Đề tài Thiết kế máy tăng âm

Lời nói đầu Ngày nay trong nhiều lĩnh vực của ta đều thấy bóng dáng của công nghệ điện tử. Nói đến công nghệ điện tử, người ta thường nhắc đến kĩ thuật số và trong nhiều lĩnh vực kĩ thuật số đang dần thay thế kĩ thuật tương tự , nhưng có một thực tế là kĩ thuật tương tự vẫn luôn luôn phát triển và hoàn thiện, đã và sẽ chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực điện tử, nơi mà việc áp dụng kĩ thuật số không thể thực hiện được , hoặc thực hiện rất khó khăn mà không thể tạo nên được sự hiệu quả và kinh tế như trong kĩ thuật tương tự như : Chuyển đổi tương tự _ số , khuếch đại tín hiệu nhỏ, đổi tần … Công nghệ điện tử đã đem lại sự tiện lợi và thoải mái cho con người trong cuộc sống hiện nay. Khi đời sống con người càng cao thì nhu cầu về hưởng thụ và giải trí cũng tăng lên. Do vậy các thiết bị về thông tin , giải trí cũng ngày càng tăng lên để phục vụ cho nhu cầu của con người. Máy tăng âm là thiết bị rất cần thiết trong những cuộc thuyết trình của ai đó trong những cuộc hội thảo, hay trong các chương trình ca nhạc hoặc cũng rất cần thiết trong gia đình để nghe nhạc… Ngày nay trên thị trường đã có rất nhiều máy tăng âm rất tốt và công nghệ lắp ráp chế tạo máy tăng âm cũng đang rất phát triển ở Việt Nam và cũng tạo ra những bộ tăng âm không thua kém gì ngoại nhập. Do vậy việc đưa vào môn thiết kế Analog của khoa điện tử bài thiết kế máy tăng âm là rất tốt, nó giúp cho sinh viên nắm được cấu tạo và hoạt động của máy tăng âm để sinh viên có được những kiến thức thực tế để khi ra trường có một hành trang nào đó cho mình (có thể mở một công ty về các thiết bị âm thanh). Việc thiết kế máy tăng âm cũng rất hay, nếu như ta làm thành công thì ta sẽ rất vui sướng vì mình có thể hưởng thụ được thành quả lao động của mình trong gia đình mình. Với sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm, cộng với sự tìm tòi, nghiên cứu các sách tham khảo và các tài liệu có liên quan đến máy tăng âm và nhất là được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Trần Văn Cúc nhóm chúng em đã hoàn thành được bài Thiết kế máy tăng âm. Tuy nhiên đây là lần đầu tiên nhóm chúng em thực hành thiết kế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót mong có sự chỉ bảo và ý kiến đóng góp của thầy để chúng em có thể hoàn thiện hơn bài thiết kế của mình. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Văn Cúc đã tận tình hướng dẫn chúng em. ĐT9_K45 Nhóm sinh viên thực hiện. Phần 1: Giới thiệu về máy tăng âm I.Khái niệm và phân loại máy tăng âm 1.Khái niệm: Máy tăng âm là máy khuếch đại tín hiệu âm thanh từ đầu vào thành tín hiệu điện có biên độ, dòng điện, công suất đủ lớn phục vụ cho mục đích sử dụng ở đầu ra. Âm thanh nói chuyện trực tiếp chỉ đủ cho một số người nghe rõ trong một không gian giới hạn nào đó. Tín hiệu âm thanh trên đĩa từ, đĩa compact hay thu được từ các máy thu chỉ có biên độ công suất nhỏ. Muốn phục vụ cho nhiều người cùng nghe rõ thì cần phải làm cho âm thanh ấy to lên bằng các máy tăng âm. Tín hiệu nhỏ từ micro và các thiết bị lưu trữ được đưa vào bộ khuyếch đại làm cho năng lượng ấy tăng lên nhiều lần, sau đó dùng loa biến đổi trở lại thành âm thanh đủ mạnh để phục vụ cho đông đảo người nghe. Độ lớn âm thanh phát ra phụ thuộc vào công suất của máy tăng âm và độ lớn của tín hiệu vào. 2.Phân loại: Tuỳ theo mục đích sử dụng hay linh kiện mà máy tăng âm được phân loại như sau: -Theo mục đích sử dụng, máy tăng âm phân thành máy tăng âm thông thường và máy tăng âm chuyên dụng. +Máy tăng âm thông thưòng là loại tăng âm công suất nhỏ, dùng trong các buổi nói chuyện, hội họp, biểu diễn văn nghệ trước công chúng. Loại tăng âm này còn gọi là phóng thanh, công suất vài chục Watt. +Máy tăng âm chuyên dụng dùng trong các đài và các trạm phát thanh để phục vụ cho một mạng lưới đường dây loa tương đối lớn trong một phường hay một thành phố. Loại tăng âm này có công suất từ vài chục Watt đến vài chục kilô Watt. Loại tăng âm chuyên dụng thường có yêu cầu riêng nên kết cấu phức tạp hơn kèm theo những thiết bị như bảng phân phối phiđơ ,máy đo trở kháng đường dây. Dựa vào loại linh kiện chủ yếu máy tăng âm phân thành máy tăng âm điện tử ,máy tăng âm bán dẫn và máy tăng âm dùng IC. Máy tăng âm điện tử có linh kiện chủ yếu là transistor điện tử và dùng nguồn cung cấp xoay chiều. Do kích cỡ lớn và tính năng hạn chế của linh kiện nên hiện nay loại này hầu như không còn được sản xuất. Máy tăng âm bán dẫn có linh kiện chủ yếu là transistor ,nguồn cung cấp là xoay chiều hay một chiều.Tuy nhiên do IC là mạch tích hợp tính năng cao nên máy tăng âm dùng IC có kích thước nhỏ, chất lượng tốt và được sản xuất chủ yếu ngày nay. II.Kết cấu chủ yếu của bộ khuếch đại âm thanh trong máy tăng âm: Phần quan trọng nhất trong máy tăng âm là bộ khuếch đại âm tần, bộ khuếch đại âm tần bao gồm bốn bộ phận chính: ã Bộ khuếch đại điện áp : Bộ khuếch đại điện áp có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu đầu vào rất nhỏ (khoảng vài chục milivon) lên tới mức điện áp cần thiết để kích các tầng khuếch đại công suất. ã Bộ khuếch đại điện áp: Bộ khuếch đại công suất có nhiệm vụ tạo ra một công suất âm tần đủ lớn, đúng với yêu cầu cần thiết, để cung cấp cho các loa. Bộ khuếch đại công suất thường dùng đèn có công suất lớn, yêu cầu điện áp kích thích khá lớn từ vài vôn đếnvài chục vôn ,có khi đến vài trăm vôn. ã Mạch tạo hiệu ứng âm thanh : để tạo ra các hiệu ứng âm thanh nhằm tăng khả năng truyền đạt đến người nghe : có thể có mạch tạo vang, tạo hiệu ứng lập thể...thông thường là mạch điều chỉnh âm sắc : có nhiệm vụ biến đổi đặc tuyến khuếch đại cho phù hợp với tính chất cảm thụ âm thanh của tai người cũng như tính chất của chương trình nghe. ã Bộ cấp điện : Bộ cấp điện làm nhiệm vụ cung cấp các mức điện áp và dòng điện cần thiết cho các đèn khuếch đại làm việc.  