Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 2khảo sát mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM NĂM HỌC 2018 – 2019 -* - Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử Bài 2:Khảo sát mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT GVHD: Trần Quang Việt Thành viên nhóm: Trần Quốc Hịa 1711442 Phạm Minh Hồng 1711409 Nguyễn Hồng Hịa 1711437 I Mục tiêu thí nghiệm ……………………………………………………………………………… II Các lý thuyết phải kiểm chứng……………………………………………………………… Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát………………………………………… Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát……………………………… III Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng Lựa chọn liệu đầu vào ……………………………………………………… Phương pháp đo đạc đại lượng…………………………………………………  Đo dòng IC……………………………………………………………………  Đo dòng IB……………………………………………………………………  Đo điện áp VBE………………………………………………………………  Đo độ lợi cách chung…………………………………………………………  Đo độ lợi vi sai……………………………………………………………… IV Các kết quả,phân tích, so sánh kết luận…………………………………………… V Công việc thành viên công việc đánh giá chéo………………………………… VI Phụ lục……………………………………………………………………………………………… I Mục tiêu thí nghiệm - Kiểm chứng tính đắn mạch khuếch đại vi sai dung BJT - Sự chênh lệch đại lượng tính tốn lý thuyết điều kiện thực tế đưa nhận xét đắn mạch khảo sát - Tạo kĩ làm việc nhóm - Giúp sinh viên tự tin sử dụng thiết bị phịng thí nghiệm nắm rõ thao tác an toàn sử dụng modul,thiết bị II Các lý thuyết phải kiểm chứng Kiểm chứng độ lợi vi sai độ lợi cách chung hai mạch BJT với RE cực phát mạch BJT với nguồn dòng cực phát Sự khác hai đại lượng độ lợi vi sai,cách chung hai mạch Nguyên lý hoạt động - Khuếch đại vi sai có tín hiệu khơng tỉ lệ với trị tuyệt đối tín hiệu vào mà tỉ lệ với hiệu hai tín hiệu vào - Mạch khuếch đại vi sai có hai điện áp ngõ vào Nếu đặt vào hai điện áp tín hiệu độ lớn, mạch phản ứng với tín hiệu ngược pha khơng phản ứng với tín hiệu đồng pha Tính tốn lý thuyết a Mạch khuếch đại vi sai với cực phát Do thông số mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng giá trị thông số mạch đo mạch phân cực DC (hfe=β= 232, )  Phân tích phân cực tĩnh DC: + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có dòng phân cực tĩnh qua hai BJT nhau: Xét đơn mạch BJT với điện trở nối vào chân E + Áp dụng KVL cho loop B-E, ta có:     + Từ giá trị , ta thấy mối nối B-C phân cực ngược, mối nối B-E phân cực thuận Suy BJT hoạt động chế độ tích cực + Điểm phân cực tĩnh  Mơ hình tương đương tín hiệu bé + Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung) Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào Do mạch có tích chất đối xứng nên Ta xét nửa mạch chứa tải , dòng qua chân E BJT Hệ số khuếch đại đồng pha: (V/V) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có Hệ số khuếch đại vi sai : (V/V) b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát  hfe=β= 232, )  Phân tích phân cực tĩnh DC + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có dịng phân cực tĩnh qua hai BJT nhau: Xét mạch với trở mắc vào đóng vai trị nguồn dòng với tổng điện trở Áp dụng Thevenin cho , ta có mạch DC: , Áp dụng KVL cho loop B-E của, ta có:  Mơ hình tương đương tín hiệu bé + Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung) - Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào Do mạch có tích chất đối xứng nên Nguồn dịng có điện trở tổng Hệ số khuếch đại đồng pha: (do lớn) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có Hệ số khuếch đại vi sai : (V/V) III Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng: Lựa chọn kiện đầu vào: - Các thông số mạch DC hệ số khuếch đại hfe không chọn theo thông số mạch BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo thí nghiệm dùng số liệu để tín tốn lý thuyết Nguyên nhân ảnh hưởng nhiệt độ lúc khảo sát lên thông số mạch sai lệnh thông số loại mạch điện - Chọn hai giá trị điên trở nối vào máy phát sóng mạch đo độ lợi vi sai 33Ω, nhỏ so với giá trị điện trở (=1,2KΩ) Mục đích để tạo giá trị ngược pha cho hai giá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn nhỏ để không làm ảnh hưởng đến thông số mạch Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC chọn