BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS LỜI NĨI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ ứng dụng khoa học kỹ thuật, đặc biệt công nghiệp điện tử thiết bị điện tử có cơng suất lớn chế tạo nhiều Và đặc biệt ứng dụng vào đời sống hàng ngày phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều phức tạp cơng nghiệp ngành điện tử cơng suất ln phải nghiên cứu để tìm giải pháp tối ưu Để giải vấn đề Nhà nước ta cần phải có đội ngũ thiết kế đông đảo tài Sinh viên ngành điện điện tử tương lai cần trang bị cho có trình độ tầm hiểu biết sâu rộng Chính đồ án mơn học điện tử cơng suất yêu cầu cần thiết cho sinh viên điện tử Nó kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp sinh viên điều kiện để sinh viên ngành tự tìm hiểu nghiên cứu kiến thức điện tử công suất Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ hai ngồi ghế nhà trường kinh nghiệm thực tế cịn chưa có nhiều, cần phải có hướng dẫn giúp đở thầy giáo Sau cân nhắc nhóm em chọn đề tài “mạch khuếch đại cơng suất Ampli 350W” Đồ án hồn thành khơng giúp em có nhiều kiến thức mơn học mà giúp em tiếp xúc với phương pháp làm việc chủ động hơn, linh hoạt đặc biệt quan trọng phương pháp làm việc theo nhóm Vì lần viết báo cáo đồ án nên có thiếu sót, mong thầy thơng cảm TP.Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2016 Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS LỜI CẢM ƠN Trong q trình làm đồ án có kết ngày hơm nhóm em ln giúp đỡ thầy cô hướng dẫn nhà trường nhân nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng tạo điều kiện cho em thời gian học tập nghiên cứu trường Cảm ơn thầy cô giáo khoa điện- điện tử tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báo cho em suốt trình học tập, nâng cao kiến thức để chuẩn bị hành trang kiến thức cho sau Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy Nguyễn Thanh Nghĩa giáo viên hướng dẫn để em hoàn thành đồ án thầy đưa ý kiến thiết thực nhằm bổ sung điều chĩnh vấn đề cịn hạn chế q trình làm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Nghĩa thầy cô khoa tận tình giảng dạy tạo điều kiện cho nhóm em thực tốt đồ án, nhóm em chúc thầy cô sức khỏe, hạnh phúc, thành công công việc Em xin chân thành cảm ơn !!! Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MÔN BTL-ĐTCS NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… TP.HCM, Ngày … Tháng…Năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS MỤC LỤC Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, đời sống vật chất người ngày nâng cao nhu cầu đời sống tinh thần không ngừng phát triển Con người cần giải trí sau làm việc mệt mỏi Lĩnh vực giải trí đa dạng phong phú, đặc biệt âm nhạc lĩnh vực phát triển Một hát hay phụ thuộc nhiều yếu tố như: chất giọng ca sĩ, cách hòa âm phối khí, dàn nhạc âm ca nhạc quan trọng ampli coi xương sống chất lượng âm Cùng với phát triển linh kiện bán dẫn gọn, nhẹ, giá rẽ loại ampli dùng linh kiện bán dẫn trở nên thông dụng, dễ mua, hợp túi tiền đa số người Vì nhóm em muốn tìm hiểu cách thiết kế, lắp ráp, chức linh kiện ampli 1.2 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đối với đề tài mạch khuếch đại công suất ampli 350W nhóm em tìm hiểu, nghiên cứu mạch công suất thi công mạch