Thiết kế máy tăng âm

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 = K
1
.K
2
K
n
.
Kt(dB) = K
1
(dB) + K
2
(dB) + + K
n
(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 đa vào đầu vào của máy để
có thể đa 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 nhng tiếng bị méo nhiều. Trờng 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 vợt quá giới hạn cho phép ( thờng 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 đợc ở cuối cùng
của máy (Pr) với tổng công suất điện lực cung cấp cho máy.

%100*
t
R
P
p
=

5
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 nh đa số các thiết bị điện tử thông dụng. Nhng máy tăng âm là thiết bị trợ
giúp con ngời trong việc cảm nhận thông tin dới 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 ngời
nghe. Các kỹ thuật sẽ đợc 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 lợng của máy tăng âm càng cao nhng 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 lợng âm thanh yêu cầu của máy.
Máy tăng âm chuyên dụng 50Hz 20000Hz
Máy tăng âm thông thờng 100Hz 15000Hz
Máy tăng âm điện thoại 300Hz 3400Hz
Dải tần số làm việc có liên quan trực tiếp đến sự cảm thụ của con ngời đối với âm
thanh về mặt tần số. Dải tần số 16Hz ữ 20000Hz là phạm vi tần số âm mà tại đó con
ngời có thể cảm thụ đợc. 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 lợng cũng nh không có
khả năng truyền đạt tạo hiệu ứng lập thể cho ngời 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
6
Độ méo tần của toàn bộ mạch khuếch đại đa tầng:
M = M
1
. M
2
M
n
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 đờng thẳng của đặc
tuyến các transistor hay còn đợc 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 lợng
bình thờng 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 đợc tính nh sau:
Trong đó I

là biên độ thành phần cơ bản còn I
i

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 nh
transistor, điện trở gây ra. Tạp âm và can nhiễu gây cảm giác khó chịu cho ngời nghe
làm giảm sự cảm thụ âm thanh đặc biệt trong trờng hợp thởng 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 đợc
khuếch đại nhiều lần trong các tầng khuếch đại sau. Do vậy ở tầng đầu ngời ta phải
chọn loại transistor có tạp âm nội bộ thấp và cho làm việc ở chế độ dòng và điện áp
thấp ( U
CE
= 2-3V, I
c
=0.3mA ).
7
2
2
2
)(





I
I
n
i
i

=

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
* Nguyên lý làm việc:
Đầu tiên ,tín hiệu âm thanh đợc 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 đợc khuếch đại và tín
hiệu máy thu đa 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 lợng âm thanh trầm bổng tuỳ theo yêu cầu ngời nghe .
Âm thanh này đợc đa qua tầng khuếch đại tiền công suất để tạo nên một điện áp hay
công suất vừa đủ đa 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:
Mạch
vào
Khuếch
đại
sơ bộ
Điều
chỉnh
âm sắc
KĐ tiền
công
suất
KĐ

công
suất
8
Nguồn cấp
điện
1.Khối mạch vào:
Tầng mạch vào có nhiệm vụ phối hợp trở kháng với nguồn tín hiệu để công suất từ
nguồn đa 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 thờng ngời 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 thờng ngời 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 thờng ngời ta sử dụng mạch vào là
Transistor mắc CC cho tổng trở vào lớn trong khi trở kháng ra nhỏ nên thờng đợc 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 đợc 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 thờng 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 lu ý khác của mạch đầu vào nh từ micro là chịu ảnh hởng của môi trờng
sinh ra tạp và cả nhiễu (đặc biệt là ở tần số cao), do vậy đối với các đầu vào micro ngời
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 hởng đến thành phần âm tần và lọc
nhiễu.Mạch lọc thông thấp thờng đợc 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.
9
V 1
R 1
R 2
R 3
R 4
R p
C A P
C 2
C p
Q 1 _ N P N
N G U O N
M a y t h u
R a
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 đa
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 u điểm ,
nhợc điểm riêng phù hợp với các yêu cầu khác nhau.
+ Mắc EC:
V 1
C 1
C 2
R 1
R 2
R 3
R 4
Q 1 _ N P N
V a o
R a
Đặc điểm :
- Điện trở vào và ra có giá trị trung bình .
10
- 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:
V c c
C 1
R 4
R 3
R 2
R 1
Q 1 _ N P N
U v
U r a
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 hởng bởi nhiệt độ.
Mạch thờng chỉ đợc sử dụng trong khuếch đại cao tần và trong dao động.
11
+ Mắc CC:

V c c
C 1
C 2
R 1
R 2
R 3
R 4
N P N
V a o
R a
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 thờng đợc 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 đợc 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 nhợc 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 đợc 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 phơng pháp cấp nguồn một chiều ban đầu để xác định điểm
làm việc của transistor . Khi cha có tín hiệu vào, trên các cực của transistor có các dòng
điện tĩnh I
c
và các điện áp một chiều U
BE
, U
CE
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 thờng 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 lợng làm việc của
tầng( méo , hệ số khuếch đại điện áp, điện áp ra , dòng điện ra , công suất ra) bị giảm
12
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 gĩ dòng Colectỏ không đổi. Để ổn định ta có thể dùng các phần tử
phi tuyến nh Điôt và điện trở nhiệt hay dùng hồi tiếp âm một chiều.
* Phân cực có :hai phơng pháp phân cực chính đợc sử dụng

V c c V c c 1
R b
R c
C 2
C 1
Q 1 _ N P N
R 1
R 2
R c
C 1
C 2
Q 2 _ N P N
a.Định dòng bazơ. b.Định áp bazơ.
- Phơng pháp định dòng bazơ: mạch điện đơn giản, điểm làm việc không phụ thuộc
vào những biến đổi U
BE
, đối với biến đổi hệ số sẽ làm mạch mất ổn định, vì vậy đ-
ợc sử dụng trong các bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ làm việc ở tần số thấp.
- Phơng 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 phơng pháp ổn định điểm làm việc đợc sử dụng là ph-
ơng pháp hồi tiếp âm một chiều (ổn định tuyến tính ) và phơng pháp bù nhiệt (ổn định
phi tuyến ).
- Phơng pháp hồi tiếp âm một chiều : là đa 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. Phơng pháp hồi tiếp âm làm
giảm hệ số khuếch đại nhng độ ổn định cao. Điện áp tín hiệu vào bộ khuếch đại có hồi
tiếp nhỏ hơn so với trờng hợp không có hồi tiếp nên méo phi tuyến cũng tơng ứng giảm
13
đi. Do vậy, hồi tiếp âm giúp nâng cao tính chân thực và độ nhạy. Có hai phơng pháp hồi
tiếp âm đợc sử dụng:
V c c V c c 1
R c
Q 1 _ N P N
C 3
C 4
R b
R 1 R c
R 2 R e
C 1
C 3
Q 2 _ N P N
C 2
a.Hồi tiếp âm điện áp một chiều b.Hồi tiếp âm dòng điện một chiều
i) Hồi tiếp âm điện áp một chiều có u điểm là làm giảm điện trở ra, công suất tổn
hao nhỏ.
ii) Hồi tiếp âm dòng điện một chiều tuy có hệ số khuếch đại một chiều nhỏ nhng
cho phép làm việc ổn định trong một khoảng biến thiên lớn khi hệ số khuếch đại
dòng thay đổi từ 5ữ10 lần và nhiệt độ biến thiên rộng từ 30ữ100
0
C, do vậy đợc sử
dụng nhiều nhất trong các mạch điện tử .
Phơng 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 nh transistor, điôt, điện trở nhiệt. Phơng pháp bù nhiệt
đòi hỏi các phần tử khuếch đại và các phần tử bù nhiệt phải đợc sản xuất từ cùng một
loại bán dẫn nh nhau để có nhiệt độ mặt ghép và đặc tính nhiệt nh nhau. Ưu điểm của
phơng 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 phơng pháp này thờng đợc sử dụng trong mạch
tổ hợp và các tầng khuếch đại công suất còn trong các mạch linh kiện rời rạc thì phơng
pháp này ít đợc sử dụng . Sau đây là các sơ đồ ổn định phi tuyến thờng đợc sử dụng:
14

Xem chi tiết: Thiết kế máy tăng âm