Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống các thiết bị điện tử hiện đại, kỹ thuật xử lý tín hiệu số đang ngày càng phổ biến; tuy nhiên, các tín hiệu âm thanh thu nhận từ môi trường tự nhiên về bản chất đều là tín hiệu tương tự. Kỹ thuật điện tử tương tự, đặc biệt là quá trình tiền khuếch đại tín hiệu nhỏ và chuyển đổi tín hiệu, giữ vai trò nền tảng trong chuỗi xử lý âm thanh. Cùng với sự phát triển của đời sống xã hội, nhu cầu sử dụng các thiết bị khuếch đại âm thanh trong sinh hoạt gia đình, hội họp và các sự kiện công cộng ngày càng gia tăng. Tại thị trường Việt Nam, năng lực chế tạo các thiết bị âm thanh dân dụng đã có những bước tiến đáng kể, tạo ra các sản phẩm đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật thực tế với giá thành hợp lý. Đề tài "Thiết kế và thi công máy tăng âm dân dụng" được nhóm tác giả Trương Minh Thệ và Đỗ Hoàng Phúc, dưới sự hướng dẫn của giảng viên Hà A Thồi tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (Khoa Điện - Điện tử, Bộ môn Điện tử Công nghiệp), thực hiện nhằm nghiên cứu các mạch khuếch đại tương tự và chế tạo hoàn chỉnh một thiết bị tăng âm có độ bền cao, dễ sử dụng.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là thiết kế và thi công hoàn chỉnh một máy tăng âm dân dụng có khả năng đưa vào sử dụng thực tế, bảo đảm độ bền cơ điện, thao tác kết nối thuận tiện và khả năng vận hành ổn định.

Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu được triển khai theo 7 nội dung đánh số cụ thể trong văn bản:

  1. Nội dung 1: Tìm hiểu khái quát công dụng máy tăng âm dân dụng.
  2. Nội dung 2: Tìm hiểu về các khối cơ bản trên máy tăng âm.
  3. Nội dung 3: Tìm hiểu về các dạng mạch liên quan trong máy tăng âm.
  4. Nội dung 4: Thiết kế, thi công các khối trong máy tăng âm.
  5. Nội dung 5: Thi công mô hình.
  6. Nội dung 6: Đánh giá kết quả thực hiện.
  7. Nội dung 7: Viết cuốn luận văn tốt nghiệp.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy tăng âm dân dụng kết hợp giữa linh kiện rời (transistor lưỡng cực BJT) và các vi mạch tích hợp tương tự (IC khuếch đại thuật toán, IC tạo hiệu ứng vang số). Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian được thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh; thời gian hoàn thành vào tháng 01 năm 2017. Các giới hạn thông số kỹ thuật được xác định như sau:

Thông số kỹ thuật Giới hạn thiết kế theo văn bản
Công suất đầu ra tối đa 100 W
Dải tần số đáp ứng 30 Hz - 16 kHz
Trở kháng tải danh định 8 $\Omega$
Cấu trúc linh kiện Linh kiện rời kết hợp vi mạch tích hợp (IC)
Cổng tín hiệu ngõ vào Ngõ vào Microphone và ngõ vào âm thanh ngoài (Tivi, điện thoại)
Chức năng điều chỉnh Điều chỉnh âm sắc (Bass, Treble) tín hiệu ra loa
Mạch bảo vệ Tích hợp mạch ngắt bảo vệ loa khi tầng công suất gặp sự cố

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên hệ thống lý thuyết về kỹ thuật âm tần và các mạch khuếch đại tín hiệu điện tử. Máy tăng âm được định nghĩa là thiết bị khuếch đại tín hiệu có tần số âm thanh (tín hiệu âm tần từ micro, băng ghi âm, đĩa CD, máy thu thanh) đạt mức công suất yêu cầu với các chỉ tiêu chất lượng xác định. Văn bản phân loại máy tăng âm theo mục đích sử dụng (dân dụng: vài chục Watt; chuyên dụng: vài chục Watt đến hàng chục kilowatt), theo linh kiện (đèn điện tử, transistor, IC chuyên dụng) và theo mức công suất (nhỏ, trung bình, lớn).

Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy tăng âm được khảo sát bao gồm:

  • Hệ số khuếch đại: Hệ số khuếch đại công suất $K_P = P_o / P_i$, điện áp $K_U = U_o / U_i$, dòng điện $K_I = I_o / I_i$. Với hệ thống đa tầng ghép liên tiếp, hệ số khuếch đại tổng bằng tích hệ số khuếch đại từng tầng ($K = K_1 \cdot K_2 \dots$).
  • Đặc tuyến tần số và độ méo tần số: Đánh giá qua tỷ số $M = K_0 / K$ giữa hệ số khuếch đại ở tần số trung bình ($K_0$) và hệ số khuếch đại ở tần số bất kỳ ($K$). Giới hạn $M$ cho phép trong thực tế nằm trong khoảng từ 0,8 đến 1,25.
  • Dải tần số làm việc: Khoảng tần số mà hệ số khuếch đại không sai lệch quá giá trị quy định (điện thoại từ 300 Hz đến 3400 Hz; truyền thanh thông thường từ 60 Hz đến 8000 Hz; âm thanh chất lượng cao từ 50 Hz đến 10.000 Hz).
  • Méo biên độ và méo phi tuyến: Đánh giá qua hệ số méo hài $\gamma$. Tăng âm chất lượng cao có $\gamma$ từ 1% đến 3%, tăng âm thông thường $\gamma \le 8%$, máy điện thoại $\gamma \le 15%$, và mức cho phép danh định của tăng âm âm tần là dưới 5%.
  • Hiệu suất: Tỷ số $\eta = (P_o / P_{tt}) \times 100%$, trong đó thiết bị bán dẫn công suất dưới 50 W đạt hiệu suất 60% đến 70%.
  • Điện áp vào danh định: Điện áp cần đưa vào để đạt công suất danh định, trong đó tín hiệu đầu máy thu là 775 mV, đầu quay đĩa là 120 mV và đầu micro là 2,5 mV.

Lý thuyết mạch khuếch đại BJT khảo sát chi tiết ba cấu hình mắc cơ bản:

  1. Mạch cực gốc chung (CB): Điện trở vào rất nhỏ ($\approx 20\ \Omega$), điện trở ra lớn ($> 100\text{ k}\Omega$), độ khuếch đại dòng $\alpha < 1$, độ khuếch đại áp lớn (50 đến 2000), hiệu suất tối đa 25%, tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào.
  2. Mạch cực phát chung (CE): Điện trở vào trung bình (hàng trăm ohm), điện trở ra hàng chục kilo-ohm, hệ số khuếch đại dòng và áp đều lớn, tín hiệu ra ngược pha so với tín hiệu vào.
  3. Mạch cực góp chung (CC): Độ khuếch đại điện áp $A_V < 1$, độ khuếch đại dòng lớn, điện trở ngõ vào lớn và điện trở ngõ ra rất nhỏ (vài chục ohm hoặc nhỏ hơn), chuyên dùng làm mạch biến đổi trở kháng.

Trong phân tích tín hiệu nhỏ, BJT được mô hình hóa qua mạng hai cửa sử dụng bộ tham số lai h ($h_{11} = h_i, h_{12} = h_r, h_{21} = h_f, h_{22} = h_o$) và điện trở động cực phát $r_e = 0,026 / I_E\text{ (mA)}$ tại nhiệt độ phòng. Đối với mạch khuếch đại công suất, tác giả phân tích các chế độ:

  • Chế độ A: Transistor dẫn trong toàn bộ chu kỳ ($360^\circ$); hiệu suất cực đại ghép trực tiếp đạt 25%, ghép LC hoặc ghép biến áp đạt 50%.
  • Chế độ B: Transistor phân cực tại vùng ngắt, chỉ dẫn trong một nửa chu kỳ ($180^\circ$); mạch đẩy kéo có hiệu suất cực đại đạt 78,54% nhưng xuất hiện méo xuyên tâm (cross-over).
  • Chế độ AB: Điểm làm việc Q nằm gần vùng ngắt, transistor dẫn hơn một nửa chu kỳ; kết hợp ưu điểm ít méo của chế độ A và hiệu suất cao của chế độ B. Mạch dùng cấu trúc nguồn đôi không tụ xuất âm OCL (Output Capacitor Less) hoặc nguồn đơn có tụ xuất âm OTL (Output Transformer Less).
  • Chế độ C (dẫn dưới nửa chu kỳ, chỉ dùng trong truyền thông) và chế độ D (hoạt động xung số, hiệu suất có thể đạt 90%).

