Thiết kế bộ khuếch đại công suất sử dụng IC

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN TƯƠNG TỰ. ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT SỬ DỤNG IC. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : LÊ VIỆT TIẾN. NHÓM SINH VIÊN : CAO ĐÌNH BIỂU. NGUYỄN VĂN VINH. LỚP : ĐT 02-K2. Hà Nội, Ngày 27/03/2010. NỘI DUNG CHÍNH. LINH KIỆN LẮP RÁP MẠCH. THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT CỦA LINH KIỆN. NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ MẠCH. CHI TIẾT. LINH KIỆN LẮP RÁP MẠCH. IC TDA 2030, IC TL 082. Tụ gốm các loại : 224, 103, 104, 33p, Tụ hóa các loại : 1u, 10u, 100u/24vdc. Điện trở :1R/5w, 220R, 680R, 1k, 2k2, 4k7, 47k, 68k,100k.VR 1k, 10k, 100k. Diode : 4007. THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH KĨ THUẬT CỦA LINH KIỆN. IC TL 082. -Hình ảnh : -Đặc tính chung : - Điện áp cắt trong 15mV. -Dòng vào định thiên thấp 50pA. -Điện áp vào thấp 16nV/Hz. -Dòng nhiễu thấp 0.01pA/Hz. -Dải thông khuếch đại rộng 4MHz. -Tốc độ chuyển mạch cao 13V/uS. - Dòng vào cung cấp thấp 3.6mA. - Trở vào cao 1012Ω. - Méo đa hài tổng thấp ≤ 0.02%. - Góc ồn thấp (1/f) 50 Hz. - Thời gian đáp ứng giải quyết 2uS. - Nguồn cung cấp ± 18 ÷±30 V. - Nhiệt độ hoạt động 0oC ÷ 70oC. - Nhiệt độ lớn nhất(toàn băng) 150oC. - Đặc tính hoạt động ở chế độ AC. +Tăng độ khuếch đại ghép nối (TA=25OC,1 Hz÷20 Hz(đầu vào)) :-120 dB. + Tốc độ xoay chuyển mạch(VS=±15V,TA=15oC) : 13V/uS. + Tăng băng thông sản phẩm trong dải(VS=±15V,TA=15oC) : 4MHz. + Điện áp ồn đầu vào tương đương (TA=25oC,RS=100Ω,f=1MHz) : 25 nV/Hz. + Dòng ồn đầu vào tương đương (TA=25oC,f=1MHz). : 0.01 pA/Hz. + Tổng méo đa hài (Av=+10,RL=10K,VO=20VP-P),BW =20Hz ÷ 20 KHz) : <0.02 %. -Những thuộc tính về hiệu suất. (biểu đồ cho thấy mối tương quan giữa dòng vào định thiên với điện áp định thiên chung (chế độ tĩnh)và nhiệt độ của ic). Hình 1.1 (biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa điện áp ra và tải ra đu đưa H1.2A và giữa độ khuếch đại độ rộng dải thông với nhiệt độ môi trường H1.2B). (A) (B) Hình 1.2 (mối quan hệ giữa méo với tần số H1.3A và mối quan hệ giữa dải điện áp ra chống nhiễu H1.3 B) (A) (B) Hình 1.3 (mối quan hệ giữa tần số với độ khuếch đại điện áp mở H1.4A và giữa tần số với tỉ lệ tín hiệu nhiễu H1.4B) (A) (B) Hình 1.4 (mối quan hệ giữa điện áp nguồn cấp với độ khuếch đại điện áp mở H1.5A và giữa trở kháng với tần số của tín hiệu ra H1.5B) (B) Hình 1.5 - Đáp ứng xung : Biểu diễn sự khác biệt giữa tín chưa được biến đổi so với tín hiệu đã được biến đổi qua IC TL 082 H1.6 -Cấu trúc: Một kênh khuếch đại của IC (kênh A) B. IC TDA 2030 ( Khuếch đại âm thanh HI-FI 14W). - Đặc tính : TDA2030 là một mạch tích hợp khối trong gói phiên bản của PENTAWATT, được sử dụng như một khuếch đại tần số thấp ở chế độ AB . Thông thường nó cung cấp suất ra 14W (d = 0,5%) tại 14V áp vào /4R trở kháng ra tải ; ± 14 V hoặc 28V, đảm bảo công suất đầu ra là 12W trên tải 4 Ω và 8W trên tải 8Ω (DIN45500). TDA 2030 đảm bảo dòng ra cao ổn định và méo thấp . Thêm vào đó các thiết bị của doanh nghiệp (và được cấp bằng sáng chế) ngắn mạch để bảo vệ loa bao gồm một hệ thống tự động sắp xếp để hạn chế công suất tiêu thụ đột biến để giữ cho công suất điểm làm việc của bóng bán dẫn (transistor) đầu ra luôn vận hành trong điều kiện an toàn nhất. Một hệ thống tắt trở nhiệt cũng được tích hợp trong đó. - Hình