Báo cáo thí nghiệm Mạch Điện Tử Đại học Bách Khoa TPHCM Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH PHƯƠNG Bài 1: Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC và AC Bài 2: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Bài 3: Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung
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 NHÓM Thành viên: Nguyễn Ngọc Tri MSSV: 1713601 Ngô Mai Xuân Đan MSSV: 1710055 Phạm Minh Đức MSSV: 1710073 13/05/2019 Mục lục Bài 1: Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC AC Mục tiêu thí nghiệm Các giả thuyết phải kiểm chứng .4 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng Các kết thí nghiệm Phân tích so sánh kết luận 14 Bài 2: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT .18 Mục tiêu thí nghiệm 18 Các giả thuyết phải kiểm chứng 18 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng 21 Các kết thí nghiệm 24 Phân tích so sánh kết luận .32 Bài 3: Kiểm chứng mạch ứng dụng dùng Op – amp .35 Mục tiêu thí nghiệm 35 Các giả thuyết phải kiểm chứng 35 Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng 40 Các kết thí nghiệm .41 Phân tích so sánh kết luận 47 Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung .51 Mục tiêu thí nghiệm 51 Các giả thuyết phải kiểm chứng 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 ICQ, IBQ ,VCEQ BJT chế độ DC - Tính hệ số β = 𝐼𝐶𝑄 𝐼𝐵𝑄 , so sánh với khoảng giá trị β datasheet - Dùng kết điểm tĩnh DC để tính giá trị AV, ZIN, ZOUT theo lý thuyết - Sử dụng thành thạo Scope có chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào , dạng sóng ngõ - Tìm biên độ lớn áp ngõ vào mà ngõ không méo dạng |max để tìm xác - Xác định tần số dãy đo AV mạch tần số dãy giữa: khoảng tần số tín hiệu ngõ vào ngõ ngược pha, tụ ghép xem ngắn mạch, tụ kí sinh xem hở mạch, kết độ lợi áp bị ảnh hưởng tụ điện - Với tần số dãy giữa, quan sát dao động kí dạng sóng ngõ vào ngõ ra, đọc biên độ VIN, VOUT tính độ lợi áp AV = |𝑉𝐼𝑁 | |𝑉𝑂𝑈𝑇 | - Từ đưa nhận xét khác độ lợi áp BJT ghép E chung có hồi tiếp khơng có hồi tiếp - Đo tổng trở ngõ vào ZIN, so sánh với kết tính lý thuyết - Đo tổng trở ngõ ZOUT, so sánh với kết tính lý thuyết - Thấy khác mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp khơng hồi tiếp Tác dụng loại mạch công dụng phần tử mạch Các giả thuyết phải kiểm chứng 2.1.Nguyên lý hoạt động: Điện áp xoay chiều Vi đưa vào chân B BJT, tín hiệu tần số dãy giữa, tụ điện 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 khơng hồi tiếp • Điểm tĩnh Q: 𝑅𝐵2 − 𝑉𝐵𝐸) 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2 𝛽.