nguồn ampli Do kiến thức hạn hẹp thời gian thực đề tài có giới hạn nhóm em khơng thể nghiên cứu tìm hiểu sâu mạch có liên kết với mạch công suất mạch nguồn mạch Echo, mạch Mic, mạch Music, mạch Master phận để ghép thành ampli hoàn chỉnh Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý Thuyết mạch khuếch đại 2.1.1 Định nghĩa Mạch khuếch đại thiết bị linh kiện nào, sử dụng lượng công suất nhỏ đầu vào (có tần số khoảng 20–20000Hz) để điều khiển luồng công suất lớn đầu Trong ứng dụng thông dụng, thuật ngữ dùng chủ yếu cho khuếch đại điện tử thông thường ứng dụng thu tái tạo âm 2.1.2 Những đặc tính chung Những đặc tính chung Hầu hết mạch khuếch đại định giá thông số: - Độ lợi Độ lợi mạch khuếch đại tỉ số công suất đầu vào công suất đưa vào điều khiển, thông thường tính thang đo decibel (dB) - Dải động ngõ Là dải biên độ, thường sử dụng đơn vị dB, khoảng cách tín hiệu lớn tín hiệu nhỏ mà đầu phản ánh Vì tín hiệu nhỏ thường Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MÔN BTL-ĐTCS bị giới hạn biên độ nhiễu, nên người ta lấy tỉ số biên độ tín hiệu lớn nhiễu làm giải động ngõ - Băng thông thời gian đáp ứng mạch khuếch đại + Băng thông mạch khuếch đại thường xác định theo khác biệt số , số cịn gọi băng thơng -3 dB Trong trường hợp băng thông ứng với độ xác khác thường phải ghi thêm , ví dụ ( -1 dB, -6 dB, ) + Nhiều mạch khuếch đại bị giới hạn tốc độ tăng, thường trở kháng mạch dòng điện điều khiển phải chịu hiệu ứng tụ điện vài điểm mạch Điều làm cho băng thông công suất lớn thấp so với đáp ứng tần số mức tín hiệu nhỏ - Thời gian trả sai số Đó thời gian để ngõ trả đến mức (thí dụ 0,1%) tín hiệu hồn chỉnh - Ngồi cịn đặc tính như: tốc độ đáp ứng, hiệu suất, độ tuyến tính, tạp âm 2.2 Máy biến áp 2.2.1 Định nghĩa Máy biến áp thiết bị điện từ đứng yên, làm việc nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không thay đổi 2.2.2 Các đại lượng định mức Các đại lượng nhà máy chế tạo qui định thường ghi nhãn máy biến áp: Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS - Dung lượng hay cơng suất định mức S đm: cơng suất tồn phần đưa dây quấn thứ cấp máy biến áp, tính kilơvơn –ampe (KVA) hay vơn-ampe (VA) - Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: điện áp dây quấn sơ cấp tính kilơvơn (KV) hay vôn (V) - Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm: điện áp dây dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức, tính kilơvơn (KV) hay vơn(V) - Dịng điện dây định mức sơ cấp I 1đm thứ cấp I2đm: dòng điện dây dây quấn sơ cấp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức, tính kilơampe (KA) hay ampe (A) 2.2.3 Cấu tạo máy biến áp Gồm hai phận : lõi thép dây quấn ( hình 2.1) - Lõi thép: dung để dẫn từ thơng máy, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại Để giảm dịng điện xốy lõi thép, người ta dùng thép kỹ thuật điện, hai mặt có sơn - cách điện ghép lại với tạo thành lõi thép Dây quấn: chế tạo dây đồng nhơm có tiết diện trịn chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện, gồm dây quấn sơ cấp thứ cấp Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 2.1 Cấu tạo máy biến áp 2.2.4 Máy biến áp 35-0-35(V) -15A - Điện áp ngõ vào: 220 -240V Điện áp ngõ ra: + 35-0-35V cho nguồn mạch công suất + 