Giáo Trình Kỹ Thuật Audio-Video: Tài Liệu Học Tập Cho Sinh Viên Đại Học

Khám phá giáo trình kỹ thuật audio video, cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ âm thanh và hình ảnh, phục vụ cho ngành công nghiệp giải trí.

• Tác giả: Ts. Nguyễn Thế Vĩnh
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Giáo Trình Kỹ Thuật Audio-Video Dành Cho Sinh Viên Đại Học
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TÍN HIỆU AUDIO
• 1.1. Âm thanh tự nhiên
• 1.2. Thính giác con người
• 1.3. Âm nhạc
• 1.4. Audio đa kênh
• 1.5. Vấn đề đo biên độ của âm tần
• 1.6. Linh kiện điện thanh
• 1.6.1. Micro điện động
• 1.6.2. Loa điện động
• 1.7. Câu hỏi ôn tập chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI AUDIO BIÊN ĐỘ NHỎ
• 2.1. Đặc trưng cơ bản
• 2.2. Hệ số khuếch đại A (dB)
• 2.3. Đặc tính truyền đạt A (dB)
• 2.4. Đặc tính biên độ - Dải động - Nhiễu
• 2.5. Méo phi tuyến
• 2.6. Nguồn tín hiệu âm tần
• 2.7. Mạch tiền khuếch đại âm tần
• 2.8. Khuếch đại hạng A
• 2.8.1. Phân cực hạng A
• 2.8.2. Đặc tuyến ngõ vào IB/VBE
• 2.8.3. Ðặc tuyến ngõ ra IC/VCE
• 2.9. Mạch khuếch đại hồi tiếp
• 2.9.1. Phân loại mạch hồi tiếp
• 2.9.1.1. Theo tác dụng khuếch đại
• 2.9.1.2. Theo dạng tín hiệu hồi tiếp
• 2.9.1.3. Theo cách ghép với tín hiệu vào
• 2.9.2. Cách xác định loại hồi tiếp
• 2.9.3. Công thức tổng quát
• 2.10. Mạch khuếch đại dùng BJT

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Giáo Trình Kỹ Thuật Audio Video Dành Cho Sinh Viên

Giáo trình Kỹ thuật Audio-Video là tài liệu quan trọng trong chương trình đào tạo bậc đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử. Tài liệu này không chỉ cung cấp kiến thức cơ bản về kỹ thuật âm thanh và kỹ thuật video, mà còn giúp sinh viên nắm vững các nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong lĩnh vực này. Nội dung giáo trình được biên soạn từ nhiều tài liệu tham khảo uy tín, nhằm đảm bảo tính chính xác và cập nhật.

1.1. Mục Tiêu Của Giáo Trình Kỹ Thuật Audio Video

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cần thiết về công nghệ truyền thông và thiết kế âm thanh. Sinh viên sẽ hiểu rõ hơn về các nguyên lý cơ bản và ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật audio và video.

1.2. Cấu Trúc Nội Dung Giáo Trình

Nội dung giáo trình được chia thành nhiều chương, mỗi chương tập trung vào một khía cạnh cụ thể của kỹ thuật âm thanh và video. Các chương bao gồm lý thuyết, thực hành và các bài tập ứng dụng thực tế.

II. Thách Thức Trong Việc Dạy Và Học Kỹ Thuật Audio Video

Việc giảng dạy kỹ thuật audio-video gặp nhiều thách thức, từ việc cập nhật công nghệ mới đến việc đảm bảo sinh viên nắm vững lý thuyết và thực hành. Các giảng viên cần phải liên tục cải tiến phương pháp giảng dạy để phù hợp với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Cập Nhật Công Nghệ

Công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật âm thanh và video thay đổi liên tục. Điều này đòi hỏi giảng viên phải thường xuyên cập nhật kiến thức và tài liệu giảng dạy để đảm bảo sinh viên được học những kiến thức mới nhất.

2.2. Đảm Bảo Chất Lượng Giảng Dạy

Chất lượng giảng dạy là yếu tố quyết định đến hiệu quả học tập của sinh viên. Các giảng viên cần phải có phương pháp giảng dạy hiệu quả, kết hợp giữa lý thuyết và thực hành để sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tế.

III. Phương Pháp Giảng Dạy Kỹ Thuật Audio Video Hiệu Quả

Để nâng cao hiệu quả giảng dạy kỹ thuật audio-video, các giảng viên có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các khái niệm và ứng dụng trong thực tế.

