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 không hồi tiếp và có hồi tiếp
- Đo điểm tĩnh DC: đo được ICQ, IBQ ,VCEQ của BJT ở chế độ DC.
- Tính được hệ số β =, so sánh với khoảng giá trị của β trong datasheet.
- Dùng kết quả điểm tĩnh DC để tính các giá trị AV, ZIN, ZOUT theo lý thuyết.
- Sử dụng thành thạo Scope có 2 chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào , dạng sóng ngõ ra
- Tìm biên độ lớn nhất của áp ngõ vào mà ngõ ra không méo dạng |max để tìm được chính xác.
- Xác định tần số dãy giữa và đo AV mạch ở tần số dãy giữa: khoảng tần số tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha, khi đó các tụ ghép xem như ngắn mạch, các tụ kí sinh xem như hở mạch, kết quả độ lợi áp ít bị ảnh hưởng bởi các tụ điện.
- Với tần số dãy giữa, quan sát trên dao động kí dạng sóng ngõ vào và ngõ ra, đọc biên độ VIN, VOUT và tính độ lợi áp AV | |
- Từ đó đưa ra nhận xét về sự khác nhau về độ lợi áp của BJT ghép E chung có hồi tiếp và không có hồi tiếp.
- Đo tổng trở ngõ vào ZIN, so sánh với kết quả tính lý thuyết.
- Đo tổng trở ngõ ra ZOUT, so sánh với kết quả tính lý thuyết.
- Thấy được sự khác nhau của mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp và không hồi tiếp Tác dụng của từng loại mạch và công dụng của các phần tử trong mạch.
Các giả thuyết phải kiểm chứng
2.1.Nguyên lý hoạt động: Điện áp xoay chiều Vi đưa vào chân B của BJT, tín hiệu ở tần số dãy giữa, các tụ điện ghép xem như ngắn mạch, cho tín hiệu AC đi qua đồng thời cách li thành phần DC, do BJT được phân cực hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu đưa vào là tín hiệu bé, độ dốc của IC gần như đường thẳng, mạch hoạt động gần như tuyến tính, nên tín hiệu lấy ra ở chân C VO được khuếch đại, ngược pha với tín hiệu ngõ vào.
2.2.Sơ đồ tương đương và các thông số quan trọng a) Mạch BJT khuếch đại E chung không hồi tiếp:
Hình 2.1: Mạch khuếch đại ghép E chng không hồi tiếp
VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) ICQ
• Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại BJT E chung không hồi triếp: hie = 0.025.ℎ ; hfe ≈ β
Theo sơ đồ:ZIN = Rb // hie = RB1 // RB2 // hie
1 2 b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp:
Hình 2.2: Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp
VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) ICQ
• Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ: hie = 0.025.ℎ
Theo sơ đồ:ZIN = RB1 // RB2 // (hie +RE1(hfe + 1))
Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng
+ Lắp mạch theo module trong hộp thí nghiệm.
+ Ngắn mạch thành phần AC
+ Đo ICQ: dùng máy đo ở chế độ DC, thang đo 100mA, đo dòng ICQ chỉ vài mA, que đo nối tiếp với dòng ICQ
+ Đo IBQ: máy đo ở chế độ DC, thang đo 100mA, dòng IBQ có giá trị rất nhỏ, que đo nối tiếp với dòng IBQ.
+ Đo VCEQ: máy đo cho đo V ở chế độ DC, cắm que đo vào đầu C và đầu E của BJT.
+ Từ ICQ, IBQ tính β + Chọn ngõ vào Vi là sóng sin, biên độ tầm mV 3.2.Đo AV :
+ Chọn các giá trị V i nhỏ hơn |Vi|max để ngõ ra Vo không bị méo dạng.
