Đang tải... (xem toàn văn)
Có thể nói thiết bị khuếch đại âm thanh hay còn gọi là Ampli là sản phẩm của ngành điện tử 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 sngày của mỗi con người. 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 mạchnhư 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 em đã đi đến quyết định chọn đề tài “Mạch Ampli 2.1” sử dụng IC công suất TDA2030 để thực hiện đồ án cho môn học này.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY LỜI NĨI ĐẦU Có thể nói thiết bị khuếch đại âm hay gọi Ampli sản phẩm ngành điện tử có tính ứng dụng cao đời sống ngày Từ tạo tiền đề phát triển cho sản phẩm nghành điện tử, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt giải trí hàng ngày người Hiện nay, mạch khuếch đại công suất âm phổ biến thị trường, tầng khuếch đại công suất thường thiết kế sử dụng BJT ( FET) công suất, với yêu cầu công suất vừa phải phục vụ cho nhu cầu giải trí cá nhân để đơn giản ta thiết kế mạch khuếch đại cơng suất sử dụng IC tích hợp sẵn như: TDA, LA, LM, TL… Việc sử dụng IC khuếch đại tương tự khối mạch điện phức tạp tích hợp sẵn chắn dễ dàng sáng sủa nhiều so với việc tính tốn, thiết kế, bước xác định tất thông số phần tử mạch transistor, điện trở, tụ điện v.v thành phẩm cuối Nhận thức tiện lợi ưu điểm vượt trội từ việc sử dụng IC khuếch đại thuật toán đem lại mà em đến định chọn đề tài “Mạch Ampli 2.1” sử dụng IC công suất TDA2030 để thực đồ án cho mơn học Trong q trình thực đồ án, gặp nhiều khó khăn nhờ hướng dẫn nhiệt tình góp ý quý thầy giáo Nguyễn Trường Duy mang lại, em hồn thành tốt đồ án cho mơn học Vì lần thực đồ án cho mơn chun nghành nên khó tránh khỏi thiếu sót Do em mong nhận nhiều đóng góp ý kiến từ thầy Duy nói riêng thầy giáo mơn khoa Điện – Điện tử nói chung để đồ án mơn học ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY Nhận xét GVHD: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU-GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu 1.2 Giới hạn đề tài 1.3 Mục tiêu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu IC TDA 2030 2.2 Giới thiệu IC 4558 2.3 Giới thiệu mạch khuếch đại thuật toán (OPAMP– Operational Amplifier) 2.4 Giới thiệu mạch ampli 2.1 .9 2.5 Mạch lọc tần số 2.6 Mạch khuếch đại công suất âm tần .9 CHƯƠNG : THIẾT KẾ .10 3.1 Sơ đồ khối chức .10 3.1.1 Sơ đồ khối 10 3.1.2 Chức khối 10 3.2 Thiết kế chi tiết 11 3.2.1 Mạch nguồn 11 3.2.2 Mạch tiền khuếch đại 11 3.2.3 Mạch lọc tần sô thấp 12 3.2.4 Mạch khuếch đại công suất 13 CHƯƠNG : THI CÔNG MẠCH 14 4.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 14 4.2 Sơ đồ mạch in 15 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện .16 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 17 5.1 Kết thực 17 5.2 Kết luận 17 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY 5.3 Hướng phát triển 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO .18 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU-GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu Hầu hết số nghe người nhắc đến khái niệm Ampli Thiết bị thiếu gia đình sản phẩm tiêu biểu ngành điện tử có tính ứng dụng cao đời sống Ampli thực chất hệ thống khuếch đại cơng suất âm thanh, thường gồm có thành phần sau: nguồn cung cấp cho tồn hệ thống làm việc, ngõ vào tín hiệu âm qua chỉnh âm sắc bass, treble… tiếp đưa đến phận khuếch đại tín hiệu cuối tới ngõ để đưa tín hiệu âm sau khuếch đại loa để thưởng thức, phục vụ cho nhu cầu nghe nhạc, xem phim giải trí ngày 1.2 