Mô hình cơ bản của mạch khuếch đại âm tần Đầu vào Bộ khuếch đại điện áp Tạo hiệu ứng âm thanh Bộ khuếch đại công suất Bộ phận cung cấp điện Đầu ra III.Chỉ tiêu kỹ thuật của máy tăng âm. 1.Hệ số khuếch đại: Hệ số khuếch đại là tỉ số giữa tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại, hệ số này là hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện hay hệ số khuếch đại công suất. Hệ số khuếch đại công suất : là tỷ số giữa công suất tín hiệu ra nhận được trên tải Pt và công suất tác động của mạch : Hệ số khuếch đại dòng điện : là tỉ số giữa dòng điện tín hiệu ra nhận được trên tải Ir và dòng điện tác động vào đầu vào của mạch. Hệ số khuếch đại điện áp : là tỉ số giữa điện áp tín hiệu ra nhận được trên tải Ur và điện áp đầu ra của mạch : Giá trị của hệ số khuếch đại còn được tính theo đơn vị dexiben ( dB ). Ku (dB) = 20log 10(Ku) Với mạch khuếch đại có nhiều tầng thì hệ số khuếch đại toàn bộ bằng tích các hệ số khuếch đại của các tầng : Kt = K1.K2.....Kn. Kt(dB) = K1 (dB) + K2(dB) +.....+ Kn(dB) Tuỳ theo mục đích các tầng mà hệ số khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất là quan trọng nhất. 2.Điện áp vào damh địmh : Điện áp vào danh định là trị số điện áp tín hiệu cần đưa vào đầu vào của máy để có thể đưa ra công suất ra âm tần cố định. Trị số điện áp vào danh định của các đầu vào micro, máy thu không giống nhau. Ví dụ điện áp vào danh định của micro là 3mV trong khi điện áp vào danh định của đầu máy thu là 800 mV. Khi mức điện áp vào thực tế nhỏ hơn trị số điện áp vào danh định thì công suất âm tần cho loa cũng nhỏ hơn công suất danh định. Khi mức điện áp vào lớn hơn trị số điện áp danh định mà ta không có biện pháp khống chế xuống cho vừa đủ thì công suất ra cũng lớn hơn công suất danh định nhưng tiếng bị méo nhiều. Trường hợp quá lớn thì có thể dẫn tới hỏng transistor công suất, cháy biến áp ra hay hỏng cả loa mắc với máy. 3.Công suất ra danh định: Công suất ra danh định là công suất âm tần lớn nhất mà máy tăng âm có thể cung cấp với điều kiện độ méo phi tuyến không vượt quá giới hạn cho phép ( thường nhỏ hơn 5%). Đây là một chỉ tiêu quan trọng nhất của máy tăng âm. 4.Hiệu suất: Hiệu suất của máy tăng âm là tỉ số giữa công suất âm tần lấy ra được ở cuối cùng của máy (Pr) với tổng công suất điện lực cung cấp cho máy. h Trong toàn bộ máy thì hiệu suất của tầng cuối cùng là quan trọng nhất vì tiêu thụ của transistor tầng này lớn hơn công suất tiêu thụ của các tầng khác rất nhiều. Do vậy ta phải nâng cao hiệu suất tầng cuối . Các chỉ tiêu kỹ thuật trên đảm bảo cho sự hoạt động và vận hành của máy tăng âm cũng như đa số các thiết bị điện tử thông dụng. Nhưng máy tăng âm là thiết bị trợ giúp con người trong việc cảm nhận thông tin dưới dạng âm thanh nên ngoài các chỉ tiêu kỹ thuật trên còn có các chỉ tiêu kỹ thuật liên quan trực tiếp đến sự cảm nhận của người nghe. Các kỹ thuật sẽ được xét tiếp sau. 5.Dải tần số làm việc : Dải tần số làm việc là khoảng tần số giữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất mà trong đó hệ số khuếch đại của máy không bị biến đổi hơn kém quá một mức độ quy định. Dải tần số làm việc càng rộng thì chất lượng của máy tăng âm càng cao nhưng máy phức tạp và giá thành càng đắt, do đó trong thực tế chỉ yêu cầu một dải tần số làm việc đủ rộng để đảm bảo chất lượng âm thanh yêu cầu của máy. Máy tăng âm chuyên dụng 50Hz đ 20000Hz Máy tăng âm thông thường 100Hz đ 15000Hz Máy tăng âm điện thoại 300Hz đ 3400Hz Dải tần số làm việc có liên quan trực tiếp đến sự cảm thụ của con người đối với âm thanh về mặt tần số. Dải tần số 16Hz á 20000Hz là phạm vi tần số âm mà tại đó con người có thể cảm thụ được. Nếu dải tần làm việc của ampli không lớn hơn dải tần của tín hiệu đầu vào sẽ gây méo tín hiệu âm thanh và làm giảm chất lượng cũng như không có khả năng truyền đạt tạo hiệu ứng lập thể cho người nghe 6. Méo tần số: Là sự không đồng đều của hệ số khuếch đại ở các tần số khác gây ra bởi các phần tử điện kháng trong mạch. Méo tần số lớn gây ra biến đổi âm sắc làm méo âm thanh, trong thực nghiệm để không cảm thấy tín hiệu bị méo thì hệ số méo M phải thoả mãn: 0.7 < M < 1.45 Độ méo tần của toàn bộ mạch khuếch đại đa tầng: M = M1. M2 .........Mn Độ méo tần số cho phép của mỗi tầng tuỳ thuộc vào mục đích và điều kiện làm việc của tầng. 7. Méo phi tuyến: Méo biên độ trong mạch khuếch đại là do tính chất không đường thẳng của đặc tuyến các transistor hay còn được hiểu là méo do sự xuất hiện của các hài bậc cao. Máy khuếch đại tốt có méo phi tuyến khoảng 1-3%, máy khuếch đại bán dẫn chất lượng bình thường có méo phi tuyến khoảng 7 - 10%. Khi hệ số méo phi tuyến quá lớn thì âm sắc bị biến đổi nhiều, âm thanh không còn trung thực nữa. Hệ số méo phi tuyến được tính như sau: Trong đó Iw là biên độ thành phần cơ bản còn Ii w là các hài bậc cao. 8. Mức tạp âm và can nhiễu: Trong máy tăng âm luôn có tạp âm do các thành phần của mạch điện như transistor, điện trở... gây ra. Tạp âm và can nhiễu gây cảm giác khó chịu cho người nghe làm giảm sự cảm thụ âm thanh đặc biệt trong trường hợp thưởng thức âm nhạc. Tạp âm nội bộ máy sẽ lấn át các tính hiệu có biên độ nhỏ và làm giảm độ nhạy. Muốn tín hiệu không bị tạp âm nội bộ áp đảo thì điện áp của tín hiệu vào phải lớn hơn mức tạp âm nhiều lần. Can nhiễu và tạp âm ở mạch vào và tầng thứ nhất có tác hại nhiều nhất vì nó sẽ được khuếch đại nhiều lần trong các tầng khuếch đại sau. Do vậy ở tầng đầu người ta phải chọn loại transistor có tạp âm nội bộ thấp và cho làm việc ở chế độ dòng và điện áp thấp ( UCE = 2-3V, Ic=0.3mA ). Phần II: Thiết kế máy tăng âm I.Sơ đồ khối: Khối mạch vào và Tạo hiệu Khuếch đại công suất ứng âm Khuếch đại công suất Mạch vào Khuếch đại sơ bộ Điều chỉnh âm sắc KĐ tiền công suất KĐ công suất Nguồn cấp điện * Nguyên lý làm việc: Đầu tiên ,tín hiệu âm thanh được phối hợp trở kháng và khuếch đại ở tầng khuếch đại mạch vào. Trong tầng này có sự pha trộn giữa tín hiệu micro đã được khuếch đại và tín hiệu máy thu đưa đến. Sau đó tín hiệu đến tầng khuếch đại sơ bộ , tăng điện áp vào đến một mức độ nhất định đủ để kích thích các tầng sau. Sau đó tín hiệu đi vào mạch điều chiều âm sắc, điều chỉnh chất lượng âm thanh trầm bổng tuỳ theo yêu cầu người nghe . Âm thanh này được đưa qua tầng khuếch đại tiền công suất để tạo nên một điện áp hay công suất vừa đủ đưa vào tầng khuếch đại công suất. Cuối cùng , tầng khuếch đại công suất cho ra công suất yêu cầu ở đầu ra. Tuỳ thuộc vào phạm vi và yêu cầu sử dụng của máy , ta có thể bổ sung hay bớt một khối cho phù hợp. II.Sơ đồ nguyên lý các khối: 1.Khối mạch vào: Tầng mạch vào có nhiệm vụ phối hợp trở kháng với nguồn tín hiệu để công suất từ nguồn đưa đến mạch khuếch đại là lớn nhất . Ngoài ra, mạch còn có nhiệm vụ để phối hợp mức giữa các tín hiệu đầu vào khác nhau và với dải động đầu vào của mạch khuếch đại. Việc chọn loại mạch nào cho phù hợp phụ thuộc trở kháng của tín hiệu vào: Đối với các tín hiệu có trở kháng vào thấp, thông thường người ta sử dụng mạch vào là Transistor mắc BC cho tổng trở vào thấp, kiểu mắc BC cho tổng trở ra lớn , có lợi về điện áp. Đối với các tín hiệu có trở kháng vào trung bình, thông thường người ta sử dụng mạch vào là Transistor mắc EC để thực hiện phối hợp trở kháng do mạch EC có trở kháng vào trung bình, đặc biệt mạch EC còn cho hệ số khuếch đại dòng và áp lớn. Đối với các tín hiệu có trở kháng vào lớn, thông thường người ta sử dụng mạch vào là Transistor mắc CC cho tổng trở vào lớn trong khi trở kháng ra nhỏ nên thường được sử dụng để làm mạch phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và tải, đặc biệt mạch có dải động lớn và méo phi tuyến nhỏ nhất trong 3 các mắc trên nên đáp ứng được một yêu cầu khá quan trọng đối với tầng đầu vào của máy tăng âm đó là có hệ số méo phi tuyến nhỏ bởi vì khi có nhiều tầng khuếch đại mắc nối tiếp thì tính chất tạp âm của cả bộ khuếch đại chủ yếu quyết định ở tầng đầu vào. Mạch CC có hệ số khuếch đại điện áp xấp xỉ 1 nên chỉ có tác dụng truyền đạt và phối hợp trở kháng tín hiệu. Thông thường nguồn tín hiệu âm thanh đầu vào:từ máy quay đĩa, micro tinh thể, micro điện dung có trở kháng nguồn tín hiệu đầu vào lớn ;mặt khác mạch đầu vào có nhiệm vụ chủ yếu để phối hợp trở kháng chứ không phải nhiệm vụ khuếch đại. Do vậy, ta chọn sơ đồ CC để làm mạch đầu vào. Một số điểm lưu ý khác của mạch đầu vào như từ micro là chịu ảnh hưởng của môi trường sinh ra tạp và cả nhiễu (đặc biệt là ở tần số cao), do vậy đối với các đầu vào micro người ta sử dụng mạch lọc thông thấp chỉ cho các thành phần âm tần (16-20000Hz) còn triệt tiêu các thành phần hài cao tần để không gây ảnh hưởng đến thành phần âm tần và lọc nhiễu.Mạch lọc thông thấp thường được sử dụng là mạch lọc RC,ngoài tác dụng để lọc nhiễu còn có tác dụng để tránh quá áp , hạn chế biên độ tín hiệu đầu vào trong vùng làm việc tuyến tính của transistor. 2.Tầng khuếch đại sơ bộ: Tầng khuếch đại sơ bộ có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu từ mạch vào lên đủ lớn để đưa đến tầng khuếch đại kích. Tầng này thực hiện khuếch đại tín hiệu nhỏ, yêu cầu có hệ số tạp âm nhỏ và hệ số khuếch đại lớn. a)Ba các mắc transistor: Các transistor ở tầng này có thể mắc EC, BC hay CC. Mỗi cách mắc có những ưu điểm , nhược điểm riêng phù hợp với các yêu cầu khác nhau. + Mắc EC: Đặc điểm : Điện trở vào và ra có giá trị trung bình . Hệ số khuếch đại dòng ra lớn, hệ số khuếch đại công suất lớn nhất trong các cách mắc . Hiệu suất xấp xỉ 25%. Tần số cắt , dải tần công tác nhỏ hơn mạch BC nhiều . Các tham số thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Méo dạng ở đầu ra lớn hơn mạch BC. Mạch EC dùng để khuếch đại điện áp và công suất ở vùng tần số thấp và trung bình. + Mắc BC: Đặc điểm : Điện trở vào rất nhỏ và điện trở ra rất lớn. Hệ số khuếch đại dòng điện nhỏ hơn 1 , hệ số khuếch đại điện áp rất lớn. Hiệu suất tối đa là 25%. Dải tần làm việc lớn. Méo phi tuyến nhỏ. Điểm làm việc ổn định , ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Mạch thường chỉ được sử dụng trong khuếch đại cao tần và trong dao động. + Mắc CC: Đặc điểm: Điện trở vào lớn nhất trong ba cách mắc , điện trở ra rất nhỏ. Hệ số khuếch đại điện áp nhỏ hơn 1, hệ số khuếch đại dòng điện lớn , hệ số khuếch đại công suất nhỏ. Mạch CC thường được dùng làm mạch biến đổi trở kháng để phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và tải, ngoài ra sơ đồ CC còn hay được dung trong các tầng ra vì nó có dải động và méo phi tuyến nhỏ. Yêu cầu tầng khuếch đại sơ bộ có hệ số khuếch đại điện áp và công suất lớn nên ta chọn cách mắc EC. Tuy vậy, cách mắc này có nhược điểm là méo dạng lớn nên ta phải khắc phục bằng cách phân cực và ổn định điểm làm việc cho transistor tốt. Do mạch làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu nhỏ nên điểm làm việc được chọn ở giữa vùng tích cực (Chế độ A) để đảm bảo tín hiệu sau khi khuếch đại không bị méo dạng . b) Phân cực và ổn định điểm làm việc cho transistor: Phân cực cho transistor là phương pháp cấp nguồn một chiều ban đầu để xác định điểm làm việc của transistor . Khi chưa có tín hiệu vào, trên các cực của transistor có các dòng điện tĩnh Ic và các điện áp một chiều UBE, UCE xác định điểm làm việc cho transistor, đây là điểm làm việc tĩnh. Khi tín hiệu vào thì các điện áp và dòng điện thay đổi xoay quanh điểm làm việc tĩnh. Do vậy, để đảm bảo cho các tầng làm việc bình thường thì trong các điều kiện khác nhau, ngoài việc cung cấp điện áp thích hợp cho các cực thì còn cần phải ổn định điểm làm việc tĩnh đã chọn. Nếu không, chất lượng làm việc của tầng( méo , hệ số khuếch đại điện áp, điện áp ra , dòng điện ra , công suất ra) bị giảm sút. Thức chất vấn đề ổn định điểm làm việc là cho điểm làm việc đó không phụ thuộc vào độ tạp tán của tham số của transistor , vào nhiệt độ , vào điện áp nguồn cung cấp, cụ thể là các biện pháp gĩư dòng Colectỏ không đổi. Để ổn định ta có thể dùng các phần tử phi tuyến như Điôt và điện trở nhiệt hay dùng hồi tiếp âm một chiều. * Phân cực có :hai phương pháp phân cực chính được sử dụng a.