15-0-15V cho nguồn bass- treble + 20-0-5V cho mạch báo âm lượng Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 2.2 Máy biến áp 35-0-35V (15A) 2.3 Transistor 2.3.1 Cấu tạo ký hiệu Cũng giống điode, transistor tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép bán dẫn điện âm nằm hai bán dẫn điện dương ta PNP Transistor Khi ghép bán dẫn điện dương nằm hai bán dẫn điện âm ta NPN Transistor (hình 2.3) Hình 2.3 Cấu tạo ký hiệu transistor Tranzito có chân cực là: - Cực Phát ký hiệu chữ E (Emitter) nguồn phát hạt tải điện tranzito - Cực Nền ký hiệu chữ B (Base) cực điều khiển dòng điện - Cực Thu ký hiệu chữ C (Collector) có nhiệm vụ thu nhận tất hạt dẫn từ phần phát E qua phần gốc B tới - Hai tiếp xúc P-N tiếp xúc phát-nền ký hiệu TE (gọi tắt tiếp xúc phát), tiếp xúc thu-nền ký hiệu TC (gọi tắt tiếp xúc góp) Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 10 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS 2.5.4 Điện trở cơng suất - Một số kí hiệu: - Điện trở cơng suất điện trở dùng mạch điện tử có dịng điện lớn qua, điện trở có cơng xuất lớn từ 1W, 2W, 5W, 10W, hoạt động tạo lượng nhiệt lớn ( hình 2.14) - Phân loại: cơng suất nhỏ, trung bình lớn Hình 2.14 Điện trở cơng suất 2.6 Sơ đồ khối mạch điều chỉnh tín hiệu Ampli Sơ đồ khối chức ampli tích hợp (hình 2.15) - Jack M1, M2: Ngõ vào tín hiệu Micro1, micro2 Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 20 Nhóm BÁO CÁO MÔN BTL-ĐTCS - Bo Micro1,2: khuếch đại thu từ Micro Tùy vào loại ampli mà có 1, hay nhiều bo - Trộn_Mixer: mạch trộn, cộng tín hiệu Micro Out lại để có tín hiệu tổng đưa cho tầng xử lý phía sau Đường thẳng âm chính, đường qua echo để tạo độ vang - Bo Echo: lấy phần tín hiệu tổng từ tín hiệu ngõ vào (board Micro) để tạo độ trể (chậm lại) để tạo độ vang (dội) - Bo Music: Dùng để khuếch đại xử lý tín hiệu nhạc thu từ đường tiếng R, L cấp cho bo Master - Bo Master: bo trộn tín hiệu từ bo Mic, bo Music, bo Echo, mạch khuếch đại xử lý tổng sau đưa qua mạch khuếch đại công suất - Bo KĐ công suất_Power Out: Là tầng khuếch đại cuối nhằm tăng dòng để cấp cho loa - Rele_Relay: mạch bảo vệ cho loa tầng Out chạm chập - Nguồn cấp _PSU: mạch cấp áp DC cho tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ (Micro, Echo, Music, Master) gọi chúng phần tiền KĐ = +/- Vcc_Pre Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 21 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 2.15 Sơ đồ khối chức 2.6.1 Hình ảnh mạch Mic, Echo, Music, Master phận liên quan - Khối mạch Mic: (hình 2.16) Hình 2.16 Mạch Mic - Khối mạch Echo (hình 2.17) Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 22 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 2.17 Mạch Echo - Khối mạch Music: (Hình 2.18) Hình 2.18 Mạch Music - Khối mạch Master :(Hình 2.19) Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 23 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 2.19 Mạch Master - Ngõ chuyển tín hiệu vào: (Hình 2.20) Hình 2.20 - Mạch báo âm lượng: (hình 2.21) Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 24 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 2.21 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH MẠCH VÀ THI CƠNG 3.1 Lý thuyết mạch nguồn Có nhiệm vụ cung