BÁO cáo THÍ NGHIÞM môn thí nghißm m¿ch đißn tÿ bài 4 KHÀO sát đáp ĂNG t¾n sþ cāa M¾CH KHUÀCH đ¾i BJT GHÉP e CHUNG

ắI HC QUịC GIA THNH PHị H CH MINH TRNG ắI HC BCH KHOA KHOA IịN IịN Tỵ NM HỌC 2018 – 2019 -* - BO CO TH NGHIịM MễN: Thớ nghiòm Mch iòn t BI 4: KHO ST P NG TắN Sị CA M¾CH KHUÀCH Đ¾I BJT GHÉP E CHUNG GVHD: Tr¿n Quang Vißt NHĨM - LàP L20: TÊN MSSV Phạm Hồng Long 1812932 Phạm Đăng Long 1812930 Lê Trí Luận 1813008 TPHCM, ngày 11 tháng 12 năm 2019 0 A MỵC TIấU TH NGHIịM - Bi thớ ngim giỳp kho sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung, đồng thßi hiểu rõ ảnh hưáng tụ coupling hay bypass điện dung ký sinh BJT lên đáp ứng tần số mạch - Vẽ đáp ứng tần số mạch kiểm chứng so vái lí thuyết - Thành thạo việc sử dụng thiết bị thí nghiệm B CÁC GIÀ THUYÀT KIỂM CHĂNG I C¢ sở lý thuyÁt: S¢ đá nguyên lí ho¿t động: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: 0 b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp : Ành h°ởng cāa tÿ đißn lên đáp ăng t¿n sß cāa m¿ch khuÁch đ¿i E chung: a chế đß DC: +Các tụ xem ngắn mạch há mạch nên khơng ảnh hưáng đến giá trị tính tốn b chế đß AC: +Tần số thấp: Trá kháng tụ Ci , C0 , CE trá nên đáng kể (tụ CE nối vái điện trá cục E, định chủ yếu tần số cắt dưái mạch khuếch đại, C i , C0 đóng vai trị tụ coupling đầu vào đầu mạch khuếch đại +Tần số dãy giữa: Các tụ Ci , C0 , CE có trá kháng nhỏ, xem ngắn mạch , tụ C obext điện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trá kháng lán, xem há mạch nói mạch khuếch đại hoạt đßng khơng bị ảnh hưáng tụ +Tần số cao: Các tụ C i , C0 , CE trá kháng nhỏ, xem ngắn mạch, trá kháng Cobext vả điện dung ký sinh nhỏ, trá nên đáng kể vái hoạt đßng mạch, định tái tần số cắt II Tính tốn lý thut : (Do để có so sánh xác thơng số đạt lúc q trình thí nghiệm, chọn giá trị β = 260 ) chế đß DC: (Giống vái hai mạch hồi tiếp không hồi tiếp) 0 Mạch phõn cc DC tng ng ỵỵ1 ỵỵ2 18 5.6 = 4.27 = ỵỵ1 + ỵỵ2 18 + 5.6 p dng Thevenin cho mch trờn ta c ỵ = ỵỵ2 5.6 = = 2.85 = 12 18 + 5.6 ỵỵ1 + ỵỵ2 Gi s mch hot òng ỏ ch ò tớch cc, ỵ = 0.7 Ta cú: +1 = 0.7 +ỵ + ỵ = = ỵ ỵ = 4.94 �㕉 Vì �㕉ÿā > �㕉ÿā(ÿýĀ) => Đúng vái giả thiết Điểm tĩnh ý(Āÿ , �㕉ÿā ) = (5 ÿ�㔴, 4.94 �㕉) Ta có: �㕉Ā Ā �㕟� 㔋 = ℎĀÿ= 1.3 Ā�㗺 ; Āÿ = ÿ = 0.2 �㔴/�㕉 �㕉Ā Āÿ 0 chế đß AC: a M¿ch khuÁch đ¿i ghép E chung không hái tiÁp: ─ Tần số dãy giữa: Bỏ qua ảnh hưáng tất tụ, ta có sơ đồ tín hiệu nh: Ta cú: = ỵ ||ỵ Tn s thp: ỵ || = 284.8 ỵ || + ỵ Ch cú t Ci, Co, CE nh hưáng đến đáp ứng tần số mạch, làm giảm đß lợi mạch Để xét ảnh hưáng tụ, ta ngắn