Thông tin tài liệu
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 NHĨM Thành viên: Nguyễn Ngọc Tri Ngơ Mai Xuân Đan Phạm Minh Đức MSSV: 1713601 MSSV: 1710055 MSSV: 1710073 13/05/2019 Mục lục Bài 1: Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC AC Mục tiêu thí 2nghiệm .4 Các giả thuyết phải kiểm 4chứng Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng Các kết thí Bài 2: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT 18 nghiệm Mục tiêu thí Phân tích so sánh kết 2nghiệm .18 luận .14 Các giả thuyết phải kiểm 4chứng 18 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng .21 Các kết thí Bài 3: Kiểm chứng mạch ứng dụng dùng Op – amp 35 nghiệm 24 Mục tiêu thí Phân tích so sánh kết 2nghiệm .35 luận 32 Các giả thuyết phải kiểm 4chứng 35 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng .40 Các kết thí Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 51 nghiệm 41 Mục tiêu thí Phân tích so sánh kết 2nghiệm .51 luận .47 Các giả thuyết phải kiểm 4chứng 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 I , I ,V BJT chế độ DC - Tính hệ số β , so sánh với khoảng giá trị β CQ BQ CEQ datasheet = - Dùng kết điểm tĩnh DC để tính cácV giá A ,Z ,Z IN trịOUT theo lý thuyết - Sử dụng thành thạo Scope có chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào , dạngbiên sóng áp ngõ vào mà ngõ - Tìm độngõ lớnra khơng méo dạng | để tìm xác - max Xác định tầnđược số dãy đo AV mạch tần số dãy giữa: khoảng tần số tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha, tụ ghép xem ngắn kísátsinh xem hở ngõ mạch, kết - mạch, Với tần số dãy giữa,tụ quan dao động kí dạng sóng vào ngõ ra, độ lợi áp bị ảnh hưởng điện đọc biêntụđộ VIN, VOUT tính độ lợi áp AV = đưa nhận xét khác độ lợi áp - Từ BJT ghép E chung cótrở hồingõ tiếpvào Z khơng có hồi tiếp - Đo tổng với kết tính IN, so sánh - lý thuyết tổng trởsự ngõ Z sánh với khuếch kết quảđại tínhBJT E OUT, so - Đo Thấy khác mạch lý thuyết chung có hồi tiếp khơng hồi tiếp Tác dụng loại mạch công dụng phần mạch Các giả tử thuyết phải kiểm chứng || | | 2.1 Nguyên lý hoạt động: Điện áp xoay chiều Vi đưa vào chân B BJT, tín hiệu tần cácsố tụdãy điệngiữa, 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 + I CQ = // 2) +( + 1)( 1+ 2) ( +1 V I – (R +E2R CEQ = 12 – R C CQ E1 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:Z = IN b R ie// h B1= RB2 // R // h ie ZOUT = RC // A =-h + ℎ // + // // 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 + I CQ = ) // 2) +( + 1)( 1+ 2) ( +1 V CEQ = 12 – R I – (R +E2R C CQ E1 ) • Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ: ICQ h = 0.025.ℎ ; ie hfe ≈ β Theo sơ đồ:Z = // R ie// (h (h IN B1 R B2 E1 +R fe + 1)) ZOUT = RC AV = - h fe + ℎ + (ℎ // // +1)+ // // 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, vài que đomA, dòng ICQ đo nối tiếp với dòng ICQ IBQ : máy đo chế độ DC, thang đo 100mA, +Đo BQ dòng I nhỏ, quetrịđo nối tiếp với dòng IBQ có giá +Đo VCEQ: máy đo cho đo V chế độ DC, cắm que đo vào đầu C đầu+Từ E I ,BJT I tính β = CQ BQ +Chọn ngõ vào Vi sóng sin, biên độ tầm mV 3.2.