cấp nguồn DC (nguồn đôi) cho khối mạch Mic, Echo , Music, Master 3.1.1 Cơ sở hình thành Bộ chỉnh lưu tồn kỳ dùng cầu diode Hình 3.1 Bộ chỉnh lưu cầu diode dạng sóng • Ngun lý hoạt động: Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 25 Nhóm BÁO CÁO MÔN BTL-ĐTCS - Điện áp xoay chiều từ nguồn điện vào, qua biến áp để biến đổi thành áp xoay chiều thích hợp, sau đưa qua cầu diode để chỉnh lưu dòng điện AC thành dòng điện chiều DC, cung cấp cho mạch điện tử - Xét bán kì dương điện áp: diode D1 D3 phân cực thuận, D2 D4 phân cực nghịch , dòng điện qua D1 đến tải qua D3 lại nguồn UR = U V - Xét bán kì âm điện áp: diode D2 D4 phân cực thuận , D1 D3 phân cực nghịch, dòng điện qua D4 đến tải qua D2 lại nguồn UR = -Uv - Điện áp Tải trung bình: 3.1.2 Sơ đồ khối nguồn Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch nguồn • Chức năng: - Biến áp nguồn : Hạ từ 220V xuống điện áp thấp 6V, 9V, - 12V, 24V v v … Mạch chỉnh lưu : Đổi điện AC thành DC Mạch lọc: Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng hơn, sau chỉnh lưu ta thu điện áp chiều nhấp nhơ, mạch Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 26 Nhóm BÁO CÁO MÔN BTL-ĐTCS nguồn ta phải lắp thêm tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF - vào sau cầu diode chỉnh lưu Mạch ổn áp : Giữ điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ, người ta thường dùng IC ổn áp sau: LM317, LM337, 78xx , 79xx Thơng dụng IC ổn áp có họ 78xx, 79xx 3.2 Mạch nguồn 15V DC (nguồn đôi) 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý Sử dụng cầu diode 5A 15V D D IO D E C 2 0 /5 V C 10uF VO U T +15V C 10uF D D IO D E LM 7815 V IN G N D C 104 15V 0V D D IO D E C 2 0 /5 V C 10uF IN G N D D D IO D E GND 0V O U T C 10uF C 104 -1 V LM 7915 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý (sử dụng cầu Diode 5A) 3.2.2 Nguyên lý hoạt động - Cầu Diode 5A có nhiệm vụ chỉnh lưu ngõ vào điện áp xoay chiều thành điện áp chiều ngõ - C1, C2, C3, C4 có nhiệm vụ lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng - LM7815 IC ổn áp dương 15V , thuộc họ IC 78XX có nhiệm vụ ổn áp dương - LM7915 IC ổn áp âm -15V, thuộc họ IC 79XX Có nhiệm vụ ổn áp âm Nhờ hai IC ổn áp mà ngõ giử ổn định 15V - Tụ C5, C6, C7, C8 , có nhiệm vụ lọc nhiễu cho ngõ LM7815 LM7915 Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 27 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS 3.3 Mạch nguồn 35V DC (Nguồn Đôi) +49V 35V D D D IO D E D IO D E C 1 0 0 /6 V C 10uF C 104 35V 0V GND 0V D D IO D E D C 0 0 /6 V D IO D E C 10uF C 104 -4 V Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý (sử dụng cầu Diode 35A) 3.3.1 Nguyên lý hoạt động - Cầu Diode 35A có nhiệm vụ chỉnh lưu ngõ vào điện áp xoay chiều thành điện áp chiều ngõ - Tụ C1, C2 lọc nguồn đầu vào - Tụ C3, C4 có nhiệm vụ lọc nhiễu đầu vào - Tụ C5, C6 có nhiệm vụ lọc nhiễu cho ngõ Ngõ Vout = Vin = 49 V 3.3.2 Mạch in sơ đồ bố trí linh kiện mạch nguồn 35V 15V ( tích hợp board mạch) Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 28 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 3.5 Mạch in (11,3cm x 13,9cm) sơ đồ bố trí linh kiện 3.3.3 Hình ảnh cầu diode (35A, 10A) mạch nguồn sau thi công Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 