(Tiểu luận) báo cáo thí nghiệm môn thí nghiệm mạch điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Bộ môn Điện Tử - - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Mơn : Thí nghiệm mạch điện tử LỚP: TND1 Giáo viên: Trần Quang Việt NHÓM TÊN: Đỗ Tuấn Hào MSSV: 1711154 Nguyễn Mỹ Hằng 1711215 Trần Quang Duy 1710820 TPHCM- THÁNG 11 NĂM 2018 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử MỤC LỤC I M ục têu thí nghiệm: II Các lý thuyêết phải kiểm chứng: 1 Chức 2 Nguyên lý ho ạt động Thông sôế mạch Tính tốn lý thuết: .3 Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát .5 III/ L ựa ch ọ n d ữki n ệ đầầu vào ph ương pháp đo đ ạc đ ại l ượng: L ự a ch ọ n d ữki n ệ đầầu vào: Phương pháp đo đ ạc đại lượng: Đo giá trị phân cực tĩnh DC: .8 Đo độ lợi cách chung: Đo độ lợi vi sai : 10 IV Các kêết qu ảthí nghiệm: 11 Đo phân cực tĩnh DC .11 Đo độ lợi cách chung Acm 12 Đo độ lợi vi sai Ad .12  PHẦẦN PHỤ LỤ C HÌNH ẢNH: 13 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử I Mục tiêu thí nghiệm: - Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng nguyên lý hoạt động thông số mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Những số liệu sai lệch tính tốn lý thuyết đo thực tế đưa nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu hiểu thêm sai số môi trường thực nghiệm ( Các phân tích cụ thể nhóm trình bày mục V ) - Trong q trình thí nghiệm, thí nghiệm giúp thành viên nhóm thành thạo việc sử dụng dụng cụ thí nghiệm (dao động ký, máy đo đa ), nắm rõ quy tắc an tồn phịng thí nghiệm - Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho thành viên khả làm việc nhóm chung, phân chia xếp công việc hợp lý, đặc biệt hết rèn luyện khả xử lý vấn đề nhóm gặp cố trình thực lắp mạch đo đạc II Các lý thuyết phải kiểm chứng: M ạch khuêếch đ ại vi sai v ới cực phát M ạc h khếch đ iạvi sai v iớngần dịng ởc ực phát 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử 1 1 1 1 1 1 Chức Có khả khuếch đại tín hiệu có tần số nhỏ( tín hiệu chiều, có tần số vài Hz), giảm thiểu tiếng ồn linh kiện cản trở từ bên Liên kết tầng mà không cần dùng đến tụ Khuêếch đ i ạvi sai đ ượ c s dử ng ụ đ khuêế ể ch đ i ạtn hi uệcó tầần sơế gi ới h ạn d ưới nh ỏ(t ới vài Hz), g ọi tn hi ệu biêến thiên ch m ậ hay tn hi uệm tộ chiêầu Khuêếch đ iạvi sai c ơs ởđ ểxầy d ng ự khuêếch đ iạthu ật toán sử dụng Op- Amp Nguyên lý hoạt động Khuêếch đ i viạ sai có tn hi u ệra khơng t l ỉ vệ i ớtr ị ệt đôếi c tn hi ệu vào mà t ỉ l ệ v ới hi ệu hai tn hi ệu vào M chạkhuêếch đ i viạ sai có hai n ệáp ngõ vào Nêếu đ t ặvào hai nệáp tn hi uệbăầng vêầ đ ộ l ớn, m chạ sẽẽ ph nả ứng v i tn hi ệu ng ượ c pha không ph nả ứ ng v i tn hi u ệ đôầng pha Thông số mạch Mạch gồm hai BJT giống thơng số nguồn dịng Emitter điện áp chân, điện trở mắc vào chân C, B hai BJT giống hệt () Điện trở mắc chung vào chân E hai BJT (đối với mạch khuếch đại vi sai với cực phát) BJT điện trở đóng vài trị nguồn dòng (đối với mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát) Tải mắc vào chân C BJT thơng qua tụ BJT 2SD468 có thông số mạch Tụ : ngăn cản ảnh hưởng tải mạch DC 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Điện trở : điện trở hồi tiếp âm, giúp ổn định phân cực chân C, giảm lưởng biến thi q`ên dòng cực phát Nguồn dịng có tổng trở lớn, làm giảm CMRR ( hệ số tiệt tiêu dòng đồng pha), tăng khả ứng dụng mạch vi sai Tính tốn lý thuyết: Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Tìm điểm phân cực tĩnh DC Xét Ta có VE1 = VE2 = RE (IE1 + IE2) + (-12) = 2IE1RE – 12 = 