Chương 1 Khái niệm cơ bản về tín hiệu Audio Để đo biên độ âm tần, người ta cũng đùng đơn vị này và qui định điện trở tải có trị số là 6009. Đối với ngõ vào của mạch, nếu muốn tính theo đơn vị này cũng phải có tổng trở là 6009. P; Po —— 7 —Io I 2+ Vị Rị= Vo Tai 6002 600Q ——] Hình 1.3: Qui định tải và tổng trở vào Don vi dB được định nghĩa: “Nếu có công suất P = ImW ra trên điện trở tải R = 600 thì điện áp âm tần trên tải là 0 đB”. Ta có công thức: P=RI= ;_Ú”? R Suy ra: U’*=PR hay U=4VPR Như vậy: U = 10°.600 =0,775V =0dB Trường hợp tính gần đúng thì có thể qui tròn 1V = 0đB.
Độ khuếch đại công suất được tính theo công thức: P A, = h Người ta cảm nhận âm thanh không tỉ lệ tuyến tính theo công suất mà theo hàm logarit thập phân. Độ khuếch đại tính theo đB là: P, A, (dB) = 10log=2 (log10= 1; log] = 0) i H Kỹ thuật Audio ~ Video tương tự Nguyễn Tấn Phước 2 Uo 2 > A, (dB) = 10log Ro 2 =10log Yo 2 (do Ro= Ry) i i R, 2 U U > A, p (dB) (dB) =10log| (22) —2 | = 201log oa—2 i i Trên các thiết bị thu phát âm tân, người ta không ghi đơn vị là Voit mà ghi là đB (với ngõ vào U¡ = 1V =0đB). Thí dụ: -Néucé:Uo=1V => Ap= 0đB - Nếu có: Uo= 10V => Ap= +20dB - Nếu có: Uo= 100V — Ap= +40dB - Nếu có: Uo=0,1V => Ap= -20dB - Nếu có: Uo= 0,01V > Ap= -40dB §1. LINH KIỆN ĐIỆN THANH 1.
Miero điện động Micro là loại thiết bị điện từ dùng để đổi chấn động âm thanh ra dòng điện xoay chiểu (còn gọi là tín hiệu âm tần). Micro còn có tên khác là linh kiện điện thanh, dùng để đổi âm thanh ra dòng điện. VỀ cấu tạo, micro gồm có một màng rung làm bằng polystirol có gắn một ống dây nhúng đặt nằm trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu. Khi có chấn động âm thanh tác động vào màng rung của micro thì cuộn dây sẽ dao động trong từ trường của nam châm.
Lúc đó, từ thông qua cuộn dây thay đổi và cuộn dây sẽ cắm ứng cho ra dòng điện xoay chiểu. Dòng điện xoay chiều này do âm thanh tạo ra nên gọi là dòng điện âm tần. 12 Chương l1 Khái niệm cơ bản về tín hiệu Audio Đồng điện âm tần do micro tạo ra có biên độ cao hay thấp tùy cường độ âm thanh tác động vào micro lớn hay nhỏ, tân số của đòng điện cao hay thấp tuỳ âm điệu bổng hay trầm. Micro có các đặc tính sau: - Độ nhạy mV/ubar ở tần số f = 1kHz - Dãy tan số 50 c/s + 15kHz - Tổng trổ: micro có tổng trở thấp từ 200 đến 600G, tổng trở cao từ 2kQ đến 20k.
Loa điện động Loa là thiết bị điện từ đùng để đổi dòng điện âm tần ra chấn động âm thanh. Loa cũng được gọi là linh kiện điện thanh. Về cấu tạo, loa gồm có một nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường đều, một cuộn dây được đặt nằm trong từ trường của nam châm và cuộn dây được gắn dính với màng loa, màng loa có dang hình nón làm bằng loại giấy đặc biệt. Cuộn dây có thể rung động trong từ trường của nam châm.