+ Chọn tầm số đo là tần số dãy giữa để mạch xem như là thuần trở, AV không phụ thuộc vào trở kháng của các tụ điện (3kHZ, 5kHz, 8kHz)
+ Quan sát dạng sóng bằng dao động ký, V i vào CH1, V o vào CH2, chọn xem ở chế độ DUAL, điều chỉnh VOL/DIV phù hợp, ghi lại kết quả V i , V o theo trị đỉnh – đỉnh từ đó tính A V = − −
+ Cố định Vi và tần số, thay đổi các trở Ri, quan sát và ghi lại các giá trị Vo khác nhau trên 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 ra sẽ chênh lệch, không quá gần nhau.
+ Cố định Vi và tần số, thay đổi các trở RL, quan sát và ghi lại các giá trị Vo khác nhau trên oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh).
Các kết quả thí nghiệm
ICQ = 5.201 mA ; IBQ = 0.019 mA ; VCEQ = 4.67 V
4.2 Đo độ lợi áp AV : a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp: Ngõ ra không bị méo dạng:
Bảng 4.1: Kết quả đo AV mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Tần số V ipp V opp AV
→AV= ±∆A V =-80 b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp:
Ngõ ra không bị méo dạng
Bảng 4.2: Kết quả đo A V mạch khuếch đại BJT E chung co hồi tiếp
Tần số Vipp Vopp AV
4.3 Đo tổng trở ngõ vào: a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Bảng 4.3: Kết quả đo Z in mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Ri1 Ri2 Vo1 Vo2 Zin
→ Z = |1.047−1.185|+|1.047−1.068|+|1.047−0.8875| ± b) Mạch ± khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp
Bảng 4.4: Kết quả đo Z in mạch khuếch đại BJT E chung co hồi tiếp
Ri1 Ri2 Vo1 Vo2 Zin
4.4 ± Đo tổng ± trở ngõ ra: a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Bảng 4.5: Kết quả đo Z out mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
RL1 RL2 Vo1 Vo2 Zout
Công thức tính tổng trở ngõ ra :
13 b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hôi tiếp
Bảng 4.6: Kết quả đo Z out mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp
Công thức tính tổng trở ngõ ra :
Phân tích so sánh và kết luận
Tính toán lý thuyết theo 2 dữ liệu đo được lúc làm thí nghiệm: hfe = β = 273.74, VBE = 0.621V
VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) I CQ
• Sai số so với thực tế
Công thức sai số: %sai số = |Thực tế −lý thuyết|.100%
+ hfe theo datasheet của BJT 2SD468 là 85 – 240 nhưng khi đo thì hfe của BJT là 273.74 Nguyên nhân là do hfe thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì hfe càng lớn + Nhìn chung các sai số khi đó phân cực tĩnh DC là ICQ và VCEQ không khác biệt lắm so với tính toán trên lý thuyết.
5.2 Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp:
ZIN = RB1 // RB2 // hie - Tổng trở ngõ ra
Sai số so với thực tế
+ 2 đại lượng Zin và Zout khá đúng với thực tế nhưng AV thì lại có sai số khá lớn. Nguyên nhân là do dụng cụ đo không hiển thị được giá trị cụ thể mà chỉ nhìn vào vạch chia để xác định giá trị Vp-p sau đó lập tỉ số nên dẫn đến việc sai sót trong số liệu.
+ Hướng giải quyết: Chỉnh Volt/div nhỏ lại để có thể tăng độ chính xác khi đọc giá trị Vout và Vin Đồng thời làm thí nghiệm ở một nơi có nhiệt độ môi trường ổn định để hfe không bị thay đổi
5.3 Mạch khuếch dại BJT E chung có hồi tiếp:
ZIN = RB1 // RB2 // (hie +RE1(hfe + 1))
• Sai số so với thực tế
+ Các đại lượng Zin, Zout không có sự chênh lệch nhiều giữa lý thuyết với thực tế nhưng AV lại có sự chênh lệch khá lớn.
