758

10
Datasheet của 2SD758

+ Q7: TIP42
Datasheet của TIP42

11

+ D1 = D2: 1N4148
Datasheet của 1N4148

12

13

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ MÔ PHỎNG

Dựa trên sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý được trình bày ở trên, chúng em xin trình
bày lời giải cho phần tính tốn và mơ phỏng mạch như sau:

1. Tính tốn thơng số mạch

Yêu cầu của thiết kế: Công suất loa PL =12W

1.1. Nguồn cung cấp

Cơng suất trung bình phân phối trên tải được tính theo cơng thức:

12 𝑉2 ⋅ 𝑅𝐿
𝑃𝐿 = 𝐼𝑃𝐿 ⋅ 𝑅𝐿 =
𝐿

2 2(𝑅𝐿)

 𝑉𝐿 = √2𝑅𝐿𝑃𝐿 ≈ 14𝑉

Trong mạch hệ số sử dụng điện áp xấp xỉ bằng 0.9

𝜉 = 2. 𝑉𝐿𝑃 = 0,9
𝑉𝑐𝑐

𝑉𝑐𝑐 = 2. 𝑉𝐿 / 0.9 ≈ 31 𝑉
Tuy nhiên sẽ có sự sụt áp khoảng 1,4V trên 2 transitor Q4,Q5

Vậy nhóm quyết định chọn nguồn Vcc = 35V
Ta có: Vo = 𝑉𝐿=14V

Hệ số khuếch đại cần đạt được là :
𝐴𝑉 = 𝑉𝑜 𝑉𝑖 = 14/0.05 = 280

1.2. Tầng 1: Mạch mắc theo kiểu E chung, phân áp
Hình vẽ như sau:

14

Hình 3.1 Sơ đồ biểu diễn tầng 1

• Sử dụng transitor Q1 2N3904 (hoặc 2N2222A) mắc Emiter chung.
• Tham khảo Datasheet chọn điểm làm việc tĩnh Q (Uce;Icq)

Là điểm Q (12V; 1mA). Lúc này hệ số 𝛽 của trans vào khoảng 150 lần.

❖ Chế độ làm việc 1 chiều:

(Rc+Re1+Re2) . Ic = Vcc – Vce
 Rc+Re1+Re2= 23k (Ω)

Ve<<Vcc => Chọn Ve = 3V
 Re1+Re2=Ve/Ie = 3/0.01=3k
 Rc = 20k
Ta có: 𝐴𝑉1= 𝑅𝑐 𝑅𝑒1+ 𝑟𝑒1 = 280
 Re1 = 40 Ω
 Re2 = 3K Ω

Ta có: Vb = Vbe + Ve = 0.7 + 3 =3.7 V

Mà Vb = 𝑅2 . Vcc => 𝑅2 = 37
𝑅1+𝑅2 𝑅1+𝑅2 350

Vì 𝛽Re>10.R2 => Chọn R2 = 20k Ω

=> R1 = 170KΩ

❖ Chế độ xoay chiều:

𝐴𝑉1=𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 ≈ −𝑅𝑐 𝑅𝑒1 = -303 𝑅𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝑐 = 20𝑘Ω

re1 = 26𝑚𝑉=26Ω ℎ𝑖𝑒 = 𝛽. 𝑟𝑒1 = 3,9(𝑘Ω)

𝐼𝑒1

𝑅𝑖𝑛 = R2//R3//(ℎ𝑖𝑒 + ( 𝛽 + 1). 𝑟𝑒1)=5,5 (𝑘Ω)

15

1.3.Tầng 2: Tầng Khuếch Đại Dòng Điện (Tầng Darlington)
+ Do có tụ nối tầng nên ở chế độ này, tầng tiền Khuếch Đại hoạt động độc lập.
+ Hình vẽ của tầng 2:

16

Hình 3.2 Sơ đồ biểu diễn tầng 2

❖ Chế độ một chiều:

Chọn điểm làm việc tĩnh của trans NPN BC547 là Q2 ( 5V,2mA) 𝛽2=120 và trans NPN Tip41
là Q3( 5V, 0.1A) 𝛽3 = 50
 𝛽𝐷 = 𝛽2𝛽3 + 𝛽2 + 𝛽3 = 6170
• 𝐼𝐸3 = 0,1(𝐴) => 𝐼𝐵3 = 𝐼𝐸3 ∕ 𝛽3 = 2(𝑚𝐴)
• 𝐼𝐸2 = 𝐼𝐵3 = 2(𝑚𝐴) => 𝐼𝐵2 = 𝐼𝐸2 ∕ 𝛽2 = 16,67(à)

Theo cụng thc ta cú:

ã = 𝑅4 = (𝑉𝑐𝑐−𝑉𝐶𝐸3) 𝐼𝑐 = 150 Ω 3

• 𝐼𝐵2 = ( 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒1−𝑉𝑏𝑒2 ) 𝑅3+𝛽𝐷.𝑅𝐸 => R3 =216 kΩ

Trên đo đạc thực tế , nhóm em nhận thấy nếu đặt giá trị điện trở như vậy sẽ khuếch đại chưa đủ
và gây méo tín hiệu nên đã điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu bài ra .

