Thuc hanh ĐTTT lab 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO THỰC NGHIỆM MÔN THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Họ và tên MSV THỰC NGHIỆM 2 TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT VÀ CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1 Khảo sát đặc tuyến I V của transistor NPN và PNP • Nhiệm vụ Kiểm tra sơ bộ transistor bằng ôm kế, đo họ đặc tuyến ra của transistor loại npn C1815 và transistor loại pnp A1015 • Các bước thực nghiệm 1 1 Kiểm tra sơ bộ transitor bằng Digital Multimeter Chưa mắc các dây nối và chưa tiến hành thực nghiệm vội, suy nghĩ cách thức tiế.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO THỰC NGHIỆM MÔN : THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Họ tên : MSV THỰC NGHIỆM TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT VÀ CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1.Khảo sát đặc tuyến I-V transistor NPN PNP • Nhiệm vụ: Kiểm tra sơ transistor ôm kế, đo họ đặc tuyến transistor loại npn-C1815 transistor loại pnp-A1015 • Các bước thực nghiệm: 1.1.Kiểm tra sơ transitor Digital Multimeter Chưa mắc dây nối chưa tiến hành thực nghiệm vội, suy nghĩ cách thức tiến hành kiểm tra BJT Digital Multimeter với chức “kiểm tra diode” Vì BJT có cấu trúc gồm lớp tiếp giáp pn nối đấu lưng nhau, nên có cách nhanh chóng để kiểm tra sơ đo điện trở lớp tiếp giáp theo hướng phân cực thuận ngược Khi chưa biết cực base B, xác định ? Có thể phân biệt cực C E khơng? Transistor lưỡng cực gồm có hai mối P-N nối tiếp nhau,ta nhận thấy rằng, vùng phát E pha đậm (nồng độ chất ngoại lai nhiều), vùng B pha vùng thu C lại pha Vùng có kích thước hẹp (nhỏ vùng bán dẫn), vùng phát vùng thu vùng rộng Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt transistor PNP Phần sau tập trung khảo sát transistor NPN transistor PNP, đặc tính tương tự 1.2.Đo đặc tuyến lối iC = f(vCE) với iB = const transistor NPN - Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2- cho transistor NPN - C1815 - Mắc đồng hồ đo: ■ Đo sụt collector vCE : nối chốt đồng hồ đo (V) mạch với đồng hồ đo số (Khoảng đo đặt 20V dùng đồng hồ đế nguồn) ■ Đo dòng collector iC: Nối chốt đồng hồ đo (mA) mạch với đồng hồ đo dòng số Khoảng đo đồng hồ đặt mA ■ Đo dòng base iB : Nối chốt đồng hồ đo (µA) mạch với đồng hồ đo dòng số Khoảng đo đồng hồ đặt µA - Đo phụ thuộc dòng iC vào v CE khoảng từ 0V đến 10V, với giá trị cố định iB = 10µA: ■ Bật điện nguồn ni cho thiết bị đồng hồ Vặn biến trở P1 P2 để dòng qua iC cỡ khoảng 2mAvà vCE cỡ khoảng 4V đến 6V ■ Chỉnh lại P1 thật cẩn thận để đo dịng iB≈10µA Mạch Proteus : ■ Biến đổi P2, đo giá trị tương ứng v CE iC Ghi kết vào bảng sau Chú ý : vùng có iC khơng đổi vCE (vùng tích cực), cần đo vài điểm ; vùng iC phụ thuộc mạnh vào vCE (vùng bão hịa, có vCE thấp) cần đo nhiều điểm gần ■ Lặp lại bước kể ứng với giá trị iB ≈ 20µA, 30µA 40µA ghi kết vào bảng A2-B1 Bảng A2-B1: Kiểu NPN Dòng iB (Chỉn h P1) 10µA Chỉnh P2 V- 11 10.9 10.81 10.7 10.5 10.4 10.3 10.2 10.1 9.94 1.24 10.3 1.24 10 