2IE2RE – 12 Do mạch hoàn toàn đối xứng, ta tách thành nhánh mạch với R’E = 2RE Giả sử hai BJT hoạt động chế độ tích cực thuận _Xét định lý KVL vòng BE: I B RB1 VBE  2RE I E  12 0  IB  12  VBE 0.0042( mA) RB1  2(  1)RE  I E1 I E2 1.01(mA)  I C1 I C2   VCE1 VCE Ta thấy  I E 1(mA)  1 12  (  12)  IC1 ( RC1  RE ) 7.2(V ) VCE1 VCE2 7.2V  VCE sat nên giả định đặt ban đầu Vậy Q1 (1.5mA;7.2V ) Q2 (1.5mA;7.2V ) _Xét mạch chế độ AC, vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ ( model): 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Do BJT phân cực điểm tĩnh nên g m1 g m g m  ICQ VT r1 r2 r  40(mA )  6( k ) gm Xét KCL node E ta có: v 1 v v  gm v  gm v  1  E r r RE 1  1  v  v 1( )  v ( ) E r r RE Mặt khác: v 1 v1  vE v  v  v E ;   r RB  r r RB  r ( v1  v2  2vCE ) Do đó: Ta có v1 vcm  vd / v v1  v2 1   E  vE  r  RB r  RB RE 2  (1  ) RE v2 vcm  vd /  vE  1 vcm R B  r 2(   1) R E vo  gm v [RC / / RL ]  g m[RC / / R L ] r (v  v ) RB  r E  g m[RC / / R L ] r v (v cm  d  1 RB  r v cm ) R B  r 2(  1) R E  Ad vd  Acmvcm Từ suy ra: r  [RC / / RL ]   Ad g m [RC / / RL ] 2( R  r )  2( R  r ) 63.6(V / V )    B B    [RC / /RL ] A   0.5(V / V )  cm R B  r  2(  1)R E 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử CMRR  Ad 127.2 Acm Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát Tìm điểm phân cực tĩnh DC Xét Sử dụng sơ đồ tương đương Thevenin ta có: RTH R J / / RJ 3.4(k ) RJ V TH  (  12)  6(V) R J1  R J Giả sử BJT hoạt động miền tích cực Xét KVL ta có: I B3  V TH  12  V BE  0.008(mA) RTH  (  1) RE I E1 2 I E I C  I B3 1.94( mA)  I E1 I E 0.97( mA)  IC IC   I E1 0.968(mA)  1 KVL: I B1 RB1  VBE  VCE3  I E3 RE3 12  VCE3 6.06(V ) KVL: 12 I C1 RC1 VCE1 VCE3  I E3 RE  12  VCE VCE 7.28(V ) Ta thấy VCE1 VCE  VCEsat VCE3  VCEsat nên giả định đặt ban đầu _Xét mạch chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tính hiệu nhỏ ( model): 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử  [R C / /R L ]   Ad  2( R  r ) 61.9(V / V )   B   A    [RC / / RL ]  cm RB  r 2(  1) Ro Tương tự ta có:  V Ro ro  A I C V điện áp Early, V A   nên Ro   Với A Do Acm -> 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử 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 không chọn theo thông số mạch BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo thí nghiệm dùng số liệu để tín tốn lý thuyết Ngun 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 (=1k2Ω) Mục đích để tạo giá trị ngược pha cho hai giá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn nhỏ để khơng làm ảnh hưởng đến thông số mạch Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC lại ta chọn theo giá trị danh sách linh kiện bên Phương pháp đo đạc đại lượng: Đo phân Do sô hfe hành định thức giá trị cực tĩnh DC: ảnh hưởng dòng lên hệ khuếch đại áp nên ta tiến đo hệ số hfe cách đo dịng dịng , xác theo cơng Đo chênh lệch áp chân B chân E BJT, đảm bảo Dùng số liệu đo để tính tốn lý thuyết mạch so sánh với kết thực nghiệm 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Module mạch phân cực tĩnh DC Mạch khuếch đại E chung với cực phát Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát 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 tồn giống nhau( pha biên độ) 0 Tieu luan Mơn: mạch điện tử Cấp tín hiệu vào 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 dao động ký Tính độ lợi cách chung theo cơng thức ,với Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối cực phát) 10 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối nguồn dòng cực phát) 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 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 , mắc để 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 dao động ký Tính độ lợi cách chung theo cơng thức ,với 11 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối cực phát) Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dòng cực phát) 12 0 Tieu luan Mơn: mạch điện tử IV Các kết thí nghiệm: Đo phân cực tĩnh DC  Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Dòng đo được: Dòng đo được: Chênh lệch áp hai chân B E đo được: Điện áp phân cực tĩnh đo được: Độ lợi áp hfe xác định theo công thức:  Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát Dòng đo được: Dòng đo được: Chênh lệch áp hai chân B E đo được: Điện áp phân cực tĩnh đo được: Độ lợi áp hfe xác định theo công thức: Đo độ lợi cách chung Acm Tiến hành theo module mạch, ta bảng giá trị: Acm (V/V) Mạch khuếch đại vi sai V0 V1 V2 Vcm Lý thuyết Thực nghiệm RE cực phát 3,2V 9,2V 9,2V 9,2V -0.5 -0.35 Nguồn dòng cực phát 0,76V 9,2V 9,2V 9,2V 0,0083 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.1 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dịng cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.2 Đo độ lợi vi sai Ad Tiến hành theo module mạch, ta bảng giá trị: 13 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: (phần phụ lục Ad (V/V) Mạch khuếch V0 V1 V2 Vd Lý Thực đại vi thuyết nghiệm sai RE cực phát Nguồn dòng cực phát hình ảnh): hình 1.3 7,22V -0,17V 0,17V 0,34V 63,6 21,18 2,8V -0,026V 0,026V 0,052V 61,9 53,85 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.4 VI Kết luận nhận xét - - - Độ lợi cách chung Acm đo khác với lý thuyết ( Bằng 0) tính tốn lý thuyết ta giả sử nguồn dịng lý tưởng ( Trở nguồn dòng 0) thực mạch thực, giá trị trở nguồn dòng tồn Độ lợi vi sai giảm mắc trở RE thay nguồn dịng chân E, mắc thêm điện trở RE tổng trở ngõ vào mạch chế độ vi sai tăng, dẫn đến vd tăng mà vd tỉ lệ nghịch với độ lợi nên Ad giảm Bổ sung: dựa vào dao động ký, đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai có nguồn dịng cực phát, ta thấy vcm lệch pha 900 so với vi Ta giải thích, lắp nguồn dịng hay bjt Q3 cực phát để tăng trở hồi tiếp âm, tăng hệ số CMRR giúp triệt tiêu tín hiệu đồng pha (nhiễu ) Khi tín hiệu vào nguồn sin vcm hàm cos, vi dần vcm dần 0, Acm dần giúp cho mạch khuếch đại vi sai trở nên lý tưởng 14 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử VII Bảng đánh giá Được đánh giá Quang Duy Mỹ Hằng Tuấn Hào Kí tên Đánh giá Quang Duy Mỹ Hằng Tuấn Hào 15 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Mạch khuếch đại vi sai RE cực phát Nguồn dòng cực phát Ad (V/V) V0 V1 V2 Vd Lý thuyết Thực nghiệm 7,22V -0,17V 0,17V 0,34V 63,6 21,18 2,8V -0,026V 0,026V 0,052V 61,9 53,85  PHẦN PHỤ LỤC HÌNH ẢNH: (hình 1.1) (hình 1.2) (hình 1.3) (hình 1.4) 16 0 Tieu luan ... Tieu luan Môn: mạch điện tử Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối cực phát) Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dòng cực phát) 12 0 Tieu luan Mơn: mạch điện tử IV Các kết thí nghiệm: ... số liệu đo để tính tốn lý thuyết mạch so sánh với kết thực nghiệm 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử Module mạch phân cực tĩnh DC Mạch khuếch đại E chung với cực phát Mạch khuếch đại vi sai với nguồn... C HÌNH ẢNH: 13 0 Tieu luan Môn: mạch điện tử I Mục tiêu thí nghiệm: - Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng nguyên lý hoạt động thông số mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Những