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

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT Thực bởi: 1.Bùi Quốc Khánh [2010325] 2.Phạm Ngọc Hùng [2013373] 3.Nguyễn Thành Hưng [1913644] Nhóm L33 Link Meeting nhóm: https://drive.google.com/file/d/1S0017i7ylcCjmbu060luIWgxRxOzUQxO/view Ngày hồn thành báo cáo: 28-2-2022 I Giới thiệu chung: Mục tiêu thí nghiệm: - Kiểm chứng nguyên lý hoạt động mạch ghép vi sai dùng BJT Mạch ghép vi sai dùng BJT làm khuếch đại chênh lệch điện áp ngõ vào (độ lợi vi sai Ad ¿ , làm cho độ lợi áp cách chung ( A c ) phải nhỏ Khuếch đại vi sai lý tưởng có ngõ vào đối xứng hoàn hảo với Ac =0 CMRR→ ∞ - Giúp sinh viên làm quen với module thí nghiệm thực tế, biết cách nối dây sử dụng máy phát sóng, máy đo đa năng, dao động ký để đo giá trị điện áp, dòng điện dạng sóng,… Khi thực thí nghiệm Ltspice, sinh viên không làm quen với module máy thực tế biết cách kiểm chứng nguyên lý hoạt động mạch Phần mềm thí nghiệm: LTspice Module thí nghiệm: BJTLABSN010 II.Các thí nghiệm kiểm chứng: Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: Mạch gồm hai BJT Q1 ,Q2 giống thông số nguồn dòng Emitter điện áp chân, BJT Q3 điện trở đóng vài trị nguồn dịng Tìm điểm phân cực tĩnh DC: Chọn β=9 Sử dụng sơ đồ tương đương Thevenin ta có: RTH =RJ ∥ RJ 2=3.4(kΩ) RJ V TH = × ( −12 )=− R J + RJ 1 Giả sử BJT hoạt động miền tích cực Xét KVL ta có: V TH −V BE −(− 12) =19.8 μA RTH +( β +1) R E I E 1=2 I E 2=I C 3=β I B 3=1.92 mA → I E 1=I E =0.96 mA I B 3= → I C 1=I C 2= β I =0.95 mA β+1 E Với giá trị I CQ , I B điểm làm việc tĩnh đo dựa mạch phân cực tĩnh bên I CQ 0.00 113 = ≈ 2→ cℎọn β=9 I B 15 10 −5 VT 25 mV r π =β =9 × =2 168.1 4( Ω) I CQ 0.0011 β= Đo độ lợi cách chung AC : a Sơ đồ mạch giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức, đồ thị lý thuyết, ) Xét mạch chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ xét riêng Q2 V o V o iC ib = ⋅ ⋅ V icm i C i b V icm − β ( Rc /¿ RL ) ¿= R B 2+ r π 2+(β+ 1) R EE Acm ∧¿ Mà R EE → ∞ Acm → b Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết (đồ thi số liệu đo đạc): - Chọn nguồn xoay chiều hình sine có biên độ 0.05V tần số 1kHz nối vào V V để tạo tín hiệu biên độ pha (V 1=V 2=V icm=V i ) Số liệu đo đạc: V op − p =30.4 − ( − 30 )=60.4 ( μ V ) V ip − p=0.1V c Các so sánh nhận xét kết luận: Ta thấy ngõ V o mạch ngược pha với ngõ vào V i Ta có { ¿ v i 1=v i 2=v icm ¿ v o= A c v c + A d v d ¿ v d =v − v 2=0 v +v ¿ vc= 2 ⟹ V o=− A cm V icm ↔ A cm=− V op− p 60.4 −6 =− × 10 =−0.000604 V ip− p 0.1 Độ lợi áp cách chung có giá trị xấp xỉ nên mạch hoạt động phù hợp với hoạt động mạch theo lý thuyết Đo độ lợi vi sai Ad : a Sơ đồ mạch giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức, đồ thị lý thuyết, ) Xét mạch chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ ¿ V 0= − β ( Rc ∥R L ) r π+ RB2 − ⋅ [ ]( ) V id rπ + R B2 V id 1+ − (1+ β ) R EE = β ( R c ∥ R L) r +R 2( rπ + R B2 ) 2+ π B ( β+ 1) REE β ( R c ∥ R L) V ¿ ⇒ A d= = =53.02 V id ( r π + R b ) ⋅V id b Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết (đồ thi số liệu đo đạc): Chọn nguồn V i có giá trị biên độ 40mV, tần số 1kHz cấp vào nguồn V V sơ đồ lý thuyết với điện trở phân cực R1 R2 để tạo tín hiệu biên độ ngược pha nhau: V i 1=−V