(TIỂU LUẬN) báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 2khảo sát mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM NĂM HỌC 2018 – 2019 -* - Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử Bài 2:Khảo sát mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT I Mục tiêu thí nghiệm ……………………………………………………………………………… II Các lý thuyết phải kiểm chứng……………………………………………………………… Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát………………………………………… Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát……………………………… III Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng Lựa chọn liệu đầu vào ……………………………………………………… Phương pháp đo đạc đại lượng………………………………………………… Đo dòng IC…………………………………………………………………… Đo dòng IB…………………………………………………………………… Đo điện áp VBE……………………………………………………………… Đo độ lợi cách chung………………………………………………………… Đo độ lợi vi sai……………………………………………………………… IV Các kết quả,phân tích, so sánh kết luận…………………………………………… V Cơng việc thành viên công việc đánh giá chéo………………………………… VI Phụ lục……………………………………………………………………………………………… I Mục tiêu thí nghiệm Kiểm chứng tính đắn mạch khuếch đại vi sai dung BJT Sự chênh lệch đại lượng tính tốn lý thuyết điều kiện thực tế đưa nhận xét đắn mạch khảo sát Tạo kĩ làm việc nhóm Giúp sinh viên tự tin sử dụng thiết bị phịng thí nghiệm nắm rõ thao tác an toàn sử dụng modul,thiết bị - II Các lý thuyết phải kiểm chứng Kiểm chứng độ lợi vi sai độ lợi cách chung hai mạch BJT với RE cực phát mạch BJT với nguồn dòng cực phát Sự khác hai đại lượng độ lợi vi sai,cách chung hai mạch Nguyên lý hoạt động - Khuếch đại vi sai có tín hiệu khơng tỉ lệ với trị tuyệt đối tín hiệu vào mà tỉ lệ với hiệu hai tín hiệu vào - Mạch khuếch đại vi sai có hai điện áp ngõ vào Nếu đặt vào hai điện áp tín hiệu độ lớn, mạch phản ứng với tín hiệu ngược pha khơng phản ứng với tín hiệu đồng pha Tính tốn lý thuyết a Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Do thông số mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng giá trị thông số mạch đo mạch phân cực DC (hfe=β= 232, V BE=0,578 V )  Phân tích phân cực tĩnh DC: + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có dịng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1 ,Q2 nhau: I C 1=IC 2=IC ,I E 1=IE =I E ,I B 1=IB 2=IB Xét đơn mạch BJT Q1 với điện trở nối vào chân E RE + Áp dụng KVL cho loop B-E, ta có: I B →I r π = E ≈ ICQ=β I B=1,015(mA ) VT ≈ 5,7(kΩ) IB V CEQ=12−IC (RC1+2 RE)+12 ≈ 6,95(V ) V BC=V C−V B=−6,32 (V ) + Từ giá trị V CE ,V BC, ta thấy mối nối B-C phân cực ngược, mối nối BE phân cực thuận Suy BJT hoạt động chế độ tích cực + Điểm phân cực tĩnh Q (V CEQ , ICQ )=(6,95 V , 1,015mA)  Mơ hình tương đương tín hiệu bé + Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung) Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào V 1=V Do mạch có i =i R tích chất đối xứng nên b b Ta xét nửa mạch chứa tải L, dòng qua chân E BJT 2ie Hệ số khuếch đại đồng pha: A = vo = cm v2 + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V 1=−V Hệ số khuếch đại vi sai : vo Ad = v1−v2 b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát hfe=β= 232,  V =0,578 V BE ) Phân tích phân cực tĩnh DC + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có dịng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1 ,Q2 nhau: I C 1=IC 2=IC ,I E 1=IE =I E ,I B 1=IB 2=IB Xét mạch với Q3 trở mắc vào Q3 đóng vai trị nguồn dịng với tổng điện trở R0 Áp dụng Thevenin cho Q3, ta có mạch DC: RTH =RJ 1∨¿ RJ 2=3,4 kΩ, V TH=−6V Áp dụng KVL cho loop B-E Q3, ta có: I B 3= V TH +12−V BE =8,572.10−3 (mA ) RTH +(β+1) RE →IC 3=β I →I E=I E 1=I E 2= →I B=IB 1=I I C =0,9945(mA) I B r  B 3=1,989(mA) = β +E1 =4,268 10−3 (mA) π =rπ 1=r π 2=5,86 (kΩ) Mơ hình tương đương tín hiệu bé + Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung) Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào V 1=V Do mạch có