BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT đáp ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH đại BJT GHÉP e CHUNG

lOMoARcPSD|11617700 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ -❖ - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Phương Nguyễn Cơng Hoan Đặng Minh Hồng 1913405 1910192 LINK GHI ÂM GHI HÌNH CÁC PHIÊN GOOGLE MEET: Phiên 1: https://drive.google.com/file/d/1PCU7_yTk3fL08SXdFSWp9rojB3kuyxK/view?usp=sharing TP HCM, ngày 23 tháng 11 năm 2021 lOMoARcPSD|11617700 Mục Lục I.MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM: II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG: Sơ đồ nguyên lí hoạt động: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp : Ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung: a Ở chế độ DC: b Ở chế độ AC: III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG: Các thông số đầu vào: Phương pháp đo đạc a Đo phân cực tĩnh DC b Đo vẽ đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung: IV CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 1.Đo phân cực tĩnh: Đo Cob với điện áp phân cực VCB: Khảo sát hFE theo tần số đo fT : Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại dùng BJT 10 a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: 10 b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: 12 V CÁC PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN: 14 Tính tốn lý thuyết 14 1.1.Ở chế độ DC ( chung cho mạch): 14 1.2 Ở chế độ AC: 15 a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp : 15 b Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: 18 So sánh kết luận 22 lOMoARcPSD|11617700 I.MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM: - Bài thí ngiệm giúp sinh viên khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung, đồng thời hiểu rõ ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch - Vẽ đáp ứng tần số mạch kiểm chứng so với lý thuyết - Thành thạo việc sử dụng phần mềm mô thí nghiệm, để ứng dụng vào cơng việc sau Phần mềm thí nghiệm: LTspice Module thí nghiệm: BJTLABSN002 II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG: Sơ đồ nguyên lí hoạt động: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: lOMoARcPSD|11617700 b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp : Ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung: a Ở chế độ DC: Các tụ xem hở mạch nên không ảnh hưởng đến giá trị tính tốn b Ở chế độ AC: Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng tất tụ lên mạch phức tạp, nên chia vùng tần số khác để khảo sát • Tần số dãy giữa: ngắn mạch tụ coupling bypass, tụ ký sinh xem hở mạch • Tần số thấp: mạch tương đương AC cần xét tới tụ coupling bypass, tụ ký sinh xem hở mạch • Tần số cao: tụ coupling bypass xem ngắn mạch, mạch tương đương AC cần xét tới tụ ký sinh bên linh kiện lOMoARcPSD|11617700 III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG: Các thông số đầu vào: - Chọn nguồn DC = 12V - Chọn giá trị tụ Cobext tài liệu hướng dẫn: + Mạch khơng