Các cấu hình ghép liên tầng được khảo sát gồm: mạch ghép Darlington (tương đương transistor có hệ số khuếch đại dòng siêu cao $\beta \approx \beta_1 \cdot \beta_2$, điện trở vào lớn), mạch ghép Cascode (ghép CE với CB giúp nâng cao trở kháng ra và ngăn cách ảnh hưởng ngược ở tần số cao), và mạch khuếch đại vi sai (hai transistor đối xứng chung cực phát, khuếch đại tín hiệu vi sai $v_{id}$ và triệt tiêu tín hiệu cách chung $v_{ic}$, đặc trưng bởi tỷ số triệt tín hiệu đồng pha CMRR = $A_d / A_c$).

Về mạch lọc, đề tài hệ thống hóa các bộ lọc thụ động (RC, RL, RLC) và bộ lọc tích cực sử dụng OP-AMP để xử lý các dải thông thấp, thông cao mà không làm suy giảm biên độ tín hiệu. Nguồn cung cấp bao gồm sơ đồ chỉnh lưu biến áp, bộ lọc tụ điện và nguồn đối xứng dùng IC ổn áp. Về linh kiện bán dẫn chuyên dụng, đồ án khảo sát vi mạch tạo trễ/vang số PT2399, IC khuếch đại thuật toán 4558 và cặp transistor công suất bổ phụ D718 (NPN) - B688 (PNP).

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

  • Phương pháp phân tích giải tích mạch điện: Tính toán chế độ phân cực DC, lập đường tải tĩnh và động, xác định trở kháng vào, trở kháng ra và hệ số khuếch đại theo mô hình tương đương tín hiệu nhỏ.
  • Phương pháp mô phỏng máy tính: Ứng dụng phần mềm PSPICE để mô phỏng tín hiệu hình sin ngõ vào và kiểm tra tín hiệu ngõ ra sau tầng khuếch đại tăng cường và tầng công suất.
  • Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Thiết kế mạch in (PCB), lắp ráp linh kiện thực tế, đo kiểm tín hiệu từng khối và đóng gói hoàn thiện mô hình. Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu là các giáo trình linh kiện, mạch điện tử và tài liệu kỹ thuật của các IC 4558, PT2399.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống máy tăng âm dân dụng được thiết kế theo cấu trúc module hóa phân tầng, gồm 7 khối chức năng chính liên kết với nhau:

[Khối Micro (OP-AMP 4558)]  ---> [Khối Tạo Vang Echo (PT2399)] --\
                                                                 +--> [Khối Trộn Master (4558)] ---> [Khối Công Suất OCL (D718/B688)] ---> [Khối Bảo Vệ Loa] ---> [Loa 8 Ohm]
[Khối Ngõ Vào Music (4558)] -------------------------------------/                                                      ^
                                                                                                                        |
[Khối Bộ Nguồn (Nguồn đôi đối xứng & Ổn áp IC)] ------------------------------------------------------------------------+

Đặc điểm thiết kế và công nghệ của từng khối:

  1. Khối khuếch đại Microphone: Tiếp nhận tín hiệu biên độ nhỏ từ micro ($\approx 2,5\text{ mV}$), sử dụng mạch khuếch đại vi sai kết hợp tầng khuếch đại tăng cường dùng OP-AMP 4558; tích hợp các biến trở VR điều chỉnh đáp ứng lọc tín hiệu tần số thấp và tần số cao.
  2. Khối khuếch đại tín hiệu ngõ vào (Music): Xử lý tín hiệu âm thanh đưa vào từ tivi hoặc điện thoại; gồm tầng khuếch đại tăng cường, mạch lọc âm sắc tích cực và mạch khuếch đại điều chỉnh độ lợi dùng OP-AMP.
  3. Khối tạo vang (Echo): Xử lý hiệu ứng trễ và lặp lại tín hiệu âm thanh micro, sử dụng IC chuyên dụng PT2399 cùng mạng linh kiện thụ động R-C để tạo tiếng vang phục vụ nhu cầu hát và thuyết minh.
  4. Khối trộn tín hiệu (Master): Tiếp nhận đồng thời tín hiệu âm nhạc từ khối Music và tín hiệu tiếng vang từ khối Echo; thực hiện chức năng cân bằng âm lượng hai kênh (Balance), chỉnh âm lượng tổng (Master Volume) và định hình âm sắc tổng thể.
  5. Khối khuếch đại công suất: Thiết kế theo cấu hình mạch đẩy kéo bổ phụ chế độ AB, sử dụng sơ đồ OCL nguồn đôi đối xứng không cần tụ xuất âm ngõ ra. Tầng kích dùng cấu hình vi sai và Darlington để nâng cao độ lợi dòng điện và trở kháng vào; tầng công suất cuối sử dụng cặp transistor công suất bổ phụ chịu dòng lớn D718 và B688, cung cấp công suất 100 W ra loa chuẩn 8 $\Omega$.
  6. Khối nguồn cung cấp: Gồm khối nguồn chỉnh lưu công suất lớn cung cấp điện áp đối xứng cho tầng công suất OCL, và khối nguồn ổn áp sử dụng vi mạch ổn áp tạo nguồn nuôi đối xứng cho các IC thuật toán 4558 và vi mạch PT2399.
  7. Khối bảo vệ loa: Sử dụng mạch cảm biến điện áp một chiều ngõ ra và rơ-le đóng cắt; khi tầng công suất bị sự cố rò áp DC, mạch tự động ngắt kết nối tải nhằm tránh làm cháy cuộn dây loa.

Quá trình triển khai thi công bao gồm việc lập sơ đồ mạch in (PCB) độc lập cho từng module (mạch Music, Master, Echo, Micro, Công suất, Nguồn, Bảo vệ loa). Các bo mạch được gia công mạch in, khoan lỗ, hàn lắp linh kiện rời và đế cắm IC. Công tác kiểm thử được tiến hành qua hai bước: mô phỏng trên phần mềm PSPICE nhằm kiểm tra dạng sóng sin tại ngõ vào, ngõ ra tầng tiền khuếch đại và ngõ ra tải; sau đó tiến hành đo kiểm thực nghiệm điện áp phân cực DC và đáp ứng âm thanh thực tế trên mô hình đã đóng vỏ máy.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đối với thiết bị âm thanh dân dụng và vai trò của kỹ thuật tương tự. Nhóm tác giả xác định mục tiêu thiết kế và thi công thiết bị tăng âm có độ bền cao, dễ sử dụng; đồng thời công bố 7 nội dung nghiên cứu thực hiện. Chương này xác định rõ các giới hạn kỹ thuật của hệ thống: công suất ra tải tối đa 100 W, dải tần đáp ứng từ 30 Hz đến 16 kHz, trở kháng tải danh định 8 $\Omega$, hỗ trợ cổng ngõ vào Microphone và thiết bị ngoài (tivi, điện thoại), tích hợp mạch bảo vệ loa và các bộ điều chỉnh âm sắc.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống các lý thuyết kỹ thuật điện tử âm tần. Tác giả khảo sát các khái niệm, phân loại và toàn bộ chỉ tiêu kỹ thuật của máy tăng âm (hệ số khuếch đại công suất, điện áp, dòng điện; méo tần số với hệ số $M$ từ 0,8 đến 1,25; méo phi tuyến $\gamma \le 5%$; dải tần làm việc; điện áp vào danh định). Tiếp đó, chương đi sâu vào khảo sát các mạch khuếch đại BJT (CB, CE, CC), phân tích mô hình tương đương tín hiệu nhỏ theo tham số lai h và điện trở phát động $r_e$. Phần khuếch đại công suất phân tích chi tiết các chế độ A (hiệu suất 25% - 50%), chế độ B (hiệu suất 78,54%, phân tích méo xuyên tâm), chế độ AB (mạch OCL và OTL), chế độ C và D. Chương này cũng phân tích các cấu hình ghép liên tầng (Darlington, Cascode, vi sai với hệ số CMRR), các dạng mạch lọc thụ động/tích cực, sơ đồ khối bộ nguồn và cấu tạo, chức năng các chân của IC tạo vang PT2399.

