mạch khuếch đại âm thanh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA
---------

BÁO CÁO
THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
Đề Tài: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH SỬ DỤNG TRANSITOR
Giảng viên hướng dẫn: PHẠM THỊ HỒNG ANH
Sinh viên thực hiện: PHAN TUẤN NINH
Lớp : KTĐ-ĐT K14D

Hà Nội, 5 tháng 8 năm 2017

Page | 1


LỜI NÓI ĐẦU
Có thể nói thiết bị khuếch đại âm thanh hay còn gọi là Ampli là một trong
những sản phẩm đầu tiên cho thấy các sản phẩm của ngành điện tử chúng ta có tính
ứng dụng cao trong đời sống hằng ngày... Từ đó tạo ra tiền đề phát triển cho những
sản phẩm tiếp theo của nghành điện tử, phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và giải trí
hàng ngày của mỗi con người. Sau hơn 2 năm học, với sự tích lũy kiến thức của các
môn học như Điện tử cơ bản, Điện tử thông tin, Điện tử công suất… đã đảm bảo
cho em có thể phân tích và thiết kế một mạch khuếch đại công suất âm thanh đơn
giản.
Hiện nay mạch khuếch đại công suất âm thanh rất phổ biến trên thị trường,
tầng khuếch đại công suất thường được thiết kế sử dụng BJT ( FET) công suất,
nhưng với yêu cầu công suất vừa phải phục vụ cho nhu cầu giải trí cá nhân thì để
đơn giản hơn ta có thể thiết kế mạch khuếch đại công suất sử dụng các IC tích hợp
sẵn như: TDA, LA, LM, TL… Việc sử dụng các IC khuếch đại tương tự như một

khối mạch điện phức tạp đã được tích hợp sẵn chắc chắn sẽ dễ dàng và sáng sủa hơn
nhiều so với việc chúng ta tính toán, thiết kế, từng bước xác định tất cả các thông số
của các phần tử trong mạch như transistor, điện trở, tụ điện v.v... để cho ra thành
phẩm cuối cùng.
Nhận thức được sự tiện lợi cùng những ưu điểm vượt trội từ việc sử dụng các
IC khuếch đại thuật toán này đem lại mà nhóm chúng em đi đến quyết định chọn đề
tài “Mạch khuếch đại công suất âm thanh sử dụng transitor” sử dụng transistor
“ TIP41C “ để thực hiện đồ án cho môn học này.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em tuy có nhiều thiếu sót nhưng nhờ được sự
hướng dẫn nhiệt tình cùng những góp ý quý giá mà cô giáo Phạm Thị Hồng Anh
mang lại,em mới có thể hoàn thành tốt đồ án cho môn học này. Vì đây là lần thực
hiện đồ án đầu tiên cho môn chuyên nghành nên mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc
chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó chúng em rất mong nhận được
nhiều đóng góp ý kiến từ thầy Thảo nói riêng và các thầy cô giáo bộ môn khoa Điện
– Điện tử nói chung để đồ án môn học này ngày càng được hoàn thiện hơn. Thay
mặt nhóm, em xin chân thành cảm ơn!
Nhận xét của GVHD :
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................


MỤC LỤC
PHẦN 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI...............................1
1.1 Mục tiêu................................................................................................................1

1.2 Lý do chọn đề tài..................................................................................................1
1.3 Giới hạn đề tài......................................................................................................1
PHẦN 2. THIẾT KẾ....................................................................................................1
2.1 Giới thiệu.............................................................................................................. 1
2.2 Thiết kế sơ đồ khối...............................................................................................1
2.3 Chức năng của từng khối......................................................................................2
2.3.1 Khối nguồn.....................................................................................................2
2.3.2 Khối tiền khuếch đại......................................................................................2
2.3.3 Khối âm sắc....................................................................................................2
2.3.4 Khối khuếch đại công suất.............................................................................2
2.4 Khảo sát một số linh kiện quan trọng được sử dụng trong mạch .........................3
2.4.1 tip41c.............................................................................................................. 3
2.5 Thiết kế sơ đồ nguyên lý.......................................................................................5
2.5.1 Mạch nguồn....................................................................................................5
2.5.2 Mạch tiền khuếch đại.....................................................................................6
2.5.3 Mạch âm sắc...................................................................................................6
2.5.4 Mạch khuếch đại công suất............................................................................7
2.6 Sơ đồ nguyên lý chi tiết........................................................................................9
PHẦN 3. THI CÔNG MẠCH ...................................................................................10
3.1 Danh sách các linh kiện......................................................................................10
3.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý.............................................................................................10
3.3 Vẽ sơ đồ mạch in................................................................................................11
PHẦN 4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN...........................................................................11
Kết luận................................................................................................................... 12
Hướng phát triển....................................................................................................12
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................13