Định dòng bazơ. b.Định áp bazơ. Phương pháp định dòng bazơ: mạch điện đơn giản, điểm làm việc không phụ thuộc vào những biến đổi UBE, đối với biến đổi hệ số b sẽ làm mạch mất ổn định, vì vậy được sử dụng trong các bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ làm việc ở tần số thấp. Phương pháp định áp bazơ : Cho điểm làm việc ổn định không phụ thuộc vào các tham số nhiệt độ và độ tạp tán của transistor, có thể dùng cho các mạch khuếch đại tín hiệu lớn, tuy nhiên mạch tiêu thụ công suất nguồn lớn. * ổn định điểm làm việc: có hai phương pháp ổn định điểm làm việc được sử dụng là phương pháp hồi tiếp âm một chiều (ổn định tuyến tính ) và phương pháp bù nhiệt (ổn định phi tuyến ). - Phương pháp hồi tiếp âm một chiều : là đưa một phần tín hiệu từ đầu ra về đầu vào nhằm biến đổi thiên áp mạch vào theo nguyên tắc hạn chế sự di chuyển của điểm làm việc tĩnh trên đặc tuyến gây ra bởi các yếu tố mất ổn định. Phương pháp hồi tiếp âm làm giảm hệ số khuếch đại nhưng độ ổn định cao. Điện áp tín hiệu vào bộ khuếch đại có hồi tiếp nhỏ hơn so với trường hợp không có hồi tiếp nên méo phi tuyến cũng tương ứng giảm đi. Do vậy, hồi tiếp âm giúp nâng cao tính chân thực và độ nhạy. Có hai phương pháp hồi tiếp âm được sử dụng: a.Hồi tiếp âm điện áp một chiều b.Hồi tiếp âm dòng điện một chiều Hồi tiếp âm điện áp một chiều có ưu điểm là làm giảm điện trở ra, công suất tổn hao nhỏ. Hồi tiếp âm dòng điện một chiều tuy có hệ số khuếch đại một chiều nhỏ nhưng cho phép làm việc ổn định trong một khoảng biến thiên lớn khi hệ số khuếch đại dòng thay đổi từ 5á10 lần và nhiệt độ biến thiên rộng từ 30á1000C, do vậy được sử dụng nhiều nhất trong các mạch điện tử . Phương pháp bù nhiệt : sử dụng trong các sơ đồ ổn định phi tuyến nhờ các phần tử có các tham số phụ thuộc nhiệt độ như transistor, điôt, điện trở nhiệt. Phương pháp bù nhiệt đòi hỏi các phần tử khuếch đại và các phần tử bù nhiệt phải được sản xuất từ cùng một loại bán dẫn như nhau để có nhiệt độ mặt ghép và đặc tính nhiệt như nhau. Ưu điểm của phương pháp là mạch ổn định chỉ gây tổn hao phụ không đáng kể và không làm giảm dải điện áp đầu ra; tuy nhiên, đối với các mạch linh kiện rời rạc thì việc chọn hai phần tử có đặc tính nhiệt giống hệt nhau là khó nên phương pháp này thường được sử dụng trong mạch tổ hợp và các tầng khuếch đại công suất còn trong các mạch linh kiện rời rạc thì phương pháp này ít được sử dụng . Sau đây là các sơ đồ ổn định phi tuyến thường được sử dụng: Từ các phân tích về ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của mạch nêu trên, ta lựa chọn sử dụng sơ đồ ổn định tầng khuếch đại EC bằng hồi tiếp âm dòng điện một chiều, bởi nó cho phép hệ số khuếch đại điện áp và dòng điện lớn, điểm làm việc ổn định, có thể điều chỉnh các thông số đạt theo yêu cầu một cách dễ dàng và thích hợp cho mạch lắp ráp từ linh kiện rời rạc. Trong sơ đồ nêu trên nếu cần tăng hệ số khuếch đại dòng điện hay cần trở kháng vào lớn hơn ta có thể thay bằng sơ đồ Darlington. c) Ghép giữa các tầng khuếch đại: Cũng như mạch vào, mạch ghép giữa các tầng có nhiệm vụ truyền đạt tín hiệu từ tầng trước sang tầng sau sao cho tổn hao là nhỏ nhất. Vì điện áp ra tầng trước thường khác với mức vào tầng sau để không gây ra méo dạng tín hiệu và không làm thay đổi chế độ một giữa các tầng. Có nhiều loại mạch vào, mỗi loại có những ưu khuyết điểm riêng: + Mạch vào trực tiếp: loại mạch vào này đơn giản nhưng chỉ dùng trong các trường hợp truyền đạt các tín hiệu một chiều, vừa mang nhiệm vụ truyền đạt vừa tạo thiên áp làm việc cho tầng khuếch đại transistor.Trong trường tín hiệu xoay chiều, mạch này ít sử dụng do khó phối hợp trở giữa nguồn tín hiệu và mạch vào. + Mạch ghép điện trở: điện trở thường được sử dụng để hạn biên cho tín hiệu đầu vào tránh trường hợp tín hiệu đầu vào vượt quá một mức hạn cho phép. Mạch ghép điện trở cũng có đặc tuyến truyền đạt tín hiệu một chiều nên nếu đưa trực tiếp tín hiệu vào mạch khuếch đại có thể dẫn đến thay đổi điểm làm việc của transistor khuếch đại và làm cho thay đổi đặc tính khuếch đại không mong muốn nên cũng ít được sử dụng. + Mạch vào dùng biến áp : Loại mạch này có thể áp dụng cho bất cứ loại nguồn tín hiệu nào. Nó có ưu điểm nâng cao được điện áp của nguồn tín hiệu vào nhưng lại có nhược điểm là cồng kềnh và biến áp có đặc tính là không tốt với dải tần rộng. + Mạch vào dùng điện trở, tụ điện : là cách ghép được sử dụng rộng rãi trong mạch rời rạc. Tụ điện ghép ngắn mạch tín hiệu xoay chiều và ngăn tín hiệu một chiều, do vậy, không làm suy hao tín hiệu đầu vào cũng như không làm thay đổi thiên áp mạch khuếch đại. Điện thế trên đầu ra tầng trước và trên đầu vào tầng sau có thể chọn tuỳ ý vì không có dòng một chiều qua tụ ghép. Mạch có ưu điểm là gọn và dễ điều chỉnh cho phù hợp với nguồn tín hiệu có trở kháng khác nhau. Dựa trên các ưu khuyết điểm của mạch ghép tầng ta sử dụng mạch ghép tầng