3.1. Sử Dụng Công Nghệ Trong Giảng Dạy

Việc sử dụng các công cụ công nghệ như phần mềm mô phỏng và thiết bị thực tế ảo sẽ giúp sinh viên có trải nghiệm học tập sinh động hơn. Điều này cũng giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận với các khái niệm phức tạp trong kỹ thuật âm thanh và video.

3.2. Tổ Chức Các Buổi Thực Hành

Các buổi thực hành là cơ hội để sinh viên áp dụng kiến thức đã học vào thực tế. Việc tổ chức các buổi thực hành thường xuyên sẽ giúp sinh viên nắm vững kỹ năng cần thiết trong lĩnh vực kỹ thuật audio-video.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kỹ Thuật Audio Video

Kỹ thuật audio-video có nhiều ứng dụng trong đời sống, từ phát thanh truyền hình đến sản xuất video. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao chất lượng truyền thông mà còn tạo ra nhiều cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Phát Thanh Truyền Hình

Kỹ thuật audio-video đóng vai trò quan trọng trong ngành phát thanh truyền hình. Các kỹ sư âm thanh và video cần phải nắm vững các nguyên lý kỹ thuật để đảm bảo chất lượng phát sóng tốt nhất.

4.2. Ứng Dụng Trong Sản Xuất Video

Sản xuất video yêu cầu sự kết hợp hoàn hảo giữa kỹ thuật âm thanh và video. Các chuyên gia trong lĩnh vực này cần phải có kiến thức vững vàng để tạo ra những sản phẩm chất lượng cao.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Kỹ Thuật Audio Video

Giáo trình Kỹ thuật Audio-Video là tài liệu thiết yếu cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử. Tài liệu này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp tương lai.

5.1. Tương Lai Của Kỹ Thuật Audio Video

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, lĩnh vực kỹ thuật audio-video sẽ tiếp tục mở ra nhiều cơ hội mới cho sinh viên. Việc nắm vững kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực này sẽ giúp sinh viên tự tin hơn trong sự nghiệp.

5.2. Khuyến Khích Góp Ý Để Hoàn Thiện Giáo Trình

Giáo trình luôn cần sự đóng góp ý kiến từ sinh viên và giảng viên để hoàn thiện hơn. Những ý kiến này sẽ giúp nâng cao chất lượng giáo trình và đáp ứng tốt hơn nhu cầu học tập của sinh viên.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Kỹ thuật Audio - Video (Dùng cho bậc Đại học) là tài liệu học tập chính quy thuộc chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh (Bộ Công Thương). Tài liệu do TS. Nguyễn Thế Vĩnh chủ biên cùng ThS. Trần Văn Thương biên soạn, xuất bản năm 2017 nhằm chuẩn hóa tài liệu giảng dạy cho giảng viên và học tập cho sinh viên trong nhà trường.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho người học hệ thống kiến thức cơ bản và chuyên sâu về tín hiệu âm tần (audio) và tín hiệu truyền hình (video) trong môi trường truyền dẫn vô tuyến và thông tin điện tử; phân tích cấu trúc, nguyên lý làm việc của các linh kiện điện thanh; nắm vững phương pháp phân tích, tính toán và thiết kế các sơ đồ mạch xử lý tương tự như mạch tiền khuếch đại, mạch chọn lọc âm sắc, mạch khuếch đại công suất và mạch khuếch đại dải rộng.

Cấu trúc giáo trình được xây dựng theo trình tự từ bản chất vật lý của tín hiệu, linh kiện chuyển đổi năng lượng điện - âm, đến các khối chức năng xử lý tín hiệu trong thiết bị audio - video. Cách tiếp cận của tài liệu kết hợp giữa phân tích toán học giải tích, phương pháp đồ thị và sơ đồ mạch nguyên lý thực tế ứng dụng trong kỹ thuật điện tử dân dụng và phát thanh truyền hình quảng bá.

Điểm đặc trưng của giáo trình là hệ thống hóa các dạng mạch xử lý tín hiệu âm tần cụ thể (sử dụng linh kiện bán dẫn rời rạc BJT, JFET và vi mạch khuếch đại thuật toán OP-AMP), đi kèm các bài toán phân tích - tổng hợp mạch có số liệu tính toán chi tiết và các câu hỏi ôn tập định lượng sau mỗi chương.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung giáo trình được triển khai qua các phần trọng tâm:

• Chương 1: Khái niệm cơ bản về tín hiệu Audio
  Trình bày bản chất vật lý của sóng âm trong không khí ($c = 340\text{ m/s}$ ở $20^\circ\text{C}$, dải tần tai người cảm nhận $20\text{Hz} - 20\text{kHz}$, bước sóng $\lambda = c/f$ dao động từ $1,7\text{cm}$ đến $17\text{m}$). Khảo sát đặc tính thụ cảm của thính giác (độ cao theo tần số, âm lượng theo biên độ, âm sắc theo thành phần sóng hài). Giới thiệu cấu trúc âm thanh nổi (Stereo 2 kênh L/R) và âm thanh vòm (Surround 4.1). Quy chuẩn hóa phép đo biên độ âm tần bằng đơn vị deciBel (dB) trên tải chuẩn $600,\Omega$ ($0\text{ dB} \leftrightarrow 0,775\text{V} \leftrightarrow 1\text{mW}$). Cấu tạo, nguyên lý và dải thông của các linh kiện điện thanh: Micro điện động (màng polystirol, trở kháng $200,\Omega - 20\text{k}\Omega$) và Loa điện động (loa trầm Woofer $20\text{Hz} - 1\text{kHz}$, loa trung Mid-range $200\text{Hz} - 10\text{kHz}$, loa bổng Tweeter $3\text{kHz} - 15\text{kHz}$).

• Chương 2: Mạch khuếch đại Audio biên độ nhỏ
  Khảo sát các chỉ tiêu kỹ thuật: hệ số khuếch đại điện áp $A_V$, đặc tính truyền đạt $K(\text{dB}) = 20\log(A_i/A_0)$, méo tần số, méo pha, dải động $D_s = V_{i\max}/V_{i\min}$, méo phi tuyến sóng hài $K_h$. Phân tích chế độ phân cực tĩnh hạng A cho transistor ($V_{BE} = 0,7\text{V}$ với Si, $0,2\text{V}$ với Ge; $V_{CE} = 1/2 V_{CC}$). Lý thuyết mạch hồi tiếp: phân loại theo tác dụng (hồi tiếp âm/dương), theo dạng tín hiệu (áp/dòng) và theo cách ghép (nối tiếp/song song); thiết lập công thức tổng quát hệ số khuếch đại vòng kín $A_{VF} = A_{V0} / (1 \pm b A_{V0})$ và thừa số hồi tiếp $F$. Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại 2 transistor và mạch tiền khuếch đại dùng OP-AMP hồi tiếp âm có tụ triệt tiếng hú rít tần số cao.

• Chương 3: Mạch chọn lọc âm sắc
  Phân loại mạch lọc thụ động (RC, RL, RLC, cầu T đôi) và mạch lọc tích cực (OP-AMP, transistor). Khảo sát hàm truyền, đáp ứng biên độ và góc pha của mạch lọc hạ thông (Low-pass), thượng thông (High-pass), dải thông (Band-pass) và dải triệt (Band-stop/Notch) với tần số cắt $f_c = 1 / (2\pi RC)$, độ suy giảm $-20\text{ dB/decade}$ ($-6\text{ dB/octave}$) trên giản đồ Bode. Ứng dụng thực tế trong xử lý audio: Mạch Tone; Mạch Bass hạ thông điều chỉnh $\pm 20\text{dB}$ bằng biến trở logarit; Mạch Treble thượng thông điều chỉnh từ $-20\text{dB}$ đến $+17\text{dB}$; Mạch trầm bổng Baxandall dùng BJT hồi tiếp âm áp song song; Mạch Graphic Equalizer 5 băng tần ($60\text{Hz}, 250\text{Hz}, 1\text{kHz}, 3,3\text{kHz}, 10\text{kHz}$) dùng BJT hoặc OP-AMP; Mạch xử lý tín hiệu micro và âm sắc trong Ampli Karaoke (LO - MID - HI).