mạch tụ cịn lại Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ: • Xét ảnh hưáng tụ Ci, ta ngắn mạch tụ C0 CE: Điện trá tng ng nhỡn t cc ca Ci: ỵ1 = þ� 㕖 + þĀ�㔻 ||�㕟� 0 㔋 = ĀΩ Ta tìm tần số cực: = 0.8 = 2ỵ ã Xét ảnh hưáng tụ Co, ta ngắn mạch tụ Ci CE: Điện trá tương đương nhìn từ cc ca Co: ỵ2 = ỵ + ỵ = 6.6 Ā�㗺 Ta tìm tần số cực: ÿĀ2 = = 0.24 2ỵ2 ã Xột nh hỏng tụ CE , ngắn mạch tụ Ci Co Điện trá tương đương nhìn từ cực CE: þ� 㕖 ||þĀ�㔻 + �㕟�㔋 þ3 = þā || = 7.93 �㗺 �㗽 + Ta tìm tần số ca cc: = = 200.7 2ỵ3 Từ ta xác định tần số cắt dưái: ─ Tần số cao: ÿÿ1 ≈ ÿĀ1 + ÿĀ2 + ÿĀ3 = 201.7 ÿ�㕧 tần số cao có tụ C OBEXT điện dung ký sinh ảnh hưáng đến đáp ứng tần số, làm giảm đß lợi mạch Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ: 0 Từ datasheet 2SD468 ta lấy thụng s sau: = 190 ; ỵ = 22 �㕝�㔹 Āÿ ÿĀ = ⇒ �㔶� 㔋 = 145.53 �㕝�㔹 2( + ỵ ) Nu gi nguyờn COB v COBEXT để tính tốn phức tạp, để đơn giản việc tính tốn, ta dùng định lý Miller, lúc này, sơ đồ tương đương tớn hiu nh s l: Vỡ: = (ỵ + ỵ )(1 + ỵ ||ỵ ) = (ỵ + ỵ )(1 + ) ỵ ||ỵ Điện trá tương đương nhìn từ �㔶1 �㔶�㔋 : þĀĀ = þ� 㕖 ||þĀ�㔻 ||�㕟� 㔋 = 500 Ω Vì �㔶2 ≪ �㔶1 + �㔶�㔋 nên �㔶1 + �㔶�㔋 chủ yếu ảnh hưáng đến tần số cắt trờn: Vi ỵ = = 2ỵ (1 + ) = 81.6 ỵ = 15 = 49.3 ỵ = 33 �㕝�㔹 ⇒ ÿÿ2 = 33.4 Āÿ�㕧 0 ─ Đáp ứng tần số: Từ tần số cắt dưái tần số cắt trên, ta xấp xỉ phụ thc biên đß lợi áp mạch vái tần số: |�㔴� 㕉 | = |�㔴Ā ∗ ÿ| ÿ ÿ ÿ1∗ + ÿ ÿÿ2 ÿ • Tính tốn lý thuyết: f Cobext 15 pF 33 pF �㔴Ā = 284.8; ÿÿ1 = 202 ÿ�㕧 100 Hz 200 Hz 500 Hz kHz kHz kHz 10 kHz 20 kHz 50 kHz 100 kHz fC2 (kHz) 37.7 37.7 37.7 59.7 59.7 59.7 78.6 78.6 78.6 83.1 83.1 83.1 84.3 84.3 84.2 84.6 84.3 83.8 84.2 83.1 81.2 82.4 78.6 72.8 72.3 59.5 47.1 53.6 37.5 26.9 81.6 49.3 33.4 ─ Vẽ đáp ứng tần số: Dùng phần mềm LTSpice để mô sơ đồ tính hiệu nhỏ tổng thể: 0 Đưßng màu xanh lá, xanh dương đỏ tương ứng vái COBEXT = 0, 15, 33 pF b M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp : ─ Tần số dãy giữa: Bỏ qua ảnh hưáng tất t Trỏ khỏng vo nhỡn t Ri: = ỵ ||( + ( + 1)ỵ1 = 2.66 H số khuếch đại áp: �㕍�㕖Ā �㕟�㔋 �㔴Ā = 2Āÿ ∗ þÿ ||þÿ ∗ = 222.7 �㕍�㕖Ā +(�㗽 þ� + 1)þ㕖ā1 + �㕟� 㔋 0 ─ Tần số thấp: Chỉ có tụ Ci, Co, CE ảnh hưáng đến đáp ứng tần số mạch, làm giảm đß lợi mạch Để xét ảnh hưáng tụ, ta ngắn mạch tụ cịn lại Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ: • Xét ảnh hưáng tụ Ci, ta ngắn mạch tụ C0 CE: Điện trá tương đương nhìn t cc ca Ci: ỵ1 = ỵ + þĀ�㔻 ||(�㕟� 㔋 + (�㗽 + 1)þā1) = 3.66 ĀΩ Ta tìm tần số cực: ÿĀ1 = 2ỵ1 = 0.43 ã Xột nh hỏng tụ Co, ta ngắn mạch tụ Ci CE: Điện trá