(TIỂU LUẬN) báo cáo thí nghiệm môn mạch điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -⁂ - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN: MẠCH ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH PHƯƠNG LỚP: DT01 NHÓM Thành viên: Nguyễn Ngọc Tri MSSV: 1713601 Ngô Mai Xuân Đan MSSV: 1710055 Phạm Minh Đức MSSV: 1710073 13/05/2019 Mục lục Bài 1: Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC AC .4 Mục tiêu thí nghiệm Các giả thuyết phải kiểm chứng Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng Các kết thí nghiệm Phân tích so sánh kết luận 14 Bài 2: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT 18 Mục tiêu thí nghiệm 18 Các giả thuyết phải kiểm chứng 18 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng .21 Các kết thí nghiệm 24 Phân tích so sánh kết luận 32 Bài 3: Kiểm chứng mạch ứng dụng dùng Op – amp 35 Mục tiêu thí nghiệm 35 Các giả thuyết phải kiểm chứng 35 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng .40 Các kết thí nghiệm 41 Phân tích so sánh kết luận 47 Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 51 Mục tiêu thí nghiệm 51 Các giả thuyết phải kiểm chứng .51 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng .60 Các kết thí nghiệm 60 Phân tích so sánh kết luận 67 Bài 1: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG: DC VÀ AC Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát mạch khuếch đại BJT ghép E chung khơng hồi tiếp có hồi tiếp - Đo điểm tĩnh DC: đo ICQ, IBQ ,VCEQ BJT chế độ DC Tính hệ số β =, so sánh với khoảng giá trị β datasheet - Dùng kết điểm tĩnh DC để tính giá trị AV, ZIN, ZOUT theo lý thuyết Sử dụng thành thạo Scope có chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào , dạng sóng ngõ Tìm biên độ lớn áp ngõ vào mà ngõ không méo dạng | max để tìm xác Xác định tần số dãy đo AV mạch tần số dãy giữa: khoảng tần số tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha, tụ ghép xem ngắn mạch, tụ kí sinh xem hở mạch, kết độ lợi áp bị ảnh hưởng tụ điện - - - Với tần số dãy giữa, quan sát dao động kí dạng sóng ngõ vào ngõ ra, đọc biên độ VIN, VOUT tính độ lợi áp AV = Từ đưa nhận xét khác độ lợi áp BJT ghép E chung có hồi tiếp khơng có hồi tiếp Đo tổng trở ngõ vào ZIN, so sánh với kết tính lý thuyết Đo tổng trở ngõ ZOUT, so sánh với kết tính lý thuyết Thấy khác mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp khơng hồi tiếp Tác dụng loại mạch công dụng phần tử mạch Các giả thuyết phải kiểm chứng 2.1.Nguyên lý hoạt động: Điện áp xoay chiều Vi đưa vào chân B BJT, tín hiệu tần số dãy giữa, tụ điện ghép xem ngắn mạch, cho tín hiệu AC qua đồng thời cách li thành phần DC, BJT phân cực hoạt động chế độ tích cực, tín hiệu đưa vào tín hiệu bé, độ dốc IC gần đường thẳng, mạch hoạt động gần tuyến tính, nên tín hiệu lấy chân C VO khuếch đại, ngược pha với tín hiệu ngõ vào 2.2.Sơ đồ tương đương thông số quan trọng a) Mạch BJT khuếch đại E chung khơng hồi tiếp: Hình 2.1: Mạch khuếch đại ghép E chng không hồi tiếp • Điểm tĩnh Q: (12 + ICQ = VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) ( 1// 2)+( +1)( 1+ 2) • +1 ICQ Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại BJT E chung không hồi triếp: hie = 0.025.ℎ Theo sơ đồ:ZIN = Rb // hie = RB1 // RB2 // hie b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: Hình 2.2: Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp • Điểm tĩnh Q: (12 + ICQ = VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) ( 1// 2)+( +1)( 1+ 2) • +1 ICQ Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ: 0.025.