Chương 3: Tính toán thiết kế

Chương 3 trình bày các tính toán thiết kế chi tiết cho hệ thống máy tăng âm. Tác giả thiết lập sơ đồ khối toàn hệ thống và vẽ sơ đồ mạch nguyên lý cho từng khối chức năng:

  • Khối khuếch đại Microphone: Thiết kế mạch tiền khuếch đại vi sai dùng OP-AMP, mạch lọc âm sắc tần số thấp và tần số cao dựa trên các trạng thái của biến trở VR.
  • Khối khuếch đại Music: Tính toán mạch khuếch đại tăng cường, mạch lọc âm sắc tích cực và mạch khuếch đại chỉnh độ lợi dùng IC 4558.
  • Khối Echo: Thiết kế mạch nguyên lý ứng dụng vi mạch PT2399 tạo độ trễ âm thanh.
  • Khối Master: Thiết kế mạch chỉnh âm lượng và cân bằng hai kênh trái/phải.
  • Khối công suất: Tính toán điểm làm việc DC, mạch tương đương tính điện trở $R_E$ của transistor Q4, sơ đồ tương đương trở kháng; thiết kế mạch đẩy kéo AB dùng cặp BJT D718 - B688 theo sơ đồ OCL.
  • Khối bảo vệ loa và khối nguồn: Thiết kế mạch rơ-le bảo vệ khi xuất hiện áp một chiều tại ngõ ra loa, mạch chỉnh lưu nguồn công suất và mạch ổn áp đối xứng dùng IC ổn áp.
  • Mô phỏng: Sử dụng phần mềm PSPICE khảo sát dạng sóng sin ngõ vào và tín hiệu ngõ ra sau tầng khuếch đại tăng cường và tầng công suất.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình chế tạo phần cứng. Nhóm tác giả trình bày bản vẽ sơ đồ mạch in (PCB) và hình ảnh mạch thực tế của từng phân khối:

  • Thi công mạch khuếch đại ngõ vào (Music).
  • Thi công mạch trộn tín hiệu (Master).
  • Thi công mạch tạo vang (Echo).
  • Thi công mạch khuếch đại Micro.
  • Thi công mạch khuếch đại công suất.
  • Thi công mạch nguồn (chỉnh lưu công suất và ổn áp).
  • Thi công mạch bảo vệ loa.

Chương này cũng tổng hợp danh sách các linh kiện chính trong hệ thống (gồm cặp BJT D718/B688, IC 4558, IC PT2399, biến áp, rơ-le, tụ pi, tụ kẹo và các biến trở); hướng dẫn quy trình lắp ráp, kiểm tra liên kết giữa các mạch, thi công đóng gói hoàn thiện vỏ mô hình máy tăng âm dân dụng và biên soạn tài liệu hướng dẫn vận hành.

Chương 5: Kết quả_nhận xét_đánh giá

Chương 5 công bố hình ảnh mô hình máy tăng âm dân dụng đã hoàn thiện đóng vỏ. Tác giả đưa ra các nhận xét và đánh giá về quá trình thực hiện: mạch công suất hoạt động ổn định ở mức 100 W trên tải 8 $\Omega$, tín hiệu âm thanh qua các khối lọc âm sắc và khối tạo vang PT2399 hoạt động rõ ràng, mạch bảo vệ loa phản ứng ngắt mạch chính xác khi có sự cố, hệ thống đáp ứng đúng dải tần âm thanh thiết kế và thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra ban đầu.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các kết quả đạt được của đề tài, đánh giá ưu điểm của máy tăng âm dân dụng (thiết kế module hóa dễ sửa chữa, linh kiện thông dụng dễ tìm, chi phí thấp, công suất đạt 100 W) cùng một số nhược điểm tồn tại; đồng thời vạch ra các hướng phát triển kỹ thuật tiếp theo cho hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả kỹ thuật cụ thể đã đạt được, phản ánh chính xác các thông số và cấu trúc có trong văn bản:

  • Thiết kế và thi công hoàn chỉnh một máy tăng âm dân dụng với công suất ngõ ra cực đại 100 W, kết nối phù hợp với tải loa có trở kháng chuẩn 8 $\Omega$.
  • Dải đáp ứng tần số âm thanh đạt từ 30 Hz đến 16 kHz, hệ số méo được kiểm soát trong phạm vi cho phép của máy tăng âm dân dụng ($< 5%$).
  • Tầng khuếch đại công suất OCL chế độ AB sử dụng cặp BJT bổ phụ D718 và B688 vận hành ổn định, loại bỏ hiện tượng méo xuyên tâm của chế độ B và có hiệu suất năng lượng cao hơn chế độ A.
  • Tích hợp thành công hiệu ứng tiếng vang số nhờ vi mạch chuyên dụng PT2399, hỗ trợ khuếch đại giọng nói và hát qua cổng Microphone.
  • Khối bảo vệ loa tự động ngắt tải thông qua rơ-le khi phát hiện điện áp một chiều rò rỉ tại ngõ ra, ngăn ngừa sự cố cháy hỏng loa.