1.24 9.76 1.23 9.27 1.23 8.87 1.23 8.77 1.23 8.53 1.23 8.29 1.23 8.04 1.23 7.8 2.56 9.45 2.55 9.19 2.54 8.86 2.53 8.61 2.52 8.32 2.52 7.29 2.52 6.94 2.51 6.59 2.50 6.24 2.50 5.90 3.75 8.7 3.74 7.7 3.73 6.81 3.72 6.75 3.71 6.29 3.68 5.83 3.67 5.38 3.65 4.93 3.64 4.49 3.63 4.04 4.98 4.93 4.86 4.86 4.84 4.82 4.80 4.78 4.76 4.74 CE 20µA iC VCE 30µA iC VCE 40µA iC VCE iC Vẽ họ đặc tuyến iC = f(VCE) với iB = const transistor NPN: Hệ số khuếch đại dòng β = = 123 1.3 Đo đặc tuyến lối iC = f(vCE) với iB = const transistor PNP Tiến hành đo với transistor PNP A-1015 mạch Chú ý nguồn ni đầu đo có phân cực ngược với loại NPN kể Mạch Proteus : Bảng A2-B1: Kiểu PNP Dịng iB (Chỉnh P1) 10µA Chỉnh P2 V 11.2 11.1 11.0 10.9 10.8 10.7 10.6 10.5 10.4 10.3 1.01 10.4 1.01 10.2 1.01 9.98 1.01 9.78 1.01 9.57 1.01 9.36 1.01 9.16 1.01 8.95 1.01 8.75 1.01 8.54 2.06 9.63 2.06 9.32 2.06 9.02 2.06 8.71 2.06 8.41 2.06 8.10 2.06 7.80 2.06 7.50 2.06 7.19 2.06 6.89 3.04 8.83 3.04 8.43 3.04 8.02 3.04 7.62 3.04 7.21 3.04 6.81 3.04 6.40 3.04 5.99 3.04 5.59 3.04 5.18 CE 20µA iC V CE 30µA iC V CE 40µA iC V CE iC 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 Vẽ họ đặc tính iC = f(vCE) với iB = const transistor PNP: Hệ số khuếch đại dòng β = = 102 Khảo sát khuếch đại kiểu Emitter chung CE • Nhiệm vụ: Khảo sát sơ đồ khuếch đại tín hiệu xoay chiều lắp transistor BJT mắc theo kiểu emitter chung CE, có trở gánh điện trở Sơ đồ gọi đảo tín hiệu (BJT-resistor inverter) tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào • Các bước thực nghiệm: 2.1 Đo hệ số khuếch đại - Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2-2 - Đặt thang đo lối vào kênh dao động ký 50mV/cm kênh 2V/cm, thời gian quét dao động ký đặt 1ms/cm Đặt chuyển mạch ghép tín hiệu vào dao động ký vị trí DC Chỉnh cho tia nằm khoảng phần phần hình dao động ký để vị trí dễ quan sát - Nối kênh dao động ký với điểm vào IN/A mạch khuếch đại, nối kênh dao động ký với điểm OUT/ C mạch khuếch đại - Đặt máy phát tín hiệu chế độ: phát dạng sin, tần số 1kHz, biên độ sóng 50mV đỉnh-đỉnh (quan sát kiểm tra trước máy sóng) - Nối tín hiệu từ máy phát với lối vào IN/A mạch khuếch đại Mạch Proteus : - Nối chốt theo bảng A2-B3 Nối J3 không nối J7 Ứng với cấu hình nối, vẽ dạng tín hiệu đo biên độ, mặt tăng xung Chú ý, J = biểu thị có nối, J = khơng nối Ghi kết đo biên độ VOUT vào bảng: - Tính hệ số khuếch đại A = VOUT/ VIN cho kiểu nối ghi vào bảng Bảng A2-B3: Kiểu Trạng thái J1 J2 J4 J5 J6 J8 J9 K = K1 0 0 K = K2 1 0 Biên độ Vout 235m V 210m A 0.47 0.42 K = K3 0 0 K = K4 Có tải 0 1 0 0 1 1 V 435m V 2.27V 2.05V 0.87 4.54 4.0594 Giải thích nguyên nhân làm thay đổi hệ số khuếch đại cho kiểu nối bảng: Hệ số khuếch đại khuếch đại tỷ số thay đổi điện áp đầu vào thay đổi điện áp đầu khuếch đại Trạng thái K = K1 : Điện áp chân base transistor xác định tạo thành hai điện trở, R1 , R3 điện áp nguồn với dòng điện chạy qua hai điện trở Sau tổng kháng RT R1 + R3 cho dòng điện với i = VCC / R T Mức điện áp tạo điểm giao điện trở R1 R3 giữ cho