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 1711442 1711409 viên nhóm: 1711437 Trần Quốc Hịa Phạm Minh Hồng Nguyễn Hồng Hịa 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 dịng IC • Đo dịng 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 toán 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 RE 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=p= 232, VBE=0,578 V) ❖ Phân tích phân cực tĩnh DC: + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có dịng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1 ,Q2 nhau: IC 1=IC2=IC,IE 1=IE2 =IE,IB 1=!B2=h Xét đon mạch BJT Q1 với điện trở nối vào chân E RE + Áp dụng KVL cho loop B-E, ta có: • -3 IB = Ĩ- BE.\ = 4,375.10 (mA) B 1,2 +11,2 (p + 1) V v7 ■I- I PIB= 1,015(mA) • r^” 5,7( kữ) I B • • VCEQ=12—Ic.(Ra+2 RE )+12 - 6,95(V) VBC=VC-VB=-6,32|V) + Từ giá trị VCE BC, 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 Q (VCEQ, CQ)=(6,95 V,1,015mA) ❖ Mơ hình tương đương tín hiệu bé ,V I + Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung) Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào V1=V2 Do mạch có tích chất đối xứng nên h 1=ìb2 Ta xét nửa mạch chứa tải L, dòng qua chân E BJT 2ie Hệ số khuếch đại đồng pha: R A Vo — 0i„ (RẸỊVÌ, RL) A “" v2 ìbjRB2 +r — (K2VÌ RL] 2.1+2 Ì,.RE (RB2+r J+ (p+1) RE 0169 ’ (V/V) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V 1=-V Hệ số khuếch đại vi sai : Pib2 ( RC2 Vó RL) p ( Rc 2VĨ RL Ad = -— = —- , \ _ - = _ , _ -— = 64,199 (V/V) ( d v — V2 (ib 1—U(RB2 +r,2) 2(RB2+r,,) )' V o — b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát • hfe=p= 232, V BE= 0,578 V) + I2V |12V ❖ Phân tích phân cực tĩnh DC + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có dịng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1 ,Q2 nhau: IC 1=IC2=IC,IE 1=IE2 =IE,IB 1=IB2=IB Xét mạch với Q3 trở mắc vào Q3 đóng vai trị nguồn dòng với tổng điện trở R0 Áp dụng Thevenin cho Q3, ta có mạch DC: RTH = Rj 1VÓ R 2=3,4 kQ, J VTH = -6 V Áp dụng KVL cho loop B-E 03’ ta có: V IB3= B3 ™ V + Ù2 - RTH+(0+ 1) RE ’ BE = 8,572.10 3(mA) 1 ^I 3=PI 3=1,989 (mA) c B -^ I E=IE = IE = = 0,9945 (mA) -IB=IB 1=IB = -ị^Eĩ = 4,268.10-3 (mA) r„=rn 1=r„ 2=5,86 (kQ) ❖ 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 V1=V Do mạch có tích chất đối xứng nên ib 1=ib Nguồn dịng Q3 có điện trở tổng Ro Hệ số khuếch đại đồng pha: Acm Vo = -p (RC2VÓ RL) v2 [R 2+ rj + (p+1) Ro (do Ro lớn) B + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V1 V Hệ số khuếch đại vi sai : Vo - Pib ( Rc2 Vó RLL p ( Rc 'ó RLL fi2735A7AA b2 735(V/V) V1-V2 (i i-ib2)(RB2 +rn2) (R^) ’ b ■■■ ■ r "A -»À A A1 1A III Lựa chọn kiện đâu vào phương pháp đo đạc đại lượng: Lựa chọn kiện đâu vào: - Các thông số mạch DC hệ số khuếch đại hfe V BE không chọn theo thông số mạch BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo thí nghiệm dùng số liệu để tín tốn lý thuyết Ngun 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 33Q, nhỏ so với giá trị điện trở RB1, RB2(=1,2KQ) 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 Tên ]inh líìệtl Giá Uị/rnơ QI,Ọ2,Ọ3 2SD4tìS/BJT RI.R2, R20, R22 2.7K@1.4W Điện trớ R3, RIO, RI6 IK@]/4W,Điện ttfr R.4, RI7 1.2Kífệ].'4W Diện trớ R5, R6 100Ệ7 1/4W/Đjện ữớ R7 18K@ l/4WDiên trờ R8, RI2, RH,R21 5.6K@1/4W Điện trớ R9 390(3 1/4W/Đíện trị Rll 22@1/4W/Đĩện trớ 10 RI3, RU 3@ 1.4 w.’Diqi trờ II RIS, R19 6.8K(ạj];4W.-Diện trớ Cl, C2,€3 100uF@l6V.-Tụ phán cực ST T 12 Các giá trị tụ R23=12KQ điện, điện trở, BJT, nguồn DC chọn theo giá trị danh sách linh kiện bên 2 Phương pháp đo đạc đại lượng: a Đo giá trị phân cực tĩnh DC: - Do ảnh hưởng dòng ICQ lên hệ sô khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số hfe cách đo dòng ỈB dịng ỈCQ, xác định theo cơng thức hfe =-21 - ‘B Đo chênh lệch áp chân B chân E BJT, đảm bảo V BE- VBEmax = 0,79V 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 vivà v2 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 v0,v dao động ký Tính độ lợi cách chung theo công thức Acm vc+Ad vd = vo,với vd= v2 - V1 = v =( v 1+ v2)/2 c Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối RE cực phát) Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối nguồn dòng 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 V1và v2 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 RB1 vàRB2, mắc đểV1 V2 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 vo,v dao động ký - Tính độ lợi cách chung theo công thức