tích chất đối xứng nên ib 1=ib Nguồn dịng Q3 có điện trở tổng Ro Hệ số khuếch đại đồng pha: Acm= vo v2 + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V 1=−V Hệ số khuếch đại vi sai : vo v1−v2 Ad = 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 V BE không chọn theo thông số mạch BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo thí nghiệm dùng số liệu để tín toán lý thuyết Nguyên nhân ảnh hưởng nhiệt độ lúc khảo sát lên thông số mạch sai lệnh thông số loại mạch điện - Chọn hai giá trị điên trở nối vào máy phát sóng mạch đo độ lợi vi sai 33Ω, nhỏ so với giá trị điện trở RB , RB 2(=1,2KΩ) Mục đích để tạo giá trị ngược pha cho hai giá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn nhỏ để không làm ảnh hưởng đến thông số mạch - Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC chọn theo giá trị danh sách linh kiện bên 2 Phương pháp đo đạc đại lượng: a Đo giá trị phân cực tĩnh DC: - Do ảnh hưởng dịng I CQ lên hệ sơ khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số I hfe cách đo dòng I B dịng I CQ, xác định theo cơng thức hfe= ICQ B - Đo chênh lệch áp chân B chân E BJT, đảm bảo V BE ≤ V BEmax =0,79 V - Dùng số liệu đo để tính tốn lý thuyết mạch so sánh với kết thực nghiệm Module mạch phân cực tĩnh DC b Đo độ lợi cách chung: - Để đo độ lợi cách chung ta phải đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu ngõ vào phải hồn toàn giống (cả pha biên độ) - Cấp tín hiệu vào v1 v2 với máy phát sóng Chỉnh tín hiệu nhỏ tần số dãy thực thí nghiệm - Kiểm tra xem hai tín hiệu đồng pha biên độ chưa - Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị vo , v1 dao động ký - Tính độ lợi cách chung theo công thức Acm vc+ Ad vd =vo,với vd=v2−v1 =0 vc=(v1+ v2)/2 Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối RE cực phát) Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối nguồn dòng cực phát) c Đo độ lợi vi sai : - Để đo độ lợi vi sai, ta phải đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu vào phải biên độ ngược pha - Cấp tín hiệu vào v1 v2 với máy phát sóng Hai đầu máy phát sóng nối vào hai nhánh điện trở nối nối tiếp, điểm nối hai điện trở dung làm GND, hai đầu lại hai điện trở nối với RB vàRB 2, mắc đểv1 v2 biên độ ngược pha Chỉnh tín hiệu nhỏ tần số dãy thực thí nghiệm - Kiểm tra xem hai tín hiệu ngược pha biên độ chưa - Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị vo , v1 dao động ký - Tính độ lợi cách chung theo cơng thức Acm vc+ Ad vd =vo,với vd=v2−v1 vc= v1+ v2 =0 Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối RE cực phát) Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dòng cực phát) IV Các kết thí nghiệm,so sánh phân tích với lý thuyết Các kết thí nghiệm IC (mA) IC1 KẾT QUẢ 1.Đo chế độ AC: a Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: IC (mA) IC1 KẾT QUẢ Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát a Đo Acm: Lắp mạch với v1 v2 giống (cùng pha, biên độ) Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ khơng bị méo dạng Tần số dãy chọn f = 2.8 Khz Kết quả: Dựa vào tín hiệu Osciloscope, ta có: V1 (mV) V0 (mV) Góc lệch pha V V0 (độ) Từ đó, ta tính được: Acm = b Đo Ad: Lắp mạch với v1 v2 ngược pha , biên độ Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ không bị méo dạng Tần số dãy chọn f = 7.1 Khz Kết quả: Dựa tín hiệu Osciloscope, ta có: V V V Từ đó, ta tính được: Ad = Kết luận: Từ Ad Acm ta xác định được: CMRR = |AA | d cm = 57 0.404 69 = 142.8 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: a Đo Ad Thực bước RE cực phát: Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả: Góc lệch pha Từ đó, ta tính được: Ad = b Tương tự đo Acm: Thực bước RE cực phát: Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả: V1 Ta có bảng số liệu sau: Từ đó, ta tính được: Acm = Các phân tích so sánh kết luận: Chế độ DC: a Mạch khuếch đại vi sai có RE nối với cực