hồi tiếp: 0, 15pF, 30pF + Mạch có hồi tiếp: 0, 1nF - Chọn biên độ ngõ vào Vi để chỉnh tín hiệu nhỏ, Vo khơng bị méo dạng (chọn chế độ sóng SINE() AC1 ) - Chọn 10 giá trị tần số từ 100Hz đến 100kHz để đo độ lợi áp tần số thấp, tần số cao, tần số dãy Phương pháp đo đạc a Đo phân cực tĩnh DC - Ở chế độ DC đo giá trị IB, IC, VCE, β b Đo vẽ đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung: - Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tần số dãy - Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100Hz đến 100KHz, lập bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số khác (có thể chia khoảng tần số trên) tính bảng độ lợi áp Av mạch tương ứng với 10 tần số - Đo tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy (tăng giảm) tới biên độ ngỏ giảm 1/√2 biên độ ngõ dãy Tần số tần số cắt - Với bảng Av 10 giá trị tần số tần số cắt tiến hành vẽ đáp ứng tần số mạch khuếch đại (lưu ý thể theo thang tần số Logarit thang biên độ Logarit) lOMoARcPSD|11617700 IV CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 1.Đo phân cực tĩnh: Sơ đồ mạch đo phân cực tĩnh LTspice Kết đo đạc: Từ thông số đo ta có: VCB = V (c) − V (b) = 7.15648 − 2.53211 = 4.62437V I E = 4.47841mA VBE 0.6122;  127.53 lOMoARcPSD|11617700 Đo Cob với điện áp phân cực VCB: Sơ đồ mạch đo Cob LTspice: - Nguồn Vin dạng sine với biên độ A=1 tần số f=1MHz - Nguồn áp chiều Vcb lấy giá trị đo mạch DC: Vcb = 4.62437 ≈ 4.624V - Mô chế độ Transient để đo dịng Ic chu kỳ (4µs) I C 10−6 I C 106 12 10 = ( pF ) - Đo Cob với thứ nguyên pF theo công thức: Cob = 2 2 Kết đo đạc:  Cob = 15.3585 pF lOMoARcPSD|11617700 Khảo sát hFE theo tần số đo fT : Sơ đồ mạch đo Cob LTspice: - Nguồn Vin dạng sine với biên độ A=1 tần số f=1MHz - Nguồn dòng IE lấy giá trị đo mạch DC: I E = 4.47841mA - Mạch mô chế độ AC analysis từ 10Hz đến 1GHz chế độ decade, decade 100 điểm lOMoARcPSD|11617700 Kết đo đạc: - Đồ thị hFE theo tần số - Đo tần số chuyển tiếp fT mạch  IC  IB Tần số fT xác định điểm 20  log    = 0dB  => fT=143.811MHz lOMoARcPSD|11617700 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại dùng BJT a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: Sơ đồ mạch LTspice - Cob= 0: Từ thông số đồ thị ta có: f L = 143.62385 Hz , f H = 147.88423KHZ 10 lOMoARcPSD|11617700 - Cob= 15pF: Từ thông số đồ thị ta có: f L = 143.71802 Hz, f H = 77.547322 KHZ - Cob= 30pF: Từ thông số đồ thị ta có: f L = 142.79353Hz , f H = 52.71972 KHZ 11 lOMoARcPSD|11617700 b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: Sơ đồ mạch LTspice - Cob= 0: Từ thông số đồ thị ta có: f L = 49.873512 Hz, f H = 426.62357 KHZ 12 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 - Cob= 1nF: Từ thông số đồ thị ta có: f L = 49.552693Hz, f H = 6.9670564 KHZ 13 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 V CÁC PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN: Tính tốn lý thuyết 1.1.