Đề tài Thiết kế Amply khuếch đại sử dụng Mosfet

PHẦN I: NHỮNG ĐIỀU CẦN BIẾT KHI RÁP AMPLY I. Chuẩn bị: 1/ Công suất: Nên định sẵn sẽ ráp amply công suất bao nhiêu W, đơn kênh (mono-monotone) hay đa kênh (Stereo), dùng cho nghe nhạc hay phóng thanh để chọn IC khếch đại phù hợp. 2/ Bộ nguồn: Cần bộ nguồn (điện áp đơn hay đối xứng tùy theo IC) phù hợp với công suất + diode + tụ lọc nguồn vừa đủ. Dây nguồn + công tắc + led báo nguồn v.v…,ốc vích để cố định nguồn. 3/ Loa: Loại loa gì, tổng công suất loa có thể gấp 2 lần công suất động lực của IC cũng được (Khi mở công suất vừa phải) + trạm ra loa + dây loa đủ dài và ruột đủ dài và ruột dây đủ lớn + dây đồng d = 0.8mm và tụ non polar để quấn các cuộn dây phân tần cho loa. 4/ Vỏ máy: Một cái võ máy đủ lớn để ráp các bo mạch + nguồn + các thứ liên quan. Ốc vít đẹp và chân để hợp lý cũng là thứ cần phải quan tâm. 5/ Linh kiện, board mạch và các thứ liên quan: Board đồng, các linh kiện cần thiết (IC khếch đại, điện trở, tụ điện, biến trở…) với giá trị phù hợp. 6/ Dụng cụ: Mỏ hàn, chì hàn, tua vít, kìm, kéo cắt dây, nhựa thông để hàn, dây kết nối có tiết diện phù hợp… II/ Tiến hành ráp amply: 1/ Thử loa, test biến áp nguồn, IC, transistor v.v… và các thứ có thể đo kiểm. 2/ Ráp nguồn: Biến áp (đã test ở ngoài trước) bắt vào vỏ ở góc nghịch với chỗ có Volume để tránh nhiễu. Nối dây nguồn. Tụ điện sau khi ráp vào board nguồn thì có thể dán ngược xuống vỏ máy bằng keo nhựa để định vị. Kết nối dây, led báo nguồn (qua R = 2,2K vào 12VAC) và thử cắm điện, bật công tắt, dùng điện trở xả thử tụ… (không dùng que sắt xả tụ có điện dung lớn, xung ngắn tương đương với tần số cao sẽ làm hỏng tụ điện hóa học). Trên nguồn cần có các tụ 103 đễ chống nhiễu cao tần. 3/ Ráp các volume âm lượng, master, mixer, chỉnh tần số âm (bass/treble,mix), lỗ cắm Aux, mic… các bộ hiện thị nếu có. Ráp trạm loa, dây đất, và các thứ liên quan. 4/ Ráp các board mạch khếch đại và âm sắc: Các bo mạch khếch đại chính + pre-amp + khếch đại micro… được ráp thử riêng lẻ trước khi ráp vào vỏ máy. Tìm cách cố định các board mạch này ở chỗ chắc chắn. Nối dây từ các board mạch vào các chổ cần thiết trừ đường nguồn. Dây đất phải hàn chắc chắn và có tiết diện lớn hơn dây đường nguồn. Các đường dây nối vào các tầng khuếch đại đầu, khếch đại micro… có tổng trở và độ nhạy lớn thì dùng dây bọc giáp để chống nhiễu nếu cần. 5/ Thử từng phần: Nối loa vào trạm, cắm qua một điển trở 27Ohm/2W. Thử phần công suất trước, các tầng khuếch đại mở đầu sau thoe kiểu cuốn chiếu. Thử cái nào thấy tốt xong thì ráp cái đó vào, hàn dây cố định. Cuối cùng là bỏ điện trở 27Ohm ở trạm loa, cắm micro hay MP3 thử thực tế đo công suất trung bình với đồng hồ ở thang dB. 6/ Phân tần: Quấn các cuộn dây + phối hợp với các tụ non-polar để có chất âm ra loa đúng và chuẩn. Ví dụ: ở loa Bass thì không được có tiếng hát, hay tiếng hát rất bé; loa medium chỉ có tiếng hát và loa tweeter (treble) chỉ có tiếng cao và cực cao của âm thanh nhạc. III/ Trình diễn amply: 1/ Cân chỉnh âm sắc: Chỉnh các giá trị VR trên các board mạch âm sắc đến khi vừa ý nhất. 2/ Thử dải âm: Mở nhỏ nhất, lớn nhất từ từ, phát hiện dải và khuung tần số bị méo và xử lý nó. 3/ Trình diễn: Sau khi hoàn tất cho amply hoạt động trong vài giờ xem có sự cố gì không. PHẦN II: THIẾT KẾ AMPLY KHẾCH ĐẠI SỬ DỤNG MOSFET A. MẠCH KHẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT: I. Sơ đồ mạch, chức năng linh kiện và nguyên lý hoạt động: 1. Sơ đồ nguyên lý: 2. Chức năng các linh kiện trong mạch: a. Các linh kiện cần thiết: STT Loại Giá trị Số lượng 1 C1 10uF/16V 1 2 C2 47pF 1 3 C3, C6 100/100 2 4 C4 47uF/50V 1 5 C5 526 1 6 C7 103 1 7 C8,C9 104 2 8 R1 56K 1 9 R2, R5 3K9 2 10 R3 47K 1 11 R4 2K2 1 12 R6 1K 1 13 R7 22K 1 14 R8, R21 10/1W 2 15 R9 120 1 16 R10 12K 1 17 R11, R12 100 2 18 RV1 1K 1 19 R13, R14 220 2 20 D2, D3 4148 2 21 D4, D5 Zener 12V 2 22 D1 4002 1 23 Q1, Q2 A1016 hoặc A1015 2 24 Q3, Q4 D666 hoặc D669 2 25 Q5 D646 1 26 Q6 K134, K1530, IRF9240, K1058 1 27 Q7 J49, J201, J162, IRFP240 1 b/ Chức năng: C6, C3: Tụ lọc nguồn C8, C9: Tụ lọc nhiễu cao tần C7+R21: Mạch lọc zoben L1//R8: Lọc nhiễu ngõ ra R7: Hồi tiếp R7, R6 : Điện trở quyết định hệ số khuếch đại R13, R14: Hạn dòng cho hia transistor công suất Hai cặp transistor (Q1, Q2) và (Q3, Q4) làm nhiệm vụ khuếch đại vi sai RV1: Biến trở điều chỉnh phân cực cho Q4 và Q5 C1: Tụ liên lạc ( cho tín hiệu AC qua) C10: Tụ hồi tiếp chống dao động tự kích. b)Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu âm tần từ ngõ vào được đưa vào cực B của hai cặp vi sai Q1, sau đó ra từ cực của cặp vi sai này đến cực B của Q3, ra hai cực C của Q4 ,Q5 cấp cho hai cực G của Q6 ,Q7 sau đó cấp cho loa. Độ khuếch đại của mạch này phụ thuộc vào R6, R7 và được tính theo công thứclần B. MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC DÙNG OPAMP: 1. Sơ đồ nguyên lý: 2. Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch: IC4558: nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu. OPAMP 2 là mạch khuếch đại đảo, OPAMP 1 và 3 là mạch cộng đảo.C1, C2, C3, C5 và C11: tụ liên lạc.R1, R2 và R3: các điện trở này quyết định hệ số khuếch đại của OPAMP 1.R4, R5 và C4: quyết định hệ số khuếch đại của OPAMP 2.C12: tụ lọc nguồn.R15 và R16: cầu phân áp.Dz: diode Zener ghim áp 12V.R17 và C13: mạch lọc nguồn.R7, R9 : tín hiệu có tần số thấp chọn qua.R12 và C8: tín hiệu tần số trung bình chọn qua.R7 và C10 : tín hiệu có tần số cao chọn qua.R8, R11 và R14: các điện trở hồi tiếp.VR1: biến trở BASS, dùng điều chỉnh tín hiệu tần số thấp.VR2: biến trở MIDLE, dùng điều chỉnh tín hiệu tần số trung bình.VR2: biến trở TREBLE, dùng điều chỉnh tín hiệu tần số cao.VR3: biến trở VOLUME, dùng điều chỉnh biên độ tín hiệu .3. Nguyên lý hoạt động: Xét mạch Bass Control:* Khi VR chỉnh lên vị trí A, ta có mạch tương đương sau: Ở tần số f=10kHz thì điện dung của tụ C6 và C7 là: 104 pF nên bị hồi tiếp nghịch qua R nối tiếp là R2 và R5, do đó độ lợi ở tần số cao bị làm suy yếu.Như vậy C6, C7 và R2, R5 C4 xem như nối tắt tín hiệu tần số cao xuống mass qua R2. R2= 1k nối mass.  Tín hiệu tần số thấp: *Khi VR chỉnh lên vị trí B, ta có mạch tương đương sau:rất nhỏ.Như vậy không có tín hiệu tần số thấp ra.*Khi VR chỉnh lên vị trí C, ta có mạch tương đương sau:có giá trị trung bình.Kết luận: khi điều chỉnh VR từ A B thì tín hiệu tần số thấp lấy ra có biên độ từ nhỏ đến lớn, nghĩa là chỉnh được âm lượng tần số thấp.Xét mạch Treble Control:Tụ xem như hở mạch tần số thấp vì có rất lớn đối với tần số f=100Hz, ta có: Còn đối với tần số cao f=20kHz, tương đương với R1: Tụ , có tương đương với R2: Như vậy, tụ C5 và C6 xem như hở mạch ở tần số thấp và nối tắt tín hiệu có tần số cao( từ 10kHz đến 20kHz).Do đó, khi chỉnh VR2 từ A B thì ta có tín hiệu tần số cao lấy ra từ lớn đến nhỏ, nghĩa là thay đổi được âm lượng tiếng Treble. C. MẠCH HIỂN THỊ DÙNG AN6884: 1. Sơ đồ nguyên lý: Thông số R (60oC) Vcc(V) R() 8 - 12 47 10 – 14 68 12 - 16 91 Ta (max) = 750C 7 - 9 27 8 - 10 39 9 – 11 51 10 - 12 62 11 – 13 75 12 – 14 82 13 – 15 100 14 - 16 110 2. Chức năng: Chân 1: led 1 output: ngõ ra led 1. Chân 2: led 2 output: ngõ ra led 2. Chân 3: led 3 output: ngõ ra led 3. Chân 4: led 4 output: ngõ ra led 4. Chân 5: GND: Mass Chân 6: led 5 output: ngõ ra led 5. Chân 7: AMP.output: ngõ ra của tín hiệu. Chân 8: AMP.Input: ngõ vào của tín hiệu. Chân 9: Vcc: điện áp cung cấp. 3. Nguyên lý hoạt động: a. Sơ đồ khối: b. Giải thích: Tín hiệu vào chân số 8 (là ngõ vào cộng của opamp) theo tính chất của opamp khi V+ > V- thì ngõ ra sẽ là +Vcc (nguồn cung cấp cho opamp) ngõ ra này được đưa đến V- của các opamp còn lại ( C1, C2, C3, C4, C5) còn V+ của các opamp này được đặt các mức điện áp khác nhau theo thứ tự tăng dần nhờ vào các điện trở làm các cầu chia điện áp. Khi điện áp tại các chân V- của các