tương đương nhìn từ cực Co: þ2 = þÿ + þÿ = 6.6 Ā�㗺 = 0.24 2ỵ2 Ta tỡm c tn s ca cực: ÿĀ2 = • Xét ảnh hưáng tụ CE , ngn mch t Ci v Co ỵ ||ỵ + �㕟�㔋 ) = 27.93 �㗺 �㗽 + Điện trỏ tng ng nhỡn t cc ca CE: ỵ3 = ỵ2 || (ỵ1 + 0 Ta tỡm c tn s ca cc: = 2ỵ = 57 ÿ�㕧 ā Từ ta xác định tần số cắt dưái: ─ Tần số cao: ÿÿ1 ≈ ÿĀ1 + ÿĀ2 + ÿĀ3 = 57.7 ÿ�㕧 tần số cao có tụ C OBEXT điện dung ký sinh ảnh hưáng đến đáp ứng tần số, làm giảm đß lợi mạch Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ: Ta biến đổi mạch dùng nh lý Miller: 0 = (ỵ + ỵ )(1 ) = (ỵ + ỵ )(1 2) = ỵ ||ỵ = 231.3 ( + 1)ỵ1 + ỵ Dùng phương pháp thßi há mạch (Open-Circuit Time Constant): ─ Điện trá tương đương nhìn từ C1: ─ Điện trỏ tng ng nhỡn t C: ỵ1 = ỵ ||ỵ ||( + ( + 1)ỵ1) = 726.6 ỵ = || [ỵ ||ỵ + ( + 1)ỵ1] = 1.08 in trỏ tng ng nhỡn t C2: ỵ2 = ỵ ||ỵ = 848.5 = ỵ1 + ỵ + ỵ2 22 Vỏi ỵ = = 232 ỵ = Ā�㔹 ⇒ ÿÿ2 = 6.36 Āÿ�㕧 ─ Đáp ứng tần số: Từ tần số cắt dưái tần số cắt trên, ta xấp xỉ phụ thc biên đß lợi áp mạch vái tần số: 1 |�㔴� 㕉 | = |�㔴Ā ∗ ∗ | ÿ ÿÿ1 ÿ ÿ + ÿÿ ÿ2 • Tính tốn lý thuyết: �㔴Ā = 222.7; ÿÿ1 = 57.7 ÿ�㕧 10 0 f Cobext nF 100 Hz 200 Hz 500 Hz kHz kHz kHz 10 kHz 20 kHz 50 kHz 100 kHz fC2 (kHz) 19.7 19.7 21.8 21.8 22.6 22.5 22.7 22.4 22.7 21.6 22.7 17.8 22.7 12.2 22.6 6.9 22.2 2.9 20.8 1.4 232 6.36 ─ Vẽ đáp ứng tần số: Đưßng màu xanh xanh dương tương ứng vái COBEXT = 0, nF 11 0 C LỵA CHN CC THễNG Sị ắU VO V PHĂNG PHP O ắC ắI LNG I Cỏc thụng sò u vo - Sử dụng nguồn DC = 12V - Chọn giá trị tụ C obext: + Mạch không hồi tiếp: 0, 15pF, 33pF + Mạch có hồi tiếp: 0, 1nF - Chọn Vi có tần số thc dãy giữa, biên đß phù hợp để ngõ khơng bị méo - Chọn 10 giá trị tần số từ 100Hz đến 100kHz để đo đß lợi áp tần số thấp, tần số cao, tần số dãy II Ph°¢ng pháp đo đ¿c Đo phân cÿc tĩnh DC - Đo giá trị IB, VBE, IC, VCE, β - Dùng máy đo đa (á chức DC) 12 0 Đo v¿ đáp ăng t¿n sß - Đảm bảo mạch hoạt đßng chế đß AC tín hiệu nhỏ, đo Av tần số dãy - Giữ nguyên biên đß ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100 Hz đến 100 kHz, lập bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ tương ứng vái khoảng 10 giá trị tần số khác tính bảng đß lợi áp AV mạch tương ứng vái 10 tần số - Đo tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy (tăng giảm) tái biên đß ngỏ giảm biên đß ngõ dãy Tần số √2 tần số cắt - Vái bảng Av 10 giá trị tần số tần số cắt tiến hành vẽ đáp ứng tần số mạch khuếch đại (theo thang tần số logarit thang biên đß logarit) - Lưu ý: mạch khuếch đại, thay giá trị tụ C obext chọn M¿ch khuÁch đ¿i E chung không hái tiÁp 13 0 