Khi có dòng điện âm tần vào cuộn đây loa, cuộn dây tạo ra từ trường tác dụng lên từ trường của nam châm vĩnh cửu sinh ra lực điện từ hút hay đẩy cuộn dây làm rung màn loa và tạo ra các chấn động âm thanh lan truyền trong không khí. Âm thanh do loa phát ra lớn hay nhỏ là do dòng điện âm tần vào cuộn đây mạnh hay yếu, âm điệu trầm bổng là do dòng điện âm tần có tần số thấp hay cao. Loa có các đặc tính sau: - Tổng trở: thường là 4O, 8O, 160, 32 - Công suất định mức: từ vài trăm mW đến vài tram W. - Dãy tần làm việc: e_ Loa trầm (woofer): màng loa có khối năng lượng nặng và phát ra các âm trầm tần số từ 20Hz + 1000Hz.
* Loa béng (tweeter): dang cdi, mang kim loai chuyén phat ra 4m b6ng tan sé tty 3kHz + 15kHz. 13 Kỹ thuật Audio — Video tương tự Nguyễn Tấn Phước e Loa trung binh (mid range) tron hay dep màng giấy phát ra các tần số từ 200Hz + 10Hz. a aa nam châm cuộn đây nam châm + `. z2 màng loa s cuộn dây màng rung Hình 1.4: Cấu tạo của micro và loa Hình 1.5: Hình đáng của micro và loa 14 Chương 2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI AUDIO BIÊN ĐỘ NHỎ §2.
Đặc trưng cơ bản Mạch khuếch đại có ký hiệu như hình 2. Năng lượng ở ngõ vào và ra thường được gọi là tín hiệu vào và tín hiệu ra. Tín hiệu vào và tín hiệu ra có thể ở dạng điện áp hay cường độ dòng điện và được ký hiệu là Vị, Vo hay I;, lọ, Vị _ > » Vo 1; I, Hình 2.1: Ký hiệu của mạch khuếch đại Những đặc trưng cơ bản của mạch tiền khuếch đại âm tần: Hệ số khuếch đại A (dB) Đặc tính truyền đạt tần số và đặc tính pha Đặc tính biên độ Đải động và mức nhiễu Méo phi tuyến. Hệ số khuếch đại A (dB) Hệ số khuếch đại điện áp của mạch được định nghĩa: Trong việc chuẩn hóa, độ khuếch đại thường được tính theo đơn vị đB bởi công thức: 15 Kỹ thuật Audio — Video tương tự Nguyễn Tấn Phước P.
A, (dB) = 10log—~ (log10= 1; logl = 0) 1 Hi > A, (dB) = 10log aa =10log Yo (do Ro= Rp i i "1. Ri 2 > U U Ap (dB) = 10log| —2 | =20log—2 i 3. Dac tinh truyén dat Hệ số khuếch đại điện 4p Ay thường được tính ở tần số chuẩn của âm tần là IkHz, trong khi đặc tính truyền đạt mô tả dang tín hiệu ra theo tín hiệu vào trong suốt đải âm tén (từ 20Hz đến 20kHz) và được biểu thị bằng hệ số truyền đạt K. Hệ số truyền đạt K được tinh bằng tỉ lệ giữa độ lợi ở tần số đang xem xét A; với độ lợi ở tần số chuẩn (1kHz) Au.
KadAy Hay K(dB)=20logK Méo dang tin hiéu do bién d6 ra không đều trong suốt dải tan, gọi là méo tần số, được tính bằng dB. Méo đạng tín hiệu do sự dịch pha tín hiệu ra, gọi là méo pha.2: Đáp ứng biên độ Hình 2.3: Đáp ứng pha 16 Chương 2 Mạch khuếch đại Audio biên độ nhỏ sự méo pha thường xảy ra ở vùng tần số thấp và tần số cao. Hai loại méo trên xảy ra trên các linh kiện tuyến tính được gọi chung là méo tuyến tính. Đặc tính biên độ - Dải động - Nhiễu Đặc tính biên độ của mạch khuếch đại là quan hệ giữa điện áp ra theo điện áp vào (V/V).4 cho thấy nếu điện áp vào Vị nhỏ dưới mức Vim¡n thì sẽ có nhiễu xuất hiện ở ngõ ra.