dùng điện trở tụ điện. Tuy nhiên ta phải nhắc nhược điểm cơ bản của cách ghép này là khó truyền đạt được tín hiệu có tần số thấp và gây di pha dẫn đến có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của bộ khuếch đại. Tuy nhiên có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách sử dụng mạch điều chỉnh âm sắc, bù đặc tuyến ở tần số thấp. 3.Mạch điều chỉnh âm sắc: Do sự thụ cảm về âm thanh của con người mang tính chủ quan, sự cảm thụ đối với các tần số khác nhau là khác nhau. Mặt khác, tuỳ theo tính chất của chương trình phát mà có các yêu cầu mức âm sắc tại các tần số khác nhau, ví dụ như các chương trình phát thanh yêu cầu cao về độ rõ của tín hiệu tiếng nói thường ưu tiên về biên độ cho các tần số thấp từ 300á1000Hz trong khi đó các chương trình âm nhạc để có thể giúp người nghe có thể cảm thụ chính xác lại đòi hỏi khoảng tần số ưu tiên rộng hơn và có đặc tính tần số được điều chỉnh phù hợp theo sự cảm thụ của bản thân người nghe và tính chất của các bản nhạc khác nhau như nhạc giao hưởng , nhạc thính phong, nhạc pop, rock,… Mạch điều chỉnh âm sắc có nhiệm vụ thay đổi đặc tuyến tần số của khuếch đại, làm tăng chất lượng âm thanh được khuếch đại. Yêu cầu của mạch là tăng giảm được tiếng trầm bổng và không méo tín hiệu. Mạch điều chỉnh âm sắc gây ra suy giảm tín hiệu nên có thể kết hợp với một tầng khuếch đại. Có nhiều cách điều chỉnh âm sắc. Trong vùng tần số thấp có thể dùng mạch lọc thông thấp, mạch cộng hưởng nối tiếp LC. Trong vùng tần số cao có thể dùng mạch lọc thông cao hay dùng nối tiếp âm dòng điện hay điện áp. Mạch điều chỉnh âm sắc trong bài này sẽ sử dụng ba mạch giảm trầm với các tụ điện, điện trở và biến trở kết hợp với một tầng khuếch đại có hồi tiếp âm song song điện áp. Tín hiệu tách ra ba đường để điểu chỉnh âm sắc trong dải tần quanh 8kHz,1kHz và 150kHz. Sụt áp trên ba đường sẽ xấp xỉ nhau do R1, R71 trở kháng đường 2> trở kháng đường 3.Xét đường thứ nhất :do C3=0.0015F nên đường nay sẽ chỉ cho tín hiệu trong dải tần quanh 8kHz trở nên đi qua. Điều chỉnh biến trở R4 trong mạch giảm trầm R4_C2 sẽ làm thay đổi âm sắc trong dải tần này. Đường thứ hai và ba cũng tương tự như đường thứ nhất. Vì C5=C3, C6=C4 nên dải thông tần của ba đường sẽ bù lại suy hao do mạch âm sắc gây ra. Hồi tiếp âm song song điện áp xoay chiều qua R8_R4, R10_R5, R12_R6 để ổn định hệ số khuếch đại điện áp tín hiệu và giảm méo phi tuyến. Đặc biệt khi các biến trở R4, R5, R6 tăng, tức là các đường giảm tín hiệu tần số thấp thì điện áp hồi tiếp đưa về cũng tăng, đồng thời tín hiệu tần số cao đi qua C2, C3, C4 cũng tăng làm âm lượng ít thay đổi. 4. Tầng khuếch đại công suất: Tầng khuếch đại tiền công suất có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu đủ lớn kích cho tầng công suất. Do tín hiệu đã có biên độ tương đối lớn sau khi đã ra khỏi tầng khuếch đại sơ bộ nên tầng này không đòi hỏi hệ số khuếch đại phải lớn. Việc giảm méo ở tầng này rất quan trọng do nó ảnh hưởng trực tiếp đến tầng khuếch đại công suất. Vì vậy, transistor sẽ được mắc kiểu EC và làm việc ở chế độ A để có méo phi tuyến nhỏ nhất. 5. Tầng khuếch đại công suất: Tầng khuếch đại công suất có nhiệm vụ đưa ra công suất đủ lớn để kích cho tải. Công suất này được đưa đến tầng dưới dạng điện áp hay dòng điện có biên độ lớn. Trong thiết bị tăng âm, một chỉ tiêu rất quan trọng của tầng khuếch đại công suất là méo phi tuyến và méo tần số phải nhỏ để không làm giảm chất lượng âm thanh. Tầng này có vai trò quan trọng, quyết định nhiều đến chất lượng của máy. Khi khuếch đại tín hiệu lớn, các transistor không làm việc trong miền tuyến tính, dẫn đến méo phi tuyến . Tuỳ thuộc chế độ công tác của transistor mà người ta phân biệt bộ khuếch đại A, AB, B, C. Để khuếch đại công suất có thể dùng một transistor ( khuếch đại đơn làm việc ở chế độ A) hay dùng hai transistor mắc đẩy kéo nối tiếp với các transistor cùng loại hay khác loại. Thông thường, để tăng hiệu suất của tầng khuếch đại công suất người ta ghép tải qua biến áp nhưng mạch ghép qua biến áp có dải tần làm việc hẹp, có kích thước lớn nên không được sử dụng trong máy tăng âm. Tầng khuếch đại đơn: Tầng khuếch đại tín hiệu đơn làm việc ở chế độ A, điểm làm việc đối xứng xung quanh điểm tĩnh . Tín hiệu được khuếch đại gần như tuyến tính, góc cắt q=1800. Do dòng tĩnh Collector luôn lớn hơn biên độ dòng điện nên hiệu suất của tầng thường thấp(<50%), công suất ra nhỏ (<1W). So với tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, nó chỉ khác là biên độ tín hiệu vào lớn. Tín hiệu lớn dẫn đến méo phi tuyến lớn. Tầng khuếch đại chế độ A hay dùng sơ đồ EC hoặc CC vì chúng có hệ số khuếch đại dòng điện lớn và méo phi tuyến nhỏ. b)Tầng khuếch đại đẩy kéo: Để tăng công suất và giảm méo phi tuyến, người ta dùng tầng khuếch đại đẩy kéo. Nó gồm hai phần tử tích mắc chung tải. Hai transistor được chọn làm việc ở chế độ A hoặc AB. Mỗi transistor sẽ khuếch đại nửa lượng tín hiệu vào, tín hiệu ra sẽ được tổng hợp trên tải. Tầng này có công suất lớn, hiệu suất lớn, méo phi tuyến nhỏ và cho phép độ gợn sóng của nguồn cung cấp cao hơn. Chế độ AB có góc cắt 900<q<1800. Chế độ này có hiệu suất cao hơn chế độ A(<70%).Điểm làm việc nằm trên đặc tuyến tải gần khu vực tắt của transistor. Điểm làm việc B ứng với q=900.