BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN MẠCH ĐIỆN TỬ o0o BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ GVBM Nguyễn Ngọc Kỳ Nhóm 7 – L24 Họ và tên MSSV Đặng Min.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN MẠCH ĐIỆN TỬ ……………………o0o…………………… BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ GVBM: Nguyễn Ngọc Kỳ Nhóm – L24 Họ tên MSSV Đặng Minh Triết 1912275 Châu Trí Viễn 1912434 Nguyễn Đức Trí 1915659 Link Folder Video: https://drive.google.com/drive/folders/1GmV1LDolw9NvO82PFe6v2U8Muj9_SYPD?usp=shari ng Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9/2021 A GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích thí nghiệm - Khảo sát đáp ứng tần số mạch ghép E chung, hiểu rõ ảnh hưởng tụ điện, tụ điện ký sinh BJT tới đáp ứng tần số, độ lợi mạch - Vẽ đáp ứng tần số mạch kiểm chứng lý thuyết - Thành thạo việc sử dụng phần mềm mô Phần mềm thí nghiệm: Ltspice - LTspice phần mềm máy tính mơ mạch điện tử tương tự dựa SPICE, cung cấp tính chụp giản đồ để nhập giản đồ điện tử cho mạch điện tử, trình mơ mạch điện tử tương tự loại SPICE nâng cao trình xem dạng sóng để hiển thị kết mơ - Phân tích mơ mạch dựa chức truyền thời, nhiễu, AC, DC, DC, điểm hoạt động DC thực vẽ đồ thị phân tích fourier Module thí nghiệm: BJTLABSN007 B CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ mạch ghép E chung: Ảnh hưởng tụ điện lên mạch đáp ứng tần số mạch khuếch đại ghép E chung: - Ta chia thành cách vị trí làm việc tần số cao, tần số thấp, dãi chế độ AC DC - Ở chế độ việc DC: Các tụ xem ngắn mạch hở mạch nên không ảnh hưởng đến giá trị tính tốn - Ở chế đọ việc AC: • Tần số thấp: Trở kháng tụ Ci, C0, CE trở nên đáng kể (tụ CE nối với điện trở cục E, định chủ yếu tần số cắt mạch khuếch đại, Ci, C0 đóng vai trò tụ coupling đầu vào đầu mạch khuếch đại tụ ký sinh xem hở mạch • Tần số cao: Các tụ Ci, C0, CE trở kháng nhỏ, xem ngắn mạch, trở kháng Cobext vả điện dung ký sinh nhỏ, trở nên đáng kể với hoạt động mạch, định tới tần số cắt • Tần số dãy giữa: Ngắn mạch tụ Coupling Bypass, tụ khác xem hở mạch Các tụ Ci, C0, CE có trở kháng nhỏ, xem ngắn mạch, tụ Cobext điện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trở kháng lớn, xem hở mạch Ở nói mạch khuếch đại hoạt động khơng bị ảnh hưởng tụ • Đây sở lý thuyết tảng để tiến hành thí nghiệm Chú ý q trình thí nghiệm đáp ứng tần số Ltspice, không sử dụng đến tụ Cobext 3 Tính tốn lý thuyết 3.1 Ở chế độ DC: hai mạch điều có chung điễm tĩnh Chọn Beta 125, Vbe 0.6 - RTH giá trị trở Rb song song RB1.RB 18.5, = = 4,3K  RB1 + RB 18 + 5, RB 5,6 = VCC = 12 = 2,85V RB1 + RB 18 + 5,6 - RTH = - VBB - Xem mạch hoạt động chế độ tích cực Tính được: = I B = 0, 0000385( A) = I C = 4.816(mA) = VCE = 12 − I c  ( Rc + Re ) − Vcesat = 4,8(V ) = r =  = g m = VT = 648.87 IC I C 4.816 = = 192.64(mA / V ) VT 0.025 3.2 Ở chế độ AC: 3.2.1 Đối với mạch không hồi tiếp: - Xét tần số dãy giữa, mạch có dạng sau bỏ qua tụ Rin = RTH / / r = RTH r = 0,5637k  RTH + r AMB = − g m ( RC / / RL ) Rin = −58.923(V / V ) R in + Ri - Xét tần số dãy thấp: có ảnh thưởng tụ Ta xét riêng tụ ngắn mạch tụ cịn lại Ta được: • Ngắn mạch Co Ce, xét tụ Ci: f p1 = • 2 Ci ( RTH / / r + Ri ) 1 = 0, 24 Hz −6 2 C0 ( RC + RL ) 2 100.10 (5600 + 1000) Ngắn mạch Ci Co, xét tụ Ce: f p3 = • = 1, 0178Hz 2 100.10 (1000 + 563, 7) −6 Ngắn mạch Ci Ce, xét tụ Co: f p2 = • = v0 = vi    2 CE  RE / /  ( r + RTH / / Ri )     +1   = 142,8Hz Lựa chọn tần số cắt thấp f p tần số lớn so với tần số cắt lại =  = 2 f p = 897, 23rad/s Vậy tần số cắt thấp mạch khuếch đại không hồi tiếp : f L = 142,8 Hz - Xét dãy tần số cao: Từ datasheet 2SD592 ta có fT 200MHZ Cob = 20pF Mà ta có (sách SEDRA – SMITH, Microelectronic circuit): fT = - gm = C = 153( pF ) 2 (C + Cob ) Với liệu có, ta tính tần số cắt cao mạch khuếch đại ghép E chung sau: • Biến đổi Miller: C1 = Cob (1 + gm( RC / / RL ) = 3(nF ) C2 = Cob (1 + gm( RC / / RL ) ) = 19( pF ) Cin = C + C1 = 3, 21(nF ) Cout = C2 = 10( pF ) fin = = 137,522kHz 2 Cin ( Ri / / Rth / / R ) f out = = 18, MHz 2 Cout ( Rc / / Re) f H  fin = 137,522kHz Vậy tần số cắt cao mạch khuếch đại E chung hồi tiếp là: f H  fin = 137,522kHz 3.2.2 Đối với mạch có hồi tiếp: - Xét tần số dãy giữa: Am = - Xét tần số dãy thấp: vo vo ic ib ii =    = −20, 4(V / V ) vi ic ib ii vi  pi = Ci RCi Ci = Ri + Rth / /(r + (  + 1) Re1 ) =  pi = 3, 42( rad / s)  pe = CE RCE =  pe = 325, 48( rad / s)  po = Co RCo =  po = 1.52( rad / s) Vậy tần số cắt thấp tính là: = f L = 51, 65( Hz) - Xét tần số dãy cao: Tương tự thơng số có datasheet, cách tính tốn mạch khuếch đại khơng hồi tiếp, tính f H : f H  fin = 398(kHz) C THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG BẰNG PHẦN MỀM LTSPICE: Khảo sát điểm tĩnh: V2 12 Ic op Ib C&M LAB 2SD592/3 Q3 S/N: BJTLABSN007 2SD592/2 R9 R17 2SD592/1 C2 Q2 Q1 R11 E R4 R23 R21 FEEE - BEE BK B R22 C3 R16 R12 TP.HCM R10 R3 C1 R8 R7 R14 C R20 R19 R18 Ie Kết đo đạc được: = VCE = 4, 66V = I C = 4,8mA = I B = 0, 0371mA =   128 Nhận xét: - Có thể thấy kết gần với kết tính tốn lý thuyết - Cả hai mạch điều có chung điểu làm việc tĩnh: Q(0.0048 A; 4.66V ) - Giá trị Beta ~ với giá trị Beta ước lượng theo Datasheet - Áp CE chênh lệch nhẹ sai số Vcesat 2 Khảo sát độ lợi áp từ tần số dãy giữa: 2.1 Mạch khuếch đại không hồi tiếp V2 12 tran 0.3m V1 Vo FEEE - BEE BK C&M LAB T P H C M R4 C2 - R9 Q1 Q2 2SD592/2 R11 R20 R19 R17 2SD592/1 R23 R21 2SD592/3 Q3 S/N: BJT LA BSN0 R22 C3 R16 R14 R12 R3 C1 R8 R7 R10 Vi SINE(0 10m 10k) R18 Kết dạng sóng đo được: V(vi) 10mV 8mV 124.86309µs,9.9886441mV 6mV 4mV 2mV 0mV -2mV -4mV -6mV 174.80832µs,-9.9888693mV -8mV -10mV 700mV V(vo) 600mV 500mV 175.3012µs,617.64415mV 400mV 300mV 200mV 100mV 0mV -100mV -200mV -300mV -400mV 125.52026µs,-645.25924mV -500mV -600mV -700mV 0µs 30µs 60µs 90µs 120µs 150µs 180µs 210µs 240µs 270µs 300µs 617.64 + 645.26 = 631.45mV Vin = 10mV Vout = Am = Vout = 63.145(V / V ) Vin Vậy kết tính tốn mạch khuếch đại khơng hồi tiếp với Am= 58,92 ~ với đo đạc 2.2 Mạch khuếch đại có hồi tiếp V1 V2 12 SINE(0 10m 10k) tran 0.5m Vi Vo C&M LAB TP.HCM 2SD592/3 Q3 S/N: BJTLABSN007 2SD592/2 2SD592/1 C2 R9 Q2 Q1 R11 R17 R4 R23 R21 FEEE - BEE BK - R22 C3 R16 R14 R12 R10 R3 C1 R7 R8 R20 R19 R18 Dạng sóng đo được: V(vi) 10mV 8mV 225.35597µs,9.9881552mV 6mV 4mV 2mV 0mV -2mV -4mV -6mV 275.19168µs,-9.9904736mV -8mV -10mV 240mV V(vo) 200mV 160mV 276.01314µs,202.34251mV 120mV 80mV 40mV 0mV -40mV -80mV -120mV 225.08215µs,-202.21213mV -160mV -200mV -240mV 0µs 50µs 100µs 150µs 200µs 250µs 300µs 350µs 400µs 450µs 500µs 202,34 + 202, 21 = 202, 275mV Vin = 10mV Vout = Am = Vout = −20, 22(V / V ) Vin Vậy kết tính tốn mạch khuếch đại khơng hồi tiếp với Am= -20,4 ~ với đo đạc Khảo sát đáp ứng tần số cắt cao tần số cắt thấp 3.1 Đối với mạch không hồi tiếp V1 V2 AC 10m 12 ac dec 100 1G SINE() Vi Vo FEEE - BEE BK C&M LAB TP.HCM 2SD592/2 R9 Q1 R17 2SD592/1 C2 Q2 R11 R23 R21 2SD592/3 Q3 S/N: BJTLABSN007 R4 R22 C3 R16 R14 R12 R10 R3 C1 R8 R7 R20 R19 R18 - Dạng đáp ứng tần số thu được: V(vo)/V(vi) 45dB 147.09285Hz,33.006488dB -90° 133.13932KHz,33.118402dB 36dB -120° 27dB -150° 18dB -180° 9dB -210° 0dB -9dB -240° -18dB -270° -27dB -300° -36dB -330° -45dB -360° -54dB -63dB 1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz 10MHz 100MHz -390° 1GHz - Tần số cắt thấp: 147Hz - Tần số cắt cao: 133,13kHz - So sánh với kết tính tốn từ lý thuyết: 142,8Hz 137,5kHz nhận thấy kiểm chứng mơ gần với kết tính tốn 3.2 Đối với mạch có hồi tiếp V1 V2 AC 10m 12 ac dec 100 1G SINE() Vi Vo FEEE - BEE BK C&M LAB TP.HCM 2SD592/2 2SD592/1 R4 C2 R9 Q1 Q2 R17 R11 R23 R21 2SD592/3 Q3 S/N: BJTLA BSN007 - R22 C3 R16 R14 R12 R10 R3 C1 R8 R7 R20 R19 R18 Dạng sóng thu được: V(vo)/V(vi) 30dB -100° 406.2263KHz,23.096636dB 48.766805Hz,23.029305dB -120° 24dB -140° 18dB -160° 12dB -180° -200° 6dB -220° 0dB -240° -6dB -260° -12dB -280° -300° -18dB -320° -24dB -340° -30dB -360° -36dB 1Hz 10Hz 100Hz - Tần số cắt cao: 48,76Hz - Tần số cắt thấp: 406,2kHz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz 10MHz 100MHz -380° 1GHz - So sánh với kết tính tốn từ lý thuyết: 51,65Hz 398kHz nhận thấy kiểm chứng mơ gần với kết tính tốn D KẾT LUẬN - Kết đo đạc thông qua phần mềm LTSpice kết tính tốn tương đồng sai lệch nhỏ trình tham chiếu Datasheet tính tốn có sai số - Phần mềm LTSpice hữu ích q trình nghiên cứu mô thực nghiệm, kiểm chứng kết tính tốn lý thuyết mà khơng cần phải xây dựng mạch thực tế - Bảng sau bảng thống kê kết tính tốn đo đạc: Các giá trị thí Mạch khuếch đại khơng hồi tiếp Mạch khuếch đại có hồi tiếp nghiệm Lý thuyết Mơ Lý thuyết Mô Điểm làm việc tĩnh Q (4.816mA,4.8V) (4.8mA, 4.66V) (4.816mA,4.8V) (4.8mA, 4.66V) Beta 125 128 125 128 Độ lợi dãy Am -58.9(V/V) -63.145(V/V) -20.4(V/V) -20.22(V/V) Tần số cắt cao 137.57kHZ 133,13kHz 398kHz 406,2kHz Tần số cắt thấp 142.8Hz 147Hz 51,65Hz 48,76Hz ... CHUNG Mục đích thí nghiệm - Khảo sát đáp ứng tần số mạch ghép E chung, hiểu rõ ảnh hưởng tụ điện, tụ điện ký sinh BJT tới đáp ứng tần số, độ lợi mạch - Vẽ đáp ứng tần số mạch kiểm chứng lý thuyết... 142,8Hz Lựa chọn tần số cắt thấp f p tần số lớn so với tần số cắt lại =  = 2 f p = 897, 23rad/s Vậy tần số cắt thấp mạch khuếch đại không hồi tiếp : f L = 142,8 Hz - Xét dãy tần số cao: Từ datasheet... Module thí nghiệm: BJTLABSN007 B CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ mạch ghép E chung: Ảnh hưởng tụ điện lên mạch đáp ứng tần số mạch khuếch đại ghép E chung: - Ta chia thành cách vị trí làm việc tần số cao, tần