Đo AV: + Chọn giá trị Vi nhỏ |Vi|max để ngõ Vo không bị + méo dạng Chọn tầm số đo tần số dãy để mạch xem không phụ thuộc vào trở kháng tụ điện (3kHZ, trở, A V 5kHz, 8kHz) Quan sát dạng sóng dao động ký, V vào CH1, V i o vào CH2, chọn xem chế độ DUAL, điều chỉnh VOL/DIV phù hợp, ghi lại kết Vo – đỉnh từ tính theo V trịi, đỉnh + − AV = − − 3.3.Đo Zin: tần số, thay đổi trở R , quan sát + Cố định V i i trị Voghi khác oscilloscope (trị đỉnh lại giá – đỉnh) R ) = (1k, 2.7k), (1k, 6.8k), (2.7k, 6.8k) + Chọn (R i1 , i2 i nhau, chênh lệch đáng kể, ngõ chênh lệch, không Các R khác Tính Z quá+ gần in 3.4.Đo Zout: tần số, thay đổi trở R , quan sát + Cố định V i L trị Vo khác oscilloscope (trị đỉnh – ghi lại giá đỉnh) + L1 L2 Tính Z Chọn (R , R ) = (5.6k, 1.2k), (5.6k, 1k), out + (1k, 1.2k) Các kết thí nghiệm 4.1 Đo phân cực tĩnh DC Kết đo I CQ = 5.201 mABQ; I 4.67 V 5.201 β == 0.019 = 0.019 mA CEQ ; V = = 273.74 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 AV Tần số Vipp Vopp 3kHz 0.04V 3.2V -80 5kHz 0.08V 6.4V -80 8kHz 0.1V 8V -80 Hình 4.1: Kết đo Av1 Hình 4.2: Kết đo AV2 ̅̅} =1+ 2+ 33 ̅̅ ∆AV = = →A V Hình 4.3: Kết đo AV3 −80−80−80 = = - 80 ̅̅ || − 1+ | − +| − |−80−(−80)|+|−80−(−80)|+|−80−(−80)| 3| =0 = ± ∆AV = - 80 b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp: Ngõ không bị méo dạng Bảng 4.2: Kết đo AV mạch khuếch đại BJT E chung co hồi tiếp Tần số Vipp Vopp AV 3kHz 0.15V 3.2V 21.333 5kHz 0.2V 4.4V 22 8kHz 0.38V 7.6V 20 Hình 4.4: Kết đo Av1 = + ( || + ) Với = − ( || ) ≈ 90 (V/V) || || + Tần số1 = = 0.76 Hz ( || + ) - Xét ảnh hưởng tụ ngắn mạch tụ khuếch đại: = = Hệ số − || || + ++ = + (+) Với = − ( || ) = − 83.67 (V/V) || || + Tần số - =2 ( + ) = 0.24 Hz Xét ảnh hưởng tụ ngắn mạch tụ khuếch đại: = Hệ số = + [( Với = − ( || ) + )|| ( + || )] +1 = − 90 (V/V) || || + Tần số = [(1 +2 )||+1 )] || Do chênh lệch lớn tần số , 2, 3, chọn tần số = max( 1, 2, 3) = 215.2 cắt mạch: 54 ➔ Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ ở➢ chân Tần E số dãy giữa: lúc ,C ,C xem ngắn mạch, có giá tụ trị C lớn nên xem Cobexthở i o E mạch Hệ số khuếch đại áp: = ➢ − ( || ) = ≈ −90 (V/V) || + Tần số cao: mạch chịu ảnh hưởng tụ kí sinh: Áp dụng Thevenin cho′ =à , ta có: || || = 488,7Ω ′ || = || + ′ || = 0,85 Ω = Mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ: (1 + ′) ; Với = (1 − )= (1 − 1/ ) = ; = = = (1 + 1/ ′); + = 0,174 Do ảnh hưởng = lợi áp mạch là: không đáng kể nên độ = 1+( +) ′ Với − ( || ) || = − 90 (V/V) || + 55 Tần số cắt trên: V ới Với Với =2 ( + ′ 1) = → = 3,897 → ≈ 77 = 15 → = 6,55 → ≈ 47 = 33 → = 9,74 → ≈ 33 Độ lợi áp toàn mạch: = 1 1− 1− 1− 1+ ℎ 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 1) • Xét chế độ AC: Mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ: ➢ - Tần số thấp: Xét ảnh hưởng tụ ngắn mạch tụ khuếch đại: = = − ( || ) Hệ số ||( + ( + 1) 1) ||( + ( + 1) + ( + 1) )++ = + ( ||( + ( + 1) ) + ) Với = ||( +( +1) ) − ( || ) +( +1) = −22.6( / ) ||( +( +1) 1)+ = Tần số1 = 0.442 +( +1) 1)+ ) ( ||( = Xét ảnh hưởng tụ ngắn mạch tụ khuếch đại: = Hệ số − ||( + ( + 1) 1) + ( + 1) 1 + ||( + ( + 1) )+ + = + ( Với +) ||( +( +1) − ( || ) ) = −22.6( = +( +1) ||( +( +1) 1)+ / ) Tần số - = ( + ) = 0.24 Xét ảnh hưởng tụ ngắn