minh họa : - Những thuộc tính tối đa : VS Điện áp cấp nguồn ±18(36) V VI Điện áp vào VS VI Điện áp vào vi phân ±15 V IO Dòng ra đỉnh (phạm vi giới hạn) 3.5 A PTOT Công suất tiêu tán 20 W Tstg,Tj Nhiệt độ cho phép hoạt động -40÷150 0C - Công suất ra tương ứng : - Những thuộc tính về điện : C. Tụ điện, điện trở. - Tụ : Chỉ cho phép dòng điện một chiều đi qua.Tụ có giá trị càng nhỏ thì chỉ cho phép tần số cao đi qua và ngược lại với tụ có giá trị lớn. - Điện trở : Có tác dụng hạn chế dòng và phân áp.Khi được kết hợp với tụ thì khối này có tác dụng lọc thông tùy theo hắng số thời gian của chúng . III. NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ MẠCH. A. SƠ ĐỒ MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM SẮC SỬ DỤNG TL082. - Mạch khuếch đại âm sắc được chia làm 3 tầng : + Tầng tiền khuếch đại : Từ đầu vào cho tới tụ 1uF (chiếm ½ TL 082) sau khi tín hiệu lấy từ máy điện thoại, radio hoặc máy nghe nhạc tín hiệu của tầng này rất nhỏ (cỡ 0.1 ÷0.3 mV) do đó khi qua đây tín hiệu sẽ được khuếch đại vế cả điện áp và dòng với một hệ số khuếch đại khá cao (được tính toán và thiết kế sẵn trong IC). + Tầng khuếch đại âm sắc : Tiếp theo cho tới chân số 6 của IC TL 082 tín hiệu sau khi được tiền khuếch đại tiếp tục được đưa đến tầng này có nhiệm vụ của tạo ra độ trầm bổng cho tín hiệu tạo cho âm thanh có một sự đa dạng về âm sắc.Như chúng ta đã biết âm thanh nghe được là thuộc khoảng từ (16Hz ÷20KHz) ngoài khoảng này do cấu tạo của tai chúng ta cho nên khó có thể phát hiện được âm thanh phát ra.Tần số càng thấp tạo âm thanh trầm bổng du dương, ấm áp (thường thuộc về nam giới) còn với tấn số cao tạo cho ta một cảm giác thanh cao, nhẹ nhàng, mượt mà (thường thuộc về phái nữ) do đó mạch khuếch đại âm sắc này tạo cho tín hiệu của chúng ta sự trầm bổng về âm thanh tùy theo gu âm nhạc của từng người.Sau khi tín hiệu qua tầng tiên khuếch đại tín hiệu được chia làm ba nhánh với những chức năng nhiệm vụ như sau : Nhánh thứ nhất với tổng trở vào khoảng hơn 70K gần như sau khi qua đây tín hiệu bị suy hao hêt cho nên cuối tầng này việc nồi với chân số 7 của IC chỉ có tác dụng tạo đướng đi thông tác cho tín hiệu. Tụ gốm 0.05 pF có tác dụng chỉ cho tín hiệu có tần số thấp đi qua đường mạch này cộng vơi biến trở VR50K chúng ta có thể điều chỉnh to nhỏ tín hiệu tần số thấp này (đó là nguyên lý mạch bass). Nhánh thứ 2 (tầng mid_range) tổng trở của cả nhánh khá cao cho nên cũng như trên cuối nhanh này tín hiệu suy hao rất đáng kể việc nối chúng với chân số 7 của TL 082 cúng hệt như của nhánh bass bên trên (nhánh thứ 3 bên dưới cũng hoàn toàn tương tự). Điều ta quan tâm ở đây là giá trị của tụ gôm (tụ có khả năng cho tín hiệu tần số cao đi qua tùy thuộc vào giá trị ghi trên tụ ) ở nhánh nay việc kết hợp biến trở với hai tụ gốm 0.005pF , 0.022pF cho phép tín hiệu thuộc dải trung bình giữa trầm và cao tạo một sự điều tiết hài hòa cho tín hiệu ở dải thông này gần như âm thanh mà tai ta nghe thấy bass_treble không tần số tín hiệu nào vượt nên.Việc điều chỉnh cường độ tín hiệu phụ thuộc vào biến trở 50K. Nhánh thứ 3 (tầng treble) việc đưa vào sử dụng tụ gốm 0.005pF cho phép tín hiệu tần số cao đi qua (cuối dải âm thanh nghe thấy của tai người ) mà đây là dải tần của tín hiệu thanh cao cho nên việc điều chỉnh cường độ của nó chỉ còn phụ thuộc vào biến trở 100K mà thôi . *** Một lưu ý rằng : Việc cho phép tín hiệu tần