Acmvc+Advd = vo,với vd= v2-V1 v = c V +V 2 = Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối RE cực phát) Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dòng cực phát) > » T r 1ẤJ -7 r • /V r 1 /V i r \ r • 1r IV Các kêt thí nghiệm,so sánh phân tích với lý thuyêt Các kết thí nghiệm IC (mA) KẾT IB (mA) VBE (V) VCE (V) Ici IC2 IBI I B2 VBEI VBE2 VCEI VCE2 0.924 0.926 0.005 0.005 0.576 0.575 7.241 6.854 QUẢ 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 I B1 I B2 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 vi v2 giống (cùng pha, biên độ) Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ không bị méo dạng Tần số dãy chọn f = 2.8 Khz Kết quả: Dựa vào tín hiệu Osciloscope, ta có: V1 (m V) VO (mV) Góc lệch pha (độ) 94 38 180 Từ đó, ta tính được: A» = -70= —38=-0.404 (V) V1 94 cm ỵ y’ b Đo Ad: Lắp mạch với vi v2 ngược pha , biên độ Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ khơng bị méo dạng Tần số dãy chọn f = 7.1 Khz Kết quả: Dựa tín hiệu Osciloscope, ta có: V1 (m V) VO (V) 26 Góc lệch pha (độ) _ V1 Từ đó, ta tính được: 3000 = 57.69 (V) Ad 2*26 V — Kết luận: Từ Ad Acm ta xác định được: 57.69 0.404 CMRR — 142.8 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 (m V) 22 VO (V) 2.8 Góc lệch pha _(độ) Từ đó, ta tính được: Ad — V0- = I?00=63.63 (V) d 2V1 2*22 V b Tương tự đo Acm: Thực bước RE cực phát: Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả: Vo (V) Góc lệch pha (độ) 0.24 90 Vì (V) Các phân tích so sánh kết luận: Chế độ DC: A— 2i-cm Từ đó, ta tính được: ~V° = 0'24 = - 0.048 (V) V1 V 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) ICI ICI (lý (thực tế) IB (mA) IC2 IC2 IBI IBI IB2 IB2 (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) 1.014 0.005 0.005 0.005 0.005 (lý (thực tế) thuyết) KẾT QU Ả 0.924 1.014 p VBE (V) VBEI VBE2 VCE (V) VCEI VCE2 thuyết) 0.926 0.576 0.575 7.541 * p=0925=6185 105 0.005 So sánh nhận xét: Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp p = 105 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 Hon nữa, máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết đo Phương pháp hạn chế sai số: 6.854 Khi tính tốn, khơng làm trịn số thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số đáng tiếc b Mạch khuếch đại vi sai có nguồn dòng 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) ICI ICI IC2 IC2 IBI IBI IB2 I B2 (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) (thực tế) (lý thuyết) 0.97 0.994 0.97 0.994 0.004 0.004 0.004 0.004 VCE (V) VBEI VBE2 VCEI VCE2 0.57 0.57 7.54 7.45 0.974 ° p = 0.0042 = So sánh nhận xét: Ó232 Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp p = 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 Hon 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 7.1 VI pha với V2 2.8 V1 ngượ V1 V0 Lý r 0.094 0.038 180 thuyế t - 0.026 61.32 A Ad PHASE TTcm Thực Lý Thực nghiệm thuyết nghiệm - -0.338 -0.404 57.69 - - c pha với V2 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 Hon 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 hon 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: A Tần V1 VO PHAS Ad ^*cm số E Lý Thực Lý Thực thuyết nghiệ thuyết nghiệm m V1 5 0.24 90 -0.048 pha với V2 0.26 2.8 62.73 63.63 V1 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 I lon phục thuộc tần số vào Ad Acm thực tần số khác độ lợi thay đổi Cách khắc phục: Sử dụng công thức xác bao gồm độ sai lệch Rc ,dịng IE , để tính xác độ lợi cách chung Sử dụng linh kiện cho sai số thấp hon 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 V.Cơng việc thành viên thang điểm đánh giá chấm chéo: Thành viên Phạm Minh Hồng Trần Quốc Hịa - - Trong thí nghiệm Lắp mạch module Điều chỉnh dao động kí Đọc ghi số liệu Kiểm tra mạch lắp so đồ,các thiết bị tầm đo chức đo Lắp mạch module Điều chỉnh biên độ tần số nguồn Đo áp, dòng máy đo đa Trong viết báo cáo - Nguyễn Hồng Hịa - Điều chỉnh dao động kí Đọc ghi số liệu Kiểm tra kết so với lý thuyết Sửa lại so đồ cắm dây có sai sót - 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 Phưong 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 Trần Quốc Hịa Nguyễn Hồng Hịa Phạm Minh Hồng 4 Trần Quốc Hịa 4 Nguyễn Hồng Hòa 4 Vl.Phụ lục Phần chuẩn bị thành viên ... luận V Công vi? ??c thành vi? ?n công vi? ??c 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... 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...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