+ Nguyên nhân: do dụng cụ đo không hiển thị được giá trị cụ thể mà chỉ nhìn vào vạch chia để xác định giá trị Vp-p sau đó lấp tỉ số nên dẫn đến việc sai sót trong số liệu Bên cạnh đó giá trị AV còn phụ thuộc vào hfe (một đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường).
Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT
GHÉP VI SAI DÙNG BJT
- Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở
RE ở cực phát và nguồn dòng ở cực phát
- Đảm bảo mạch có nguồn DC duy trì hoạt động, dùng máy đo đa năng đo được phân cực DC của mạch và cách li thành phần DC với ngõ ra bằng cách ghép nối tụ điện.
- Biết cách sử dụng máy phát sóng để tạo sóng ngõ vào phù hợp: điều chỉnh biên độ phù hợp, tần số dãy giữa để quan sát ngõ ra không méo dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 cùng pha, ngược pha từ những luật mạch cơ bản áp dụng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của bài thí nghiệm.
- Sử dụng hiệu quả dao động ký để quan sát sóng ngõ vào, ngõ ra, đọc được các giá trị đỉnh đỉnh trên dao động ký để phục vụ cho việc tính toán độ lợi áp.
- Đo đạc, kiểm chứng độ lợi áp cách chung AC khi hai sóng ngõ vào chân B cùng pha, độ lợi áp vi sai Ad khi hai sóng ngõ vào chân B ngược pha của cả hai mạch, so sánh với lý thuyết, rút ra nhận xét, đánh giá và giải thích về sự khác nhau giữa các kết quả.
- Từ kết quả đo được độ lợi áp cách chung, độ lợi áp vi sai, tính được tỷ lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR.
2 Các giả thuyết cần kiểm chứng
2.1 Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:
• Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số, ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, điện trở RE hồi tiếp âm giúp mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé).
Hình 2.1: Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát
• Các thông số quan trọng:
2.2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:
• Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số, ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, nguồn dòng ở chân E cung cấp dòng cho mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé).
Hình 2.3: Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát
• Các thông số quan trọng:
+1) Ad 3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 3.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:
BJT Q1,Q2 là 2SD468: 1 = 2 = 5.6 , 1 = 2 = 1.2 , chung bằng 5.6kΩ nối tiếp với nguồn -12V là điện trở hồi tiếp âm, đảm bảo cả hai BJT như nhau về các thông số, thực hiện được mạch khuếch đại vi sai và mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực. Đo phân cực DC: ngắn mạch thành phần DC đo , bằng máy đo đa năng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết , tầm mA, đo , bằng máy đo đa năng ( đo song song). b) Dữ kiện để đo A C , A d Đo
Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau, các giá trị 1 đỉnh đỉnh được chọn: 1.32V, 4.0V, 6.2V ( đều có ngõ ra không méo dạng) Chỉnh tần số dãy giữa để 1 , ngược pha, tần số chọn thang đo 10kHz, quan sát thấy 1 , ngược pha Cho tín hiệu 1 = 2 (cùng biên độ, cùng pha) qua vào chân B của 2 BJT
Tín hiệu ngõ ra lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị
100 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát trên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả.
Cho sóng : ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau, các giá trị đỉnh đỉnh được chọn: 52mV, 26mV, 14mV ( đều có ngõ ra không méo dạng).
Chỉnh tần số dãy giữa để , ngược pha, tần số chọn thang đo 10k, quan sát thấy , ngược pha Cho tín hiệu
(cùng biên độ, ngược pha) qua vào chân B của 2 BJT : hai đầu của máy phát sóng nối với 2
1 1 nhánh của 2 điện trở bằng nhau, nổi tiếp nhau, điểm nối giữa 2 điện trở nối đất, 2 đầu còn lại nổi với , giá trị của hai 1 , điện 2 trở rất nhỏ so với , chọn giá trị hai điện trở là 33 0 = − = A V
- Trong đó RL đóng vai trò là trở hồi tiếp âm, khi RL tăng thì AV tăng.