• Chương 4: Mạch khuếch đại công suất
  Phân tích tầng công suất ngõ ra: đặc tuyến giới hạn công suất tiêu tán cực đại $P_{D\max} = V_{CE} \cdot I_C$; phương pháp phân tích đồ thị đường tải động; so sánh hiệu suất và độ méo giữa các chế độ làm việc Hạng A ($\eta < 50%$), Hạng B/AB ($\eta = 60 - 70%$, cực đại lý thuyết $78,5%$), Hạng C ($\eta = 75 - 80%$). Phân tích và tổng hợp mạch công suất hạng A ghép biến áp ra loa. Mạch công suất đẩy kéo hạng B và AB (biến áp đảo pha hoặc không biến áp OTL/OCL, dùng cặp transistor bổ đắp NPN - PNP), hiện tượng méo gốc (cross-over distortion) và biện pháp bù nhiệt/định thiên bằng điốt bán dẫn ($D_1, D_2$). Các mạch đặc biệt: mạch ghép Darlington ($\beta = \beta_1 \beta_2$) và mạch Cascode (CE - CB). Phân tích khuếch đại xung và dải rộng: đáp ứng quá độ $h(t)$, thời gian sườn trước xung $t_s = 2,2\tau_c = 0,35 / f_c$, độ sụt đỉnh $\delta U$, kỹ thuật sửa méo tần số cao bằng cuộn cảm $L$ và sửa méo tần số thấp bằng mạch lọc nguồn $R_L C_L$.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết chuyển đổi điện thanh và trường âm: Nền tảng vật lý sóng cơ học, thính giác học thực nghiệm, mối liên hệ điện từ trường trong cơ cấu màng rung - cuộn dây của micro và loa điện động.
• Lý thuyết mạch tuyến tính và mạng bốn cực: Xác định hàm truyền đạt phức $A(j\omega)$, đáp ứng tần số - pha, chuẩn hóa công suất logarit (dB, dBm), giản đồ Bode tiệm cận.
• Kỹ thuật mạch bán dẫn tương tự phi tuyến: Cơ chế phân cực tĩnh transistor, phân tích chế độ làm việc tín hiệu lớn bằng đường tải một chiều/xoay chiều, lý thuyết hồi tiếp âm ổn định tham số mạch.
• Toán tử giải tích miền thời gian và tần số: Sử dụng toán tử Laplace $K(s)$ để đánh giá hàm quá độ $h(t)$, phân tích biến dạng sườn xung và đỉnh xung trong mạch khuếch đại dải rộng.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Thiết kế thông số phân cực tĩnh ($R_{B1}, R_{B2}, R_E, R_C$), tính toán trị số linh kiện $R, C$ cho các bộ lọc tần số cắt xác định ($f_c$), tính tỉ số biến áp phối hợp trở kháng ngõ ra ($n = \sqrt{R_L'/R_L}$).
• Kỹ năng phân tích mạch chuyên sâu: Đọc hiểu sơ đồ nguyên lý mạch âm tần, đánh giá mức độ méo phi tuyến ($K_h$), dải động ($D_s$), xác định cấu hình hồi tiếp (áp/dòng, nối tiếp/song song) và phân tích nguyên nhân bất ổn định nhiệt trong tầng công suất.
• Kỹ năng ứng dụng thực tế: Lắp ráp, cân chỉnh và khắc phục lỗi trên các mạch điện âm sắc thực tế (Equalizer, mạch Baxandall, mạch tiền khuếch đại micro karaoke, mạch công suất đẩy kéo không biến áp OTL/OCL).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận diễn dịch kết hợp quy nạp kỹ thuật: xuất phát từ mô hình vật lý và phương trình toán học giải tích, sau đó cụ thể hóa thành sơ đồ mạch điện nguyên lý và quy trình tính chọn linh kiện thực tế. Tài liệu dẫn dắt người học từ linh kiện đơn lẻ (BJT, JFET) đến các vi mạch tương tự phức hợp (OP-AMP, mạch Darlington, Cascode), giúp sinh viên hình thành tư duy phân tích hệ thống mạch phân tầng.

Bài tập và bài toán thiết kế mẫu

Giáo trình cung cấp các bài toán tính toán kỹ thuật mẫu với các bước giải định lượng rõ ràng:

• Bài toán phân tích: Xác định điểm làm việc tĩnh và công suất mạch hạng A có biến áp ($V_{CC} = 12\text{V}, R_{B1} = 2,2\text{k}\Omega, R_{B2} = 0,82\text{k}\Omega, R_E = 47,\Omega$), tính ra $V_B = 3,25\text{V}, I_C = 54\text{mA}, P_{O\max} = 0,324\text{W}$, công suất nguồn $P_D = 0,648\text{W}$, trở kháng tải sơ cấp $R_L' = 220,\Omega$, tỉ số vòng dây biến áp phối hợp loa $4,\Omega$ là $N_1/N_2 \approx 7,5$.
• Bài toán tổng hợp thiết kế: Thiết kế tầng công suất $5\text{W}$, tải loa $4,\Omega$, nguồn $12\text{V}$, giả thiết $\eta = 50%$; tính chọn dòng tĩnh $I_C = 830\text{mA}$, điện trở $R_E = 1,2,\Omega$, transistor $\beta = 80$, dòng phân áp $I_{RB} = 103\text{mA}$, điện trở định thiên $R_{B2} = 16,\Omega, R_{B1} = 100,\Omega$, tụ lọc $C_E = 47,\mu\text{F} - 100,\mu\text{F}$.