29 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS 3.4 Mạch cơng suất - Nguồn cung cấp 49V DC (35V-0V-35V AC) - Công suất 350W ( loa 8Ω ) - Dải thông từ 30 Hz đến 20 kHz - Độ nhậy đầu vào Vp – p - Tụ lọc nguồn đủ lớn x 10000µF/63V 3.4.1 Sơ đồ Khối Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 30 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS Hình 3.6 Sơ đồ khối mạch khuếch đại cơng suất Tín hiệu âm từ thiết bị đầu video, micro, đầu DVD, VCD, điện thoại tín hiệu nhỏ có biên độ nhỏ: từ 30mV đến 775mV Tín hiệu đưa vào mạch khuếch đại công suất , sau khuếch đại thành tín hiệu có biên độ lớn đưa loa 3.4.1.1 Khối mạch vào Có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu âm tần từ nguồn khác micro, đĩa hát, băng casset… Điều chỉnh tín hiệu cho phù hợp với máy 3.4.1.2 Khối mạch tiền khuếch đại Tín hiệu sau mạch vào nhỏ nên khuếch đại lên giá trị định 3.4.1.3 Khối mạch âm sắc Dùng để điều chỉnh độ trầm bổng tùy theo sở thích người nghe 3.4.1.4 Khối mạch khuếch đại trung gian Tín hiệu từ mạch khuếch đại âm sắc yếu cần phải khuếch đại tiếp qua mạch khuếch trung gian đủ cơng suất kích tầng cơng suất 3.4.1.5 Khối mạch khuếch đại cơng suất Có nhiệm vụ khuếch đại cơng suất âm tần đủ lớn để phát loa 3.4.1.6 Khối nguồn ni Cung cấp điện cho tồn khối mạch Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 31 Nhóm BÁO CÁO MÔN BTL-ĐTCS 3.4.2 Sơ đồ mạch in (6,2 x 17,2 cm) Hình 3.7 Sơ đồ mạch in mạch cơng suất 3.4.3 Mạch cơng suất hồn chỉnh Hình 3.8 Mạch cơng suất hồn chỉnh 3.5 Hình ảnh sau hồn thành Hình3.9 Hình ảnh hồn ampli 350W Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 32 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS CHƯƠNG : KẾT LUẬN 4.1 Kết đạt Trong suốt trình học tập làm đồ án ampli, hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Thanh Nghĩa, nhóm em đạt kết sau: - Nghiên cứu lắp ráp thành công mạch khuếch đại công suất ampli 350W sử - dụng thực tế Đạt mục tiêu yêu cầu ban đầu Hoàn thiện nâng cao khả vẽ mạch in làm mạch Hiểu rõ mạch nguồn, mạch công suất Vận dụng biết thêm nhiều kiến thức khuếch đại công suất linh - kiện điện tử Nâng cao khả làm việc theo nhóm học hỏi nhiều kinh nghiệm - q trình thi cơng Biết thêm nhiều kiến thức để phục vụ cho môn học làm đồ án sau 4.2 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài 4.2.1 Thuận lợi - Nhờ trang thiết bị nhà trường tạo điều kiện thuận lợi - trình tìm kiếm tài liệu trình thiết kế thi cơng Được hổ trợ hướng dẫn nhiệt tình thầy Nguyễn Thanh Nghĩa, ý kiến đóng góp cơng sức nhiệt tình thành viên nhóm 4.2.2 Khó khăn - Nhóm gặp nhiều khó khăn việc tìm tài liệu ( khả sử dụng - tiếng Anh hạn chế với tài liệu nước ngồi) Mất nhiều thời gian q trình thiết kế thi cơng để đạt u cầu Kiến thức cịn hạn hẹp nên đề tài cịn nhiều thiếu sót 4.3 Hướng phát triển Qua trình nghiên cứu đề tài Ampli 350W sử dụng mạch khuếch đại công suất với transistor công suất C5200-A1943 đạt thành công định, chất lượng âm tốt tiền đề cho sau phát triển Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 33 Nhóm BÁO CÁO MƠN BTL-ĐTCS ampli sử dụng mạch khuếch đại có công suất lớn hơn, ổn định hơn, chất lượng âm tốt ứng dụng phổ biến tương lai Ths Nguyễn Thanh Nghĩa Trang 34 Nhóm