ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP, HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THÍ NGIỆM MÔN HỌC THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ LỚP L02 NHÓM D GVHD THẦY ĐỖ QUỐC TUẤN SINH VIÊN THỰC HIỆN STT MSSV HỌ TÊN ĐIỂM GHI CHÚ 1 2012508 NGUYỄN BÁ HƯNG TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022 MỤC LỤC I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 1 II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG 1 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 2 THÔNG SỐ CỦA MẠCH 3 3 TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT 3 III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG 13 1 LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP, HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THÍ NGIỆM MƠN HỌC THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ LỚP: L02 - NHÓM D GVHD: THẦY ĐỖ QUỐC TUẤN SINH VIÊN THỰC HIỆN STT MSSV HỌ TÊN 2012508 NGUYỄN BÁ HƯNG ĐIỂM TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 GHI CHÚ MỤC LỤC I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÔNG SỐ CỦA MẠCH 3 TÍNH TỐN LÝ THUYẾT III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG 13 LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO 13 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG 13 IV CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 15 V KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 18 I Mục tiêu thí nghiệm Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng ngun lý hoạt động hiểu rõ ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung Những số liệu sai lệch tính tốn lý thuyết đo thực tế đưa nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu hiểu thêm sai số môi trường thực nghiệm Trong q trình thí nghiệm, thí nghiệm giúp thành viên nhóm thành thạo việc sử dụng thiết bị phịng thí nghiệm để mơ cách thức hoạt động mạch, từ giúp nhóm có chuẩn bị tốt tiếp cận với linh kiện thực tế Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho thành viên khả làm việc nhóm chung, phân chia xếp cơng việc hợp lý, đặc biệt hết rèn luyện khả xử lý vấn đề nhóm gặp cố trình thực lắp mạch đo đạc II Các giả thuyết phải kiểm chứng Cơ sở lý thuyết Đối với mạch khuếch đại tín hiệu CE, CB, CC, … mà ta tính tốn độ khuếch đại tồn mạch Gv = vo vsig ta thường coi Gv số theo tần số Ta thường cho tụ hở mạch DC ngắn mạch AC Tuy nhiên thực tế điều không đúng, giả sử ta lập tỉ số Gv = vo vsig thay đổi tần số Gv khơng phải số Với tần số khoảng ta coi gần đúng, nhiên tần số giảm đến mức độ hay tăng đến mức Gv suy giảm Từ người ta vẽ giản đồ Bode sau: Giả sử Gv = X Gv ta thang (dB) 20log(X) Người ta thấy khoảng tần số gọi tần số dãy người ta thấy thay đổi tần số ngồi fL − fH Gv suy giảm Người ta xấp xỉ fL fH Gv suy giảm 3dB (tức giá trị Gv giảm √2 lần so với giá trị cực đại mid band người ta gọi tần số cắt thấp tần số cắt cao Gv = X Gv (dB) = 20log(X) 20 log(X1 ) − = 20 log(X ) => X1 = √2 X2 • Với f < fL : Bình thường với tụ coupling bypass ta thường coi tụ ngắn mạch C lớn nên ZC ≈ tức ngắn mạch nhiên tần số đủ nhỏ f < fL lúc ta khơng thể coi ZC ≈ • Với f > fH : Trong BJT thưởng tồn tụ ký sinh có giá trị C nhỏ nên thường ta cho ZC ≈ ∞ tức hở mạch tần số đủ lớn f > fH lúc ta coi ZC ≈ ∞ 2 Thông số mạch BJT 2SD592 có thơng số mạch 𝑇𝑎 = 25℃ ∶ 𝑉𝐶𝐸,𝑆𝐴𝑇 = (0,2 ÷ 0,4) 𝑉, 𝑉𝐵𝐸 = (0.5 ÷ 1.2)𝑉, ℎ𝑓𝑒 = 𝛽 = 85 − 340 Sau đo DC cho mạch, ta có: IC = 5mA IB = 0,018mA VCB = 4,0352V β = 277 VBB = 2,7368V VBE = 0,64212V Tính toán lý thuyết * Tại tần số dãy Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ: rπ = β VT VT 0,025 = = ≈ 1,39(kΩ) IC IB 0,018 IC mA = = 200( ) VT 0,025 V gm = Hệ số khuếch đại toàn mạch: Gv = vo R in RL = Av vi R in + R i R L + R out ∗ 𝐓ì𝐦𝐑 𝐢𝐧 𝐯à𝐑 𝐨𝐮𝐭 R in = 1 1 + + R B1 R B2 rπ => R in = ≈ 1,049(kΩ) 1 + + 18 5,6 1,39 R out = R C = 1(kΩ) ∗ 𝐓ì𝐦𝐀𝐯 vo′ = −g m vπ R C vi′ = ib rπ = vπ vo′ => Av = ′ = −g m R C vi => Av = −200.1 = −200 Gv = vo R in RL = Av vsig R in + R i R L + R out => Gv = 1,049 5,6 (−200) ≈ −86,877 1,049 + 5,6 + * Tại tần số thấp: R E = R E1 + R E2 = 0,412(kΩ) Xét tụ Ci nối tắt tụ CE Co R Ci = R i + (R B1 ∥ R B2 ∥ rπ ) τCi = (R i + (R B1 ∥ R B2 ∥ rπ ))CCi fL1 = 2π(R i + (R B1 fL1 = ∥ R B2 ∥ rπ ))CCi ≈ 0,77685(Hz) 2π (1 + (18 ∥ 5,6 ∥ 1,39)).100 10−3 Xét tụ CE nối tắt tụ Ci Co R CE = R E ∥ ( rπ + (R B1 ∥ R B2 ∥ R i ) ) β+1 τCE = (R E ∥ ( rπ + (R B1 ∥ R B2 ∥ R i ) ))CCE β+1 fL2 = 2π(R E ∥ ( fL2 = rπ + (R B1 ∥ R B2 ∥ R i ) ))CCE β+1 ≈ 205(Hz) 1,39 + (18 ∥ 5,6 ∥ 1) −3 2π (0,412 ∥ )) 100 10 277 + Xét tụ Co nối tắt tụ Ci CE R Co = R L + R C τCo = (R L + R C )CCo fL3 = 1 = ≈ 0,2411(Hz) 2π(R L + R C )CCo 2π (5,6 + 1) 100 10−3 => fL ≈ fL2 ≈ 205(Hz) * Tại tần số cao: R B1 R B2 Vi R i Vi′ R′i Từ datasheet => Cμ = 22pF; Cπ = Áp dụng thevenin cho mạch: R′i = R i ∥ R B1 ∥ R B2 ∥ rπ = 0,512(kΩ) R′L = R C ∥ R L = 0,85(kΩ) Xét riêng tụ Cπ , cho hở mạch Cμ : R Cπ = R′i Xét riêng tụ Cμ : R Cμ = R′L + R′i (1 + g m R′L ) ∑ Ci R i = Cπ R′i + Cμ R′i (1 + g m R′L ) + Cμ R′L i => fH ≈ 2π(Cπ R′i + + g m R′L ) + Cμ R′L ) Cμ R′i (1 Trường hợp 1: Cobext=0 tức Cμ = 22pFvàCπ = fH ≈ 2π (0,512(0 + 22 10−9 (1 + 200.0,85 + 0,85))) = 82220(Hz) Cobext=15pF tức Cμ = 37pFvàCπ = fH ≈ 2π (0,512(0 + 37 10−9 (1 + 200.0,85 + 0,85))) ≈ 48887(Hz) Cobext=30pF tức Cμ = 