ℎ hie = ; hfe ≈ β Theo sơ đồ:ZIN = RB1 // RB2 // (hie +RE1(hfe + 1)) ZOUT = RC Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng 3.1.Đo DC: + Lắp mạch theo module hộp thí nghiệm + Ngắn mạch thành phần AC + Đo ICQ: dùng máy đo chế độ DC, thang đo 100mA, đo dòng ICQ vài mA, que đo nối tiếp với dòng ICQ + Đo IBQ: máy đo chế độ DC, thang đo 100mA, dịng IBQ có giá trị nhỏ, que đo nối tiếp với dòng IBQ + Đo VCEQ: máy đo cho đo V chế độ DC, cắm que đo vào đầu C đầu E BJT + Từ ICQ, IBQ tính β = + Chọn ngõ vào Vi sóng sin, biên độ tầm mV 3.2.Đo AV: + Chọn giá trị V i nhỏ |Vi|max để ngõ Vo không bị méo dạng + Chọn tầm số đo tần số dãy để mạch xem trở, AV không phụ thuộc vào trở kháng tụ điện (3kHZ, 5kHz, 8kHz) + Quan sát dạng sóng dao động ký, Vi vào CH1, Vo vào CH2, chọn xem chế độ DUAL, điều chỉnh VOL/DIV phù hợp, ghi lại kết Vi, Vo theo trị đỉnh – đỉnh từ tính AV = 3.3.Đo Zin: + Cố định Vi tần số, thay đổi trở Ri, quan sát ghi lại giá trị Vo khác oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh) + Chọn (Ri1, Ri2) = (1k, 2.7k), (1k, 6.8k), (2.7k, 6.8k) Các Ri khác nhau, chênh lệch đáng kể, ngõ chênh lệch, không gần + Tính Zin 3.4.Đo Zout: + Cố định Vi tần số, thay đổi trở RL, quan sát ghi lại giá trị Vo khác oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh) + Chọn (RL1, RL2) = (5.6k, 1.2k), (5.6k, 1k), (1k, 1.2k) + Tính Zout Các kết thí nghiệm 4.1 Đo phân cực tĩnh DC Kết đo ICQ = 5.201 β == 4.2 Đo độ lợi áp AV : a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp: Ngõ không bị méo dạng: Bảng 4.1: Kết đo AV mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp Tần số 3kHz 5kHz 8kHz Hình 4.1: Kết đo Av1 Hình 4.2: Kết đo AV2 + ̅} = = 33 ∆A V = | →AV= b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp: Ngõ khơng bị méo dạng Bảng 4.2: Kết đo AV mạch khuếch đại BJT E chung co hồi tiếp Tần số 3kHz 5kHz 8kHz Hình 4.4: Kết đo Av1 10 Với= 57 Xét ảnh hưởng tụ ngắn - = Với [( 2)||( 1+ +1 ( + Tần số = Do chênh lệch lớ ➢ mạch: Tầ n số dãy giữa: tụ Ci,Co,CE xem ngắn mạch trở kháng nhỏ, == ➢ số cao: có Tầ n′ ′ ′ Mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ: = = 58 Với Do ảnh hưởng Với = Tần số = ′ ( +1)( + 1) Với Với 59 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng 3.1 Đo phân cực DC: Ngắn mạch thành phần DC, cấp nguồn DC 12V để mạch hoạt động, lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý module thí nghiệm Đo thành phần IBQ ICQ - - - β VBE 3.2 Đo vo vẽ đáp ứng tần số Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tần số dãy Chọn Vi từ vài chục mV đến vài trăm mV, tần số khoảng 1kHz đến 5kHz Thông số cụ thể chọn phần bảng 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 100, 200, 300, 500, 1k, 5k, 10k, 50k, 70k 100k Sau đó, 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 Từ bảng độ lợi áp thu tiến hành vẽ đáp ứng tần số Chọn tần số đo sau 10 f(Hz) VCEQ 20 300 50 k k 10k 50 k 70 k 100k Các kết thí nghiệm 4.1 Đo phân cực DC: Tiến hành thí nghiệm mạch khuếch đại E chung – hoạt động chế độ DC tích cực ta có bảng giá trị sau: ICQ 0.02mA → BJT hoạt động chế độ tích cực 4.2 • Thí nghiệm 1: 60 f(Hz) Vo-pp Av 100 2.9 36.25 31.19 20 logA v Độ lợi áp dãy giữa: 0.08 = −62.5 ( / ) =− Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: → Tần số cắt dưới: fLC = 106.72 Hz; → Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 37 36 35 34 33 32 31 100 200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 