i2 = Số liệu đo đạc lấy từ đồ thị mô phỏng: V id V op − p =2.05 − ( −2.045 )=4.095 ( V ) V ip − p=4 mV c Các so sánh nhận xét kết luận: Từ đồ thị bên dưới, ta thấy ngõ V o mạch ngược pha với ngõ vào V i Ta có { vid ¿ v o= A c v c + Ad v d ¿ v d =v − v 2=2 v v +v ¿ v c = =0 ⟹ V o= A d V d ↔ A d = ¿ v i1 =−v i 2= V op − p 4.095 = =51.2 V ip − p 2× × 10−3 Vậy ta thấy giá trị Ad theo tính tốn lý thuyết đo đạc khơng chênh lệch nhiều, giá trị lớn phù hợp với nguyên lý hoạt động mạch Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: a Sơ đồ mạch giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức, đồ thị lý thuyết, ) Do BJT giống nên: r π 1=r π =r π = VT =2,568( kΩ) Ib Xét KCL node E ta có: vπ v π1 v E vE 1+ β 1+ β + g m v π + gm v π + = → vπ ( )+ v π 2( )= rπ r π RE rπ rπ RE vπ v1− v E vπ v2− v E = ; = Mặt khác: r π R B +r π r π R B +r π vE v 1+ v 1+ β ( v 1+ v − v CE ) = → vE = r π+ RB RE r +R Do đó: 2+ π B (1+ β ) R E v cm RB + r π Ta có v1 =v cm + v d /2 1+ 2(β +1) R E rπ v o=− g m v π [RC /¿ R L ]¿ − g m [RC /¿ R L ] (v − v ) RB + r π E rπ v v cm ¿ − g m [RC /¿ R L ] ( v cm − d − ) RB + r π RB + r π ¿ Ad v d + A cm v cm 1+ 2( β +1) R E v 2=v cm − v d /2 → v E= { Từ suy ra: β [ RC /¿ R L ] rπ = ≈ 48.133(V /V ) ( RB + r π ) ( R B +r π ) − β [R C / ¿ R L ] ¿ A cm = ≈ − 0.3362(V /V ) R B +r π +2(β +1) R E ¿ A d =g m [ RC /¿ R L ] b Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết (đồ thi số liệu đo đạc): Tìm hệ số beta: Như vậy: β = Ic/Ib = 0.0009 635 =9 0072 ×5 Đo độ lợi áp cách chung Ac: Với công thức vo=Acvc+Advd; vd=v2-v1=0; vc=(v2+v1)/2, ta được: Ac = -vo / vc = 32.4/-100 = -0.324 V/V (âm vo vi ngược pha nhau) Đo độ lợi vi sai Ad: Theo hướng dẫn, ta cấp vào tín hiệu v1, v2 biên độ ngược pha Vào Edit Simulation Command chọn chế độ Transien với stop time 3ms.Sau bấm run để khảo sát Với công thức vo=Acvc+Advd; vd=v2-v1; vc=(v2+v1)/2=0, ta được: Ad = vo/vd = 1,91/(2*20*10-3) = 47,75 V/V c Các so sánh nhận xét kết luận Lý thuyết Đo Sai số Ad 48,133 47.75 0.8% Ac -0,3362 -0,324 3,7% Nhận xét: Mạch hoạt động đúng, sai số khơng q lớn so với lý thuyết tí nh II Kết luận chung: - Sai số giá trị lý thuyết giá trị đo đạc Ac A d chênh lệch không đáng kể - Khi thay điện trở R E cực phát nguồn dịng giá trị Ac giảm giá trị Ad tăng lên, mạch hoạt động với sai số nhỏ - Bên cạnh đó, thơng số β đo mạch khuếch đại vi sai với R E cực phát 96, mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát 98 Sự chênh lệch thông số β tác động R E nguồn dòng vào mạch khác nhau, chênh lệch khơng q lớn, chấp nhận ⟹ Mạch hoạt động với nguyên lý khảo sát lý thuyết ... giá trị Ac giảm giá trị Ad tăng lên, mạch hoạt động với sai số nhỏ - Bên cạnh đó, thơng số β đo mạch khuếch đại vi sai với R E cực phát 96, mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát 98 Sự chênh... phù hợp với nguyên lý hoạt động mạch Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: a Sơ đồ mạch giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức, đồ thị lý thuyết, ) Do BJT giống nên: r π 1=r π =r π... trị xấp xỉ nên mạch hoạt động phù hợp với hoạt động mạch theo lý thuyết Đo độ lợi vi sai Ad : a Sơ đồ mạch giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức, đồ thị lý thuyết, ) Xét mạch chế độ