• Mạch khuếch đại không đảo
Hình 2.2: Mạch khuếch đại không đảo
- Chức năng: khuếch đại điện áp ngõ vào
- Tín hiệu vào kết nối với cổng không đảo Cổng đảo nối với đầu ra qua điện trở
RF và tiếp đất qua điện trở Ri.
- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị R i , R F Vì tích chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có R F ≥ R i
- Điện áp ngõ ra cùng pha với điện áp ngõ vào.
- Nếu RF = 0 => AV = 1 , mạch dùng làm bộ đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ.
- RL đóng vai trò là trở hồi tiếp âm dùng để tăng độ lợi AV.
- Áp dụng KCL tại nút : = − 0 => 0 =1+ =A V
• Mạch khuếch đại cộng điện áp
Hình 2.3: Mạch khuếch đại cộng điện áp
- Chức năng khuếch đại thuật toán cộng.
- Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo Vs- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua các điện trở Ri
- Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha.
- V- (đảo) nối với một hai nhiều điện áp ngõ vào.
- Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo :
• Mạch khuếch đại trừ điện áp
Hình 2.4: Mạch khuếch đại trừ điện áp
- Mạch khuếch đại Op-amp với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp RF, tín hiệu ngõ vào V2 qua điện trở Ri2 Cửa không đảo được mắc với điện trở RF song song với tín hiệu ngõ vào V1 qua điện trở Ri1.
- Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bẳng hiệu các tín hiệu ngõ vào.
Ta có Ri1 = Ri2 = Ri => = ( − )
2.2 Với các mạch so sánh và tạo sóng
- Mạch Op-amp có cực đảo nối với điện thế so sánh V ref , cực thuận nối với điện thế chuẩn V i Với giá trị rất lớn của hệ số khuếch đại, mạch khuếch = đại + op-amp cho tín hiệu ra V 0 ở các mức giá trị :
+ Khi V i < V ref thì 0 0 = − = −10 (thực tế nhóm đo được)
+ Khi V i > V ref thì(thực tế nhóm đo được)
- Mạch tạo sóng vuông ở ngõ ra (có độ dốc nhỏ).
- Khi v2 > v1, v0 dần về vH (+vsat) -Khi v2 < v1, v0 dần về vL (-vsat).
- Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữ VTH và VTL.
- Mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vi , cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG.
- Chức năng : Giống mạch so sánh nhưng có tính năng là lọc nhiễu
- Lý thuyết : + không là hằng số mà dao động trong ; khoảng (V TL , V TH ) :
• Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác
Hinh2.7: Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác + Mạch 1 : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS- = 0 ở cực đảo, điện áp ngõ vào là điện áp ra Vo1 của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri sao cho ngõ ra Vo1 bị méo dạng thành xung vuông.
+ Mạch 2 : Mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra Vo1 của mạch
1 qua điện trở R và tụ hồi tiếp Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian
; = RC là hằng số thời gian
3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 3.1 Với các mạch khuếch đại
- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module.
- Cấp nguồn DC cho các Op- amp : +12V và -12V.
- Cácchọn 12k ,chọn đo 2 lần 22k và 68k , hoặc 12k và 22k
- Cho vào CH1, vào CH2 của dao động ký, quan sát các dạng sóng, tính độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết.
- Chọn Vi để Vo không bị méo dạng ( dựa vào điện áp ngưỡng ngõ ra):
+ Mạch khuếch đại không đảo: = 22 ; = 68 Ω
+ Mạch khuếch đại cộng điện áp: = 12 Ω ; = 22 Ω
+ Mạch khuếch đại trừ điện áp:= 12 ; = 22
- Đọc giá trị biên độ đỉnh – đỉnh của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động ký và điền kết quả thu được vào bảng số liệu
3.2 Với các mạch so sánh và tạo sóng
- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module.
- Cấp nguồn DC cho các Op- amp : +12V và -12V.
