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

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: Cơ Phùng Thị Kiều Hà

Sinh viên thực hiện: Phạm Hải Anh

MSSV:20182358

Nguyễn Văn Hà

Hà Nội, tháng 6/2020

MỤC LỤC
1

MSSV: 20166025


1. Quy trình thực hiện …………………………………………………………………………………..3
2. Phân tích u cầu ……………………………………………………………………………………..3
3. Thiết kế sơ đồ khối ……………………………………………………………………………………3
4. Phân tích ………………………………………………………………………………………………4
4.1. Khối khuếch đại cơng suất…………………………………………………………………………..4
4.2. Khối khuếch đại tín hiệu nhỏ………………………………………………………………………..6

5. Tính tốn……………………………………………………………………………………..…………7
6. Hình ảnh minh họa……………………………………………………………………………..…….11

1. Quy trình thực hiện

2


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

3


4. Phân tích
4.1. Khối khuếch đại cơng suất
Giả sử ta chọn loa (tải) có thơng 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 cơng suất
Trên Hình 1.1 là sơ đồ ngun lý của tầng khuếch đại cơng suất.
Ta có:
2
1 2
1 U pL R L
P L= I pL R L =
2
2 (R13 + R L )2

Chọn R13 là 1 Ω, ta tính gần đúng được:
4


P Lmax =2W  U pLmax ≈ 6.25 V

Mạch gồm 2 transistor được ni 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
dịng).
Cơng suất tiêu tán tối đa trên Q5 và Q6 được tính như sau:
PQ 5 + PQ 6 =PC =PCC −PL =V CC I Crms−

U 2pL RL
2

2 ( R 6 + RL )

U pL
U 2pL R L
PC =V CC
−
(R 13+ R L ) 2 ( R 13+ R L ) 2

Với U pLmax =6.25 V ta tính được PCmax =1.17 W , từ đó suy ra:
PQ 4 max=PQ 5 max=0.585W

Từ thơng số tính tốn ở trên, ta lựa chọn transistor sao cho hoạt động an tồn với các
thơng số tính được. Transistor được chọn với các yêu cầu sau:
PQmax ≥ 0.585W ,U CEmax ≥V CC =14 V , I Cmax ≥ I Lmax =0.78 A

Từ đó, ta chọn cặp transistor NPN và PNP lần lượt là TIP41 và TIP42 với các thông số:
PQmax =65 W ,U CEmax =40 V , I Cmax =6 A

Phân cực theo chế độ AB cho Q4 và Q5 với các thông số:
U BE=0.65 V , I C =50 mA

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

5


Hình 1. 2 Sự phụ thuộc hệ số  vào dịng phân cực theo các mức nhiệt độ
R6, R7 có tác dụng để ổn định nhiệt, cân bằng tầng đẩy kéo, dịng qua tải cũng chính là
dịng qua các trở này ở từng bán kì. Bởi vậy, để khơng 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 dịng IBQ như sau:
I CQ =50 mA +
I BQ=

U pL
6.25
=50 mA +
=0.221 A
(R6 + R L )
(1+8)

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 là loại thơng 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 tồn vẹn của tín hiệu.

6


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 tốn các thơng số
o Xét tầng 1:
Ta có: ETh1 =

14 V .1 k
= 1.27 (V)
10 k +1 k

7


RTh1 =

10 . 1
= 0.9(kΩ ¿
10+1

Suy ra: I b 1 =
re1 =

ETh1 −U BE
1,09−0,7
=
= 0,027 (mA)
R Th1 +(β +1) R B 1 900+100.201

26 mA
26 mA
26
=
=
= 4,791 (Ω)
Ie
(β +1) Ib 0,02. 201

Zi1 = RTh1 || Zb1 = RTh1 || β (RE1 + re1) = 863 (Ω)
Zo1 = RC1 = 2.2 (kΩ)
AV1 =

V o1
−Rc 1
−2.2 k
=
=
= -21
V i 1 r e1 + R E 1 4.791+100

o Xét tầng 2:
Zi2 = RTh2 || Zb2 = RTh2 || β (RE2 + re2) = 863 (Ω)
Zo2 = RC2 = 2.2 (kΩ)
AV2 = −21
o Xét tầng 3:

8


Ta có: Ib3 =

V cc −U BE−U BE
14−0,7−0,7
=
= 0.316 (μA ¿
500 k +200.200 .10 k (Ω)
RB3+ βD . R E

re31 =

26 mA

= 411 (Ω)
β . I B 31

re32 =

26 mA
26 mA
=
= 2 (Ω)
I C 32
β . β . I B 31

Zi3 = RB || β D . R E = 500k || 200.200.10k = 500 (kΩ)
Z03 =

r e31
411
+ 2 = 4.1 (Ω)
+ r e32 =
200
β

AV =

I o . RE
Vo
RE
=
= Ai .
(1)

V i I i .(RB ∨¿ Z i )
Z i∨¿ R B

9


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

Ai ≅

β D . R E . RB
;
RB+ β D . RE

β D . RB
RB + β D . R E

Thay vào (1), ta có: AV ≅ 1.
Ta có:

Vo
Zi2
Zi3
RL
= AV1 .
. AV2 .
. AV3 .
Vi
Z i 2+ Z o 1
Z i 3 +Z o 2

R L +Z o 3

= 21 .

863
500
8
. 1.
. 21.
= 80
863+2200
500+2.2
8+4.1

10


6. Hình ảnh minh họa

-

Mơ phỏng mạch

11


-

Sơ đồ mạch in:

12


13