điện áp ( Vb ) không đổi giá trị thấp điện áp nguồn A = 0.47 Trạng thái K = K2 : Khi thay R1 R2 tức tăng giá trị điện trở từ 47kΩ -> 100kΩ Tổng kháng RT thay đổi R2 + R3 -> điện áp ( Vb ) giảm A= 0.42 Trạng thái K = K3 : Ta có dịng điện chạy qua chân Collector tính : Với IC(max) = VRE R4 RC điện trở chân Collector Như việc thay đổi R5 -> R6 giảm điện trở từ 4k7Ω -> 1k2Ω làm thay đổi giá trị dòng Collector Sụt dòng Collector giảm -> Vout tăng A= = 0.87 Trạng thái K = K4 : C2 tụ điện rẽ nhánh, bao gồm chân Emitter Tụ điện kết nối song song có hiệu làm ngắn mạch điện trở chân Emitter Khi tần số cao RE = Mà A = -> hệ số khuếch đại trở nên vô hạn , nhiên transistor NPN có điện trở nhỏ bên vùng Emitter gọi Re , điện trở mắc nối tiếp với Re ở tần số cao tụ điện bỏ qua RE để lại điện trở nội Re chân Emitter dẫn đến hệ số khuếch đại tăng cao Trạng thái Có tải : Thêm tụ R7 hệ số thay đổi thành Re + R7 -> hệ số giảm Vẽ lại dạng sóng kênh máy sóng : Trạng thái K = K1 : Trạng thái K = K2 : Trạng thái K = K3 : Trạng thái K = K4 : Trạng thái Có tải : Nhận xét dạng sóng kênh : ta thấy dạng sóng đầu vào dạng song đầu ngược pha với Thử nghiệm với trạng thái K = K1, tăng chậm rãi biên độ tín hiệu vào máy phát tín hiệu từ 50 mV trở lên quan sát dạng sóng VOUT kênh - Tại biên độ vào vào khoảng 1.3 V ta bắt đầu thấy dạng sóng bị méo dạng : Tín hiệu đầu ngược pha với tín hiệu đầu vào : điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp R tăng => kết điện áp chân C giảm , ngược lại điện áp đầu vào giảm điện áp chân C lại tăng => điện áp đầu ngược pha với tín hiệu đầu vào Tại biên độ vào dạng sóng bị méo dạng ? Tại dạng sóng bị méo dạng? Căn vào đặc tuyến truyền đạt, giải thích vùng bị méo dạng gọi vùng chế độ hoạt động transistor ? - Ta thấy biên độ vào khoảng 1.3V dạng sóng bị méo dạng Biến dạng biên độ xảy giá trị đỉnh dạng sóng tần số bị suy giảm gây biến dạng thay đổi điểm Q trình khuếch đại khơng diễn tồn chu kỳ tín hiệu, Nó xảy trường hợp tín hiệu đầu vào áp dụng lớn Căn vào đặc tính truyền đạt vùng bị méo dạng gọi vùng tích cực chế độ hoạt động transistor Theo anh/chị điểm làm việc tĩnh phải chọn để có biên độ cực đại tín hiệu cịn chưa bị méo dạng ? - - Để có biên độ cực đại, điểm tĩnh hoạt động cần chọn xác Trên thực tế, điểm hoạt động DC khuếch đại vị trí thiết lập điểm dọc theo đường tải cách bố trí xu hướng thích hợp Vị trí tốt cho điểm Q gần vị trí trung tâm đường tải tốt, tạo hoạt động khuếch A, tức Vce = / 2Vcc Thay máy phát tín hiệu microphone Nối lối microphone với lối vào IN/A khuếch đại Nói vào microphone quan sát dạng sóng vào máy sóng Ta có : Ta thấy sóng ln ngược pha với sóng vào với biên độ lớn biên độ sóng vào 2.2 Đo đáp ứng tần số khuếch đại Sử dụng máy phát tín hiệu có tần số sóng sin cực đại 10MHz, đặt biên độ xung 50mV Nối lối máy phát với lối vào IN/A mạch khuếch đại - Sơ đồ mạch nối theo kiểu bảng A2-B3 - Thay đổi tần số sóng vào theo bảng A2-B4 dây, đo biên độ xung ứng với tần số Trạng thái K=K1, Bảng A2-B4 f Vin 100Hz 500mV Vout