opamp C1, C2, C3, C4, C5 lớn hơn V+ thì ngõ ra là –Vcc (nguồn cung cấp cho opamp) ngõ ra của opamp được đua ra ngoài các chân 1, 2, 3, 4, 6 để điều khiển các led theo tín hiệu ngõ vào dưới dạng cột, khi tín hiệu ngõ vào tăng dần thì các led cũng sáng dần từ led 1 đến led 6 và ngược lại. c. Đặc điểm: - Khoảng điện áp cung cấp rộng ( 3,5-> 16 V) - Dòng điện ngõ ra: I led= 15mA. - 5 Led hiển thị theo các mức: -10,-5,0, 3,6 dB. - Nhiễu thấp khi led sáng. - Độ lợi khuếch đại trung bình 26 dB. D. MẠCH NGUỒN: 1. Sơ đồ nguyên lý: C1,C2,C3: Lọc nhiễu cao tần C4,C5: tụ lọc nguồn E. MẠCH BẢO VỆ LOA: 1. Sơ đồ nguyên lý: 2. Giải thích: NO: Normal Open- tiếp điểm thường mở.NC: Normal Close- tiếp điểm thường đóng. - Khi mở máy thì tụ C2 sẽ nạp điện thông qua R3 đến điện áp UC=1.4V đủ phân cực cho cặp transistor Q2 và Q3 ( ghép Darlington) dẫn bảo hoà.Dòng điện IC/Q3 chạy qua cuộn dây của Rơle tạo lực từ hút lõi sắt từ để các tiếp điểm thường hở(NO: normal open) đóng lại nối tín hiệu từ mạch khuếch đại công suất ra loa. - Thời gian tụ nạp cũng chính là thời gian đóng chậm tải được tính theo công thức sau: , trong đó VO điện áp ban đầu trên tụ điện( xem như VO=0). - Khi tín hiệu ngõ ra của tầng khuếch đại công suất quá lớn hay điện thế điểm giữa bị lệch được đưa qua cầu chỉnh lưu D1 đến D4 đủ lớn để phân cực cho Q1 dẫn, tụ C2 xả điện qua Q1 và điện áp trên tụ UC < 1.4V , làm cho Q2 và Q3 ngưng dẫn: IC=0.Không có dòng điện chạy qua cuộn dây Rơle nên tiếp điểm NO trở về trạng thái ban đầu: hở ra, tín hiệu sau tầng công suất bị ngắt khỏi loa và loa được bảo vệ. - Khi Q1 dẫn thì tụ C2 xả điện, dẫn đến Q2 và Q3 ngưng dẫn => dòng điện chạy qua cuộn dây IRL giảm về 0( IRL= 0) => tạo ra sức điện động cảm ứng trên cuộn dây có cực tính ngược lại với ban đầu, và sẽ phá hỏng tiếp giáp tạo mối nối CE của Q3 .Diode D5 sẽ ngắn mạch trong thời gian nhanh nhất để bảo vệ Q3. D. KẾT NỐI AMPLY HOÀN CHỈNH: a. Sơ đồ khối PHẦN III: THI CÔNG MẠCH AMPLY KHẾCH ĐẠI SỮ DỤNG MOSFET A. CHUẨN BỊ: - Board đồng có kích thước - Viết lông dầu, thước kẻ ( nếu vẽ mạch in theo kiểu thủ công) - Giấy có in sơ đồ mạch in, bàn ủi (nếu thực hiện ủi mạch in) - Dung dịch rửa mạch (FeCl3) - Mỏ hàn, chì hàn, mũi khoang 0.8mm, 1mm, 1.5mm, tua vít, kìm, kéo cắt dây, nhựa thông để hàn - Dây điện lõi đơn có tiết diện thích hợp. - Các linh kiện cần thiết cho mạch. - Máy phát sóng âm tần( AF gernerator), máy dao động ký( oscilloscope), máy đo VOM… B. THI CÔNG MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC DÙNG OPAMP: 1. Sơ đồ chân IC 4558: 2. Sơ đồ mạch in: 3. Các bước khảo sát: - Thực hiện