Hệ thống câu hỏi ôn tập và đánh giá

Cuối mỗi chương đều có danh mục câu hỏi ôn tập định hướng tự học và đánh giá kết quả:

• Chương 1 (4 câu): Khái niệm bước sóng âm thanh, so sánh cấu hình audio đa kênh, đơn vị dB, cấu tạo micro và loa điện động.
• Chương 2 (10 câu): Chỉ tiêu mạch tiền khuếch đại, phân cực hạng A, méo phi tuyến, các phương trình hồi tiếp với thừa số $F = 1 \pm b A_{V0}$, sơ đồ mạch BJT và OP-AMP.
• Chương 3 (17 câu): Hàm truyền mạng bốn cực, khảo sát mạch lọc thụ động/tích cực (hạ thông, thượng thông, dải thông, dải triệt cầu T đôi), sơ đồ Tone, Bass, Treble, Baxandall, Graphic Equalizer và mạch khuếch đại mic karaoke.
• Chương 4: Tính toán chế độ công suất hạng A, B, AB, méo gốc, mạch bù nhiệt điốt, mạch Darlington, Cascode và các phương pháp sửa méo xung bằng cuộn cảm $L$, mạch lọc $R_L C_L$.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tích hợp bối cảnh kỹ thuật phát thanh truyền hình: Giáo trình liên kết lý thuyết kỹ thuật audio - video với sự phát triển của hệ thống thông tin vô tuyến cao tần, truyền hình vệ tinh, thông tin di động, vi ba số và truyền dẫn cáp quang.
• Cung cấp các sơ đồ mạch ứng dụng công nghiệp thực tế: Thay vì dừng lại ở mô hình khối trừu tượng, giáo trình đưa vào các sơ đồ mạch chi tiết đang được sử dụng trong thiết bị thương mại:
  • Mạch lọc âm sắc kinh điển Baxandall sử dụng transistor E chung hồi tiếp âm điện áp song song, cách ly bằng điện trở $R_9 = 4,7\text{k}\Omega$.
  • Mạch Graphic Equalizer 5 băng tần chuẩn hóa công nghiệp ($60\text{Hz}, 250\text{Hz}, 1\text{kHz}, 3,3\text{kHz}, 10\text{kHz}$) sử dụng transistor hoặc OP-AMP tích cực.
  • Mạch tiền khuếch đại và cân chỉnh sắc âm 3 dải LO - MID - HI ứng dụng trong thiết bị Ampli Karaoke.
• Giải pháp kỹ thuật chuyên sâu: Trình bày chi tiết các giải pháp khắc phục nhược điểm linh kiện bán dẫn như phương pháp ghép Darlington tăng độ lợi dòng điện, cấu hình Cascode (CE - CB) triệt tiêu hiệu ứng Miller mở rộng dải tần số cao, kỹ thuật phân cực AB bằng điốt tiếp giáp để bù nhiệt (hệ số $-1\text{mA}/^\circ\text{C}$) và triệt tiêu méo gốc trong mạch đẩy kéo không biến áp.
• Phân tích toán học định lượng cho mạch xung: Sử dụng phép biến đổi Laplace trong khảo sát đáp ứng quá độ của mạch dải rộng, cung cấp công thức tính toán cụ thể cho hệ số phẩm chất khung cộng hưởng sửa tần số cao $Q^2 = L_{opt} / (C_{t\text{đ}} R_t) = 0,414$.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên bậc Đại học ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử, Kỹ thuật viễn thông, và Kỹ thuật điều khiển - tự động hóa.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần:
  • Toán cao cấp: Giải tích hàm số, đại số ma trận, chuỗi Fourier, phép biến đổi Laplace.
  • Lý thuyết mạch điện: Phương pháp phân tích mạch xoay chiều, số phức, dòng điện quá độ, mạng bốn cực.
  • Kỹ thuật điện tử / Linh kiện bán dẫn: Cấu tạo, đặc tuyến và mô hình tương đương của Diode, BJT, JFET, MOSFET, OP-AMP.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn mực cho học phần Kỹ thuật Audio - Video, làm căn cứ xây dựng đề cương chi tiết, bài giảng lý thuyết, đề cương thí nghiệm và ngân hàng câu hỏi thi kết thúc học phần.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật trong công tác thiết kế, kiểm tra, sửa chữa và bảo dưỡng các thiết bị xử lý âm thanh, hệ thống truyền dẫn phát thanh truyền hình và khuếch đại điện tử tương tự.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên bậc Đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên giảng dạy học phần chuyên ngành và kỹ sư kỹ thuật âm thanh - truyền hình.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững kiến thức Lý thuyết mạch điện (phân tích mạch xoay chiều, hàm truyền số phức, đáp ứng tần số) và Kỹ thuật điện tử tương tự (nguyên lý phân cực và khuếch đại của linh kiện bán dẫn BJT, OP-AMP).