A= Vout/Vin 2.20V 4.4 1KHz 500m V 2.20V 4.40 100KHz 500mV 1MHz 500mV 2MHz 500mV 2.20V 4.40 2.16V 4.32 2.07V 4.14 5MHz 500m V 1.66V 3.32 7MHz 500mV 10MHz 500mV 1.42V 2.84 1.14V 2.28 Vẽ đồ thị phụ thuộc hệ số khuếch đại A (trục y) vào tần số (trục x) theo thang tuyến tính thang lơga-rit Theo thang logarit: Xác định dải truyền qua khuếch đại ? Giải thích nguyên nhân suy giảm tần số thấp cao ? Khi tần số tăng lên, phản ứng điện dung trở nên nhỏ hơn, làm cho điện áp cực base transistor giảm, hệ số khuếch đại khuếch đại giảm 2.3 Khảo sát mạch phản hồi âm cho tầng khuếch đại emitter chung 2.3.1 Xác định hệ số khuếch đại: - Đặt máy phát tín hiệu chế độ: phát sóng vng, tần số kHz, biên độ 50mV - Nối J5 Các chốt J3, J6 không nối Bảng A2-B5 : Kiể u Trạng thái J1 J2 J4 J7 VIN VOUT A Khơng có phản hồi âm Có phản hồi âm Có phản hồi âm Có phản hồi âm + 1 0 0 1 0 1 1 500mV 500mV 500mV 500mV 5.5V 2.3V 3.3V 1.33V 11 4.6 6.6 2.66 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng kiểu phản hồi âm lên đặc trưng tần số: - Nối mạch kiểu bảng A2-B5 - Sử dụng máy phát sin có tần số cực đại 10MHz, biên độ sóng 50mV Nối lối máy phát với lối vào IN/A mạch - Thay đổi tần số sóng vào theo bảng A2-B6 Đo biên độ sóng ứng với tần số cho kiểu không phản hồi (nối J1, J5, J7) có phản hồi (nối J2, J4, J5) Ghi kết vào bảng Bảng A2-B6: f 100Hz 1KHz 100KH 1MHz 2MHz 7MHz 10MHz 20MHz VIN nối J1, J5, J7 VOUT nối J1, J5, J7 A =VOUT/ VIN VIN nối J2, J4, J5 VOUT nối J2, J4, J5 A =VOUT/ VIN 500mV 7.5V 15.0 500mV 1.872V 3.744 500mV 7.5V 15.0 500mV 1.872V 3.744 z 500mV 7.5V 15.0 500mV 1.84V 3.68 500mV 7.5V 15.0 500mV 1.824V 3.648 500mV 7.5V 15.0 500mV 1.778V 3.556 500mV 7.5V 15.0 500mV 1.392V 2.784 500mV 4.56V 9.02 500mV 1.168V 2.336 500mV 0.584V 1.168 500mV 0.8V 1.6 Biểu diễn kết phụ thuộc hệ số khuếch đại vào tần số cho hai trường hợp có phản hồi âm khơng có phản hồi âm 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng phản hồi âm lên tổng trở vào: - Nối mạch kiểu bảng A2-B5 (không phản hồi âm - Nối J5, J1, J7) Máy phát thiết bị chế độ phát sóng sin tần số 1KHz, biên độ 200mV Biên độ sóng máy phát Vm(0) chưa nối máy phát vào điểm IN/A : Vm(0) = 200mV Cắm chốt máy phát vào điểm A Cấp tín hiệu cho mạch Đo biên độ sóng vào Vm(1) Tính điện trở vào Rin hệ khuếch đại cho hai trường hợp với điện trở nội máy phát R I = 500W Bảng A2-B7 Kiể u J J J7 J8 Vm(0) Vm(1) RIN = J 200mV 6.7mV 517.33W 1 0 200mV 6.9mV 517.87W Trạng thái J1 Không có phản hồi âm Có phản hồi âm 1+2 Kết luận vai trò mạch phản hồi âm số đặc trưng sơ đồ khuếch đại emitter chung : Nhờ vào phản hồi âm ta lựa chọn hệ số khuếch đại mạch thông qua việc hiệu chỉnh giá trị điện trở xung quanh khuếch đại Tuỳ vào tính chất mạch, người ta chỉnh định lại thông số linh kiện để đưa khuếch đại vào vùng làm việc tương ứng Khảo sát khuếch đại kiểu Collector chung CC (bộ lặp lại emitter) • Các bước thực nghiệm: - Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ - Nối J2 (nối trở R5) - Mắc đồng hồ đo: nối đồng hồ đo dòng số với chốt đo (mA) cực