theo giá trị danh sách linh kiện bên Phương pháp đo đạc đại lượng: a Đo giá trị phân cực tĩnh DC: - Do ảnh hưởng dòng lên hệ sô khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số hfe cách đo dòng dòng , xác định theo công thức - Đo chênh lệch áp chân B chân E BJT, đảm bảo - Dùng số liệu đo để tính tốn lý thuyết mạch so sánh với kết thực nghiệm Module mạch phân cực tĩnh DC b Đo độ lợi cách chung: - Để đo độ lợi cách chung ta phải đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu ngõ vào phải hồn tồn giống (cả pha biên độ) - Cấp tín hiệu vào với máy phát sóng Chỉnh tín hiệu nhỏ tần số dãy thực thí nghiệm - Kiểm tra xem hai tín hiệu đồng pha biên độ chưa - Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị dao động ký - Tính độ lợi cách chung theo công thức ,với Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối cực phát) Module mạch đo lợi cách chung (Mạch nối nguồn dịng cực phát) c Đo độ lợi vi sai : - Để đo độ lợi vi sai, ta phải đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu vào phải biên độ ngược pha - Cấp tín hiệu vào với máy phát sóng Hai đầu máy phát sóng nối vào hai nhánh điện trở nối nối tiếp, điểm nối hai điện trở dung làm GND, hai đầu lại hai điện trở nối với , mắc để biên độ ngược pha Chỉnh tín hiệu nhỏ tần số dãy thực thí nghiệm - Kiểm tra xem hai tín hiệu ngược pha biên độ chưa - Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị dao động ký - Tính độ lợi cách chung theo công thức ,với Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối cực phát) Module mạch đo lợi vi sai (Mạch nối nguồn dịng cực phát) IV Các kết thí nghiệm,so sánh phân tích với lý thuyết Các kết thí nghiệm IC (mA) KẾT QUẢ IB (mA) VBE (V) VCE (V) IC1 IC2 IB1 IB2 VBE1 VBE2 VCE1 VCE2 0.924 0.926 0.005 0.005 0.576 0.575 7.241 6.854 Đo chế độ AC: a Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: IC (mA) KẾT QUẢ IB (mA) VBE (V) VCE (V) IC1 IC2 IB1 IB2 VBE1 VBE2 VCE1 VCE2 0.974 0.975 0.0042 0.0042 0.578 0.578 7.541 7.452 Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát a Đo Acm: Lắp mạch với v1 v2 giống (cùng pha, biên độ) Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ khơng bị méo dạng Tần số dãy chọn f = 2.8 Khz Kết quả: Dựa vào tín hiệu Osciloscope, ta có: V1 (mV) V0 (mV) Góc lệch pha (độ) 94 38 180 V V Từ đó, ta tính được: Acm = b Đo Ad: Lắp mạch với v1 v2 ngược pha , biên độ Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ không bị méo dạng Tần số dãy chọn f = 7.1 Khz Kết quả: Dựa tín hiệu Osciloscope, ta có: V1 (mV) V0 (V) Góc lệch pha (độ) 26 V0 Từ đó, ta tính được: Ad = Kết luận: Từ Ad Acm ta xác định được: CMRR = = = 142.8 V1 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: a Đo Ad Thực bước RE cực phát: Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả: V1 (mV) V0 (V) Góc lệch pha (độ) 22 2.8 Từ đó, ta tính được: Ad = b Tương tự đo Acm: Thực bước RE cực phát: Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả: V V Ta có bảng số liệu sau: V1 (V) V0 (V) 0.24 Góc lệch 90 pha (độ) Từ đó, ta tính được: Acm = Các phân tích so sánh kết luận: Chế độ DC: a Mạch khuếch đại vi sai có RE nối với cực phát: Dựa vào kết làm phần lý thuyết thực tế đo được, ta có bảng: IC (mA) KẾT QU Ả IB (mA) VBE (V) IC1 IC1 IC2 IC2 IB1 IB1 IB2 IB2 (thực (lý (thực (lý (thực (lý (thực (lý tế) thuyết) tế) thuyết) tế) thuyết) tế) thuyết) 0.9 24 1.0 14 0.9 26 1.0 14 0.0 05 0.00 55 0.0 05 0.00 55 VCE (V) VBE1 VBE2 VCE1 VCE2 0.5 76 0.5 75 7.5 41 6.8 54  β = 185 So sánh nhận xét: Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β = 185 kết lý thuyết thực tế có sai khác (tuy nhiên kết tương đối giống nhau) Giải thích: Do tính tốn lý thuyết kết làm trịn dẫn đến sai số kết cuối Do sai số linh kiện, thao tác người thực Hơn nữa, máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết đo Phương pháp hạn chế sai số: Khi tính tốn, khơng làm tròn số thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số đáng tiếc b Mạch khuếch đại vi sai có nguồn dịng nối với cực phát: Dựa vào kết làm phần lý thuyết thực tế đo được, ta có bảng: IC (mA) IB (mA) VBE (V) IC1 IC1 IC2 IC2 IB1 IB1 IB2 IB2 (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) VBE1 VBE2 VCE (V) VCE1 