3. Giáo trình có điểm khác biệt gì so với các tài liệu điện tử tương tự thông thường?

Tài liệu đi sâu vào các cấu hình mạch âm sắc chuyên dụng trong thực tế (mạch Baxandall, Equalizer 5 băng tần, mạch mic ampli karaoke), phân tích đầy đủ các tầng khuếch đại công suất đẩy kéo không biến áp (OTL/OCL) có mạch bù nhiệt bằng điốt bán dẫn, và cung cấp các bài toán tính toán chọn trị số linh kiện cụ thể.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học nên bám sát trình tự nội dung: nghiên cứu lý thuyết tín hiệu và đơn vị dB ở Chương 1; giải các bài toán phân cực, hồi tiếp ở Chương 2; thực hành tính toán hàm truyền mạch lọc ở Chương 3; giải quyết các bài toán thiết kế tầng công suất ở Chương 4 và trả lời đầy đủ hệ thống câu hỏi ôn tập cuối mỗi chương.

5. Giáo trình có tài liệu bổ trợ hoặc bài tập kèm theo không?

Mỗi chương trong giáo trình đều tích hợp các bài toán giải mẫu và hệ thống từ 4 đến 17 câu hỏi ôn tập tổng hợp lý thuyết và sơ đồ mạch; trang cuối giáo trình cung cấp danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành phục vụ tra cứu nâng cao.

---

Kết luận

Giáo trình Kỹ thuật Audio - Video của TS. Nguyễn Thế Vĩnh và ThS. Trần Văn Thương là tài liệu học thuật cung cấp nền tảng lý thuyết và kỹ thuật thiết kế mạch xử lý tín hiệu tương tự âm tần và cao tần.

Lộ trình học tập đề xuất:

1. Nắm vững bản chất sóng âm, linh kiện điện thanh và phép đo deciBel (Chương 1).
2. Phân tích tham số mạch tiền khuếch đại và lý thuyết hồi tiếp (Chương 2).
3. Thiết kế, khảo sát đáp ứng tần số của các khối chọn lọc âm sắc (Chương 3).
4. Phân tích, tổng hợp mạch khuếch đại công suất và sửa méo dải rộng (Chương 4).

Người học có thể tham khảo thêm các tài liệu chuyên khảo về xử lý tín hiệu, kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến và mạch tích hợp tương tự được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo ở cuối giáo trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 Câu 1: Định nghĩa âm thanh xác định biểu thức bước sóng cho ví dụ minh họa? Câu 2: Tìm hiểu và so sánh các sơ đồ của Audio đa kênh? Câu 3: Thế nào là đo biên độ của âm tần? Câu 4: Tình bày cấu tạo của micro và loa điện động? 7 Chương 2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI AUDIO BIÊN ĐỘ NHỎ 2. Đặc trưng cơ bản Mạch khuếch đại có ký hiệu như hình 2-1 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 Vi, Vo hay Ii, Io 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 Dải động và mức nhiễu Méo phi tuyến.2 Hệ số khuếch đại A (dB) Hệ số khuếch đại điện áp của mạch được định nghĩa: 𝑉 𝐴𝑉 = 0 (2.1) 𝑉𝑖 Trong việc chuẩn hóa, độ khuếch đại thường được tính theo đơn vị dB bởi công thức: 𝑃 𝐴𝑃 (𝑑𝐵) = 10𝑙𝑜𝑔 0 (log 10 = 1; log 1 = 0) 𝑃𝑖 𝑈0 2 𝑅0 𝑈0 2 → 𝐴𝑃 (𝑑𝐵) = 10𝑙𝑜𝑔 𝑈 2 = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑑𝑜 𝑅0 = 𝑅1 ) 𝑖 𝑈𝑖 2 𝑅𝑖 𝑈0 2 𝑈0 → 𝐴𝑃 (𝑑𝐵) = 10𝑙𝑜𝑔 ( ) = 20𝑙𝑜𝑔 𝑈𝑖 𝑈1 2.