Giới hạn đề tài Trên thị trường nay, thiết bị khuếch đại âm tần có cơng suất tương đối lớn lên đến 1000w, với phạm vi làm đồ nên nên em chọn thiết kế mạch với công suất 14w dùng IC TDA 2030, phù hợp cho nhu cầu giải trí ngày nghe nhạc MP3, điện thoại, tivi giá hợp lý sinh viên 1.3 Mục tiêu - Tìm hiểu nguyên lý mạch lọc tần số thấp mạch khuếch đại âm tần - Thực thiết kế thi công mạch sử dụng IC TDA 2030 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu IC TDA 2030 Theo tài liệu mô tả nhà sản suất TDA2030A IC tích hợp có chức khuếch đại tín hiệu tần số thấp chế độ AB, công suất ngõ lên tới 14W có dòng cao, ổn định méo dạng thấp Sơ đồ chân ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY Thông số định mức Kí hiệu Thơng số Giá trị Đơn vị V Vs Nguồn cung cấp ± 18 Vi Điện áp ngõ vào Vs Vi Điện áp tham chiếu ngõ vào ±15 V Io Dòng đỉnh ngõ 3.5 A Cơng suất t= 90 ºC 20 W -40 đến 150 ºC Ptot Tstg,Tj Nhiệt độ giới hạn 2.2 Giới thiệu IC 4558 Ic 4558 mạch tích hợp nguyên khối thiết kế gồm mạch khuếch đại hoạt động độc lập Sơ đồ chân ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY Thông số định mức Kí hiệu Thơng số Giá trị Đơn vị VS Nguồn cung cấp ± 18 V VI Điện áp ngõ vào ±15 V Điện áp tham chiếu ngõ vào ±30 V PD Công suất 570 mW Tstg Nhiệt độ giới hạn -40 đến 85 ºC VIDR 2.3 Giới thiệu mạch khuếch đại thuật toán (OPAMP– Operational Amplifier) Khuếch đại thuật toán (OPAMP – Operational Amplifier) khuếch đại DC có hệ số khuếch đại Av cao, thường chế tạo dạng tích hợp V+ : Ngõ vào không đảo V- : Ngõ vào đảo Vout : Ngõ Đối với opamp lý tưởng : VI + = V I I+ = I- ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY 2.4 Giới thiệu mạch ampli 2.1 Ngày có nhiều mạch ampli để lựa chọn : ampli 2.0, ampli 2.1 Với người yêu cầu dải trầm tốt nghe nhạc hệ thống 2.1 giải pháp hữu hiệu Có thể nhận hệ thống 2.1 dạng 2.0 gồm kênh vệ tinh bổ sung thêm loa subwoofer (hay cục bass) Hệ thống 2.1 chơi tốt loại nhạc sôi động, thể đầy đặn tất dải trầm Mạch sử dung IC tích hợp sẵn như: TDA, LA giúp cho việc tính tốn thiết kế trở nên đơn giản 2.5 Mạch lọc tần số Chúng ta biết mạch lọc tần số gồm có dạng lọc thụ động lọc tích cực Khi làm việc tần số thấp, mạch lọc có điện cảm lớn dẫn đến kết cấu chung mạch lọc thụ động trở nên phức tạp tốn Do người ta thường sử dụng mạch lọc tích cực để khắc phục nhược điểm Ở ta sử dụng mạch lọc tích cực – mạch lọc thơng thấp bậc để lọc âm Bass 2.6 Mạch khuếch đại công suất âm tần Mạch khuếch đại công suất âm tần thường thiết kế transistor công suất IC tích hợp sẵn Đối với mạch thiết kế transistor cho cơng suất lớn âm chất lượng không tốt, mạch dùng IC tích hợp cho cơng suất nhỏ chất lượng âm thu trẻo, việc thiết kế thi công trở nên đơn giản đáp ứng tốt nhu cầu giải trí cá nhân Ở ta sử dụng IC tích hợp sẵn TDA 2030 Việc sử dụng IC khuếch đại tương tự khối mạch điện phức tạp tích hợp sẵn chắn dễ so với việc tính toán, thiết kế, bước xác định tất thông số phần tử mạch ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY CHƯƠNG : THIẾT KẾ 3.1 Sơ đồ khối chức 3.1.1 Sơ đồ khối 3.1.2 Chức khối - Khối nguồn : Cấp nguồn ±12V cho mạch hoạt động - Khối tiền khuếch đại : khuếch đại tín hiệu đủ để qua tầng tiếp theo, giảm suy hao sái dạng tín hiệu - Khối lọc thơng thấp : ngăn tín hiệu có tần số cao cho tín hiệu có tần số thấp qua tạo âm sub ( âm trầm) - Khối khuếch đại cơng suất : khuếch đại tín hiệu ngõ vào đưa loa 10 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY 3.2 Thiết kế