board mạch điện trên sơ đồ mạch in. - Cấp nguồn 12 ổn áp cho mạch. - Dùng VOM đo điện áp trên các chân vào/ra của từng OP-AMP:Nếu thấy các giá trị điện áp này xấp xỉ là đạt yêu cầu. C. THI CÔNG MẠCH HIỂN THỊ: 1. Sơ đồ mạch in: 2. Khảo sát: - Cấp nguồn cho mạch. - Kiểm tra IC có hoạt động không, bằng cách chạm tay vào ngõ vào của IC và đều chỉnh biến trở xem led có sáng hay không, nếu thấy led dịch chuyển chứng tỏ IC hoạt động tốt. - Đưa tín hiệu âm thanh vào và điều chỉnh biến trở phù hợp với biên độ ngõ vào. D. THI CÔNG MẠCH BẢO VỆ LOA: 1. Sơ đồ mạch in: 2. Nhiệm vụ của mạch: - Đóng chậm tải sau thời gian định trước ngăn dòng DC qua tải khi bắt đầu mở máy. - Bảo vệ quá công suất và lệch điểm không trong quá trình vận hành tránh làm hư loa. 3. Cân chỉnh và kiểm tra: Bước 1: Kiểm tra bo mạch theo sơ đồ nguyên lý, chú ý các cực tính tụ điện, các đầu cuộn dây Relay. Bước 2: Đo thông số tĩnh của mạch.Thử hoạt động của Relay. Bước 3: Nối đầu tín hiệu L xuống mass, xả điện áp trên tụ điện. Cấp nguồn đo thời gian đóng chậm tải của mạch. - Thời gian đóng chậm tải của mạch được tính theo công thức : t=RC trong đó: là điện áp ban đầu trên tụ điện( giả sử =0). - Giả lập tín hiệu ra loa bằng cách cấp vào đầu tín hiệu L hoặc R. Chỉnh biến trở cho đến khi mạch tác động ngắt Relay, đo điện áp trên biến trở. C. THI CÔNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT: 1. Sơ đồ mạch in: 2. Sơ đồ bố trí linh kiện: 3. Các bước khảo sát: - Sau khi hoàn thành mạch in, tiến hành gắn linh kiện lên mạch theo sơ đồ bố trí linh kiện. - Hàn chân các linh kiện chắc chắn để đảm bảo chân linh kiên tiếp xúc tốt với đường mạch và không bị nhiễu. - Không gắn cặp Mosfet cùng với các linh kiện khác khi chưa cân chỉnh. - Sau khi lắp ráp các linh kiện vào mạch (Chưa gắn cặp Mosfet), kiểm tra lại một lần nữa và cấp nguồn cho mạch. - Dùng VOM đo điện áp lần lượt ở ngõ ra so với nguồn dương (+Vcc) và ngõ ra so với nguồn âm (-Vcc) xem hai điện áp này bằng nhau không. Nếu thấy không bằng thì tiến hành điều chỉnh biến trở RV1 cho đến khi hai điện áp này bằng nhau. - Sau khi cân chỉnh điện áp xong ta ngắt nguồn gắn cặp Mosfet vào mạch, lắp tải nhiệt cho Mosfet, đấu loa vào ngõ ra của mạch bảo vệ loa. - Điều chỉnh Volume của mạch điều chỉnh âm sắc về mức nhỏ nhất và cấp nguồn cho mạch, từ từ tăng volume quan sát mạch hoạt động xem có sự cố gì không và nghe âm thanh sau khi khuếch đại có bị nhiễu hay không. - Cho mạch hoạt động trong 30 phút để đảm bảo tính ổn định của mạch. - Tiến hành kết nối tất cả các mạch thành phần lại thành một amply hoàn chỉnh và gắn amply vào vỏ máy.