Điểm làm việc tĩnh được xác định tại UBE=0. Chỉ một nửa chu kỳ âm ( dương ) của điện áp được transistor khuếch đại. Khi làm việc ở chế độ B phải chú ý đến méo sinh ra khi điểm làm việc chuyển từ transistor này sang transistor khác. Méo sinh ra càng lớn khi tín hiệu vào càng nhỏ. Méo này khắc phục được bằng cách tăng trị số dòng ra tại điểm tĩnh Iro và cho tầng ra làm việc ở chế độ AB. Có hai loại sơ đồ là mắc song song và mắc nối tiếp. Các sơ đồ đẩy kéo mắc song song thường được ghép biến áp với tải tiêu thụ nên gây ra méo tần số và kích thước lớn, do đó, ta thường dùng đẩy kéo mắc nối tiếp. Có thể dùng hai transistor khác loại được kích thích bởi các tín hiệu đồng pha, vì có thể dùng một tín hiệu để kích thích cho cả hai transistor. Hai transistor này yêu cầu chọn có tham số sai khác nhau <20%. Dùng hai transistor khác loại có méo nhỏ hơn so với dùng transistor cùng loại, đặc biệt là khi tín hiệu vào nhỏ. Qua phân tích ta chọn dùng tầng công suất đẩy kéo mắc nối tiếp dùng hai transistor khác loại. Sơ đồ mạch điện phần tiền công suất như trên. Cả hai transistor mắc theo kiểu CC và chung tải. Hai điôt phân cực cho transistor để bù vào UBE0 khi tín hiệu nhỏ nhằm mục đích giảm méo. Ta chọn nguồn cung cấp một chiều đơn cực và ứng dụng nguyên tắc Boostrap. Điện áp cung cấp cho T3 biến thiên theo điện áp ra nên giữ cho hạ áp trên R3 nhỏ. Khi chọn R3=Rv1,2 thì ta có Ubo=1/2UCC, nhờ đó ta có thể tận dụng được transistor ở mức tối đa. Trong trường hợp tăng âm công suất lớn, người ta thường sử dụng sơ đồ mạch dùng transistor mắc Darlington để cung cấp dòng điện lớn với yêu cầu công suất kích thích nhỏ. 6. Nguồn cung cấp điện: Nguồn cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết để cung cấp cho các thiết bị điện hoặc điện tử hoạt động. Thông thường bộ nguồn được thiết kế để cung cấp điện áp một chiều ổn định từ nguồn xoay chiều dân dụng. Yêu cầu của nguồn là phải ổn định và bảo vệ mạch khi có sự cố xảy ra. Tuỳ theo thiết bị được sử dụng mà yêu cầu về ổn định nguồn điện áp khác nhau. Trong khuếch đại âm tần yêu cầu bộ nguồn phải làm việc rất ổn định vì nếu bộ nguồn không ổn định trường hợp chính bộ nguồn gây ra tạp âm nội bộ, gây nhiễu và làm giảm chất lượng âm thanh. Một nguồn cơ bản bao gồm ba bộ phận chính là biến áp nguồn, chỉnh lưu và ổn áp: +Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện áp dân dụng thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu và ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện một chiều. + Mạch chỉnh lưu dùng các phần tử tích cực có đặc tuyến Vôn- ampe không đối xứng để dòng điện chỉ đi qua nó một chiều. Các sơ đồ chỉnh lưu thường dùng là các sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng, chỉnh lưu toàn sóng trong đó chỉnh lưu cầu có nhiều ưu điểm hơn cả. Yêu cầu đối mạch chỉnh lưu là hiệu suất cao, ít phụ thuộc vào tải và có độ gợn sóng điện áp ra nhỏ + Mạch ổn áp là bộ phận quan trọng nhất trong bộ nguồn liên quan đến chất lượng của mạch nguồn. Mạch ổn áp có nhiệm vụ giữ cho dòng hay điện áp cung cấp cho thiết bị không đổi khi nhiệt độ hay tải thay đổi. Thông thường mạch ổn định có tác dụng giảm ù và giảm tạp âm, do đó mạch ổn định làm giảm nhỏ kích thước thiết bị cung cấp nhờ tiết kiệm được tụ điện và điện cảm lọc. Mạch ổn áp thường được thiết kế dựa trên 2 nguyên lí: Nguyên lý ổn áp kiểu bù( nối tiếp ): được sử dụng cho các nguồn ổn áp dải hẹp, dải động đầu vào biến đổi trong một giới hạn nhỏ. Mạch theo nguyên lý này đơn giản, có độ ổn định cao và độ gợn sóng nhỏ, được sử dụng nhiều trong các thiết bị dân dụng. Nguyên lí ổn áp xung: thường sử dụng cho các nguồn ổn áp dải rộng, mạch thường được sử dụng khi cần công suất lớn và hiệu suất cao khi dải động đầu vào biến thiên theo dải rộng, tuy nhiên mạch có nhược điểm là điện áp ra có độ gợn sóng lớn nên không sử dụng trong mạch tăng âm. Do yêu cầu thiết kế nguồn cho bộ tăng âm yêu cầu cao về độ ổn định điện áp một chiều nên ta chọn phương án thiết kế nguồn ổn áp tạo điện áp một chiều ổn định biến đổi từ điện áp lưới dân dụng 220V, sử dụng biến áp và sơ đồ chỉnh lưu cầu, sau đó đưa qua bộ ổn áp dải hẹp dựa trên nguyên lí kiểu bù. Sơ đồ mạch ổn áp kiểu bù sử dụng trong máy tăng âm. 7.Các mạch hiệu chỉnh nâng cao chất lượng: + Mạch điều chỉnh âm lượng: việc điều chỉnh âm lượng được thực hiện bằng chiết áp mắc đầu ra mạch điều chỉnh âm sắc và đầu vào tầng khuếch đại công suất. + Mạch bù tần số ở đoạn tần số thấp: Mạch này có tác dụng nâng cao hệ số khuếch đại, mở rộng tần số công tác ở vùng tần số thấp. Nguyên tắc bù của mạch là dùng mạch lọc thông thấp R1-C1 để bù lại hiệu ứng của mạch lọc thông cao R2-C2. + Mạch bù tần số ở đoạn tần số thấp : Mạch này có tác dụng nâng cao hệ số khuyếch đại , mở rộng tần số công tác ở vùng tần số thấp . Nguyên tắc bù của mạch là dùng mạch thông thấp R1_C1 để bù lại hiệu ứng của mạchlọc thông cao R2_C2 + Mạch nguồn lọc : Khi nội Ngồn cung cấp tăng sẽ gây ra hồi tiếp dương giữa các tầng khuyếch đại, làm máy dao động kí sinh ra tiếng rú hoặc tiếng bùng đục . Ta có thể khắc phục lại hiên tương này bằng cách thêm một mạch lọc nguồn gồm một tụ lớn song songvới nguồn và một điện trở vài trăm ôm giữa các nguồn và mạch cung cấp điện cho các tầng khuyếch đại III . Tính toán mạch khuyếch đại : Các thông số yêu cầu : Công suất tổng 100w Điện trở tải 8 W Dải tần làm việc 20Hz – 20kHz 1.Tầng khuyếch đại công suất : Tầng khuyếch đại công suất mắc đẩy kéo có áp dụng nguyên lý Bootrap , hai transistor T5 ,T6 làm việc ở chế độ B . Vì công suất ra tổng là 100W nên mỗi transistor có công suất là 50W Umax = 2.Pmax.R1 = 2.100.8 =40V Ta dùng điện trở 8W, đIện áp lớn nhất trên tải được tính theo công suất ra. Ta cần Ucc>=2Umax=> chọn Ucc = 80V Transistor làm việc ở chế độ B nên có hiệu suất 75 , do đó công suất chịu đựng của transistor phải lớn hơn 50/0,75 = 66,67W . Tần số giới hạn của máy: Fgh = 3Mhz > Fmax = 25.20000 = 500000hz = 0,5Mhz Dòng điện qua tải cực đại : Imax = Umax/ Rt = 66,67/ 6 = 8,3A Để thoã mán các thông số trên ta chọn transistor T5 là 2SB552 và transistor T6 là 2SD552 Kí hiệu Pmax (W ) Icmax (A ) Uccmax