VCE2 KẾT QU Ả 0.97 0.994 0.97 0.994 0.004 0.004 0.004 0.004 0.57 0.57 7.54  β = 232 So sánh nhận xét: Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β = 232 kết lý thuyết thực tế có sai khác (tuy nhiên kết tương đối giống nhau) Giải thích: Do tính tốn lý thuyết kết làm tròn dẫn đến sai số kết cuối Do sai số linh kiện, thao tác người thực Hơn nữa, máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết đo Phương pháp hạn chế sai số: Khi tính tốn, khơng làm trịn số thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số đáng tiếc Chế độ AC a Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Tần số V1 7.1 pha với V2 V1 2.8 ngượ c pha với V2 V1 V0 PHAS E Ad 0.094 0.038 180 - -0.338 -0.404 0.026 61.32 57.69 - - Thực nghiệ m Acm Lý Thực thuyết nghiệm Lý thuyế t - So sánh nhận xét: Từ bảng so sánh kết thực nghiệm lý thuyết, ta thấy có khác Nguyên nhân: Giải theo lý thuyết mạch có tính đối xứng từ DC sang AC thực tế độ sai khác Rc dòng I bên mạch đối xứng ảnh hưỡng đến kết tính Acm Sai số xảy sai số dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực Hơn phục thuộc tần số vào Ad Acm thực tần số khác độ lợi thay đổi 7.45 Cách khắc phục: Sử dụng cơng thức xác bao gồm độ sai lệch Rc ,dòng IE ,… để tính xác độ lợi cách chung Sử dụng linh kiện cho sai số thấp Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope Lựa chọn tần số để có Ad Acm theo yêu cầu mong muốn Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng khơng bị nhiễu b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: Tần số V1 V0 PHAS E Ad Lý thuyết Acm Thực nghiệ m Lý thuyết Thực nghiệm V1 5 0.24 90 -0.048 pha với V2 V1 0.26 2.8 62.73 63.63 ngượ c pha với V2 So sánh nhận xét: Từ bảng so sánh kết thực nghiệm lý thuyết, ta thấy có khác độ lợi Giải thích: Đối với Acm giải theo lý thuyết ta xem điện trở nguồn dịng vơ lớn nên Acm xấp xỉ 0, thực tế khơng ta tính giá trị Acm gần Giải theo lý thuyết mạch có tính đối xứng từ DC sang AC thực tế độ sai khác Rc dòng I bên mạch đối xứng ảnh hưỡng đến kết tính Acm Sai số xảy sai số dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực Hơn phục thuộc tần số vào Ad Acm thực tần số khác độ lợi thay đổi Cách khắc phục: Sử dụng cơng thức xác bao gồm độ sai lệch Rc ,dòng IE ,… để tính xác độ lợi cách chung Sử dụng linh kiện cho sai số thấp Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope Lựa chọn tần số để có Ad Acm theo yêu cầu mong muốn Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng không bị nhiễu V Công việc thành viên thang điểm đánh giá chấm chéo: Thành viên Phạm Minh Hồng - Trần Quốc Hịa - Nguyễn Hồng Hịa - Trong thí nghiệm Lắp mạch module Điều chỉnh dao động kí Đọc ghi số liệu Kiểm tra mạch lắp sơ đồ,các thiết bị tầm đo chức đo - Lắp mạch module Điều chỉnh biên độ tần số nguồn Đo áp, dòng máy đo đa - Điều chỉnh dao động kí Đọc ghi số liệu Kiểm tra kết so với lý thuyết Sửa lại sơ đồ cắm dây có sai sót - - - Trong viết báo cáo Mục đích thí nghiệm Bảng cơng việc thành viên Bảng đánh giá thành viên Phụ lục Tổng hợp trình bày lại báo cáo Giả thuyết phải kiểm chứng Lựa chọn liệu đầu vào Phương pháp đo đạc đại lượng Đánh giá thành viên cịn lại Phân chia cơng việc cho nhóm viết báo cáo Các kết thí nghiệm Phân tích so sánh kết luận -Đánh giá thành viên cịn lại Bảng cơng việc cụ thể thành viên:  Lưu ý: phần công việc đảm nhận thành viên Nhưng thành viên cịn lại hỗ trợ tích cực có bạn gặp khó khăn Bảng chấm chéo cơng việc thành viên Phạm Minh Hồng Phạm Minh Hồng Trần Quốc Hịa Nguyễn Hồng Hòa 4 Trần Quốc Hòa 4 Nguyễn Hồng Hòa 4 VI.Phụ lục Phần chuẩn bị thành viên ... nửa mạch chứa tải , dòng qua chân E BJT Hệ số khuếch đại đồng pha: (V/V) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có Hệ số khuếch đại vi sai : (V/V) b Mạch khuếch đại vi sai với... vào Do mạch có tích chất đối xứng nên Nguồn dịng có điện trở tổng Hệ số khuếch đại đồng pha: (do lớn) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có Hệ số khuếch đại vi sai : (V/V)... Mục tiêu thí nghiệm ……………………………………………………………………………… II Các lý thuyết phải kiểm chứng……………………………………………………………… Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát………………………………………… Mạch khuếch đại vi sai với nguồn