- Cácchọn 12k ,chọn đo 2 lần 12k và 22k
- Cho vào CH1, vào CH2 của dao động ký, quan sát các dạng sóng, tính độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết.
+ Mạch so sánh: Chọn giá trị Vref = 5V Chọn biên độ Vi lần lượt lớn hơn Vref và nhỏ hơn Vref để được 2 dạng sóng ngõ ra khác nhau.
+ Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác: chọn ( = 12 ∈(−6 ,6 )
4 Các kết quả thí nghiệm
RF Vi-pp Vo-pp Av
Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 22kΩ
Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 68kΩ
4.2 Mạch khuếch đại không đảo
Hình 4.3: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 68kΩ
4.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp
RF Vi-pp Vo-pp
Hình 4.4: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 12kΩ
4.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp
RF Vi-pp Vo-pp
Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 12kΩ
Hình 4.6: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 22kΩ
Vi-pp Vref Vo-pp
Hình 4.7: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp V i lớn hơn V ref
Hình 4.8: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp V i bé hơn V ref
RF vH vL vTH vTL
Hình 4.9: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 12kΩ
Hình 4.8: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 22kΩ
4.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác
5 Phân tích so sánh và kết luận
→ Vậy kết quả dạng sóng , khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op-amp hoạt động tốt |.100%=|−5.556−(−5.6667)|=1.95%−5.6667 12
5.2 Mạch khuếch đại không đảo
→ Vậy kết quả dạng sóng , khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op-amp hoạt động tốt.
5.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp
Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
, dao động tại vị trí cân bằng -5V, ngược pha
Kết quả khảo sát gần giống với lý thuyết, sai lệch do sai số thiết bị đo.
5.4 = Mạch khuếch ( 1 đại − 2 ) trừ điện áp
: có biên độ − = 6 , dao động tại vị trí cân bằng -5V, cùng pha 1
Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
, dao động tại vị trí cân bằng -5V, ngược pha
Kết quả khảo sát gần giống với lý thuyết, sai lệch do sai số thiết bị đo.
Theo lý thuyết: khi > thì = ( mức điện áp thấp) , khi khi < thì = ( mức điện áp cao).
Vi-pp.9: Khi > 5V thì = , < 5V thì =
→ Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
→ Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
Khi Vi > : Vo= ( bão hòa âm)
Khi Vi < : Vo= ( bão hòa dương)
Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
Kết quả đo có sai lệch so với lý thuyết, nguyên nhân do sai số dụng cụ đo là, nhầm lẫn khi đọc các giá trị trên máy phát sóng, cursor của biên độ và của , thời gian không thể hiện thị cùng lúc để đọc chính xác các giá trị
5.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác
Vậy kết quả khảo sát sai lệch với lý thuyết so tín hiệu qua các Op- amp bị delay thời gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đều.
Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung
KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG
Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung
- Tính toán lý thuyết độ lợi áp dãy giữa của mạch, tần số cắt cao, tần số cắt thấp từ các thông số đã cho, các thông số còn thiếu lấy kết quả thí nghiệm của bài 1 So sánh kết quả khảo sát với lý thuyết.
- Hiểu được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại BJT ghép E chung ở các tần số khác nhau: tần số thấp, tần số dãy giữa, tần số cao của mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp.
- Dùng máy đo, đo phân cực DC của các mạch để đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ tích cực.
- Thay đổi các giá trị của các tụ ghép CC, CE và tụ Cobext và quan sát sự khác nhau giữa các độ lợi áp của các mạch bao gồm mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp.
- Biết cách xác định độ lợi áp dãy giữa (ở tần số dãy giữa).
- Thay đổi tần số từ 100Hz tới 100kHz và quan sát các giá trị của độ lợi áp, biết các xác định tần số cắt thông qua việc thay đổi biên độ ngõ ra.
