BÁO cáo THÍ NGHIỆM MẠCH điện tử KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH đại VI SAI DÙNG BJT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG BJT LỚP L01_NHÓM 03_HK 202 GVHD: NGUYỄN NGỌC KỲ SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Khánh Hưng 1913637 Lương Ngọc Nam Huy 1913523 Link ghi âm ghi hình phiên google meet: https://drive.google.com/file/d/188Gr48RwiZtXExTdaH8_BJOBMxGGlrzW/view?usp=sharing I.Giới thiệu chung 1.Mục tiêu thí nghiệm Kiểm chứng mạch khuếch đại vi sai dùng BJT - Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE cực phát nguồn dòng cực phát - Đảm bảo mạch có nguồn DC trì hoạt động, dùng máy đo đa đo phân cực DC mạch cách li thành phần DC với ngõ cách ghép nối tụ điện - Biết cách sử dụng máy phát sóng để tạo sóng ngõ vào phù hợp: điều chỉnh biên độ phù hợp, tần số dãy để quan sát ngõ không méo dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 pha, ngược pha từ luật mạch áp dụng module thí nghiệm theo yêu cầu thí nghiệm - Sử dụng hiệu dao động ký để quan sát sóng ngõ vào, ngõ ra, đọc giá trị đỉnh đỉnh dao động ký để phục vụ cho việc tính tốn độ lợi áp - Đo đạc, kiểm chứng độ lợi áp cách chung AC hai sóng ngõ vào chân B pha, độ lợi áp vi sai Ad hai sóng ngõ vào chân B ngược pha hai mạch, so sánh với lý thuyết, rút nhận xét, đánh giá giải thích khác kết - Từ kết đo độ lợi áp cách chung, độ lợi áp vi sai, tính tỷ lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR Phần mềm thí nghiệm: LTspice Module thí nghiệm: BJTLABSN003 II Các thí nghiệm kiểm chứng Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát 1.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm thơng số cần kiểm chứng - Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm BJT giống thông số, ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, điện trở RE hồi tiếp âm giúp mạch ln hoạt động chế độ tích cực, tín hiệu ngõ lấy chân C khuếch đại hiệu tín hiệu đầu vào (tín hiệu bé) Hình 1.1: Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát 𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶 - Sơ đồ tương đương: - Các thông số quan trọng: 𝛽𝛽 (= 12−𝑉𝑉𝐵𝐵𝐵𝐵) 𝑅𝑅𝐵𝐵+2(𝛽𝛽+1)𝑅𝑅 𝑉𝑉𝛾𝛾 𝑟𝑟𝜋𝜋 = 𝛽𝛽 𝐼𝐼 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐵𝐵 𝐴𝐴𝐶𝐶 −𝛽𝛽 (𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 ) = 𝑟𝑟𝜋𝜋 +𝑅𝑅𝐵𝐵 +2(𝛽𝛽+1)𝑅𝑅𝐵𝐵 𝐴𝐴𝑑𝑑 = 𝛽𝛽(𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 ) 2(𝑟𝑟 + 𝑅𝑅 ) 𝜋 𝐵𝐵 1.2.Sơ đồ mạch thí nghiệm Ltspice Phần 1: đo phân cực, giá trị dòng áp điểm làm việc Kết đo đạc: Ta có: ICQ = 0.92mA VCEQ = 7.6V IBQ = 0.0097mA 𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶 𝛽𝛽 = ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 = 𝐼𝐼 VBE = 0.571V = 94.85 𝐵𝐵𝐶𝐶 Phần 2: đo độ lợi cách chung Ac Mạch đo độ lợi Ac Kết đo Ac1 Kết đo Ac2 Kết đo Ac3 Với 𝐴𝐴 𝐶𝐶 = 𝑣𝑣𝑜 𝑜 = 𝑣𝑣1+𝑣𝑣2 𝑣𝑣𝑜𝑜 𝑣𝑣1 Áp dụng cơng thức ta có : Tương tự ta tính được: 𝐴𝐴�� = 𝐶𝐶 𝑣𝑣𝑜𝑜1 −1.92212 = = −0.32035 𝐴𝐴𝐶𝐶1 = 11 𝑣𝑣 −0.6410 𝑣𝑣𝑜𝑜1 = =− 0.3205 𝐴𝐴𝐶𝐶2 = 12 𝑣𝑣𝑜𝑜3𝑣𝑣 −1.27876 = = −0.31969 𝐴𝐴𝐶𝐶3 = 13 𝑣𝑣 𝐴𝐴𝐶𝐶1 + 𝐴𝐴𝐶𝐶2 + 𝐴𝐴𝐶𝐶3 = − 