Về giải pháp và kiến nghị kỹ thuật, nhóm tác giả đề xuất:

  • Cấu trúc module hóa phần cứng: Tách biệt toàn bộ hệ thống thành các khối bo mạch in riêng lẻ (Micro, Music, Echo, Master, Công suất, Nguồn, Bảo vệ loa). Giải pháp này giúp việc kiểm tra, cân chỉnh từng tầng tín hiệu diễn ra thuận tiện, đồng thời hỗ trợ người dùng dễ dàng bảo trì, sửa chữa hoặc thay thế từng khối mà không làm ảnh hưởng đến các khối khác.
  • Lựa chọn linh kiện kinh tế và phổ biến: Ưu tiên sử dụng các linh kiện rời và vi mạch tích hợp thông dụng trên thị trường trong nước (IC 4558, IC PT2399, transistor D718, B688, tụ pi, tụ kẹo). Giải pháp này giúp hạ thấp chi phí chế tạo mô hình nhưng vẫn bảo đảm tuổi thọ và độ bền của thiết bị.

Đóng góp tự nêu của đề tài là việc nhóm tác giả đã tự lực nghiên cứu, tính toán lý thuyết giải tích, ứng dụng phần mềm PSPICE để mô phỏng kiểm chứng dạng sóng, và trực tiếp thiết kế mạch in, thi công lắp ráp hoàn chỉnh một sản phẩm máy tăng âm 100 W có tính ứng dụng thực tế. Đồ án khẳng định khả năng chế tạo các thiết bị điện tử âm thanh tương tự phục vụ nhu cầu dân dụng bằng linh kiện phổ biến tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong đồ án, hệ thống còn một số hạn chế:

  • Tầng công suất sử dụng cấu hình khuếch đại tương tự chế độ AB bằng BJT nên mức tiêu tán nhiệt trên cánh tản nhiệt vẫn còn đáng kể, hiệu suất năng lượng chưa đạt mức tối ưu như các bộ khuếch đại kỹ thuật số hiện đại.
  • Các cổng giao tiếp ngõ vào mới chỉ hỗ trợ kết nối có dây tương tự truyền thống (ngõ vào micro và jack tín hiệu từ tivi, điện thoại), chưa tích hợp các chuẩn giao tiếp âm thanh số hoặc kết nối không dây.
  • Mạch điện sử dụng hoàn toàn linh kiện cắm truyền thống trên các bo mạch in riêng rẽ nên kích thước vỏ máy còn tương đối cồng kềnh.

Về hướng nghiên cứu tiếp theo, văn bản đề cập các định hướng:

  • Mở rộng nâng cao công suất của máy tăng âm lên các mức lớn hơn để phục vụ các không gian truyền thanh hoặc hội trường có quy mô lớn.
  • Nghiên cứu và áp dụng mạch khuếch đại công suất chế độ D hoạt động ở chế độ xung nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của máy lên trên 90%, giảm thiểu nhiệt lượng tiêu tán và thu nhỏ kích thước bộ tản nhiệt.
  • Nghiên cứu tích hợp thêm các công nghệ xử lý âm thanh số hiện đại và các phương thức truyền nhận tín hiệu âm thanh không dây.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy tăng âm dân dụng" là tài liệu học thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Điện tử Công nghiệp đang làm đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp liên quan đến kỹ thuật khuếch đại âm tần và thiết kế mạch điện tử tương tự.
  • Kỹ thuật viên và người nghiên cứu chế tạo phần cứng âm thanh dân dụng muốn tìm hiểu phương pháp tính toán và triển khai mạch khuếch đại OCL.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong tài liệu bao gồm:

  • Phương pháp phân tích giải tích mạng hai cửa theo tham số lai h cho các cấu hình BJT cực gốc chung, cực phát chung, cực góp chung và công thức tính toán mạch vi sai, mạch khuếch đại công suất đẩy kéo chế độ AB.
  • Toàn bộ sơ đồ nguyên lý chi tiết và sơ đồ mạch in (PCB) của 7 khối chức năng, đặc biệt là mạch tiền khuếch đại vi sai dùng OP-AMP 4558, mạch tạo vang dùng vi mạch PT2399 và mạch rơ-le bảo vệ loa.
  • Quy trình mô phỏng kiểm tra đáp ứng biên độ tín hiệu hình sin qua phần mềm PSPICE trước khi triển khai thi công phần cứng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tầng khuếch đại công suất ngõ ra sử dụng linh kiện bán dẫn nào và hoạt động ở chế độ nào?
    Tầng khuếch đại công suất sử dụng cặp transistor BJT bổ phụ thông dụng là D718 (loại NPN) và B688 (loại PNP), hoạt động ở chế độ AB theo cấu hình đẩy kéo OCL (Output Capacitor Less) không dùng tụ xuất âm, cung cấp công suất 100 W ra loa.

  2. Hiệu ứng tiếng vang (Echo) trong máy tăng âm được tạo ra bằng phương pháp và linh kiện nào?
    Hiệu ứng tiếng vang được xử lý bằng khối mạch tích hợp sử dụng vi mạch chuyên dụng PT2399, phối hợp với các linh kiện thụ động R-C (tụ pi, tụ kẹo, biến trở) để tạo độ trễ và điều chỉnh số lần lặp lại của tín hiệu âm thanh ngõ vào Microphone.

  3. Khối tiền khuếch đại và điều chỉnh âm sắc sử dụng loại vi mạch tích hợp nào?
    Tác giả sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán (OP-AMP) 4558 để thiết kế các tầng khuếch đại vi sai ngõ vào, mạch tiền khuếch đại tăng cường, mạch chỉnh âm lượng và các bộ lọc điều chỉnh âm sắc tích cực cho khối Microphone, khối Music và khối Master.

  4. Vì sao đồ án lựa chọn chế độ khuếch đại công suất AB thay vì chế độ A hay chế độ B?
    Chế độ A có hiệu suất năng lượng tối đa chỉ đạt 25% (ghép trực tiếp) hoặc 50% (ghép biến áp/LC) và tiêu tán nhiệt rất lớn; trong khi chế độ B tuy đạt hiệu suất 78,54% nhưng lại gây hiện tượng méo xuyên tâm (cross-over). Chế độ AB cho phép transistor dẫn hơn một nửa chu kỳ, giúp triệt tiêu méo xuyên tâm của chế độ B mà vẫn duy trì được hiệu suất cao và giảm tiêu hao năng lượng so với chế độ A.

  5. Các chỉ tiêu giới hạn kỹ thuật chính mà máy tăng âm đạt được trong đề tài là gì?
    Hệ thống đạt công suất tối đa 100 W trên tải trở kháng 8 $\Omega$, dải tần số làm việc từ 30 Hz đến 16 kHz, có 2 ngõ vào cho Microphone và thiết bị ngoài (tivi, điện thoại), chỉnh được âm sắc ngõ ra và tích hợp mạch rơ-le ngắt bảo vệ loa chống điện áp một chiều rò rỉ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy tăng âm dân dụng" của sinh viên Trương Minh Thệ và Đỗ Hoàng Phúc đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đặt ra từ nghiên cứu lý thuyết, tính toán giải tích mạch điện, mô phỏng trên phần mềm PSPICE đến chế tạo thành công sản phẩm phần cứng thực tế. Thiết bị đạt công suất âm thanh 100 W, dải tần đáp ứng từ 30 Hz đến 16 kHz trên tải 8 $\Omega$, vận hành ổn định nhờ sự kết hợp giữa cấu hình công suất OCL chế độ AB dùng cặp BJT D718 - B688, vi mạch tạo vang PT2399, IC thuật toán 4558 và mạch bảo vệ loa. Thiết kế module hóa phân khối cùng việc sử dụng các linh kiện phổ biến, giá thành thấp đã mang lại cho mô hình độ bền cao, tính kinh tế và khả năng ứng dụng thực tế rõ ràng trong lĩnh vực thiết bị âm thanh dân dụng.