Ở chế độ DC ( chung cho mạch): Chọn β= 127 (Dựa vào đo phân cực tĩnh DC) Áp dụng Thevenin cho mạch ta RB1.RB 18.5, = = 4, 27 K  RB1 + RB 18.5, RB 5,6 = 12 = 2,85V VCC = RB1 + RB 18 + 5,6 RB = RTH = VBB Ta có: giả sử chọn VBE = 0, 61 ( Dựa vào đo phân cực tĩnh DC)  VBB = I B RB + VBE + I B (1 +  ).( RE1 + RE )  VBB = I B RB + VBE + I B (1 +  ).( RE1 + RE )  I B = 0, 0393( mA)  I C =  I B = 4.99(mA) VCC = RC I C + VCE + I E ( RE1 + RE )  VCE = 4,938V Ta có điểm tĩnh Q (ICQ, VCEQ) = (4.99 mA; 4,938 V) Ta có: r =  gm = VT = 0, 636k  I CQ IC = 199.6(mA / V ) VT 14 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 1.2 Ở chế độ AC: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp : - Tần số dãy : Bỏ qua ảnh hưởng tất tụ Ta có: Rin = RB / / r = RB r = 0,55 K  RB + r AMB = − g m ( RC / / RL ) Rin = −60.09 R in + Ri - Tần số thấp : 15 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 + Xét riêng tác động tụ Ci; hai tụ CE Co xem ngắn mạch: AV = v0 = AMB vi s+ Tần số cắt: s Ci ( RB / / r + Ri ) = 6, 437 Ci ( RB / / r + Ri ) P1 =  f P1 = P1 = 1.024 Hz 2 + Xét riêng tác động tụ CE; hai tụ Ci Co xem ngắn mạch: AV = v0 = AMB vi s+ Tần số cắt: P = s   R / / RB + r   CE  RE / /  i   1+    = 909.32 Ri / / RB + r   CE  RE / /( ) 1+     fP2 = P = 144, 72 Hz 2 + Xét riêng tác động tụ Co; hai tụ Ci CE xem ngắn mạch: AV = v0 = AMB vi s+ Tần số cắt: P = C0 ( RC + RL )  f P3 = s C0 ( RC + RL ) = 1,5152 P = 0, 241Hz 2 + Tần số cắt dưới: Do f P f P1 f P  f L = f P = 144, 72 Hz 16 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 - Tần số cao: Ta có: Vi ' = RB / / r Vi RB / / r + Ri Ri' = Ri / / RB / / r = 0,356K  RL' = RC / / RL = 0,8485K  Với C1 = C (1 + gm.RL' )   C2 = C   + '   gm.RL  C = Cob + Cobext C =  2. r fT = 220,991 pF Ta có: AV = v0 = AMB vi + s (C + C1 ) Ri' Tần số cắt là: fH = 2 (C + C1 ) Ri' Ta có Cob = 15.3585 pF Với: Cobext=0 pF=> Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 157,6 kHz Cobext=15 pF => Cu = 30,3585pF => C1 = 5,172nF => fH =82,89 kHz Cobext=30 pF => Cu = 45,3585pF => C1 = 7,73nF => fH = 56,23 kHz Ta có độ lợi áp tồn mạch : AV = AMB 1− j f p1 f 1− j f p2 f 1− j f p3 f 1+ j f fH 17 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 f 100 Hz 300 Hz 500 Hz kHz kHz 4,59 kHz 10 kHz 30 kHz 50 kHz 100 kHz Av 35,16 54.12 57.72 59.47 59.92 60.04 59.96 59 57.27 50.74 35,16 54.12 57.72 59.47 59.90 64,53 62,61 58,87 51.65 38.34 35,16 54.12 57.72 59.47 59,89 64,4 59.15 53,02 44.9 29.45 Cobext=0pF Av Cobext= 15pF Av Cobext= 30pF b Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: - Tần số dãy : Bỏ qua ảnh hưởng tất tụ Hệ số khuếch đại áp : AMB = − RB / /(r + (  + 1).RE1 )  ( RC / / RL ) = −20, 48 r + (  + 1).RE1 RB / /(r + (  + 1).RE1 ) + Ri 18 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 - Tần số thấp: + Xét ảnh hưởng tụ Ci, ngắn mạch tụ C0 CE: AV = v0 = AMB vi s+ s Ci ( RB / /(r + (  + 1).RE1 ) + Ri ) Ta có tần số :  p1 = Ci ( RB / /(r + (  + 1).RE1 ) + Ri ) = 3, 4378  p1 = 0,547 Hz 2 f p1 = + Xét ảnh hưởng tụ C0 , ngắn mạch tụ Ci CE: AV = v0 = AMB vi s+ s C0 ( RC + RL ) Ta có tần số :  p2 = C0 ( RC + RL ) = 1,5152 19 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 f p2 =  p2 = 0, 241Hz 2 + Xét ảnh hưởng tụ CE , ngắn mạch tụ Ci C0: AV = v0 = AMB vi s+ Ta có tần số :  p3 = s    CE  RE / /  RE1 + ( r + RB / / Ri )    +1       CE  RE / /  RE1 + ( r + RB / / Ri )    +1    = 398, 43  p3 = 63, 41Hz 2 Ta có: Do chênh lệch tần số lớn nên ta tần số cắt dựa công thức Tần số cắt là: f p3 = f L = max( f p1 , f p , f p ) = 63.41Hz - Tần số cao: 20 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 Ta có: Vi ' = RB / / r Vi RB / / r + Ri  R + RE1  Ri' = RB / / r / /  i  = 0,1412 K  + gm R  E1  ' RL = RC / / RL = 0,8485K  Với C1 = C (1 + gm.RL' )   C2 = C   + '   gm.RL  C = Cob + Cobext C =  2 r fT = 220,991 pF Ta có : AV = v0 = AMB vi + s (C + C1 )( Ri' + RE1 ) Tần số cắt là: fH = 2 (C + C1 ) Ri' Ta có Cob=15,4208pF Với Cobext=0 => Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 397,308kHz Cobext=1nF => Cu = 1,0154nF => C1 = 172,984nF => fH = 6,507kHz Ta có độ lợi áp toàn mạch : AV = AMB 1− j f p1 f 1− j f p2 f 1− j f p3 f 1+ j f fH f 100 Hz 200 Hz 500 Hz kHz kHz 10 kHz 30 kHz 40 kHz 70 kHz 100 kHz Av 18,53 20,27 20,85 20,96 20,97 20,96 20,95 20,9 20,63 20,3 18,53 20,26 20,79 20,39 16,46 11,22 6,33 4,33 1,89 1,33 Cobext=0 Av Cobext= 1nF 21 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) lOMoARcPSD|11617700 So sánh kết luận - Từ kết tính lý thuyết từ đồ thị làm thí nghiệm ta thấy tần số cắt cao thấp xấp xỉ nhau: Tính tốn lý thuyết Đo từ đồ thị f L mạch không hồi tiếp f L = 144, 72 Hz f L  143.7 Hz f H mạch không hồi tiếp f H  157.6kHz f H  147.88kHz ( 0; 15pF ; 30pF ) f H  82,89kHz f H  77,55kHz f H  56, 23kHz f H  52, 72kHz f L mạch có hồi tiếp f L = 63.41Hz f L  49.87 Hz f H mạch có hồi tiếp f H  397.308kHz f H  426.62kHz f H  6,507 kHz ( 0; 1nF ) f H  6,97 kHz - Các giá trị độ lợi tính tốn bảng lấy giá trị với thang đo dB có giá trị xấp xỉ giá trị đồ thị đáp ứng tần số - Các giá trị độ lợi tần số dãy xấp xỉ tính tốn tính tần số dãy giữa, tính độ lợi cho toàn mạch đo từ đồ thị khảo sát đặc tính tần số - Nhìn chung độ lợi áp ( trường hợp Cobext ≠0 ) có giá trị theo tần số giảm nhanh so với độ lợi áp Cobext=0 - Các đại lượng có giá trị sai lệch q trình tính tốn có nhiều sai số, hạn chế phần mềm mô khó lấy xác giá trị tần số cần quan sát, lấy gần đúng, tương đối 22 Downloaded by Hei Ut (hut371809@gmail.com) ... = I B RB + VBE + I B (1 +  ).( RE1 + RE )  VBB = I B RB + VBE + I B (1 +  ).( RE1 + RE )  I B = 0, 0393( mA)  I C =  I B = 4.99(mA) VCC = RC I C + VCE + I E ( RE1 + RE )  VCE = 4,938V Ta... Cob LTspice: - Nguồn Vin dạng sine với biên độ A=1 tần số f=1MHz - Nguồn dòng IE lấy giá trị đo mạch DC: I E = 4.47841mA - Mạch mô chế độ AC analysis từ 10Hz đến 1GHz chế độ decade, decade 100 điểm... LTspice Module thí nghiệm: BJTLABSN002 II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG: Sơ đồ nguyên lí hoạt động: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: lOMoARcPSD|11617700 b Mạch khuếch đại ghép E chung