chi tiết 3.2.1 Mạch nguồn Mạch Amply 2.1 sử dụng IC TDA2030 IC 4558, hai sử dụng nguồn chiều đối xứng ±12V, ta dùng biến áp đối xứng, điện áp chỉnh lưu qua cầu diode dùng IC 7812, 7912 để ổn áp với mức điện áp ±12V cung cấp cho toàn mạch 3.2.2 Mạch tiền khuếch đại Mạch tiền khuếch đại 11 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY Xét Op-Apm lý tưởng : Rin = ∞, Rout = 0, I+ = I- = 0, V+ = V𝑉𝑖 𝑉𝑜 Dòng qua R: I = = 𝑅 𝑅𝑓 Hệ số khuếch đại vòng kín : Vo R+Rf Rf Av = = =1+ Vi - - R R Đối với mạch tiền khuếch đại hệ số khuếch đại không cần lớn mạch khuếch đại cơng suất, tín hiệu đủ để qua tầng để giảm suy hao sái dạng Trong thực tế cần hệ số khuếch đại từ 5→10 lần Ở ta chọn Av = → RF = 7R Chọn RF = 33 kΩ → R=4.7 kΩ 3.2.3 Mạch lọc tần sô thấp Mạch lọc thông thấp Tần số cắt mạch : fc = 2π√R1.R2.C1.C2 Để đơn giản ta chọn R1 = R2 Lúc : fc = 2πR√𝐶1.𝐶2 Suy giá trị điện trở cần tìm : R = 2πfc√𝐶1𝐶2 Tính tốn mạch lọc Sub ta chọn tần sô cắt fc = 100 Hz, 12 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY tụ C1 = 220 nF, C2 = 100 nF → R=10 kΩ 3.2.4 Mạch khuếch đại công suất Mạch khuếch đại công suất Xét Op-Apm lý tưởng : Rin = ∞, Rout = 0, I+ = I- = 0, V+ = V𝑉𝑖 𝑉𝑜 Dòng qua R: I = = 𝑅 𝑅𝑓 Hệ số khuếch đại vòng kín : Vo R+Rf Rf Av = = =1+ Vi R R - Đối với mạch khuếch đại công suất, theo thông số nhà sản suất, để mạch hoạt động ổn định độ lợi phải từ 20-33 lần - Chọn Av =33 → + Rf R = 33→Rf = 32R chọn R= 680 Ω → Rf = 22 kΩ 13 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY CHƯƠNG : THI CÔNG MẠCH 4.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Sơ đồ mạch nguồn Sơ đồ mạch Sub 14 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY Sơ đồ mạch khuếch đại công suất 4.2 Sơ đồ mạch in 15 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện 16 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 5.1 Kết thực Sau thi công lắp ráp mạch hiệu chỉnh mạch em rút số vấn đề sau: - Mạch hoạt động tương đối ổn định Công suất mạch phụ thuộc vào tải loa, tải lớn cơng suất giảm Tuy nhiên trình thực tồn số hạn chế: - Mạch thi cơng có kích thước tương đối lớn Tính thẩm mỹ chưa cao 5.2 Kết luận Sau thực đề tài này, em : - Hiểu nguyên lý hoạt động mạch Ampli 2.1 Khắc phục số lỗi thường gặp mạch Apmli thông thường Thiết kế thi công mạch công suất nhỏ 5.3 Hướng phát triển Để sản phẩm trở nên hoàn thiện em cải tiến thêm số tính khắc phục đề tồn : - Thiết kế mạch có kích thước nhỏ gọn có tính thẩm mỹ cao Thêm tính phát nhạc thơng qua Bluetooth, USB, thẻ nhớ, tích hợp thêm mạch Echo Sản phẩm tích hợp thêm mạch led nháy theo nhạc với cường độ sáng khác 17 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thu Hà – “Giáo trình Điện tử bản”, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2013 Phạm Hồng Liên – “Giáo trình Điện tử thông tin”, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2010 18 ... để lọc âm Bass 2.6 Mạch khuếch đại công suất âm tần Mạch khuếch đại công suất âm tần thường thi t kế transistor cơng suất IC tích hợp sẵn Đối với mạch thi t kế transistor cho công suất lớn âm chất... nguyên lý mạch lọc tần số thấp mạch khuếch đại âm tần - Thực thi t kế thi công mạch sử dụng IC TDA 2030 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thi u IC TDA... Khối khuếch đại công suất : khuếch đại tín hiệu ngõ vào đưa loa 10 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ GVHD: THS NGUYỄN TRƯỜNG DUY 3.2 Thi t kế chi tiết 3 .2.1 Mạch nguồn Mạch Amply 2.1 sử dụng IC TDA2030 IC 4558, hai