mạch tụ khuếch đại: = Hệ số = + [( + Với = )|| +( +1) Tần số 3= ) = − 22.6 (V/V) ||( +( +1) 1)+ 1 || )] ||( +( +1) − ( || ) ( + +1 2 [( )||( + +1 ( + || = ))] 57.2 Hz Do chênh lệch lớn , 2, 3, chọn tần số cắt tần số mạch:Tần số&dãy giữa: cá t c ụ Ci,Co,CE xem ngắn& = max( 1, 2, 3) = 57 ➢ ! trở kháng mạch nhỏ, − ( || ) ||( + ( + 1) 1) == = −22.6 ( / ) + ( + 1) ➢ ||( + ( + 1) 1) + Tần số cao: có hoạt động tụ kí sinh BJT C obext: Áp dụng = || || = 488.7Ω Thevenin cho , ta có: ′ ′ ′ = = || || + || = 0,85 Ω Mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ: 58 )= Với = (1 − = (1 + (1 − 1/ ) = = ′ ); ′ (1 + 1/ ); ; + = = 0,174 Do ảnh hưởng = không đáng kể nên độ = lợi áp mạch là: 1+ ( + )( ′ + ) Với +( +1) Tần số cắt trên: V ới Với = 2(+ )( ′+ ) | |( +( +1) 1) − ( || ) =− 22.6(V/V) ||( +( +1) 1)+ = → = 3,897 → ℎ = 80.2 = → = 181 → ℎ ≈ 1,6 Độ lợi áp toàn mạch: = 1 1− 1− 1− +ℎ 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 I - - f(Hz) CQ IBQ VCEQ β VBE 3.2 Đo vo vẽ đáp ứng tần sốbảo mạch hoạt động chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av Đảm tần số dãy Chọn Vi từ vài chục mV đến vài trăm mV, tần số khoảng 1kHz đến 5kHz Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng Thơng số cụ thể chọn phần bảng từ 100Hz đến 100KHz, lập bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ tương ứng vớitrị khoảng giá tần số10 100, 200, 300, 500, 1k, 5k, 10k, 50k, 70k 100k Sau đó, tính số bảng độ lợi áp Av mạch tương ứng với 10 tần đó.2 tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số Đo 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.100 Chọn tần số300 đo 500sau.1k 5k 10k 50k 70k 100k 200 Các kết thí nghiệm 4.1 Đo phân cực DC: Tiến hành thí nghiệm mạch khuếch đại E chung – hoạt DC tch động cực ta có bảng giá trịđộ sau: chế I CQ IBQ VCEQ β VBE 0.02mA 5.18mA 5.07V 259.5 0.628V → BJT hoạt động chế độ tích cực 4.2 Đo vo vẽ đáp ứng tần số a) Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp • Thí nghiệm 1: Cobext = 0, Chọn Vi-pp = 80mV → Vo-pp tần số dãy = 5V f(Hz) Vo-pp Av 100 2.9 36.25 20 logA 61.25 v 31.19 35.74 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 4.3 4.9 5.45 5.55 5.6 5.65 5.1 100k 4.4 53.75 61.25 68.125 69.375 70 70.6254.963.75 55 34.61 35.74 36.666 36.824 36.9 36.98 36.09 34.81 Độ lợi áp dãy giữa: = −62.5 ( / ) = − 0.08 Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo ( Với được: → Tần số cắt dưới: fLC = 106.72 Hz; → Vẽ đáp ứng tần số = − = 3.53V) √2 − Tần số cắt trên: fHC = ꝏ Đáp ứng tần số thí nghiệm 37 36 35 34 33 32 31 100 200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 • Thí nghiệm 2: C obext = 15pF, Chọn V 80mV f(Hz) 100 200 300 Vo-pp 2.75 4.7 i-pp = → Vo-pp tần số dãy = 5.4V 5k 500 1k 10k 50k 70k 5.2 5.5 5.6 5.55 4.3 100k 3.7 Av 34.375 58.75 65 68.75 70 69.375 53.75 46.25 50 37.5 20 logAv 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: 5.4 = − = −67.5 ( / ) 0.08 Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: ( Với = − = 3.82V) √2 − → Tần số cắt dưới: fLC = 180.5 Hz Hình 4.3: Dạng sóng ngõ tần số cắt 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 30 100 200 • Thí nghiệm 3: 300 