phát: Dựa vào kết làm phần lý thuyết thực tế đo được, ta có bảng: IC (mA) IC1 (thực tế) KẾT QU Ả  β= 0.925 0.924 =¿185 0.005 So sánh nhận xét: Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β = 185 kết lý thuyết thực tế có sai khác (tuy nhiên kết tương đối giống nhau) Giải thích: Do tính tốn lý thuyết kết làm tròn dẫn đến sai số kết cuối Do sai số linh kiện, thao tác người thực Hơn nữa, máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết đo Phương pháp hạn chế sai số: Khi tính tốn, khơng làm trịn số thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số đáng tiếc b Mạch khuếch đại vi sai có nguồn dòng nối với cực phát: Dựa vào kết làm phần lý thuyết thực tế đo được, ta có bảng: IC1 (thực tế) KẾT 0.97 QU Ả β= So sánh nhận xét: Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β = 232 kết lý thuyết thực tế có sai khác (tuy nhiên kết tương đối giống nhau) Giải thích: Do tính tốn lý thuyết kết làm tròn dẫn đến sai số kết cuối Do sai số linh kiện, thao tác người thực Hơn nữa, máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết đo Phương pháp hạn chế sai số: Khi tính tốn, khơng làm trịn số thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số đáng tiếc Chế độ AC a Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Tần số V1 pha với V2 7.1 V1 ngượ 2.8 c pha với V2 So sánh nhận xét: Từ bảng so sánh kết thực nghiệm lý thuyết, ta thấy có khác Nguyên nhân: Giải theo lý thuyết mạch có tính đối xứng từ DC sang AC thực tế độ sai khác Rc dòng I bên mạch đối xứng ảnh hưỡng đến kết tính Acm Sai số xảy sai số dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực Hơn phục thuộc tần số vào Ad Acm thực tần số khác độ lợi thay đổi Cách khắc phục: Sử dụng cơng thức xác bao gồm độ sai lệch Rc ,dịng IE ,… để tính xác độ lợi cách chung Sử dụng linh kiện cho sai số thấp Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope Lựa chọn tần số để có Ad Acm theo yêu cầu mong muốn Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng khơng bị nhiễu b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: Tần số V1 pha với V2 V1 ngượ c pha với V2 So sánh nhận xét: Từ bảng so sánh kết thực nghiệm lý thuyết, ta thấy có khác độ lợi Giải thích: Đối với Acm giải theo lý thuyết ta xem điện trở nguồn dịng vơ lớn nên Acm xấp xỉ 0, thực tế khơng ta tính giá trị Acm gần Giải theo lý thuyết mạch có tính đối xứng từ DC sang AC thực tế độ sai khác Rc dòng I bên mạch đối xứng ảnh hưỡng đến kết tính Acm Sai số xảy sai số dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực Hơn phục thuộc tần số vào Ad Acm thực tần số khác độ lợi thay đổi Cách khắc phục: Sử dụng công thức xác bao gồm độ sai lệch Rc ,dịng IE ,… để tính xác độ lợi cách chung Sử dụng linh kiện cho sai số thấp Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope Lựa chọn tần số để có Ad Acm theo yêu cầu mong muốn Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng khơng bị nhiễu V Cơng việc thành viên thang điểm đánh giá chấm chéo: Thành viên Phạm Minh Hồng Trần Quốc Hịa Nguyễn Hồng Hịa Bảng công việc cụ thể thành viên:  Lưu ý: phần công việc đảm nhận thành viên Nhưng thành viên lại hỗ trợ tích cực có bạn gặp khó khăn Bảng chấm chéo cơng việc thành viên Phạm Minh Hồng Trần Quốc Hòa Nguyễn Hồng Hòa VI.Phụ lục Phần chuẩn bị thành viên ... 1.Đo chế độ AC: a Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: IC (mA) IC1 KẾT QUẢ Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát a Đo Acm: Lắp mạch với v1 v2... tiêu thí nghiệm Kiểm chứng tính đắn mạch khuếch đại vi sai dung BJT Sự chênh lệch đại lượng tính tốn lý thuyết điều kiện thực tế đưa nhận xét đắn mạch khảo sát Tạo kĩ làm vi? ??c nhóm Giúp sinh vi? ?n... mạch có tích chất đối xứng nên ib 1=ib Nguồn dịng Q3 có điện trở tổng Ro Hệ số khuếch đại đồng pha: Acm= vo v2 + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V 1=−V Hệ số khuếch đại