- Sử dụng dao động kí để quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra ở các tần số khác nhau và tính được độ lợi áp.
- Từ các độ lợi áp tính được từ tần số thấp đến tần số cao, vẽ đáp ứng tần số của các mạch.
- Hiểu được ảnh hưởng của các tụ Cobext lên độ lợi áp của mạch và các tần số cắt.
2 Các giả thuyết cần kiểm chứng
2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp
Ta được biết các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng lại các giá trị thông số mạch đo được khi mạch phân cực DC như bài 1 (hfe = β = 240, = 0,66 )
• Xét phân cực tĩnh DC:
TH R B1 + R B 218 + 5.6 Áp dụng KVL cho Loop I, ta có:
TH TH BQ BE E 1 E2BQ
V CEQ sat nên BJT đang hoạt động ở miền tích cực. Điện trở: = 1,2 Ω
• Xét tại chế độ AC
Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:
- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:
Hệ số khuếch đại: của =
Do chênh lệch lớn giữa +
, chọn tần số cắt dưới của mạch:
➔ Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ ở chân E.
➢ Tần số dãy giữa: lúc này các tụ Ci,Co,CE xem như ngắn mạch, Cobext có giá trị rất lớn nên xem như hở mạch.
Hệ số khuếch đại áp:
Tần ′ số cao: mạch chịu ảnh hưởng của các tụ kí sinh: Áp dụng Thevenin cho
Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
Do ảnh hưởng 2 = 0,174 lợi áp của mạch là: của 2 không đáng kể nên độ
Với = 33 → 1 = 9,74 → ≈ 33 Độ lợi áp toàn mạch:
2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp
Hình 2.2: Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp
• Xét phân cực tĩnh DC: tương tự mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp (ở bài
Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:
Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:
Xét ảnh hưởng của tụ ngắn Hệ số khuếch đại:
))] = 57.2 Hz dưới của Do chênh lệch lớn giữa các tần số 1, 2, 3, chọn tần số cắt mạch: = max( 1 , 2 , 3 ) = 57
➢ Tầ n số dãy giữa: các tụ Ci,Co,CE xem như ngắn mạch do trở kháng nhỏ,
➢ +( +1) 1 hoạt động của các tụ kí sinh trong BJT và C obext : Áp dụng Thevenin cho à , ta có:
Tần′ số cao: chỉ có
Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
Do ảnh hưởng của 2 không đáng kể nên độ lợi áp của mạch là:
Với = 1 → 1 = 181 → ℎ ≈1,6 Độ lợi áp toàn mạch:
3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng
Ngắn mạch các thành phần DC, cấp nguồn DC 12V để mạch hoạt động, lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý ở module thí nghiệm Đo các thành phần
3.2 Đo v o và vẽ đáp ứng tần số
- Đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tại tần số dãy giữa
- Chọn Vi từ vài chục mV đến vài trăm mV, tần số khoảng 1kHz đến 5kHz Thông số cụ thể chọn ở phần dưới 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 ra tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số là 100, 200,
300, 500, 1k, 5k, 10k, 50k, 70k và 100k Sau đó, tính ra bảng độ lợi áp Av của mạch tương ứng với
- Đo 2 tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy giữa (tăng hoặc giảm) tới khi biên độ của ngỏ ra giảm bằng 1/sqrt(2) của biên độ ngõ ra tại dãy giữa Tần số khi đó là tần số cắt.