61 • Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF, Chọn Vi-pp = 80mV → Vo-pp tần số dãy = 5.4V f(Hz) 100 Vo-pp 2.75 Av 34.375 30.725 20 logAv Độ lợi áp dãy giữa: Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: → Tần số cắt dưới: fLC = 180.5 Hz Hình 4.3: Dạng sóng ngõ tần số cắt 62 Tần số cắt trên: fHC = 65.3 kHz Hình 4.4: Dạng sóng ngõ tần số cắt → Vẽ đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số thí nghiệm 38 37 36 35 34 33 32 31 30 100200 300 • 500 1000 10000 50000 70000 100000 Thí nghiệm 3: Cobext = 30pF, Chọn Vi-pp = 80mV → 20 logAv 5000 Vo-pp tần số dãy = 5.2V f(Hz) 100 Vo-pp 2.65 Av 33.125 30.4 63 Độ lợi áp dãy giữa: =− Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: → Tần số cắt dưới: fLC = 171.26 Hz Hình 4.6: Dạng sóng ngõ tần số cắt 64 Tần số cắt trên: fHC = 45.9 kHz Hình 4.7: Dạng sóng ngõ tần số cắt → Vẽ đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số thí nghiệm 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 100 b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp • Thí nghiệm 4: Độ lợi dãy giữa: 65 Tần số cắt đo được: → Tần số cắt dưới:= 68.65 • Thí nghiệm 5: f(Hz) 100 Vo-pp(V) 0.756 AV 17.26 20 logA v 24.74 Độ lợi dãy giữa: Tần số cắt đo được: → Tần số cắt dưới:= 70.4 ; → Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 26 24 22 20 18 16 14 12 10 100200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 66 Phân tích so sánh vá kết luận 5.1 Đo phân cực DC Kết đo giống với lý thuyết, có thay đổi đặc trưng mạch thiết bị đo chưa đo xác 5.2 Đo vo, Av vẽ đáp ứng tần số a) Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp + Độ lợi áp tần số dãy có sai lệch so với lý thuyết không lớn β thay đổi không cố định, sai số máy đo, quan sát dao động ký nên khơng thể xác tuyệt đối + Điện áp ngõ ngược pha so với điện áp ngõ vào phù hợp với toán Khi Cobext=0, tần số cắt cao lớn nên khơng thể đo xác giá trị + Từ đáp ứng tần số thu ta thấy lắp thêm tụ Cobext tần số cao độ lợi áp tần số cắt giảm so với Cobext=0 Cụ thể, Cobext =0, tần số cắt fHC = + Cobext =15pF, tần số cắt fHC = 65.3 kHz Cobext = 30pF, tần số cắt fHC = 45.9 kHz Trường hợp Cobext=15pF sai số trình đo dẫn đến hình dạng đáp ứng tần số khơng mong muốn + Trong q trình tiến hành thí nghiệm có nhiều lần dây bị lỏng dẫn đến dạng sóng bị nhiễu không quan sát + b) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp Từ cơng thức phần sở lý thuyết ICQ tính () = −22.6 > Kết đo gần giống với lý thuyết, sai lệch thiết bị đo =2 67 → Kết đo sai lệch so với lý thuyết lý thuyết, sai lệch thiết bị đo, dây dẫn bị lỏng dẫn đến sóng tần số không ổn định Tần số cắt cao: - = → 1- =Tần số cắt cao vô lớn, kết đo không xác định tần số cắt cao Với= 11 = 6664.32 [ || ||( + ( + 1) 1)] Vậy tần số cắt cao 6.664 kHz Vậy kết đo gần giống với lý thuyết, sai lệch thiết bị đo, sóng bị nhiễu, không ổn định 68 ... sánh thực nghiệm lý thuyết mạch ( độ lợi áp, dạng sóng ngõ ra): mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, mạch so sánh, mạch Schmitt... + Mạch : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS- = cực đảo, điện áp ngõ vào điện áp Vo1 mạch mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri cho ngõ Vo1 bị méo dạng thành xung vuông + Mạch : Mạch. .. Mạch khuếch đại cộng điện áp Hình 2.3: Mạch khuếch đại cộng điện áp - Chức khuếch đại thuật toán cộng Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo Vs- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua điện trở Ri Mạch