52pFvàCπ = fH ≈ 2π (0,512(0 + 52 10−9 (1 + 200.0,85 + 0,85))) ≈ 34785(Hz) * Tại tần số dãy Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ: rπ = β VT VT 0,025 = = ≈ 1,39(kΩ) IC IB 0,018 Hệ số khuếch đại toàn mạch: Gv = vo R in RL = Av vi R in + R i R L + R out ∗ TìmR in vàR out R in = 1 1 + + R B1 R B2 rπ + (β + 1)R E1 R in = 1 1 + + 18 5,6 1,39 + (277 + 1) 0,022 ≈ 2,722(kΩ) R out = R C = 1(kΩ) ∗ TìmAv : vo′ = −g m vπ R C vi′ = ib rπ + ie R E1 = vπ + vπ R (β + 1) rπ E1 vo′ −g m R C −βR C Av = ′ = = vi + R E1 (β + 1) rπ + (β + 1)R E1 rπ => Av = Gv = −277.1 = −34,43 1,39 + (277 + 1) 0,022 vo R in RL = Av vi R in + R i R L + R out => Gv = 2,722 5,6 (−34,43) ≈ −21,36 2,722 + 5,6 + * Tại tần số thấp: Xét tụ Ci nối tắt tụ CE Co R Ci = R i + (R B1 ∥ R B2 ∥ (rπ + (β + 1)R E1 )) τCi = (R i + (R B1 ∥ R B2 ∥ (rπ + (β + 1)R E1 )))CCi fL1 = 2π(R i + (R B1 ∥ R B2 fL1 = ∥ (rπ + (β + 1)R E1 )))CCi 2π (1 + (18 ∥ 5,6 ∥ (1,39 + 278.0,022))).100 10−3 ≈ 0,77685(Hz) Xét tụ CE nối tắt tụ Ci Co R CE = R E2 ∥ (R E1 + rπ + (R B1 ∥ R B2 ∥ R i ) ) β+1 τCE = (R E2 ∥ (R E1 + fL2 = 2π(R E2 fL2 = rπ + (R B1 ∥ R B2 ∥ R i ) ))CCE β+1 r + (R B1 ∥ R B2 ∥ R i ) ∥ (R E1 + π ))CCE β+1 1,39 + (18 ∥ 5,6 ∥ 1) 2π (0,390 ∥ (0,022 + )) 100 10−3 277 + ≈ 57,283(Hz) Xét tụ Co nối tắt tụ Ci CE R Co = R L + R C τCo = (R L + R C )CCo fL3 = 1 = ≈ 0,2411(Hz) 2π(R L + R C )CCo 2π (5,6 + 1) 100 10−3 => fL ≈ fL2 ≈ 57,283(Hz) Tại tần số cao: R B1 R B2 Vi R i Vi′ R′i Từ datasheet => Cμ = 22pF; Cπ = R′i = R i ∥ R B1 ∥ R B2 ∥ rπ = 0,512(kΩ) R′L = R C ∥ R L = 0,85(kΩ) Xét riêng tụ Cπ , cho hở mạch Cμ : Áp dụng dòng mắc lưới: R E1 (β + 1) => R Cπ = rπ ((R i ∥ R B1 ∥ R B2 ) + R E1 (β + 1)) rπ + (R i ∥ R B1 ∥ R B2 ) + R E1 (β + 1) Xét riêng tụ Cμ , cho: R Cμ = (R i ∥ R B1 ∥ R B2 ∥ (rπ + R E1 (β + 1))) + (R C ∥ R L ) + (R i ∥ R B1 ∥ R B2 )g m (R C ∥ R L )rπ (R i ∥ R B1 ∥ R B2 ) + (rπ + R E1 (β + 1) => R Cμ = 22,98(k) ∑ Ci R i = Cμ R Cμ i (Do Cπ = 0) => fH ≈ 2πCμ R Cμ Trường hợp 1: Cobext = 0pF tức Cμ = 22pFvàCπ = fH = ≈ 314809(Hz) 2π 22 10−9 22,98 Cobext = 1nF tức Cμ = 1022pFvàCπ = fH = ≈ 6776(Hz) 2π 1022 10−9 22,98 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 𝑉𝐵𝐸 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 Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC lại ta chọn theo giá trị danh sách linh kiện bên Phương pháp đo đạc đại lượng Ta mắc mạch sau: - 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/sqrt(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) IV Các kết thí nghiệm a Đo phân cực DC: IC IB VCB β VBB VBE 5mA 0,018mA 4,0352V 277 2,7368V 0,64212V b TN1: Cobext = 0pF,không hồi tiếp, Vin = 128mV 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 83k Vopp 3,44 5,28 6,16 6,92 7,44 7,64 7,72 7,12 6,34 6,16 |A v | 26,88 41,25 48,13 54,06 58,13 59,69 60,31 55,63 49,53 48,13 f (Hz) 20log|Av | 28,59 32,3 33,65 34,66 35,23 35,52 35,61 34,91 33,9 33,65 fcắtdưới = 210Hz Avdãygiữa = −59,69 c TN2: Cobext = 15pF,không hồi tiếp, Vin = 128mV 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 83k Vopp 3,52 5,36 6,24 7,04 7,44 7,84 6,48 5,92 5,28 4,8 |A v | 27,5 41,88 48,75 55 f (Hz) 58,125 61,25 50,63 46,25 41,25 37,5 20log|Av | 28,79 32,44 33,76 34,81 35,29 35,74 34,09 33,3 32,3 31,48 fcắtdưới = 205Hz fcắttrên = 72kHz Avdãygiữa = −61,25 d TN3: Cobext = 30pF,không hồi tiếp, Vin = 128mV 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 83k Vopp 3,4 5,2 6,16 6,88 7,52 6,88 6,88 4,48 3,36 3,12 |A v | 26,56 40,63 48,13 53,75 58,75 53,75 53,75 35 f (Hz) 26,25 24,38 20log|Av | 28,48 32,18 33,65 34,61 35,38 34,61 34,61 30,88 28,38 27,74 fcắtdưới = 207Hz fcắttrên = 35kHz Avdãygiữa = −61,25 e TN4: Cobext = 0pF,có hồi tiếp, Vin = 128mV 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k Vopp 2,04 2,32 2,44 2,48 2,56 2,6 2,6 2,36 2,33 2,28 |A v | 15,94 18,13 19,06 19,38 20 f (Hz) 20log|Av | 24,05 25,17 25,6 83k 20,31 20,31 18,44 18,2 17,81 25,75 26,02 26,15 26,15 25,32 25,2 25,01 fcắtdưới = 46Hz Avdãygiữa = −20,31 f TN5: Cobext = 1nF,có hồi tiếp, Vin = 128mV 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 83k Vopp 1,98 2,38 2,38 2,4 2,48 1,92 1,3 0,4 0,3 0,28 |A v | 15,47 18,59 18,59 18,75 19,38 15 f (Hz) 10,16 3,13 2,34 2,19 20log|Av | 23,79 25,39 25,39 25,46 25,75 23,52 20,13 9,91 7,38 6,81 fcắtdưới = 52 Hz fcắttrên = 6846 Hz Avdãygiữa = -19,38 V Kết luận nhận xét Sai số lý thuyết thí nghiệm khơng đáng kể Qua giúp kiểm chứng kiểm chứng nguyên lý hoạt động hiểu rõ ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung Để độ khuếch đại toàn mạch mà tính xác phải chỉnh tần số vào dãy để hfe không bị suy giảm tụ bypass, coupling tụ ký sinh ... 3,52 5,36 6, 24 7, 04 7 ,44 7, 84 6 ,48 5,92 5,28 4, 8 |A v | 27,5 41 ,88 48 ,75 55 f (Hz) 58,125 61,25 50,63 46 ,25 41 ,25 37,5 20log|Av | 28,79 32 ,44 33,76 34, 81 35,29 35, 74 34, 09 33,3 32,3 31 ,48 fcắtdưới... 83k Vopp 3 ,44 5,28 6,16 6,92 7 ,44 7, 64 7,72 7,12 6, 34 6,16 |A v | 26,88 41 ,25 48 ,13 54, 06 58,13 59,69 60,31 55,63 49 ,53 48 ,13 f (Hz) 20log|Av | 28,59 32,3 33,65 34, 66 35,23 35,52 35,61 34, 91 33,9... 3 ,4 5,2 6,16 6,88 7,52 6,88 6,88 4, 48 3,36 3,12 |A v | 26,56 40 ,63 48 ,13 53,75 58,75 53,75 53,75 35 f (Hz) 26,25 24, 38 20log|Av | 28 ,48 32,18 33,65 34, 61 35,38 34, 61 34, 61 30,88 28,38 27, 74 fcắtdưới