Đặc tính truyền đạt A (dB) Hệ số khuếch đại điện áp Av thường được tính ở tần số chuẩn của âm tần là 1kHz, trong khi đặc tính truyền đạt mô tả dạng tín hiệu ra theo tín hiệu vào trong suốt dải âm tần (từ 20Hz đến 20kHz) và được biểu thị bằng hệ số truyền đạt K. Hệ số truyền đạt K được tính bằng tỉ lệ giữa độ lợi ở tần số đang xem xét Ai với độ lợi ở tần số chuẩn (1kHz) Ao.2) 𝐴0 8 hay K(dB) = 20log K Méo dạng tín hiệu do biên độ ra không đều trong suốt dải tần, gọi là méo tần số, được tính bằng dB. Méo dạng tín hiệu do sự dịch pha tín hiệu ra, gọi là méo pha. Đáp ứng biên độ Hình 2-3.

Đáp ứng pha 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 (Vo/Vi). Hình vẽ 2-4 cho thấy nếu điện áp vào Vi nhỏ dưới mức Vimin 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 Vi vượt quá mức Vimax 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 cực tiểu gọi là dải động của tín hiệu theo định nghĩa: 𝑉𝑖𝑚𝑎𝑥 𝐷𝑠 = (2.3) 𝑉𝑖𝑚𝑖𝑛 Còn tính theo đơn vị dB: Ds(dB) = 20log Ds Hình 2-4.

Đặc tính biên độ Như vậy để tránh bị nhiễu ở ngõ ra và tín hiệu bị méo dạng, dải động của mạch 9 khuếch đại phải bằng hay lớn hơn dải động của tín hiệu vào. 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 dạng 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 Kh và có thể tính theo điện áp hay đòng điện, đơn vị tính bằng %.6) 𝑉𝑖 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 tần 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 lý, chọn lọc hay điều chế.

Mạch tiền khuếch đại âm tần thường dùng transistor lưỡng cực 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 gồm có các điện trở và nguồn dòng điện để có thể tính toán và phân tích nguyên lý theo lý thuyết của mạch tuyến tính.

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. Phân cực hạng A Transistor khuếch đại hạng A được phân cực làm việc trong khoảng giữa của vùng khuếch đại. Điện áp phân cực ở ngõ vào: Vbe = 0,7V (transistor Si), Vbe = 0,2V (transistor Ge) Điện áp phân cực ở ngõ ra: VCE = l/2Vcc 2. Đặc tuyến ngõ vào IB/VBE Mạch khuếch đại hạng A có điểm hoạt động tĩnh Q ở khoảng giữa của đặc 10 tuyến (VB = 0,7V cho transistor Si, VBE =2V cho transistor Ge).

Khi nhận tín hiệu xoay chiều ở cực B, dòng điện IB sẽ thay đổi theo tín hiệu xoay chiều này (hình 2-5a). Đặc tuyến ngõ vào ở hạng A 2. Ðặc tuyến ngõ ra IC/VCE Mạch khuếch đại hạng A có điểm hoạt động tĩnh Q ở giữa đường tải và VCE = l/2Vcc. Khi dòng điện thay đổi theo tín hiệu xoay chiều sẽ làm cho dòng điện Ic thay đổi và kéo theo điện áp VCE cũng thay đổi (hình 2-5b).

Đặc tuyến ngõ ra ở hạng A Các đặc điểm của mạch khuếch đại hạng A là: Khuếch đại trung thực tín hiệu xoay chiều (khuếch đại được cả hai bán kỳ của tín hiệu xoay chiều hình sin). Dùng cho các mạch khuếch đại tín hiệu có biên độ nhỏ. Mạch khuếch đại hồi tiếp Mạch khuếch đại có ký hiệu dạng sơ đồ khối, khi có tín hiệu điện áp vs ở ngõ vào sẽ cho ra tín hiệu vo ở ngõ ra. Tỉ số Av = vo/VS được gọi là độ khuếch đại điện áp như đã trình bày trong chương trước.

Mạch khuếch đại kiểu này còn gọi là khuếch đại vòng hở để phân biệt với mạch khuếch đại hồi tiếp, độ khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại vòng hở được ký hiệu là Avo (o: open).7) 𝑉𝑆 𝑉𝑖 Mạch hồi tiếp là mạch lấy một phần năng lượng ở ngõ ra đưa về cung cấp lại cho ngõ vào để điều chỉnh lại các thông số và chỉ tiêu kỹ thuật của mạch khuếch đại. Mạch hồi tiếp trong sơ đồ khối được viết tắt là FB do chữ “Feed Back”. Đối với mạch hồi tiếp, tín hiệu vào chính là tín hiệu ra của mạch khuếch đại (có thể là Vo hay Io), tín hiệu ra của mạch hồi tiếp ký hiệu là Vf được đưa vào mạch khuếch đại chung với tín hiệu Vi. Tỉ số giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của mạch hồi tiếp được gọi là hệ số hồi tiếp ký hiệu là b.8) 𝑉𝑂 Mạch khuếch đại có đường hồi tiếp được gọi là mạch khuếch đại hồi tiếp (hay mạch khuếch đại vòng kín).