(12 ICQ = (𝑅𝐵1 // 𝑅𝐵2 ) +(𝛽 + 1)(𝑅𝐸1 + 𝑅𝐸2 ) VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) 𝛽+1 𝛽 ICQ • Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại BJT E chung không hồi triếp: hie = 0.025.ℎ𝑓𝑒 Theo sơ đồ: hfe ≈ β ; 𝐼𝐶𝑄 ZIN = Rb // hie = RB1 // RB2 // hie ZOUT = RC AV = - hfe 𝑅𝐶 𝑅𝐿 𝑅𝐶 + 𝑅𝐿 ℎ 𝑅𝑖 // 𝑅𝐵1 // 𝑅𝐵2 𝑖𝑒 + 𝑅𝑖 // 𝑅𝐵1 // 𝑅𝐵2 𝑅 𝑖 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: 𝑅𝐵2 − 𝑉𝐵𝐸) 𝑅𝐵1 + 𝑅𝐵2 𝛽.(12 ICQ = (𝑅𝐵1 // 𝑅𝐵2 ) +(𝛽 + 1)(𝑅𝐸1 + 𝑅𝐸2 ) VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2) 𝛽+1 𝛽 ICQ • Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ: hie = 0.025.ℎ𝑓𝑒 Theo sơ đồ: hfe ≈ β ; 𝐼𝐶𝑄 ZIN = RB1 // RB2 // (hie +RE1(hfe + 1)) ZOUT = RC AV = - hfe 𝑅𝐶 𝑅𝐿 𝑅𝐶 + 𝑅𝐿 ℎ 𝑖𝑒 + 𝑅𝐸1 𝑅𝑖 // 𝑅𝐵1 // 𝑅𝐵2 (ℎ𝑓𝑒 +1)+ 𝑅𝑖 // 𝑅𝐵1 // 𝑅𝐵2 𝑅 𝑖 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, đo dòng ICQ vài mA, que đo nối tiếp với dòng ICQ + Đo IBQ: máy đo chế độ DC, thang đo 100mA, dịng IBQ có giá trị nhỏ, que đo nối tiếp với dòng IBQ + Đo VCEQ: máy đo cho đo V chế độ DC, cắm que đo vào đầu C đầu E BJT + Từ ICQ, IBQ tính β = 𝐼𝐶𝑄 𝐼𝐵𝑄 + 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 trở, AV không phụ thuộc vào trở kháng tụ điện (3kHZ, 5kHz, 8kHz) + Quan sát dạng sóng dao động ký, Vi vào CH1, Vo vào CH2, chọn xem chế độ DUAL, điều chỉnh VOL/DIV phù hợp, ghi lại kết Vi, Vo theo trị đỉnh – đỉnh từ tính AV = − 𝑉𝑖 𝑝−𝑝 𝑉𝑜 𝑝−𝑝 3.3.Đo Zin: + Cố định Vi tần số, thay đổi trở Ri, quan sát ghi lại giá trị Vo khác 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 chênh lệch, khơng q gần + Tính Zin 3.4.Đo Zout: + Cố định Vi tần số, thay đổi trở RL, quan sát ghi lại giá trị Vo khác oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh) + Chọn (RL1, RL2) = (5.6k, 1.2k), (5.6k, 1k), (1k, 1.2k) + Tính Zout Các kết thí nghiệm 4.1 Đo phân cực tĩnh DC Kết đo ICQ = 5.201 mA ; IBQ = 0.019 mA ; VCEQ = 4.67 V β= 𝐼𝐶𝑄 𝐼𝐵𝑄 = 5.201 0.019 = 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 Tần số Vipp Vopp AV 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 Hình 4.3: Kết đo AV3 ̅̅̅̅ 𝐴 𝑉 = 𝐴𝑉1 + 𝐴𝑉2 + 𝐴𝑉3 ∆AV = −80−80−80 = = - 80 3 ̅̅̅̅ ̅̅̅̅ ̅̅̅̅ |𝐴 | | | 𝑉 − 𝐴𝑉1 + 𝐴𝑉 − 𝐴𝑉2 +|𝐴 𝑉 − 𝐴𝑉3 | = |−80−(−80)|+|−80−(−80)|+|−80−(−80)| =0 ̅̅̅̅ → AV = 𝐴 𝑉 ± ∆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 10 = 𝐴𝑀𝐵 𝑠 𝑠+ Với 𝐴𝑀𝐵 = 𝐶𝑖 (𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 + 𝑅𝑖 ) −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) Tần số 𝑓𝑝1 = 𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 2𝜋𝐶𝑖 (𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 ) ≈ 90 (V/V) = 0.76 Hz - Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝑜 ngắn mạch tụ 𝐶𝑖 𝑣à 𝐶𝐸 Hệ số khuếch đại: 𝐴𝑣 = 𝑣𝑜 −𝛽 𝑅𝐶 𝑅𝐿 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 = 𝑣𝑖 𝑟𝜋 𝑅 + 𝑅 + 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 + 𝑅𝑖 𝐶 𝐿 𝑗𝑤𝐶𝑜 = 𝐴𝑀𝐵 𝑠 𝑠+ 𝐶𝑜 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐿 ) Với 𝐴𝑀𝐵 = −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝑟𝜋 Tần số 𝑓𝑝2 = 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 2𝜋𝐶𝑜 (𝑅𝐶 +𝑅𝐿 ) = − 83.67 (V/V) = 0.24 Hz - Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝐸 ngắn mạch tụ 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝑖 Hệ số khuếch đại: 𝐴𝑣 = 𝑣𝑜 = 𝐴𝑀𝐵 𝑣𝑖 𝑠+ Với 𝐴𝑀𝐵 = 𝑠 1 𝐶𝐸 [(𝑅𝐸1 + 𝑅𝐸2 )|| (𝑟 + 𝑅𝑇𝐻 ||𝑅𝑖 )] 𝛽+1 𝜋 −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) Tần số 𝑓𝑝3 = 𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 = − 90 (V/V) 1 2𝜋𝐶𝐸 [(𝑅𝐸1 +𝑅𝐸2 )||𝛽+1(𝑟𝜋 +𝑅𝑇𝐻 ||𝑅𝑖 )] ≈ 215.2 Hz Do chênh lệch lớn tần số 𝑓𝑝1 , 𝑓𝑝2 , 𝑓𝑝3 , chọn tần số cắt mạch: 𝑓𝐿 = max(𝑓𝑝1 , 𝑓𝑝2 , 𝑓𝑝3 ) = 215.2 𝐻𝑧 54 ➔ Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ chân E ➢ Tần số dãy giữa: lúc tụ Ci,Co,CE xem ngắn mạch, Cobext có giá trị lớn nên xem hở mạch Hệ số khuếch đại áp: 𝐴𝑣 = 𝐴𝑀𝐵 = −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 ≈ −90 (V/V) ➢ Tần số cao: mạch chịu ảnh hưởng tụ kí sinh: Áp dụng Thevenin cho 𝑅𝑖𝑛 𝑣à 𝑅𝑜𝑢𝑡 , ta có: 𝑅𝑖 ′ = 𝑅𝑖 ||𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 = 488,7Ω 𝑉𝑖 ′ = 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 𝑉𝑖 𝑅𝐿 ′ = 𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 = 0,85𝑘Ω Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ: Với 𝐶1 = 𝐶𝜇 (1 − 𝐴𝑣 ) = 𝐶𝜇 (1 + 𝛽 𝑟𝜋 𝑅𝐿 ′ ) ; 𝐶2 = 𝐶𝜇 (1 − 1/𝐴𝑣 ) = 𝐶𝜇 (1 + 1/ 𝛽 𝑟𝜋 𝑅𝐿 ′ ); 𝐶𝜇 = 𝐶𝑜𝑏 + 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 ; 𝐶𝜋 = 𝛽 𝑟𝜋 2𝜋.𝑓𝑇 = 0,174𝑛𝐹 Do ảnh hưởng 𝐶2 không đáng kể nên độ lợi áp mạch là: 𝐴𝑣 = Với 𝐴𝑀𝐵 = 𝑣𝑜 = 𝐴𝑀𝐵 𝑣𝑖 + 𝑠(𝐶𝜋 + 𝐶1 )𝑅𝑖 ′ −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝑟𝜋 𝑅 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 = − 90 (V/V) 55 Tần số cắt trên: 𝑓𝐻 = 2𝜋(𝐶𝜋 +𝐶1 )𝑅𝑖 ′ Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = → 𝐶1 = 3,897𝑛𝐹 → 𝑓𝐻 ≈ 77𝑘𝐻𝑧 Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 15𝑝𝐹 → 𝐶1 = 6,55𝑛𝐹 → 𝑓𝐻 ≈ 47𝑘𝐻𝑧 Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 33𝑝𝐹 → 𝐶1 = 9,74𝑛𝐹 → 𝑓𝐻 ≈ 33𝑘𝐻𝑧 Độ lợi áp toàn mạch: 𝐴𝑣 = 𝐴𝑀𝐵 1−𝑗 2.2 1 𝑓𝑝1 𝑓𝑝2 𝑓𝑝3 𝑓 1+𝑗 1−𝑗 1−𝑗 𝑓ℎ 𝑓 𝑓 𝑓 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: 56 ➢ Tần số thấp: - Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝑖 ngắn mạch tụ 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝐸 Hệ số khuếch đại: 𝐴𝑣 = 𝑣𝑜 −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) = 𝑣𝑖 𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 𝑅 𝐴𝑀𝐵 = Tần số 𝑓𝑝1 𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) + 𝑅𝑖 + 𝑗𝑤𝐶𝑖 𝑠 = 𝐴𝑀𝐵 Với 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) 𝑠+ 𝐶𝑖 (𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) + 𝑅𝑖 ) −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 ) 𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 )+𝑅𝑖 = 2𝜋𝐶 (𝑅 𝑖 𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 )+𝑅𝑖 ) = −22.6(𝑉/𝑉) = 0.442 𝐻𝑧 - Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝑜 ngắn mạch tụ 𝐶𝑖 𝑣à 𝐶𝐸 Hệ số khuếch đại: 𝐴𝑣 = 𝑣𝑜 −𝛽 𝑅𝐶 𝑅𝐿 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) = 𝑣𝑖 𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 𝑅 + 𝑅 + 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) + 𝑅𝑖 𝐶 𝐿 𝑗𝑤𝐶𝑜 = 𝐴𝑀𝐵 𝑠 𝑠+ 𝐶𝑜 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐿 ) Với 𝐴𝑀𝐵 =𝑟 −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 𝑅 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 ) 𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 )+𝑅𝑖 = −22.6(𝑉/𝑉) 57 Tần số 𝑓𝑝2 = 2𝜋𝐶 𝑜 (𝑅𝐶 +𝑅𝐿 ) = 0.24 𝐻𝑧 - Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝐸 ngắn mạch tụ 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝑖 Hệ số khuếch đại: 𝐴𝑣 = 𝑣𝑜 = 𝐴𝑀𝐵 𝑣𝑖 𝑠+ Với 𝐴𝑀𝐵 𝑠 1 𝐶𝐸 [(𝑅𝐸1 + 𝑅𝐸2 )|| (𝑟 + 𝑅𝑇𝐻 ||𝑅𝑖 )] 𝛽+1 𝜋 =𝑟 Tần số 𝑓𝑝3 −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 = 𝑅 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 ) 𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 )+𝑅𝑖 = − 22.6 (V/V) 1 (𝑟 +𝑅𝑇𝐻 ||𝑅𝑖 ))] 𝛽+1 𝜋 2𝜋𝐶𝐸 [(𝑅𝐸2 )||(𝑅𝐸1 + = 57.2 Hz Do chênh lệch lớn tần số 𝑓𝑝1 , 𝑓𝑝2 , 𝑓𝑝3 , chọn tần số cắt mạch: 𝑓𝐿 = max(𝑓𝑝1 , 𝑓𝑝2 , 𝑓𝑝3 ) = 57 𝐻𝑧 ➢ Tần số dãy giữa: tụ Ci,Co,CE xem ngắn mạch trở kháng nhỏ, Cobext xem hở mạch trở kháng lớn: Hệ số khuếch đại áp: −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) 𝐴𝑣 = 𝐴𝑀𝐵 = = −22.6 (𝑉/𝑉) 𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ) + 𝑅𝑖 ➢ Tần số cao: có hoạt động tụ kí sinh BJT Cobext: Áp dụng Thevenin cho 𝑅𝑖𝑛 𝑣à 𝑅𝑜𝑢𝑡 , ta có: 𝑅𝑖 ′ = 𝑅𝑖 ||𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 = 488.7Ω 𝑉𝑖 ′ = 𝑅 𝑅𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 𝑇𝐻 ||𝑟𝜋 +𝑅𝑖 𝑉𝑖 𝑅𝐿 ′ = 𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 = 0,85𝑘Ω Mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ: 58 Với 𝐶1 = 𝐶𝜇 (1 − 𝐴𝑣 ) = 𝐶𝜇 (1 + 𝛽 𝑟𝜋 𝑅𝐿 ′ ) ; 𝐶2 = 𝐶𝜇 (1 − 1/𝐴𝑣 ) = 𝐶𝜇 (1 + 1/ 𝛽 𝑟𝜋 𝑅𝐿 ′ ); 𝐶𝜇 = 𝐶𝑜𝑏 + 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 ; 𝐶𝜋 = 𝛽 𝑟𝜋 2𝜋.𝑓𝑇 = 0,174𝑛𝐹 Do ảnh hưởng 𝐶2 không đáng kể nên độ lợi áp mạch là: 𝐴𝑣 = Với 𝐴𝑀𝐵 𝑣𝑜 = 𝐴𝑀𝐵 𝑣𝑖 + 𝑠(𝐶𝜋 + 𝐶1 )(𝑅𝑖 ′ + 𝑅𝐸1 ) −𝛽(𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ) 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 ) 𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 𝑅𝑇𝐻 ||(𝑟𝜋 +(𝛽+1)𝑅𝐸1 )+𝑅𝑖 =𝑟 = − 22.6(V/V) Tần số cắt trên: 𝑓𝐻 = 2𝜋(𝐶𝜋 +𝐶1 )(𝑅𝑖 ′ +𝑅𝐸1 ) Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = → 𝐶1 = 3,897𝑛𝐹 → 𝑓ℎ = 80.2𝑘𝐻𝑧 Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 1𝑛𝐹 → 𝐶1 = 181𝑛𝐹 → 𝑓ℎ ≈ 1,6𝑘𝐻𝑧 Độ lợi áp toàn mạch: 𝐴𝑣 = 𝐴𝑀𝐵 1−𝑗 1 𝑓𝑝1 𝑓𝑝2 𝑓𝑝3 𝑓 1+𝑗 1−𝑗 1−𝑗 𝑓ℎ 𝑓 𝑓 𝑓 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 ICQ - - - f(Hz) IBQ β VCEQ VBE 3.2 Đo vo vẽ đáp ứng tần số Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tần số dãy Chọn Vi từ vài chục mV đến vài trăm mV, tần số khoảng 1kHz đến 5kHz Thông số cụ thể chọn phần 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 tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số 100, 200, 300, 500, 1k, 5k, 10k, 50k, 70k 100k Sau đó, tính bảng độ lợi áp Av mạch tương ứng với 10 tần số Đo tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số 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 Chọn tần số đo sau 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k Các kết thí nghiệm 4.1 Đo phân cực DC: Tiến hành thí nghiệm mạch khuếch đại E chung – hoạt động chế độ DC tích cực ta có bảng giá trị sau: ICQ 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 khơng hồi tiếp • Thí nghiệm 1: Cobext = 0, Chọn Vi-pp = 80mV → Vo-pp tần số dãy = 5V 60 f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k Vo-pp 2.9 4.3 4.9 5.45 5.55 5.6 5.65 5.1 4.9 4.4 Av 20logA v 36.25 53.75 61.25 68.125 69.375 70 31.19 34.61 35.74 36.666 36.824 36.9 70.625 63.75 61.25 36.98 55 36.09 35.74 34.81 Độ lợi áp dãy giữa: 𝐴𝑀𝐵 = − = −62.5 (𝑉/𝑉) 0.08 Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: ( Với 𝑣𝑜−𝑝𝑝 = √2 𝑣𝑜−𝑝𝑝 𝑀𝐵 = 3.53V) Tần số cắt trên: fHC = ꝏ → Tần số cắt dưới: fLC = 106.72 Hz; → Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 37 36 35 34 33 32 31 100 200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 61 • Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF, Chọn Vi-pp = 80mV → Vo-pp tần số dãy = 5.4V 1k 5k 10k 50k 70k f(Hz) 100 200 300 500 Vo-pp 2.75 4.7 5.2 5.5 5.6 Av 34.375 50 58.75 65 68.75 70 20logA v 30.725 33.98 35.38 36.26 5.55 4.3 3.7 69.375 53.75 46.25 36.745 36.9 36.824 34.61 33.3 100k 37.5 31.48 Độ lợi áp dãy giữa: 𝐴𝑀𝐵 = − 5.4 = −67.5 (𝑉/𝑉) 0.08 Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: ( Với 𝑣𝑜−𝑝𝑝 = √2 𝑣𝑜−𝑝𝑝 𝑀𝐵 = 3.82V) → Tần số cắt dưới: fLC = 180.5 Hz Hình 4.3: Dạng sóng ngõ tần số cắt 62 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 1000 5000 10000 50000 70000 100000 Cobext = 30pF, Chọn Vi-pp = 80mV f(Hz) 100 200 300 500 → Vo-pp tần số dãy = 5.2V 1k 5k 10k 50k 70k Vo-pp 2.65 3.6 4.1 4.5 4.65 Av 33.125 45 20logA v 30.4 51.25 56.25 58.125 33.06 34.19 35 100k 5.5 5.4 3.5 2.2 68.75 67.5 43.75 37.5 27.5 35.287 36.745 36.58 32.82 