• 𝑅𝐸 = 𝑅4 = 180 Ω
• R3 =380 kΩ

17

❖ Chế độ xoay chiều: re3 = 26𝑚𝑉=0.26Ω
re2 = 26𝑚𝑉=13Ω
𝐼𝑒3
𝐼𝑒2
𝑅𝑜𝑢𝑡= re2/ 𝛽2+ re3= 0.52Ω
𝑅𝑖𝑛 = 𝑅𝐵//𝐵𝐷. 𝑅𝐸=175 kΩ
𝐴𝑉2 ≈ 1
1.4. Tầng 3: Khuếch Đại Cơng suất
+ Hình vẽ của tầng 3:

Hình 3.2 Sơ đồ biểu diễn tầng 3

+ Tầng khuếch đại ở chế độ AB có mục đích giúp cho tín hiệu ít xảy ra trễ và ít có khả
năng bị méo.

+ Công suất tiêu tán cực đại trên 1 con trans là:
𝑉𝐶𝐶2 14,6

𝑃𝑄 = 2 =
𝜋 .𝑅 𝑅

Sử dụng 2 trở 1k để phân cực cho 2 cặp transitor
Công suất tiêu tán tối đa trên 2 Transistor Q6, Q7:

18

𝑉𝑐𝑐2
𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥 = 2𝛱2𝑅𝐿
 Công suất mà mỗi transitor Q5, Q7 phải chịu là
𝑃𝑐𝑄𝑚𝑎𝑥 = 4𝛱2𝑅 𝑉𝑐𝑐2𝐿 = 3,8 W
Để Transistor hoạt động an tồn, ta chọn:
• Pc>4W
• Vce >Vcc = 35V
 Chọn cặp Trans bổ phụ Tip41 và Tip42 chịu được công suất lớn cộng kèm với cặp trans bổ phụ
2SD756 và 2SD758 để tạo thành 2 Cặp trans mắc theo kiểu darlington khuếch đại công suất
class AB.
 𝐴𝑉3 ≈ 1

+Diode D1, D2 có tác dụng giúp cho khơng xảy ra sút áp giữa hai cực B của

transistor

Tính tốn thơng số của các tụ
Tụ C1: 𝑓𝐿1 = 20 ≥ 1 2𝜋𝐶1𝑅ln1 => C1 ≥ 144uF
Tụ C2: 𝑓𝐿2 = 20 ≥ 1 2𝜋𝐶2(𝑅ln1z+𝑅out) => C2 ≥ 0.38uF
Tụ C3 (Cer2) 𝑓𝐿3 = 20 ≥ 1 2𝜋𝐶3(𝑅𝐸//(𝑅1//𝑅2)/𝐵 +𝑟𝑒1) => C3≥82uF
Chọn C1=150uF, C2, C3 =100uF
C4 lọc tín hiệu 1 chiều, đưa tín hiệu ra tải đồng thời nạp phóng trong 2 nửa chu kỳ => chọn giá
trị cao C4 = 2200uF

1.5.Thông số khuếch đại toàn mạch:
𝐴𝑉 = 𝐴𝑉1𝐴𝑉2𝐴𝑉3 = 300

2. Kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm Proteus và so sánh với kết quả tính tốn.
+ Sử dụng phần mềm Proteus với sơ đồ nguyên lí đã thiết kế ở trên, nhóm có kết quả:

19

Hình trên là điện áp đo được trên loa với cận trên dương là 9,55V và cận dưới âm là 11,8V.So
sánh với u cầu kĩ thuật tính tốn được là cần Vloa = 14V để công suất trên loa là 12W chúng
em nhận thấy có hiện tượng sụt áp trong mạch khi đi qua các tầng .dưới đây là kết quả đo
Điện áp của tầng 1 (khuếch đại điện áp )

Điện áp qua tầng 2

20

Điện áp qua tầng 3

− Một số nhận xét cho mạch
+ Như ta thấy, ở tầng 1, muốn tăng khuếch đại thì ta có thể tăng RL => tăng RL của

tầng 1, và nó cùng là trở kháng đầu vào của tầng KĐ 2, nhưng vẫn phải tăng ở mức vừa
phải. 1 là vẫn để Q2 hoạt động tại điểm tĩnh Q của nó nên khơng nên thay đổi nhiều.
− Khi không để 2 diode D1 D2?
+ Sẽ xảy ra trường hợp sụt áp từ chân B của Q3 xuống chân B Q5.
+ Giá trị sụt áp bằng xấp xỉ 1,4V tương ứng với 2 diode.