0.32018 �� � |𝐴 𝐶 − 𝐴𝐴𝐶𝐶1 | + |𝐴��𝐶� − 𝐴𝐴𝐶𝐶2 | + |𝐴��𝐶� ∆𝐴𝐴𝐶𝐶 = − 𝐴𝐴𝐶𝐶3 | |−0.32018 + 0.32035| + |−0.32018 + 0.3205| + |−0.32018 + 0.31969| = = 0.0025 AC= -0.32018 ± 0.0025 Phần 3: đo độ lợi áp vi sai Ad Mạch đo độ lợi Ad Kết đo Ad1 Kết đo Ad2 1.3 Phân tích so sánh kết luận a) Phân cực tính DC - Lý thuyết: 𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶 = - 𝛽𝛽(12 − 𝑉𝑉𝐵𝐵𝐵𝐵 ) 𝑅 + 2(𝛽𝛽 + 𝑅 1)𝑅 𝐵𝐵 Sai số với thực tế: = 95(12 − 0.571) = 1.01𝑚𝑚𝐴𝐴 1200 + 2(95 + 1)5600 𝐵𝐵 %𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠ố = |𝑡𝑡ℎự𝑐𝑐 𝑡𝑡ế − 𝑙 ý 𝑡𝑡ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢ế𝑡𝑡 | ∗ 100% 𝑙 ý 𝑡𝑡ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢ế𝑡𝑡 0.92 − 1.01 � ∗ 100% = 8.91% %𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶 = � 1.01 - Phân tích đánh giá + Ta thực mơ với thông số BJT so với datasheet nhà sản xuất + Nhìn chung sai số phân cực tình DC Icq khơng khác biệt so với tính tốn lý thuyết b) Độ lợi cách chung - Lý thuyết 𝑟𝑟𝜋𝜋 = 𝛽𝛽 𝑣𝑣𝛾𝛾 𝐼 𝐶𝐶𝐶 𝐼𝐶 𝛽𝛽(𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 ) 𝐴𝐴𝐶𝐶 = - 𝑟𝑟𝜋𝜋 + 𝑅𝑅𝐵𝐵 + 2(𝛽𝛽 + 1)𝑅𝑅𝐵𝐵 Sai số so với thực tế %𝐴𝐴𝐶𝐶 = � - = 95 × = 0.025 1.01 × 10−3 = 2.35𝑘𝑘Ω −95(5600//12000) = −0.3362 2350 + 1200 + × 96 × 5600 −0.3211 + 0.3362 � × 100% = 4.49% −0.3362 Phân tích đánh giá Sai số chấp nhận so với kết lý thuyết thân 𝐴𝐴𝐴𝐴 bé nên khó đo xác c) Độ lợi vi sai - Lý thuyết - 95(5600//12000) = 51.0883 = 2(𝑟� + 𝑅𝑅𝐵𝐵 ) 2(2350 + 1200) Sai số so với thực tế �𝜋𝜋 49.2017 − 51.0883 � × 100% = 3.69% %𝐴𝐴𝑑𝑑 = 51.0883 � Phân tích đánh giá Sai số độ lợi vi sai mơ Ltspice chấp nhận thực 𝐴𝐴𝑑𝑑 = - 𝛽𝛽(𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 ) tế độ lợi vi sai phụ thuộc vào ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 (một đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường) nên ta đo thực tế số liệu đo đạc có chênh lệnh định Mạch khuyếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát 2.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thiết cần kiểm chứng Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm BJT giống thông số, ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, nguồn dòng chân E cung cấp dòng cho mạch ln hoạt động chế độ tích cực, tín hiệu ngõ lấy chân C khuếch đại hiệu tín hiệu đầu vào (tín hiệu bé) Sơ đồ tương đương: Các thông số quan trọng: 2.2 Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice Phần 1: Đo phân cực, giá trị dòng áp điểm làm việc 12 Kết đọ đạc: 2SD592/1 R22 C3 R11 R17 R9 2SD592/2 B2 AE1AE2 AB2 0 E2 Q2 Q1 E1 R4 R16 S/N:BJTLABSN003 C2 R21 2SD592/3 Q3 C&MLAB R23 FEEE - BEE BK AB1 R14 TP.HCM B1 VCC C2 R10 R3 C1 R8 R7 V2 R12 C1 op V1 R20 VEE R19 12 R18 Ta có: ICQ  1, 008mA IBQ  0, 0103mA   hfe  IC Q IBQ VCEQ  7,166V VBE  0, 573V  98 Phần 2: Đo độ lợi cách chung Ac VCC 12 R1 12k tran 5m o FEEE- BEE BK TP.HCM S/N: BJTLABSN003 R9 Q2 Q1 2SD592/1 C2 R11 SINE(0 0.5 1k) o c c d d d vv; v 2SD592/2 Vi v  Av  A v ; v R21 2SD592/3 Q3 C&M LAB  c v2  v1 R23 R20 R19 R18 VEE 12 i1 R17 R4 R22 C3 R16 R14 R12 R10 R3 C1 R7 R8 