M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp D Các kÁt quÁ thí nghißm I Đo phân cÿc tĩnh DC IB IC VCE VBE β 0.019 mA 5.12 mA 4.97 V 0.62V 260 II M¿ch khuÁch đ¿i E chung không hái tiÁp �㕉� f Cobext 15 pF 33 pF = 50 ÿ�㕉�㕝�㕝 �㔴Ā = 268; ÿÿ1 = 185 ÿ�㕧 㕖 100 Hz 200 Hz 500 Hz kHz kHz kHz 10 kHz 20 kHz 50 kHz 100 kHz fC2 (kHz) 32 48 63 68 68 68 68 68 62 50 > 100 32 32 48 48 63 63 68 68 68 68 68 68 68 64 66 60 52 42 34 23.2 58.6 33.4 14 0 Đáp ứng tần vái COBEXT khác nhau: 15 0 III M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp �㕉� f Cobext nF = 200 ÿ�㕉�㕝�㕝 �㔴Ā = 222; ÿÿ1 = 60 ÿ�㕧 㕖 100 Hz 200 Hz 500 Hz kHz kHz kHz 10 kHz 20 kHz 50 kHz 100 kHz fC2 (kHz) 19 21 22 22 22 22 22 22 22 20 > 100 19 21 22 22 22 18 12.5 7.1 1.5 7.4 Đáp ứng tần số vái COBEXT khác nhau: 16 0 E Phân tích so sánh kÁt luận Phân cÿc tĩnh DC Phân tích so sánh: - Giá trị β thực nghiệm không nằm khoảng khảo sát 2SD468 - Điểm phân cực tĩnh đo Q(ICQ,VCEQ)=(5.17mA,4.72V) xấp xỉ vái tính lý thuyết (5.016mA,4.911V) Kết luận: Sự sai khác ảnh hưáng nhiệt đß phịng, sai số thiết bị sai số trình đo Đo v¿ đáp ăng t¿n sß - Vái tụ COBEXT khác nhau, ta thấy ảnh hưáng điện ung ký sinh tái đáp ứng tần số cao mạch khuếch đại, cụ thể làm giảm tần số cắt mạch, dẫn đến giảm băng thông - Qua việc thí nghiệm giúp thể ảnh hưáng tụ coupling tụ bypass tái tần số cắt dưái mạch khuếch đại - Dạng đáp ứng tần số lý thuyết thực nghiệm tương tự Tuy nhiên, đß lợi áp chênh lệch nhiều, đß xác hữu hạn thiết bị đo lưßng hay thơng số ký sinh linh kiện BJT 2SD468 mà ta chưa xét đến - Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp có thêm điện trá RE giúp ổn định phân cực nên đß lợi áp khơng chênh lệch nhiều 17 0 F BÁng đánh giá chéo BÀNG ĐÁNH GIÁ CHÉO CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHĨM Mức đánh giá Lê Trí Luận Ph¿m Đăng Long Ph¿m Hoàng Long x x x 18 0 x x x ... obext chọn M¿ch khuÁch đ¿i E chung không hái tiÁp 13 0 M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp D Các kÁt q thí nghißm I Đo phân cÿc tĩnh DC IB IC VCE VBE β 0.019 mA 5.12 mA 4. 97 V 0.62V 260 II M¿ch. .. 62 50 > 100 32 32 48 48 63 63 68 68 68 68 68 68 68 64 66 60 52 42 34 23.2 58.6 33 .4 14 0 Đáp ứng tần vái COBEXT khác nhau: 15 0 III M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp �㕉� f Cobext nF = 200 ÿ�㕉�㕝�㕝... Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp : Ành h°ởng cāa tÿ đißn lên đáp ăng t¿n sß cāa m¿ch khuÁch đ¿i E chung: a chế đß DC: +Các tụ xem ngắn mạch há mạch nên khơng ảnh hưáng đến giá trị tính