- Từ bảng độ lợi áp thu được tiến hành vẽ đáp ứng tần số Chọn tần số đo như sau. f(Hz) 10
4 Các kết quả thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm trên mạch khuếch đại E chung – hoạt động ở chế độ
DC tích cực ta có bảng giá trị sau:
→ BJT hoạt động ở chế độ tích cực
4.2 Đo v ovà vẽ đáp ứng tần số a) Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp
• Thí nghiệm 1: Cobext = 0, Chọn V i-pp = 80mV
→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5V f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k
20 logA v 31.19 34.61 35.74 36.666 36.824 36.9 36.98 36.09 35.74 34.81 Độ lợi áp dãy giữa:
Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa
Tần số cắt đo được: ( Với = 1 = 3.53V)
→ Tần số cắt dưới: fLC = 106.72 Hz; Tần số cắt trên: fHC → Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 1
• Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF, Chọn Vi-pp = 80mV
→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5.4V f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k
20 logA v 30.725 33.98 35.38 36.26 36.745 36.9 36.824 34.61 33.3 31.48 Độ lợi áp dãy giữa:
Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa
Tần số cắt đo được: ( Với
→ Tần số cắt dưới: fLC = 180.5 Hz
Tần số cắt trên: fHC = 65.3 kHz
Hình 4.4: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt trên → Vẽ đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số thí nghiệm 2
• Thí nghiệm 3: Cobext = 30pF, Chọn Vi-pp = 80mV
→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5.2V f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k
30.4 33.06 34.19 35 35.287 36.745 36.58 32.82 31.48 28.79 Độ lợi áp dãy giữa:
Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa
Tần số cắt đo được: ( Với
→ Tần số cắt dưới: fLC = 171.26 Hz
Hình 4.6: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt dưới
Tần số cắt trên: fHC = 45.9 kHz
Hình 4.7: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt trên → Vẽ đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số thí nghiệm 3
100 200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp
• Thí nghiệm 4: Cobext = 0, Chọn Vi-pp = 43.8mV
→ Vo-pp tần số dãy giữa là: 0.836V Độ lợi dãy giữa:
Tần số cắt đo được: ( Với − =
→ Tần số cắt dưới: = 68.65 Tần số cắt trên: = ∞
• Thí nghiệm 5: Cobext = 1nF, Chọn Vi-pp = 43.8mV
→ Vo-pp tần số dãy giữa là: 0.876V f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k
20 logA v 24.74 25.614 25.614 26.02 26.02 24.293 21.786 9.816 7.136 4.27 Độ lợi dãy giữa:
Tần số cắt đo được: ( Với
→ Tần số cắt dưới: = 70.4 ; Tần số cắt trên: = 7.017
→ Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 5
5 Phân tích so sánh vá kết luận
Kết quả đo giống với lý thuyết, có sự thay đổi do đặc trưng của mạch và thiết bị đo chưa đo được chính xác.
5.2 Đo vo , A v và vẽ đáp ứng tần số a) Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp
+Độ lợi áp tại tần số dãy giữa có sự sai lệch so với lý thuyết nhưng không quá lớn do β thay đổi chứ không cố định, sai số của máy đo, quan sát bằng dao động ký nên không thể chính xác tuyệt đối.
+Điện áp ngõ ra ngược pha so với điện áp ngõ vào phù hợp với bài toán.
+Khi Cobext=0, tần số cắt cao quá lớn nên không thể đo chính xác giá trị là bao nhiêu. +Từ đáp ứng tần số thu được ta thấy khi lắp thêm tụ Cobext thì ở tần số cao độ lợi áp và tần số cắt trên giảm so với khi Cobext=0.
Cụ thể, khi Cobext =0, tần số cắt trên fHC khi C obext pF, tần số cắt trên f HC = 65.3 kHz khi C obext = 30pF, tần số cắt trên f HC = 45.9 kHz
+Trường hợp CobextpF do sai số trong quá trình đo dẫn đến hình dạng đáp ứng tần số không như mong muốn.
+Trong quá trình tiến hành thí nghiệm có nhiều lần dây bị lỏng dẫn đến dạng sóng bị nhiễu hoặc không quan sát được. b) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp
Từ các công thức của phần cơ sở lý thuyết và ICQ tính được
( ) = −22.6 > Kết quả đo gần giống với lý thuyết, sai lệch ít do thiết bị đo và thay đổi, các dây dẫn bị lỏng nên kết quả quan sát bị nhiễu.