PHAN TUẤN NINH

PHẦN 1:
GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN
1.1 MỤC TIÊU
Sau khi thực hiện xong đề tài này nhóm em sẽ hiểu rõ được nguyên lí làm việc của
các thiêt bị khuếch đại công suất cũng như có thể tự tay chế tạo được cho mình những
mạch ampli đơn giản để nghe nhạc hằng ngày.
1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Mạch khuếch đại âm thanh là một trong những sản phẩm tiêu biểu của ngành điện
tử có tính ứng dụng cao trong đời sống, phục vụ cho nhu cầu nghe nhạc, xem phim
giải trí hằng ngày của mỗi chúng ta.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Bằng những kiến thức cơ bản đã được học mà nhóm em đã có khả năng thiết kế lắp
ráp được mạch ampli có công suất nhỏ (tổng công suất hiệu dụng vào khoảng 40W khi
dùng
( Transistor TIP41C Transistor TIP42C ), có thể sử dụng cho máy nghe nhạc MP3,
điện thoại, tivi, laptop… để phục vụ nhu cầu nghe nhạc giải trí hàng ngày trong căn
phòng có diện tích vừa và nhỏ. Mạch hầu hết sử dụng các linh kiện phổ biến trên thị
trường và có giá cả phù hợp với điều kiện tài chính của các bạn sinh viên. Mạch
khuếch đại công suất âm thanh trong dải âm tần từ 20Hz đến 20kHz.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
1


PHAN TUẤN NINH

PHẦN 2:
THIẾT KẾ
2.1 GIỚI THIỆU
Hầu hết ai trong số chúng ta đều nghe mọi người nhắc đến thiết bị có tên là Ampli,

thiết bị này hầu như không thể thiếu trong mọi gia đình. Ampli thực chất nó là một hệ
thống khuếch đại công suất âm thanh, thường gồm có các thành phần cơ bản như sau:
bộ nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống làm việc, ngõ vào tín hiệu âm thanh đi qua bộ
chỉnh âm sắc bass, treble… tiếp đó đưa đến bộ phận khuếch đại tín hiệu và cuối cùng
mới tới ngõ ra để đưa tín hiệu âm thanh sau khi khuếch đại ra loa để thưởng thức.
2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI
Từ các yêu cầu của một hệ thống khuếch đại công suất âm thanh thì nhóm tiến
hành thiết kế sơ đồ khối của mạch như hình sau:

Hình 2.2 Sơ đồ khối mạch khuếch đại công suất âm thanh.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
2


PHAN TUẤN NINH

2.3 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI
2.3.1 Khối nguồn
Có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.
2.3.2 Khối tiền khuếch đại
Có chức năng khuếch đại tín hiệu ngõ vào lên nhiều lần để đưa qua tầng âm sắc
xử lý. Khối này sử dụng Transistor TIP41C để khuếch đại.
2.3.3 Khối âm sắc
Khối này cho phép chúng ta điều chỉnh được các đặc tính của tín hiệu âm thanh
ngõ vào như điều chỉnh âm trầm (bass), âm bổng (treble) tùy theo sở thích của
người nghe. Sử dụng các mạch lọc thụ động và mạch lọc tích cực để cho phép hoặc
hạn chế một dải tần số nào đó tùy theo nhu cầu, chẳng hạn muốn nghe âm trầm
(bass) thì cần hạn chế dải tần số cao đi qua và ngược lại với âm treble cần hạn chế
dải tần số thấp đi qua.