V(25°c) Ku/Ki Tmax (°C) Fgh (Mhz) 2SB552 150 15 180 25 150 3,5 2SD552 150 15 180 25 150 4 Hệ số khuyếch đại công suất : Kcs = 0,9.25 = 22,5 Dòng đIện vào 2 transistor T5 và T6 là : Ibmax = Imax/b = 8,3/25 =0,332A Dòng collector tĩnh : Ico =0,5-> 0,1Imax Chọn Ico= 0,07Icmax = 0,,07.8,3 =0,581A Vay ta có dòng bazơ tĩnh : Ibo =Ico/b =0,581/25= 23,24mA Để có mạch Boostrap hoạt động đúng yêu cầu cần có: R24 = Rv1, 2 = (Ucc/2)/Ibo = (81/2)/23,24 =1,75kW ằ 1,8kW 2.Tầng khuyếch đại tiền công suất : Tầng khuyếch đại tiền công suất làm việc ở chế độ A giảm méo . transistor T4 cung cấp dòng Ibmax = 0,332A đua vào hai transistor khuyếch đại T5 và T6. Do T4 hoạt động ở chế độ A nên chọn Icmax = 1,5.Ibmax = 1,5.0,332=0,498A Tầng phải đảm bảo công suất đi vào transistor phải đủ lớn . Công suất ra của tầng tiền khuyếch đại công suất là công suất vào của tầng khuyếch đại công suất . Ptcs = Pmax/Kcs= 100/22,5=4,4W Transistor làm việc với hiệu suất 25% ( chế độ A ) nên công suất chịu đựng của transistor lớn hơn : 4,4/0,25=17,6W Để thoã mãn chỉ tiêu này ta chọn transistor T4 la 2SD724 như sau : Kí hiệu Pmax (W) Icmax (A) Uccmax V(25°C) Ku/Ki Tmax (°C) Fgh (Mhz) 2SD724 30 4 80 20 150 12 Tính toán chế độ một chiều cho transistor T4 : Có Ic4max = 0,498A= 489mA Ib4max = Ic4max/b=498/20=24,9mA Chọn Ibo4=0,1.Ib4max=24,9mA Thông thuờng Ipa4=(10á15)Ibo4 , ta chọn : Ipa4=10.Ib04=10.2,49=24,9mA R22+R23 =Ucc/Ipa4=80/24,9=3,213kW Ubo4=Uco4+Ubeo4=0+0,7=0,7V Có Ubo4= R23.Ipa4 ->R23=Ubo4/Ipa4=0,7/2,49=28W ->R22=3213-28=3185W 3.Mạch điều chỉnh âm sắc: Transistor có tác dụng bù lại sự suy giảm tín hiệu trên mạch điều chỉnh âm sắc đòng thời hồi tiếp nâng cao chất lượng của mạch điêù chỉnh âm sắc. T3 làm việc ở chế độ A và có hồi tiếp song song điện áp . Do T3 làm việc ở chế độ A nên có : Ic3max=1,5Ib4max=1,5.24,9=37,35mA Công suất của tầng ra này : Pas=Ptcs=17,6/20=0,88W Transistor làm việc với hiệu suất 25% (chế độ A ) nên công suất chịu đựng của transistor phải lớn hơn :0,88/0,25=3,25W Để thoã mãn chỉ tiêu này ta chọn transistor T3 là 2SD136 như sau : Kí hiệu Transistor Thay thế Pmax (W) Icmax (mA) Uccmax V(25°C) Ku/Ki Tmax (°C) Fgh (Mhz) 2DS136 2N3738 4W 100 200 80 150 0,5 Để bù được sự suy hao cho mạch âm sắc , hệ số khuếch đại điện áp mạch T3 phảI khoảng 10 lần . Vây ta có : Ku=10 Uce3=10.Ube3=10.0,7=7V Ico3=1,5.Ibo4=1,5.2,49=3,735mA Ibo3=Ico3/80=46,68mA UR21=80-7=73 -> R21=73/3,735=19,5kW R20=(7-0,7)/46,60=135kW 4.Tầng khuyếch đại sơ bộ : Chọn nguồn cung cấp cho tầng ra là 30V Công suất ra của tầng này : Psb=Pas= 0,88W Transistor làm việc với hiệu suất 25%(chế độ A) nên công suất chịuđựng của transistor phải lớn hơn :0,88/0,25=3,52W Ta chọn transistor T2là 2SD156 Kí hiệu Transistor Thay thế Pmax (W) Icmax (mA) Uccmax V(25°C) Ku/Ki Tmax (°C) Fgh (Mhz) 2DS156 2N384 BUX67A 4W 100 200 20 150 20 Do transistorT2 phải chọn làm việc ở chế độ A nên : Ic2max=1,5.Ib4max=1,5.24,9=37,35ma Ib2max=Ic2max/b=37,35/20=1,8675mA ->Ico2=0,1.Ic2max=3,735mA Ibo2=Ico2/b=0,18675mA Có Uco2=(0,4á0.5)Ucc ->Chọn Uco2=0,5.Ucc=0,5.30=15V R7=(Ucc-Uc)/Ico2=(20-15)/3,735=4kW Chọn Ipa2=15.0,18675=2,8125mA Có R5+R6=Ucc/Ipa2=30/2,8125=10,67kW Và Ucc=0,2.30=6v ->R8=Ue/Ico2=6/3,735=1,6kW Có Ubo2=Ueo2+Ubeo2=6+0,5=6,5V ->R6=Ub/Ipa2=6,5/2,8125+2,31kW ->R5=10,67-2,31=8,36kW 5.Tầng khuyếch đại mạch vào : Nhiệm vụ của tầng này là phối hợp trở kháng với mạch vào , tầng được mắc theo kiểu CC . chọn nguồn cung cấp là 30v Ta chọn transistor T1là 2SD208: Kí hiệu Transistor Thay thế Pmax (W) Icmax (mA) Uccmax V(25°C) Ku/Ki Tmax (°C) Fgh (Mhz) 2DS208 BDX50 2N3772 150W 10 150 50 150 8 Do T1 làm việc ở chế độ A nên ta có : Ic1max=1,5.Ib2max=1,5.1,6875=2,8125mA ->Ico1=0,05.Ic1max=0,14mA Ibo1=Ico1/b=0,14/0,15=2,8mA Có Uc=(0,4á0,5)Ucc ->Uc=0,4.Ucc=0,4.30=12 Z vào tầng =R1//R2//(rbc+Rc)=Rn=1000W Vì dòng Ibo1 rất nhỏ nên R1,R2>>R4 do đó R4ằRn=1000W R3=(Ucc-Uc)/Ico1=(30-12)/0,14=128kW Lấy Ipa=15.Ibo1=15.2,8=42mA ->R1+R2=Ucc/Ipa=30/42=714kW Có Ueo1=R4.Ico1=1.0,14=0,14V Ubo1=Uco1+Ubeo1=0,14+0,5=0,64v R2=Ubo1/Ipa=0,64/42=15kW ->R1=714-15=699kW Hệ số khuyếch đại dòng đIện Ki=1 Hệ số khuyếch đại đIện áp Ku=50 6. Tính điện trở lọc: Có (Ico1+Ipa1+Ibo1+Ico2+Ipa2+Ibo2).R18=Ucc-30 ->(140+42+2,8+3735+2812,5+186,75).R18=80-30 ->R18=7kW 7.Hệ số khuyếch đại : Tầng mắc CC nên Kmv=0,7.b=0,7.50=35 Tầng khuyếch đại sơ bộ mắc theo kiểu EC nên Ksb=0,3.b.b=0,3.20.20=120 Hệ số khuyếch đại công suất của tầng trước cuối và công suất đã tính ở trên : Kcs=22,5 Ktcs=20 Hệ số khuyếch đại công suất của toàn mạch ; Kp=35.120.22,55.20=1,89M 8.Méo tần số: Méo tần số bao gồm tần thấp và tần số cao. Ta chỉ tính toán cho méo tần thấp còn méo tần cao dễ dàng giải quyết được khi ta chọn đèn có dảI tần trên thoã mãn Méo tần thấp chủ yếu do các tụ nối tầng gây nên , ảnh hưởng của tụ nối tầng với hệ số khuyếch đại đIện áp được tính theo công thức ; M(dB)=20lg( ụKoữ /ữ Kvữ ) =20[1/2.lg(1+(2.p.f.Td).