Để đo Ac, ta cho vd  Kết đo đạc: Lần Lần Lần A  vo Với  v v vo v c 2  Áp dụng cơng thức ta tính được: A c1 A  c2 vo v1  vo  579, 44.106 v1 927.5488.106 3  1,1589.10 (V / V ) 0, 3  1,1594.10 (V / V ) 0,8 Tương đương ta có: 1,1618087.103 3 o v A    1,162.10 (V / V ) c3 v1 Từ độ lợi cách chung trung bình: A A A A  c c1 c2 c3  1,1589.103 1,1594.103 1,162.103  1,1601.10 3 Ac  Ac1 Ac  Ac  Ac23 Ac  Ac3  1,16011,1594  1,16011,162  1,16011,1589 103  0, 0013.103  Ac  0, 0012  0, 0000013(V ) Phần 3: Đo độ lợi vi sai Ad VCC 12 R3 12k tran 5m C&M LAB R4 C2 2SD592/1 R11 R9 SINE(0 50m 1k) R2 i2 o c c d d d vv; v Để đo Ad , ta cho vc   c v2  v1 Q1 Q2 2SD592/2 R22 R23 R21 2SD592/3 Q3 S/N: BJTLABSN003 v  Av  A v ; v C3 FEEE - BEE R17 TP.HCM R1 Vi BK i1 R16 R14 R12 R10 R3 C1 R7 R8 o R20 R19 R18 VEE 12 Lần Lần Lần Với Ad  v vv 1o v  2vo i Áp dụng công thưc trên: Ad1  vo 5, 0869  50,869(V / V ) 2v  2.50.10 i Tương tự ta có: 4, 2875  53, 59375(V / V ) Ad  vo   2v 2.40.10 i A  d vo 2vi  2,1956 2.19.10 3  57, 779(V / V ) Từ độ lợi áp vi sai trung bình: A  Ad1  Ad  Ad  50,869  53, 59375  57, 779  54, 081 d 3 Ad  Ad1 Ad  Ad Ad  Ad  54, 081 50,869  54, 081 53,  2, 466 59375 3 Ad   54, 081 57, 779  Ad  54, 081 2, 466(V / V ) Phân tích so sánh kết luận 3.3 Mạch khuếch đại dùng BJT có nguồn dịng cực phát a) Phân cực DC  Lý thuyết: ICQ   R B  12 VBE 98(12  0, 573)  2(98  2( 1)R  1200 1)5600  1, 009mA E Sai số thực tế %saiso  Thucte  Lythuyet 100% Lythuyet %ICQ  1, 008 1, 009 100%  0.099% 1, 009 - Phân tích đánh giá: + Khi ta thực mơ thơng số BJT xác so với datasheet nhà sản xuất - hfe theo datasheet BJT 2SD592 85 – 340 thực tế hfe đại lượng thay đổi theo nhiệt độ nên số liệu đo đạc thực tế có chênh lệch định + Nhìn chung sai số phân cực tĩnh DC ICQ khơng khác biệt so với tính tốn lý thuyết b) Độ lợi cách chung  Theo lý thuyết: r   VT  ICQ 98 0, 025  2, 4305(k) 1, 008.103  (R / / RL ) Ac  r  R  2(c 1)R  Vì Ro  nên  B o Ac  So sánh với thực tế, phân tích đánh giá: Kết đo thực tế Ac nhỏ nên việc đo xác việc sóng ngõ bị q nhỏ tầm khoảng vài mV đồng thời bị nhiễu nặng nên lấy giá trị trung bình sóng ngõ trường hợp c) Độ lợi áp vi sai  Ad  Lý thuyết:  (RC / / RL ) 98(5600 / /12000) 2(r  RB )  2(2430  1200)  51, 5402 Sai số với thực tế: % Ad  54, 081 51, 5402 100%  4, 93% 51, 5402  Phân tích đánh giá: Sai số độ lợi vi sai mô Ltspice nhỏ Ta nhận xét mơ số liệu đo đạc xác so với tính tốn lý thuyết ... thí nghiệm Kiểm chứng mạch khuếch đại vi sai dùng BJT - Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại vi sai dùng. .. áp vi sai, tính tỷ lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR Phần mềm thí nghiệm: LTspice Module thí nghiệm: BJTLABSN003 II Các thí nghiệm kiểm chứng Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát 1.1 Sơ đồ mạch. .. liệu đo đạc có chênh lệnh định Mạch khuyếch đại vi sai với nguồn dịng cực phát 2.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thiết cần kiểm chứng Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm BJT giống thơng số, ghép chung