500 C obext 80mV 100 200 300 500 Vo-pp 2.65 3.6 4.1 4.5 Av v 5000 10000 50000 70000 100000 = 30pF, Chọn V f(Hz) logA 1000 i-pp = → Vo-pp tần số dãy = 5.2V 5k 1k 10k 50k 70k 4.65 5.5 5.4 3.5 100k 2.2 33.125 51.25 56.25 58.125 68.75 67.5 43.75 45 37.5 27.5 30.4 33.06 34.19 35 35.287 36.745 36.5831.48 32.82 28.79 Độ lợi áp dãy giữa: 5.2 = − = −6 ( / ) 0.08 Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: ( Với = − √2 − = 3.677V) → Tần số cắt dưới: fLC = 171.26 Hz Hình 4.6: Dạng sóng ngõ tần số cắt 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 28 100 200 300 500 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 là: 0.836V Độ lợi dãy giữa: = − 0.836 = −19 08 67 ( / ) 0.0438 65 Tần số cắt đo được: = ( Với − → Tần số cắt dưới:= Tần số cắt trên:= ∞ 68.65 C • Thí nghiệm 5: f(Hz) 100 200 = 0.591V) − √2 obext 1nF, 300 Chọn V = i-pp = 43.8mV → Vo-pp tần số dãy là: 0.876V 500 1k 100k 5k 10k 50k Vo-pp(V) 0.756 0.836 0.836 0.876 0.876 70k 0.718 0.538 135.6m 99.6m 71.6m AV 17.260 19.087 19.087 20 16.393 12.283 3.096 2.274 1.635 24.293 21.786 9.816 20 logAv 20 24.74 25.614 25.614 26.02 26.02 7.136 4.27 Độ lợi dãy giữa: Tần số cắt đo được: 0.876 = − 0.0438 ( Với = −20 ( / ) = − → Tần số cắt dưới:= 70.4 ; =0.619V) − √2 Tần số cắt trên:= 7.017 → Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 26 24 22 20 18 16 14 12 10 10020030050010005000 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 ov , vA 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 q lớn nên khơng thể đo xác giá trị + Từ đáp ứng tần số thu ta thấy lắp thêm tụ Cobext tầnvàsốtần caosố cắt giảm so với độthì lợiởáp Cobext=0 Cụ thể, Cobext =0, tần số cắt fHC = ꝏ Cobext =15pF, tần số cắt fHC = 65.3Cobext kHz= 30pF, tần số cắt fHC = 45.9 kHz + Trường hợp Cobext=15pF sai số trình đo dẫn đếnứng hình dạng đáp tần số khơng mong muốn + Trong q trình tiến hành thí nghiệm có nhiều lần dây bị lỏng dẫn bị đến dạng sóng nhiễu khơng quan sát b) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp Từ công thức phần sở lý thuyết ICQ = −22.6 => Kết đo gần giống với lý thuyết, sai tính lệch thiết bị đo thay đổi,1các dây dẫn bị lỏng nên kết quan sát bị nhiễu = () = 0.428 [ + ||( + ( + 1) ] 1 = 2 ( + = 0.241 ) 67 = = 56.92 + ( || ) [ || ( + )] Tần số cắt = + + 3= 57.589 Hz thấp: → 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 Với Tần số cắt cao: =0 = = 420610.9 [ || ||( + ( + 1) )] 1 = 2 = 816529 22.6 [ || ] → Tần số cắt cao vô lớn, kết đo không xác định - tần Vớisố cắt cao =1 = = 6664.32 [ || ||( + ( + 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, khơng ổn định 68 ... .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 I , I ,V BJT chế... ∆AV = - 21. 111 ± 1. 407 = 1. 407 4.3 Đo tổng trở ngõ vào: a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp Bảng 4.3: Kết đo Zin mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp Ri1 Ri2 Vo1 Vo2 + 1kΩ 2.7kΩ... +1) + 1 1 =-273.74 1? ?5.6 + 1 + 18 5.6 × 1+ 5.6 × −3 1. 32+22? ?10 ×274.74+ 1 1 + 18 + 5.6 16 = - 23.022 - Tổng trở ngõ vào ZIN = R R // ie(h E1 +Rfe (h + B1 // B2 1) ) = 1. 32+22? ?10 −3×274.7 1 + 18 +
Ngày đăng: 10/12/2022, 09:54
Xem thêm:
