BÁO cáo THÍ NGHIỆM MẠCH điện tử KHẢO sát đáp ỨNG tần số MẠCH KHUẾCH đại BJT GHÉP e CHUNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương Sinh viên thực (Nhóm L06 _ Tổ 1): Lê Văn Hiệu Mai Trung Hiếu Hoàng Văn Doanh Phiên google meet: https://drive.google.com/drive/folders/1_9y394Ttx62tVn90FLChzcJF7rDPM8E?usp=sharing Ngày hoàn thành báo cáo: 16/11/2021 Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 60 Mục lục Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 1 Giới thiệu chung Các giả thuyết cần kiểm chứng Các kết thí nghiệm 15 Phân tích kết so sánh 24 Kết luận chung 27 60 60 60 Bài 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG I Giới thiệu chung Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung - Tính tốn lý thuyết độ lợi áp dãy mạch, tần số cắt cao, tần số cắt thấp từ thông số cho, thơng số cịn thiếu So sánh kết khảo sát với lý thuyết - Hiểu nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại BJT ghép E chung tần số khác nhau: tần số thấp, tần số dãy giữa, tần số cao mạch có hồi tiếp không hồi tiếp - Dùng phần mềm mô phỏng, đo phân cực DC mạch để đảm bảo mạch hoạt động chế độ tích cực - Thay đổi giá trị tụ ghép CC, CE tụ Cobext quan sát khác độ lợi áp mạch bao gồm mạch có hồi tiếp khơng hồi tiếp - Biết cách xác định độ lợi áp dãy (ở tần số dãy giữa) - Từ độ lợi áp tính từ tần số thấp đến tần số cao, vẽ đáp ứng tần số mạch - Hiểu ảnh hưởng tụ Cobext lên độ lợi áp mạch tần số cắt - LTspice phần mềm máy tính mơ mạch điện tử tương tự dựa SPICE, cung cấp tính chụp giản đồ để nhập giản đồ điện tử cho mạch điện tử Module thí nghiệm: BJTLABSN001 60 II Các giả thuyết cần kiểm chứng Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết lý thuyết cần kiểm chứng 1.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp Cobext Vin AC SINE() ac dec 100 1G Vcc 12 R22 R8 R4 Sơ đồ mạch thí nghiệm phần mềm LTSpice 1.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp R18 60 Cobext 0p ac dec 100 1G Vin AC SINE() R8 R22 R21 R20 2SD592/3 Q3 R19 R18 R4 Sơ đồ mạch thí nghiệm phần mềm LTSpice 60 1.3 Ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung - Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng tất tụ lên mạch phức tạp, nên để tiến hành phân tích đáp ứng tần số mạch khuếch đại ta chia vùng tần số khác để khảo sát - Ở chế độ DC: Các tụ xem ngắn mạch hở mạch nên không ảnh hưởng đến giá trị tính tốn - Ở chế độ AC: + Tần số thấp: Trở kháng tụ Ci, C0, CE trở nên đáng kể (tụ CE nối với điện trở cục E, định chủ yếu tần số cắt mạch khuếch đại, Ci, C0 đóng vai trò tụ coupling đầu vào đầu mạch khuếch đại tụ ký sinh xem hở mạch) Để tìm tần số cắt thấp ta giải phương trình sau: • s AM Hoặc có tần số cắt lớn nhiều so với tần số cắt cịn lại ta xấp xỉ tần số cắt thấp tần số lớn • + Tần số dãy giữa: Ngắn mạch tụ Coupling Bypass, tụ khác xem hở mạch Các tụ Ci, C0, CE có trở kháng nhỏ, xem ngắn mạch, tụ Cobext điện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trở kháng lớn, xem hở mạch Ở nói mạch khuếch đại hoạt động khơng bị ảnh hưởng tụ 60 + Tần số cao: Các tụ Ci, C0, CE trở kháng nhỏ, xem ngắn mạch, trở kháng Cobext vả điện dung ký sinh nhỏ, trở nên đáng kể với hoạt động mạch, định tới tần số cắt • Để tìm tần số cắt cao ta với giải phương trình sau: = Hoặc có tần số cắt bé nhiều so với tần số cắt lại ta xấp xỉ tần số cắt cao tần số bé • Từ đó, ta có đồ thị từ phân tích lý thuyết: Tính tốn lý thuyết 2.1 Khảo sát điểm làm việc tĩnh BJT Ta biết thông số mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng lại giá trị thông số mạch đo mạch phân cực DC Thơng qua q trình mơ phỏng, ta chọn giá trị β ≈ 128,48 60 Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 159.33 kHz, đo = 155.71kHz + Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF (điện áp Vin=1V) Cobext 15p ac dec 100 1G Vin AC SINE() R8 2SD592/3 Q3 R4 Sơ đồ mô LTSpice 36dB 27dB 148.36405Hz,32.524289dB 18dB 9dB 0dB -9dB -18dB -27dB -36dB -45dB -54dB -63dB 1Hz 10Hz 19 60 Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.36Hz Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 83,79 kHz, đo = 84,11kHz + Thí nghiệm 3: Cobext = 30pF (điện áp Vin=1V) Sơ đồ mô LTSpice 60 40dB 30dB 148.06877Hz,32.518979dB 52.8083 20dB 10dB 0dB -10dB -20dB -30dB -40dB -50dB -60dB -70dB 1Hz 10Hz Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.06Hz Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 56,84 kHz, đo = 52,81kHz 3.3.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp + Thí nghiệm 1: Cobext = (điện áp Vin=1V) 21 60 Sơ đồ mô LTSpice Cobext 0p Vin AC SINE() Vcc ac dec 100 1G 12 R22 R8 R21 R20 2SD5 92 /3 Q3 R19 R4 R18 42dB 36dB 30dB 51.884181Hz,22.8021dB 24dB 18dB 12dB 6dB 0dB -6dB -12dB -18dB -24dB -30dB -36dB -42dB 1Hz Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 51.69Hz, đo = 51.88Hz Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 492,29 kHz, đo = 461,67kHz 10Hz 60 + Thí nghiệm 1: Cobext = 1nF (điện áp Vin=1V) Cobext 1n Vcc Vin AC ac dec 100 1G 12 SINE() R4 R8 42dB 36dB 30dB -100° V(vout)/V(n004) 24dB -120° 18dB 12dB -140° 609.48783Hz,25.897155dB 51.884181Hz,22.827745dB 7.4238531KHz,22.716945dB -160° 6dB -180° 0dB -200° -6dB -220° -12dB -240° -18dB -260° -24dB -280° -30dB -300° -36dB -320° -42dB 1Hz -340° -360° 10MHz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 100MHz -380° 1GHz 1MHz Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 51.69Hz, đo = 51.88Hz Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 7,44 kHz, đo = 7,42kHz 23 60 4.Phân tích kết so sánh 4.1 Sai số độ lợi áp tần số dãy : 4.1.1 Sai số độ lợi áp tần số dãy mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: Lý thuyết: = = −59.68( / ) Đo: đ = =− 122,1438 = −61,07( / ) Sai số: % Sai số = | đ | = | −61,07−(−59.68) − 4.1.2 Sai số độ lợi áp tần số dãy mạch khuếch đại ghép E chung hồi có tiếp: Lý thuyết: = =−20,41( / ) Đo: đ = =− 39.3114 = −19.66 ( / ) Sai số: % Sai số = | đ | = | −19.66−(−20,41) − 4.2 Sai số tần số cắt gây tụ điện C: 4.2.1 Sai số tần số cắt gây tụ điện C mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: a) Tần số cắt thấp( thí nghiệm với 30( = 0( ), = 15( )): Lý thuyết: = { 1, 2, 3} = 143.09( ) Đo: 60 đ = 148.36( ) ), = Sai số: % Sai số = | đ − |=| 148.36−(143.09) 143.09 b) Tần số cắt cao: Thí nghiệm với= 0( ): Lý thuyết: = |.100%= 3.68% { 1, 2} = 159,33( ) Đo: đ = 155.71( ) Sai số: % Sai số = | đ − | = | 155.71−(159,33 ) Thí nghiệm với = 15( ): 159,33 |.100%= 2.27% Lý thuyết: = { 1, 2} = 83,79( ) Đo: đ = 84,11( ) Sai số: % Sai số = | đ − | = | 84,11−(83,79 ) |.100%= 0.38% 83,79 Thí nghiệm với= 30( ): Lý thuyết: = { 1, 2} = 56,84( ) Đo: đ = 52,81( ) Sai số: 25 60 % Sai số = | đ − | = | 52,81−(56,84 ) |.100%= 7.10% 56,84 4.2.2 Sai số tần số cắt gây tụ điện C mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: a) Tần số cắt thấp( thí nghiệm với = 0( ), = 1( )): Lý thuyết: = { 1, 2, 3} = 51.69( ) Đo: đ = 51.88( ) Sai số: % Sai số = | đ − |=| 51.88−(51.69) b) Tần số cắt cao: Thí nghiệm với= 0( ): Lý thuyết: = { 1, 2} = 492,29( ) Đo: đ = 461,67( ) Sai số: % Sai số = | đ − | = | 461,67−(492,29 492,29 Thí nghiệm với= 1( ): Lý thuyết: = {1, 2}=7,44( Đo: đ Sai số: = 7,42( ) ) ) |.100%= 6.22% 60 % Sai số = | đ − | = | 7,42−(7,44 ) |.100%= 0.27% 7,44 Kết luận chung 5.1 Đo phân cực DC tính từ thực nghiệm nằm khoảng cho phép BJT = 128.48 - - Giá trị đo mơ nên xác với lý thuyết: (4.597 mA; 5.238 ) mô so với (4.79 , 5.22 ) tính tốn lý thuyết 5.2 Đo Av xác định giá trị đáp ứng tần số - Qua việc thí nghiệm giúp thể ảnh hưởng tụ coupling tụ bypass tới tần số cắt mạch khuếch đại Dạng đáp ứng tần số giá trị độ lợi áp lý thuyết thực nghiệm tương tự - Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp có thêm điện trở giúp ổn định phân cực nên độ lợi áp không chênh lệch nhiều - Qua kết thí nghiệm ta thấy mạch khuếch đại có hồi tiếp có độ lợi tần số dãy nhỏ độ lợi dãy mạch khuếch đại không hồi tiếp Tuy nhiên băng thông mạch khuếch đại có hồi tiếp rộng so với băng thơng mạch khơng hồi tiếp Vì tùy theo ứng dụng mà ta tùy chỉnh loại có khơng có hồi tiếp cho phù hợp - 27 60 ... luận chung 27 60 60 60 Bài 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG I Giới thiệu chung Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung. .. 2.3 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại ghép E chung tần số thấp 2.3.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp - Xét tụ , ngắn mạch : tần số cắt thấp gây tụ điện Ci 1Hz - Xét tụ , ngắn mạch. .. -20,41 (V/V) 3.3 Khảo sát đáp ứng tần số tần số cao thấp 3.3.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp + Thí nghiệm 1: Cobext = (điện áp Vin=1V) 17 60 Cobext Vin AC SINE() ac dec 100 1G Vcc