2.3.4 Khối khuếch đại công suất
Để có thể phát được âm thanh ra loa thì trước đó tín hiệu cần phải được khuếch
đại lên nhiều lần. Ở khối này có chức năng khuếch đại tín hiệu từ tầng âm sắc đưa
qua lên nhiều lần để đảm bảo tín hiệu này đủ lớn, có thể phát ra loa để chúng ta
nghe thấy được. Sử dụng Transistor TIP42C để khuếch đại.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
3


PHAN TUẤN NINH

2.4 KHẢO SÁT MỘT SỐ LINH KIỆN QUAN TRỌNG ĐƯỢC SỬ DỤNG
TRONG
MẠCH

Thông số kỹ thuật:
Điện áp cực đại: UC = 100V
Dòng cực đại: 6A
Hệ số khuếch đại: 15 ~ 75
Nhiệt độ làm việc: -65oC ~ 150oC
Transistor TIP41C là một transistor lưỡng cực – BJT, TIP41C gồm 3 lớp bán
dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau tạo thành transistor phân cực ngược NPN.

Hình 2.4 Sơ đồ chân TIP41C
Transistor TIP41C được đóng gói theo chuẩn TO-220, thứ tự chân từ trái qua
phải là B C E. TIP41C là transistor công suất có hệ số khuếch đại trong khoảng
từ 15 đến 75, công suất lên đến 65W.
TIP41C được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tổng quát, mạch
khuếch đại âm thanh, mạch khuếch đại công suất tuyến tính.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
4


PHAN TUẤN NINH

2.5 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
2.5.1 Mạch nguồn
Mạch sử dụng Transistor TIP41C sử dụng nguồn một chiều đối xứng ±12V
nên ta cần dùng máy biến áp để đưa nguồn xoay chiều 220V xuống điện áp đối
xứng 12V. Điện áp ngõ ra được chỉnh lưu toàn kỳ qua 4 diode để trở thành nguồn
một chiều đối xứng cung cấp cho toàn mạch.
Đối với mạch nguồn thì một thành phần không thể thiếu đó là các tụ lọc nguồn.
Ở đây ta dùng tụ có trị số 4700uF để san phẳng điện áp và dùng thêm tụ gốm 104
có giá trị là 100nF để lọc nhiễu cao tần.

Hình 2.5.1 Mạch nguồn
2.5.2 Mạch tiền khuếch đại
Để có thể xử lý được tín hiệu qua nhiều tầng khác nhau thì cần đảm bảo tín
hiệu ngõ vào phải đến được tầng xử lý cuối cùng trước khi nó bị suy giảm hoàn
toàn. Vì vậy người ta cần khuếch đại tín hiệu ngõ vào này thông qua một mạch tiền
khuếch đại như hình dưới đây:
 Xét mạch Op-Amp lý tưởng: , nên =
 Dòng qua :

(2.1)

 Hệ số khuếch đại vòng kín:
=>

(2.2)

Đối với mạch tiền khuếch đại thì độ khuếch đại tín hiệu không cần quá lớn như
mạch khuếch đại công suất đủ để tín hiệu đi qua được nhiều tầng xử lý tiếp theo mà
không bị suy giảm đi mất và một phần quan trọng hơn là để tín hiệu không bị sái
dạng đi nhiều khi nó còn phải tiếp tục đi qua các tầng xử lý tiếp theo… Thực tế
người ta thường chọn độ khuếch đại vào khoảng từ 5÷10 lần ở tầng này.