số như thế nào đi qua mỗi nhánh là do sự kết hợp giưa điện trở và tụ điện tạo cho chung có một hằng số thời gian cho phép những dải thông của tín hiệu thuộc tần số nào đi qua (quá trình lọc thông ). + Tầng khuếch đại trung tần : Tất cả tín hiệu sau khi lọc và qua chiết áp VR được tổng hợp lại và được đưa đến chân số 6 của IC TL 082 trực tiếp làm tín hiệu đầu vào của tầng khuếch đại trung tần, việc điều chỉnh âm sắc sao cho phù hợp với gu nghe của từng người giờ đây tín hiệu được tiếp tục đưa vào phấn khuếch đại còn lại của TL 082 và nhiệm vụ của phần này là khuếch đại một tín hiêu ra lên tới vài trục thậm chí vài trăm mV sao cho công suất đủ lớn tiếp tục đưa đến IC khuếch đại TDA 2030. Với những thông số khuếch đại được nhà chế tạo đưa ra với tín hiệu đầu vào thuộc giới hạn cho phép thì đầu ra luôn có được tín hiệu khuếch đại (có độ lớn ) mong muốn và với cho phép đủ để đưa tới tầng khuếch đại hoạt động ngon lành. B. SƠ ĐỒ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TDA 2030. +Mô tả : Cặp tụ gốm và hóa (100uF/15V) kết hợp với nhau có tác dụng lọc nguồn, yêu cầu sử dụng nguồn một chiều ổn định do đó đặt ra chúng ta phải thiết kế mạch lọc nguồn sao cho không có nhiễu trên nguồn cung cấp tạo cho IC một điện áp một chiều bằng phẳng hoạt động ổn định vậy nên tín hiệu nhiễu tấn số cao thấp qua hai tụ này xuống mass. Cặp diode 1N4001 có tác dụng bảo vệ thiết bị trong mạch khỏi điện áp đầu ra dội ngược trở lại tránh nhiễu và bảo vệ độ ổn định của nguồn luôn ổn định nhất. Đồng thời định thiên một điện áp phân cực cho IC hoạt động ở chế độ khuếch đại, hầu hết các mạch khuếch đại công suất đều hoạt động ở chế độ B (chế độ đẩy kéo) do đó công suất và lượng nhiệt tỏa ra lớn ( P=UIcosΨ ) cần có chế độ tản nhiệt thích hợp để IC hoạt động ổn định lâu dài. Việc tính toán thiết kế hệ thống tản nhiệt cho IC phụ thuộc vào công suất ra là chính (tỉ lệ thuận ) Điện trở 47K, 1.5K, tạo một vòng hồi tiếp một phần đưa về chân số 2 của IC phần còn lại được tụ đưa xuống mass. Việc hồi tiếp tín hiệu trở về giúp ổn định tín hiệu khi có sự đột biến đầu vào tránh nhiễu và điên áp cao cục bộ. Điện trở 47K và tụ hóa 10uF phân áp và lọc tín hiệu (chỉ có tín hiệu biến thiên tuần hoàn đi qua) tín hiệu ở đây được lấy trực tiếp từ tấng khuếch đại trung tần đưa đến và vào chân số 1 của IC . Cặp điện trở 1Ω/5W, tụ gốm 204 có tác dụng cho phép tần số cao ổn định sau khi khuếch đại qua IC đưa ra loa (chân số 4) , công suất của điện trở này phải lớn bởi tín hiệu lúc này rất lớn cả về điện áp lẫn dòng điện tránh hiên tương cháy trở (công suất nhỏ). + Lưu ý : Công suất của ampli không quyết định đến độ to của âm thanh ở đây yếu tố chi phối chính là cướng độ âm thanh (dB) được gọi là độ lợi của mạch khuếch đại là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đưa vào điều khiển, và thông thường được tính trên thang đo decibel (dB). (Trong thang đo này, trị số đo tỷ lệ với quan hệ lôgarít của hai trị số: G (dB) = 10 × log(Pout/Pin)) (trường hợp trong mạch này độ lợi đạt được là vào khoảng 34÷44 dB) Để đảm bảo cho loa hoạt động ổn định lâu dài việc đầu tiên ta phải chọn công suất cho loa sao cho phù hợp với mạch có thể nhỏ hơn nhưng điện trở phải lớn để tránh khi công suất của mạch vượt quá công suất loa sẽ làm cháy loa, việc thứ hai là ta để bảo vệ loa ta có thể lắp thêm mạch bảo vệ loa. +Sơ đồ mạch nguyên lý : +Sơ đồ mạch in :