base emitter mạch A2-3, khoảng đo đặt µA cho cực base mA cho cực emitter Chú ý: Cắm phân cực nguồn đồng hồ đo - Bật điện nguồn ni cho thiết bị Vặn biến trở P1 để dịng qua base transistor T1 cỡ 20µA Mạch Proteus : - Thay đổi giá trị điện trở P1, làm thay đổi dịng base transistor T1 theo lần đo cho bảng A2-B8 Ghi giá trị dòng chảy qua emitter transistor vào bảng Bảng A2-B8 TH nối J2 (Trở R5) : Dòng iB /T1 (chỉnh P1) iB1 = 20 µA iB2 = 30 µA Hệ số khuếch đại dòng DC: A(I) = Dòng iE /T1 iE1 = 2.12mA iE2 = 2.75 mA = TH nối J3 (Trở R6) : Dòng iB /T1 (chỉnh P1) iB1 = 20 µA iB2 = 30 µA Hệ số khuếch đại dòng DC: A(I) = = Dòng iE /T1 iE1 = 2.07mA iE2 = 2.95 mA = TH nối J1 (Trở R4) : Dòng iB /T1 (chỉnh P1) Dịng iE /T1 iB1 = 20 µA iB2 = 30 µA Hệ số khuếch đại dịng DC: A(I) = iE1 = 2.11mA iE2 = 3.03mA = = 92 Nhận xét: - Khi ta thay điện trở RE hệ số khuyếch đại dịng DC lớn không thay đổi đáng kể Thay đổi nhỏ dòng điện đầu vào dẫn đến thay đổi lớn nhiều dòng điện đầu Khảo sát khuếch đại kiểu Base chung CB • Các bước thực hiện: - Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2- - Mắc đồng hồ đo: ■ Đồng hồ đo collector: Nối chốt đồng hồ đo (V) mạch với đồng hồ đo số (Khoảng đo đặt 20V dùng đồng hồ đế nguồn) ■ Đồng hồ đo dòng collector: Nối chốt đồng hồ đo (mA) mạch với chốt vào đo Đặt công tắc đo số chế độ đo dòng (A) Khoảng đo đặt mA ■ Đồng hồ đo dòng emitter: Nối chốt đồng hồ đo (mA) mạch với đồng hồ đo dòng số Khoảng đo đặt mA - Chú ý: cắm phân cực nguồn đồng hồ đo Mạch Proteus : - Đo hệ số truyền dòng α: Chỉnh biến trở P1 để dòng emitter i E ứng với giá trị cho bảng A2-B9 Ghi giá trị dòng collector iC vào bảng Bảng A2-B9: Dòng iE/T1 (chỉnh P1) iE1 = 0.21mA iE2 = 0.31 mA  Hệ số truyền dòng = Dòng iC / T1 iC1 = 0.21 mA iC2 = 0.30 mA ==1 Đặt máy phát tín hiệu chế độ: phát sóng vng, tần số kHz, biên độ 50Mv, dòng qua emitter transistor cỡ 20mA , sụt collector T1 6V dòng collector 2mA - Kết sóng lối khơng có trở tải (khơng nối J1): Hệ số khuếch đại thế: = = 59 - Kết sóng lối có trở tải (nối J1): Hệ số khuếch đại thế: = = 28 Nhận xét khả ứng dụng - Kiểu E: cung cấp độ lợi điện áp kết hợp với độ lợi dòng điện vừa phải nên chung thường dùng thiết bị điện tử để khuếch đại điện áp - Kiểu C chung ứng dụng mạch khuếch đại đệm , làm cho tín hiệu ổn định Ứng dụng mạch ổn áp nguồn - Kiểu B ứng dụng thực tế Dùng mạch tần số cao trở kháng đầu vào thấp  END ... 8.87 1 .23 8.77 1 .23 8.53 1 .23 8 .29 1 .23 8.04 1 .23 7.8 2. 56 9.45 2. 55 9.19 2. 54 8.86 2. 53 8.61 2. 52 8. 32 2. 52 7 .29 2. 52 6.94 2. 51 6.59 2. 50 6 .24 2. 50 5.90 3.75 8.7 3.74 7.7 3.73 6.81 3. 72 6.75... ≈ 20 µA, 30µA 40µA ghi kết vào bảng A2-B1 Bảng A2-B1: Kiểu NPN Dòng iB (Chỉn h P1) 10µA Chỉnh P2 V- 11 10.9 10.81 10.7 10.5 10.4 10.3 10 .2 10.1 9.94 1 .24 10.3 1 .24 10 1 .24 9.76 1 .23 9 .27 1 .23 ... 500m V 2. 20V 4.40 100KHz 500mV 1MHz 500mV 2MHz 500mV 2. 20V 4.40 2. 16V 4. 32 2.07V 4.14 5MHz 500m V 1.66V 3. 32 7MHz 500mV 10MHz 500mV 1.42V 2. 84 1.14V 2. 28 Vẽ đồ thị phụ thuộc hệ số khuếch đại A