Phạm vi làm việc tốt nhất của mạch khuếch đại là đoạn tuyến tính. Nếu điện áp vào Vị vượt quá mức Vịm„„ thì sẽ có hiện tượng quá tải ngõ vào và gây ra méo dạng tín hiệu. Nhiễu trong trường hợp này là nhiễu nội của linh kiện điện tử phi tuyến và nhiễu tạp âm nhiệt. Tỉ số giữa điện áp vào cực đại và cưc tiểu gọi là dai động của tín hiệu theo định nghĩa: Còn tính theo đơn vị đB: Ds (dB) = 20log Ds Vo TRƯƠNG BẠI HỌC NHÀTRÁNG THƯ VIÊN D435 ———— VN bes Vimin Vimax Vi Hình 2.4: Đặc tính biên độ 17 _Kỹ thuật Audio ~ Video tương tự Nguyễn Tấn Phước Như vậy: để tránh bị nhiễu ở ngõ ra và tín hiệu bị méo dạng, dải động của mạch khuếch đại phải bằng hay lớn hơn dải động của tín hiệu vào.
D,> Vy Vi max Và - Da(dB)=20logDạ x 4. Méo phi tuyến Méo phi tuyến là do các đặc tuyến ngõ vào và ra của linh kiện điện tử không thẳng. Khi mạch khuếch đại phi tuyến sẽ làm méo đạng tín hiệu hình sin Ởngõ vào và ngõ ra sẽ xuất hiện nhiều hài (họa tần) bậc cao có biên độ lớn. Méo sóng hài được biểu thị bằng hệ số sóng hài Kụ và có thể tính theo điện ấp hay đòng điện, đơn vi tính bằng %.
vy, Thông thường méo hài cho phép từ 5-7%. Ampli chất lượng cao thì từ 1-2%. Nguồn tín hiệu âm tần Nguồn tín hiệu âm tân thường là micro, đầu từ, đầu đĩa. nên có biên độ rất nhỏ khoảng vài mV đến vài chục hay vài trăm mV.
Tín hiệu này cần được khuếch đại lên đủ lớn trước khi đưa vào : -các mạch xử ly, chọn lọc hay điều chế. Mạch tiền khuếch đại âm tân thường dùng transistor lưỡng „nối: hay các mạch khuếch đại thuật toán chuyên dùng. Một số trường hợp dùng transistor trường ứng để có tổng trở ngõ vào lớn. Transistor là linh kiện phi tuyến nhưng khi xét trong phạm vi biến thiên nhỏ thì mức độ phi tuyến ảnh hưởng không lớn nên có thể xem như mạch tuyến tính.
Trong các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, transistor được vẽ thành mạch tương đương gỗm có các điện 18 Chương 2 Mạch khuếch đại Audio biên độ nhỏ trở và nguồn dòng điện để có thể tính toán và phân tích nguyên lý theo lý thuyết của mạch tuyến tính.2- KHUẾCH ĐẠI HẠNG A Để khuếch đại trung thực các tín hiệu Audio có biên độ nhỏ, các mạch khuếch đại được phân cực họat động ở hạng A. 1- Phân cực hạng A Transistor khuéch dai hang A được phân cực làm việc trong khỏang giữa của vùng khuếch đại. Điện áp phân cực ở ngõ vào: Vpg= 0,7V (transistor Si), Vpgg=0,2V (transistor Ge) Điện áp phân cực ở ngõ ra: Vcs= 1/2Vẹc 2- Đặc tuyến ngõ vào Ig/Vpp Mạch khuếch đại hạng A có điểm hoạt động tĩnh Q ở khoảng giữa của đặc tuyến (Vsg = 0,7V cho transistor S1, Vpgg= 0,2V cho transistor Ge). Khi nhận tín hiệu xoay chiều ở cực B, dòng điện Iạ sẽ thay đổi theo tín hiệu xoay chiéu nay (hình 2.5a: Dac tuyén ngõ vào ở hạng A 19 _Kỹ thuật Audio — Video tương tự Nguyễn Tấn Phước 3-_ Đặc tuyến ngõ ra Ic/Vọp Mạch khuếch đại hạng A có điểm hoạt động nh Q ở giữa đường tải và Vẹp= 1/2Vcc.
Khi dong dién Ip thay đổi theo tín hiệu xoay chiều sẽ làm cho dòng điện Ic thay đổi và kéo theo điện áp 'Vcp cũng thay đổi (hình 2,5b). Ic 4 ——— đường tải > Ver Vee I 1+ Vee Ị ' Hình 2.