31.48 28.79 63 Độ lợi áp dãy giữa: 𝐴𝑀𝐵 = − 5.2 = −65 (𝑉/𝑉) 0.08 Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy Tần số cắt đo được: ( Với 𝑣𝑜−𝑝𝑝 = √2 𝑣𝑜−𝑝𝑝 𝑀𝐵 = 3.677V) → Tần số cắt dưới: fLC = 171.26 Hz Hình 4.6: Dạng sóng ngõ tần số cắt 64 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: 𝐴𝑀𝐵 = − 0.836 = −19.0867 (𝑉/𝑉) 0.0438 65 Tần số cắt đo được: ( Với 𝑣𝑜−𝑝𝑝 = → Tần số cắt dưới: 𝑓𝐿𝐶 = 68.65 𝐻𝑧 • Thí nghiệm 5: 𝑣𝑜−𝑝𝑝 𝑀𝐵 = 0.591V) √2 Tần số cắt trên: 𝑓𝐻𝐶 = ∞ Chọn Vi-pp = 43.8mV Cobext = 1nF, → Vo-pp tần số dãy là: 0.876V f(Hz) 100 200 300 Vo-pp(V) 0.756 0.836 0.836 AV 17.260 19.087 19.087 20logA v 24.74 500 1k 0.876 0.876 20 20 5k 10k 0.718 0.538 50k 70k 100k 135.6m 99.6m 71.6m 16.393 12.283 3.096 2.274 1.635 25.614 25.614 26.02 26.02 24.293 21.786 9.816 7.136 4.27 Độ lợi dãy giữa: 𝐴𝑀𝐵 = − 0.876 = −20 (𝑉/𝑉) 0.0438 ( Với 𝑣𝑜−𝑝𝑝 Tần số cắt đo được: = → Tần số cắt dưới: 𝑓𝐿𝐶 = 70.4 𝐻𝑧; √2 𝑣𝑜−𝑝𝑝 𝑀𝐵 = 0.619V) Tần số cắt trên: 𝑓𝐻𝐶 = 7.017 𝑘𝐻𝑧 → Vẽ đáp ứng tần số Đáp ứng tần số thí nghiệm 26 24 22 20 18 16 14 12 10 100 200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 66 Phân tích so sánh vá kết luận 5.1 Đo phân cực DC Kết đo giống với lý thuyết, 𝛽 có thay đổi đặc trưng mạch thiết bị đo chưa đo xác Đo vo, Av 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 5.2 + 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 tần số cao độ lợi áp tần số cắt giảm so với Cobext=0 Cụ thể, Cobext =0, tần số cắt fHC = ꝏ Cobext =15pF, tần số cắt fHC = 65.3 kHz Cobext = 30pF, tần số cắt fHC = 45.9 kHz + Trường hợp Cobext=15pF sai số trình đo dẫn đến hình dạng đáp ứng tần số khơng mong muốn + Trong q trình tiến hành thí nghiệm có nhiều lần dây bị lỏng dẫn đến dạng sóng bị nhiễu khơng quan sát b) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp Từ công thức phần sở lý thuyết ICQ tính 𝐴𝑀𝐵 (𝑙𝑡) = −22.6 => Kết đo gần giống với lý thuyết, sai lệch thiết bị đo 𝛽 thay đổi, dây dẫn bị lỏng nên kết quan sát bị nhiễu 𝑓𝐿1 = = 0.428 𝐻𝑧 2𝜋𝐶𝐶𝑖 [𝑅𝑖 + 𝑅𝐵 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 ] 𝑓𝐿2 = = 0.241 𝐻𝑧 2𝜋𝐶𝐶𝑜 (𝑅𝐶 + 𝑅𝐿 ) 67 𝑓𝐿3 = 𝑟 + (𝑅𝐵 ||𝑅𝑖 ) 2𝜋𝐶𝐸 [𝑅𝐸2 || (𝑅𝐸1 + 𝜋 )] 𝛽+1 = 56.92 𝐻𝑧 Tần số cắt thấp: 𝑓𝐿𝐶 = 𝑓𝐿1 + 𝑓𝐿2 + 𝑓𝐿3 = 57.589 Hz → 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 Tần số cắt cao: - Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 𝑓𝐻1 = = 420610.9𝐻𝑧 2𝜋𝐶𝑖𝑛 [𝑅𝑖 ||𝑅𝑏 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 )] 𝑓𝐻2 = = 81652922.6 𝐻𝑧 2𝜋𝐶𝑜𝑢𝑡 [𝑅𝐶 ||𝑅𝐿 ] → Tần số cắt cao vô lớn, kết đo không xác định tần số cắt cao - Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 1𝑛𝐹 𝑓𝐻1 = = 6664.32 𝐻𝑧 2𝜋𝐶𝑖𝑛 [𝑅𝑖 ||𝑅𝑏 ||(𝑟𝜋 + (𝛽 + 1)𝑅𝐸1 )] 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