(2.p.fTd))-lg(2.p.f.Td)] Với Td=Rv.Cp Với yêu cầu M(db)=2db tính được : 2.p.F.Td=1,305 Với việc chọn các tụ nối tầng có đIện dung là 4,7mF và được thiết kế có mạch hiệu chỉnh đặc tuyến tần số ở doạn tần số thấp nên máy đạt yêu cầu về méo tấn số. 9.Dải tần của máy : Qua cách chọn dải tần làm việc của các linh kiện ta đảm bảo dải tần làm việc của máy từ 20Hzá20kHz IV. Tổng hợp mạch : Sau khi tính toán toàn bộ các só liệu ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh ở trang sau . Trên thực tế một bộ tăng âm không chỉ một đầu vào mà thông thường có hai đầu vào cho micro và hai đầu vào cho hai kênh trái và kênh phải , trang sau là mạch tăng âm bốn đầu vào : hai đầu cho micro và hai đầu vào cho Audio left và Right . Các đầu ra có thể được đưa vào hai loa trái và phải , đưa vào tai nghe phone hoặc tiếp tục đưa theo hai kênh để đưa dến bộ phận xử lý khác . Giữa hai kênh ta có chiết áp điều chỉnh cân bằng hai kênh trái và phải . V. Mạch phụ trợ: Mạch phân tần. It có loại mạch nào bức xạ âm thanh tốt và đồng đều trong cả dải tần từ 20Hzá20khz , mà chỉ bức xạ tốt trong một đoạn tần số nào đó . Loại loa bức xạ tốt ở tần số thấp (lợi trầm ) thì lại kém ở tần số cao, loại loa bức xạ ở tần số cao (lợi bổng ) thì lại kém ở tần số thấp , bởi vậy thường phải ghép hai hay nhiều loa trong một loa. Hai loa không thể ghép trực tiếp vối nhau , vì như thế thì tại khoảng tần số phân chia giữa hai loa , đặc tuyến sẽ tăng đột ngột , bởi vậy phải ghép loa qua bộ loc phân tần . Tần số phân chia giữa phân tần là tạo ra bộ suy giảm lớn của hai loa tại tần số cắt , độ suy giảm được đặc trưng bởi chỉ số dB/octa . Có hai loại lọc phân tần : ãLọc phân tần thụ động dùng linh kiện R-L-C thường được mắc ở đầu ra của máy tăng âm ( đặt gần hay ngay trong hộp loa ) . Loại này thường gây ra tổn hao công suất của máy tăng âm và tiện lợi vì kích thước và trọng lượng lớn , nhưng do đơn giản và dễ làm nên vẫn còn sử dụng khá rộng rãi . a/ Phân tần song song. b/ Phân tần nối tiếp. Hình (a) là mạch lọc phân tần song song có độ suy giảm 18dB/octa dùng điện cảm L và C, cho trường hợp khi hai loa HF và LF mắc song song. Trị số được xác định gần đúng. L1=1,6.Z/(2.p.fc) L2=Z/(2p.fc) L3=Z/(4.p.fc) C1=2/(2.p.fc.Z) C2=1/(1,6.2.p.fc.Z) C3=1/(2.p.fc.Z) Hình (b) là mạch lọc phân tần nối tiếp dùng điện cảm L và điện dung C cho trường hợp khi hai loa HF và LF mắc nối tiếp. Trị số được xác định gần đúng: L1=2.Z/(2.p.fc) L2=Z/(1,6.2.p.fc) L3=Z/(2.p.fc) C1=1,6/(2.p.fc.Z) C2=1/(2.p.fc.Z) C3=1/(2.2.p.fc.Z) ã Lọc phân tần tích cực : là loại dùng bộ lọc tích cực transistor hay IC , được đặt ngay đầu vào máy tăng âm . ngoài nhiệm vụ lọc phân tần chung còn có nhiệm vụ là khuyếch đại tín hiệu nên không bị tổn hao . Các máy tăng âm chuyên dụng công suất lớn thường sử dụng loại này . Cần chú ý là các bộ lọc phân tần đều được chế tạo theo tiêu chuẩn , muốn sử dụng bộ phân tần này bắt buộc máy tăng âm phải là loại hai kênh , hoặc dùng hai tăng âm riêng . Chú ý kênh LF và HF giữa đầu vào tăng âm và đầu ra loa phải tương ứng . Trong trương hợp yêu cầu chất lượng cao . Bộ phân tần còn chia ra các tần số : tần số thấp LF , tần số cao HF , tần số trung MF va tần số thấp (siêu trầm ) SF. VI . Sử dụng máy tăng âm : Các máy tăng âm hiện đại thường được sử dụng hỗn hợp cả transistor và IC , là những linh kiện dễ hư hỏng . Khi sử dụng cần đặc biệt chú ý : + Điện lưới xoay chiều phải đúng với quy định của máy , nếu cắm nhầm vào nguồn điện có điện áp cao hơn dễ làm hỏng máy vì phần lớn máy tăng âm không có nguồn ổn áp dải rộng như ở máy thu hình . Mắc nguồn tín hiệu và loa vào máy tăng âm : + Điện trở của loa hay hệ thống loa phải bằng ( chế độ tối ưu ) hay lớn hơn ( chế độ nhẹ tải ) diện trở ra của máy tăng âm . Nếu điện trở ra nhỏ hơn đIện trở ra của máy tăng âm sẽ rất nguy hiểm cho transistor hay IC công suất . + Khi mắc trực tiếp loa vào máy tăng âm thì công suất tiêu thụ của loa phải lớn hơn công suất ra cuả máy tăng âm , điều này đảm bảo cho loa không bị hỏng do dao động quá mức , và chịu được công suất đưa vào . Ví dụ : Nếu công suất của máy tăng âm là 100W thì công suất của loa phải lớn hơn 100W . Phần III: phụ lục Cảm thụ của tai người với âm thanh: 1.Cảm thụ về tần số: Con người có thể cảm thụ tín hiệu trong dải tần 16Hzá20kHz, gọi là dải âm tần. Dưới tần số 16Hz gọi là hạ âm, trên 20kHz gọi là siêu âm; cả hai vùng này con người đều không nghe thấy được. Cảm thụ về thể hiện độ cao của âm. Khi tăng liên tiếp gấp đôi tần số thì tai người cảm thụ thấy bậc biến thiên bằng nhau về độ cao của âm. Cực tiểu biến thiên tương đối của tần số mà tai người nhận ra được gọi là ngưỡng vi phân của độ thính theo tần số. Ngưỡng này phụ thuộc vào giá trị khởi đầu của tần số, cũng phụ thuộc vào biên độ di tần. Chẳng hạn ở khoảng tần số trung bình có Df/f=(0,2á0,3)%. Sự cảm thụ về tần số âm tần gần giống với quy luật hàm loga theo tần số. Các đặc tính tần số của thiết bị âm thanh sử dụng trục tần số theo thang tỉ lệ loga sẽ rất trực quan. Do đặc tính của tai người về tần số nên mạch tăng âm phải cho qua dải tần âm thanh nghe được và giảm méo tối đa. 2.Cảm thụ về biên độ: Cảm thụ về biên độ thể hiện độ to của âm, gọi là âm lượng. Âm lượng không chỉ phụ thuộc vào biên độ mà còn phụ thuộc vào tần số và nhiều yếu tố khác. Ngưỡng nghe được là mức âm thanh nhỏ nhất mà tai người có thể cảm nhận được. Ngưỡng nghe được là mức giới hạn chuyển từ trạng thái nghe thấy và trạng thái không nghe thấy và ngược lại. Ngưỡng nghe còn phụ thuộc vào tần số, người nghe và cách bố trí nguồn âm thanh. Thanh áp hiệu dụng của dao động tần số 1000Hz bằng 2.e(-5) gọi là ngưỡng nghe chuẩn. Ngưỡng chói tai là mức thanh áp lớn nhất mà tai người có thể chịu đựng được, nếu vượt quá sẽ làm tổn thương đến cơ quan thính giác. Ngưỡng chói tai cũng phụ thuộc vào tần số. Thanh áp điều hoà 1000Hz bằng 20N/m2 ngưỡng chói tai chuẩn. Nói chung cứ tăng khoảng gấp 10 lần cường độ âm đơn thì ứng với tăng một bậc âm lượng. Cảm thụ về biên độ âm tần với quy luật log10. ở tần số 1000Hz, thính giác phân biệt biến thiên âm lượng 0,2(dB). Tài liệu tham khảo: 1.Kỹ thuật mạch điện tử, Phạm Minh Hà, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, năm 1996. 2.Thiết kế Ampli , Vương Khánh Hưng, Nhà xuất bản Đại học và giáo dục chuyên nghiệp , 1990 3.Mạch điện thực dụng , Nguyễn Đức ánh, Nhà xuất bản Đại học và giáo dục chuyên nghiệp ,1992. 4.10.000 Transistor quốc tế, Nguyễn Thế Cường , Viện khoa học Việt Nam, 1982.