Tỉ số giữa điện áp ra v0 và điện áp nguồn vs bây giờ gọi là độ khuếch đại hồi tiếp ký hiệu là Avf (F tức Feed Back). Phân loại mạch hồi tiếp Có thể phân loại mạch hồi tiếp theo ba cách: theo tác dụng khuếch đại, theo dạng tín hiệu và theo cách ghép giữa tín hiệu hồi tiếp và tín hiệu vào. Theo tác dụng khuếch đại Mạch hồi tiếp dương: khi có hồi tiếp sẽ làm tăng độ khuếch đại điện áp. Trường hợp này ta có: AVF > Avo Mạch hồi tiếp âm: khi có hồi tiếp sẽ làm giảm độ khuếch đại điện áp.

Trường hợp này ta có: AVF < Avo 2. Theo dạng tín hiệu hồi tiếp Mạch hồi tiếp điện áp: mạch lấy điện áp ra V0 để tạo điện áp hồi tiếp Vf đưa trở lại ngõ vào. Mạch hồi tiếp dòng điện: mạch lấy dòng điện ra i0 để tạo điện áp hồi tiếp Vf đưa trở lại ngõ vào. Theo cách ghép với tín hiệu vào Hồi tiếp song song: khi điện áp nguồn tín hiệu Vs và điện áp hồi tiêp Vf ghép song song nhau.

Nói cách khác, hồi tiếp song song là khi hai tín hiệu Vs và Vf cùng đưa vào một cực của transistor. Trường hợp này ta có: Vi = Vs + Vf => Vs = Vi - Vf 12 Hồi tiếp nốì tiếp: khi điện áp nguồn tín hiệu Vs và điện áp hồi tiếp Vf ghép nối tiếp nhau. Nói cách khác, hồi tiếp nối tiếp là khi hai tín hiệu Vs và Vf đưa vào hai cực khác nhau của một transistor. Thí dụ: Vs đưa vào cực B còn Vi đưa vào cực E của cùng một transistor.

Trường hợp này ta có: Vi = Vs – Vf => Vs = Vi + Vf Một mạch hồi tiếp có tên gọi đủ gồm cả ba phần theo ba cách phân loại trên. Thí dụ: - Mạch hồi tiếp âm dòng điện ghép nối tiếp - Mạch hồi tiếp âm điện áp ghép song song. Cách xác định loại hồi tiếp 2. Công thức tổng quát Trong mạch khuếch đại vòng hở ta có: 𝑉𝑂 𝑉𝑂 Avo = = (nội trở rs của nguồn thường nhỏ) (2.9) 𝑉𝑆 𝑉𝑖 Trong mạch khuếch đại hồi tiếp, nếu chỉ xét từ ngõ vào đến ngõ ra thì độ khuếch đại điện áp chính là độ khuếch đại vòng hở Avo là: 𝑉𝑂 𝑉𝑂 Avo = = => 𝑉𝑂 = 𝑉𝑖 .10) 𝑉𝑆 𝑉𝑖 Trường hợp xét từ nguồn Vs đến ngõ ra Vo bao gồm cả mạch hồi tiếp thì độ khuếch đại hồi tiếp là: 𝑉𝑖 .11) 𝑉𝑖 ±𝑉𝑓 𝑉𝑖 ±𝑏𝑣𝑜 𝑉𝑖 ±𝑏𝑣𝑖 𝐴𝑣0 𝐴𝑣0 => AVF = 1±𝑏𝐴𝑣0 Gọi mẫu số 1 ± b.Avo là thừa số hồi tiếp F, ta có: 𝐴𝑣0 F = 1 ± bAv0 ; AVF = (2.

Trường hợp F = 1 - b.Avo Trong phần này, nếu vs và Vf đồng pha ta có: 𝑉𝑜 Vi = Vs + Vf => Vs = Vi – Vf => A VF = (2.13) 𝑉𝑖 −𝑉𝑓 𝐴𝑣0 Suy ra: AVF = và F =1 - bAv0 1−𝑏𝐴𝑣0 Ta có các trường hợp sau: - Nếu F = 1 - b.Avo > 1 => AVF < Avo Mạch hồi tiếp có tác dụng làm giảm độ khuếch đại nên là mạch hồi tiếp âm. Avo < 0, nghĩa là b và Avo trái dấu. Avo < 1 => AVF > Avo Mạch hồi tiếp có tác dụng làm tăng độ khuếch đại nên là mạch hồi tiếp dương.