2.5.3 Mạch âm sắc
Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
5


PHAN TUẤN NINH

2.5.3a Âm trầm (Bass)
Là âm thanh có dải tần số nghe được nằm trong khoảng từ 20Hz đến 320Hz.
Với kiến thức đã học, chúng ta biết rằng mạch lọc tần số gồm có dạng lọc thụ
động và lọc tích cực. Khi làm việc ở tần số thấp, mạch lọc có điện cảm rất lớn dẫn
đến kết cấu chung của mạch lọc thụ động trở nên phức tạp và tốn kém. Do đó người
ta thường sử dụng mạch lọc tích cực để khắc phục những nhược điểm trên. Ở đây
ta sử dụng mạch lọc tích cực – mạch lọc thông thấp bậc 2 để lọc âm Bass.
Tần số cắt của mạch lọc hình 2.5.3a:
(2.3)
Để đơn giản người ta thường chọn ,
Lúc này:
(2.4)
Suy ra giá trị điện trở cần tìm:
(2.5)

Tính toán thiết kế đối với mạch lọc Bass này thì ta chọn tần số cắt là 320Hz.
Chọn tụ C = 33nF =>
=> Chọn R thực tế là 15kΩ.
Mạch lọc sử dụng Op-Amp khuếch đại đảo có hệ số khuếch đại vòng kín:
=>
(2.6)
Chọn thiết kế mạch lọc có thì:
=> (Dấu trừ chứng tỏ tín hiệu ngõ ra ngược pha 180° so với tín hiệu ban
đầu).
Vậy mạch lọc có ngõ ra khuếch đại tín hiệu âm Bass lên 5 lần so với ban
đầu. Mạch sau khi tính toán thiết kế:
2.5.3b Âm bổng (Treble)
Với phần này ta có thể sử dụng mạch lọc thụ động – Mạch lọc thông thấp sử
dụng RC đơn giản như sau:

Hình 2.5.3b Mạch lọc thông thấp RC
Tần số cắt của mạch lọc RC:
(2.7)
Trong yêu cầu của mạch điều chỉnh âm Treble thì dải tần âm thanh làm việc
còn lại nằm trong khoảng từ 320Hz đến 20kHz. Muốn nghe Treble nhiều thì ta
cho tần số cao đi qua càng nhiều càng tốt, còn ngược lại muốn Treble ít thì hạn
chế dải tần số cao đi qua. Vì vậy để làm được điều này thì ta cần thiết kế một bộ
lọc thông thấp có thể điều chỉnh được dải tần số làm việc trong phạm vi này, cụ
thể như sau:
 Tần số cắt cao nhất mà bộ lọc có thể đạt được là 20kHz:
Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
6


PHAN TUẤN NINH

Chọn C = 10nF => =
=> Chọn = 1kΩ.
 Tần số cắt thấp nhất mà bộ lọc có thể đạt được là 320Hz:
Chọn C = 10nF => =
=> Chọn = 50kΩ.
Như vậy với hai giá trị R là 1kΩ và 50kΩ vừa thu được ở trên ta sẽ đề ra
phương án là mắc thêm biến trở VR = 50kΩ với điện trở 1kΩ . Mạch lọc lúc
bấy giờ được thiết kế lại như sau:

Hình 2.5.3c Mạch lọc thông thấp điều chỉnh được tần số cắt.

Hình 2.5.3d Kết quả mô phỏng tần số cắt cao.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
7


PHAN TUẤN NINH

Hình 2.5.3e Kết quả mô phỏng tần số cắt thấp.

2.5.4 Mạch khuếch đại công suất
Sử dụng mạch khuếch đại không đảo có sơ đồ mạch như sau :
 Xét mạch Op-Amp lý tưởng: , nên =
 Dòng qua :

(2.8)

Mặt khác:

 Hệ số khuếch đại vòng kín:
=> (2.9)
Theo Datasheet của nhà sản xuất thì TDA2030A hoạt động ổn định, tín hiệu
ngõ ra được đảm bảo về chất lượng với hệ số khuếch đại vào khoảng 25÷33 lần.
Chọn thiết kế với lần.
Ta có: = 30 =>

= 30

Chọn =>
Ta được mạch khuếch đại công suất như sau:

2.6 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ CHI TIẾT
Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
8


PHAN TUẤN NINH

Hình 2.6 sơ đồ mạch nguyên lí

PHẦN 3:
Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
9


PHAN TUẤN NINH

THI CÔNG MẠCH
3.1 DANH SÁCH LINH KIỆN

Bảng 3.1 Danh sách các linh kiện được sử dụng trong mạch

3.2 VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
10


PHAN TUẤN NINH

Sơ đồ nguyên lý được vẽ bằng chương trình Schematic Capture có trong phần
mềm Proteus 8.4 trên máy tính như hình sau:

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý được vẽ bằng chương trình Schematic Capture

Chương 4:
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Sau khi thi công và cho mạch hoạt động trong điều kiện thực tế thì nhóm có
một số nhận xét về mạch như sau:
 Mạch hoạt động tương đối ổn.
 Chỉnh được Bass, Treble.
 Khi dùng với tải là loa có trở kháng 4Ω thì công suất của mạch khuếch đại
lớn hơn rất nhiều so với khi dùng với loa có trở kháng 8Ω. Như vậy với tải
là loa có trở tráng càng nhỏ thì mạch khuếch đại có công suất càng lớn.
 Sản phẩm sau khi thi công có kích thước còn hơi lớn, chưa tối ưu tốt về
kích thước bo mạch.
 Sản phẩm an toàn cho người sử dụng do đã được bọc cách ly nguồn.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
11

PHAN TUẤN NINH

KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN
Sau khi thực hiện xong đề tài này em đã có thể:
 Hiểu được nguyên lý hoạt động cơ bản của mạch khuếch đại công suất.
 Có thể thiết kế và thi công được mạch khuếch đại công suất nhỏ.
Có thể sửa chữa được các hư hỏng thường gặp của loa vi tính dung Transistor

TIP41C
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng bài tập lớn của em vẫn còn sai sót và hạn
chế về mặt cơ sở lý thuyết cũng như kiến thức thực tế cần trình độ chuyên môn
cùng với thời gian làm đề tài còn hạn hẹp, em rất mong thầy và các bạn góp ý.
Một lần nữa em xin cảm ơn thầy giáo Phạm Thị Hồng Anh đã tận tình giúp đỡ
em trong quá trình làm bài tập lớn.em xin cảm ơn các thầy giáo đã tạo điều
kiện tốt nhất để em hoàn thành bài tập lớn này .
em xin chân thành cảm ơn !

HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Để sản phẩm làm ra có thể hoàn thiện hơn thì nếu có điều kiện thuận lợi về mặt
kinh phí, nhóm dự định sẽ cải tiến thêm một số tính năng cần thiết cho người sử
dụng cũng như khắc phục những vấn đề còn tồn tại trong sản phẩm như:
 Sản phẩm có thể bổ sung thêm tính năng chống ngắn mạch ở tải ngõ ra để
không gây chết Transistor khi chẳng may xảy ra lỗi do người dùng bất cẩn
trong lúc lắp ráp hệ thống loa, đảm bảo an toàn cho cả hệ thống mạch.
 Sản phẩm sẽ được cải tiến, giảm kích thước board mạch để có thể lắp đặt dễ
dàng trong các thùng loa, đảm bảo tính gọn gàng và thẩm mỹ cho sản phẩm.
 Sản phẩm có thể cải tiến thêm các chức năng như: thêm modul đọc nhạc từ

thẻ nhớ, USB, thu tín hiệu qua Bluetooth.
 Sản phẩm có thể lắp thêm mạch hiển thị led nháy theo cường độ âm thanh.
 Sản phẩm có thể bổ sung thêm tính năng Equalizer, điều chỉnh được 10 dải
tần số âm thanh khác nhau để đáp ứng nhu cầu nghe nhạc cho một số người
dùng khó tính.

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
12


PHAN TUẤN NINH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 - Lê Chí Kiên: (04/2013):Giáo trình Đo lường cảm biến
Nhà xuất bản: Đại học Quốc gia TP. HCM
2 Nguyễn Văn Bình – Nguyễn Tất Tiến : Nguyên lý động cơ do
(nhà xuất bản KH-KT Hà Nội 1985)
3 Vò Gia Hanh, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu:2002:Máy điện 1 và 2
:NXBKHKT
4 Nguyễn Doãn Phước:2002:Lý thuyết điều khiển tự động :NXBKHKT
5 Phan Quốc Phô :2002 : Cảm biến :NXBKHKT

Thái nguyên,Tháng 8 Năm 2017
13