Báo cáo thí nghiệm bài 1 kiểm chứng mạch khuếch đại bjt ghép e chung dc và ac ( tần số dãy giữa )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 1 KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG DC VÀ AC ( TẦN SỐ DÃY GIỮA ) GVHD Trần Quang Việt Thành viên nhóm 1 Võ Trần Ngọc Lượng 1712095 2 Võ[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 1: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG : DC VÀ AC ( TẦN SỐ DÃY GIỮA ) GVHD: Trần Quang Việt Thành viên nhóm: Võ Trần Ngọc Lượng 1712095 Võ Thành Nhân 1712454 Phạm Nguyễn Quỳnh Như 1712533 MỤC LỤC I Mục tiêu thí nghiệm .1 II Các lý thuyết phải kiểm chứng 1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp .1 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp III Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng 1.Lựa chọn kiện đầu vào: 2.Phương pháp đo đạc đại lượng .6 IV Các kết thí nghiệm .9 Đo hệ số khuếch đại áp (hfe) Đo phân cực tĩnh DC 10 Đo độ lợi áp 10 Đo trở kháng vào mạch 12 Đo trở kháng ngõ mạch .13 V Các phân tích so sánh kết luận 14 Giá trị hệ số khuếch đại áp (hfe) 14 Giá trị phân cực tĩnh DC 14 Giá trị độ lợi áp (Gv ) .15 Giá trị điện trở ngõ vào Zi .16 Giá trị điện trở ngõ Zo 16 VI Công việc thành viên thang điểm đánh giá chéo 17 PHỤ LỤC .19 I Mục tiêu thí nghiệm - Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng ngun lý hoạt động thông số mạch khuếch đại ghép E chung Những số liệu sai lệch tính tốn lý thuyết đo thực tế đưa nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu hiểu thêm sai số mơi trường thực nghiệm ( Các phân tích cụ thể nhóm trình bày mục V ) - Trong q trình thí nghiệm, thí nghiệm giúp nhóm thêm tự tin việc sử dụng thiết bị đo phịng thí nghiệm ( hộp thí nghiệm chính,máy đo đa Fluke, máy dao động ký…) thao tác thực lắp mạch thực đo đạc để lấy số liệu cần thiết - 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 q trình thực lắp mạch đo đạc Cụ thể : nhóm gặp cố đo dịng Ic Ib để tính độ lợi hfe, thành viên lúng túng thực phương pháp đo dòng tìm lỗi mắc dây sai sửa chữa vấn đề II Các lý thuyết phải kiểm chứng Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp  Nguyên lý hoạt động: - Mạch khuếch đại ghép E chung (CE) có tín hiệu vào chân B tín hiệu chân C - Mạch có cực E thường nối xuống đất qua tụ nối xuống đất để loại bỏ thành phần xoay chiều nên tín hiệu đưa từ cực B sang cực C - Chức mạch: Khuếch đại tín hiệu ngõ so với ngõ vào mặt điện áp dòng - Chức tụ điện mạch: + Các tụ decoupling Ci Co có tác dụng cho tín hiệu vào với thành phần xoay chiều (AC) qua, ngăn áp chiều lại + Tụ bypass CE nối vào chân E để thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống (nối đất)  Tính tốn lý thuyết: Sử dụng hfe    288 VBE  0.6132 V đo thực nghiệm  Điểm phân cực tĩnh DC: Ta có: RTH  RB1  RB  VTH  12  18  5.6  4.27k  18  5.6 RB 5.6  12   2.85 V RB1  RB 18  5.6 Áp dụng KVL cho Loop I, ta có: VTH  RTH I BQ  VBE  (   1).( RE1  RE ).I BQ  I BQ  RTH VTH  VBE 2.85  0.6132   0.0175 mA  (   1).( RE1  RE ) 4.27  (288  1).0,412  I CQ   I BQ  5.04 mA VC  12  RC I CQ  12  5.04  6.96 V VE  ( RE1  RE ).I CQ  1  2.084 V   VCEQ  VC  VE  6.96  2.084  4.88 V Ta thấy VCEQ  VCEQ ,sat nên BJT hoạt động miền tích cực  Độ lợi áp Gv mạch: Giải mạch chế độ AC, tụ xem ngắn mạch Sơ đồ tương đương tín hiệu bé: Ta có thơng số: gm  I CQ VT  5.04  201.6 (mA/V) 0.025  288   1.43 k g m 201.6 4.27  1.43 Z i  RTH r   1.071 k 4.27  1.43 Trở kháng ngõ vào: r  Trở kháng ngõ ra: Z o  RC  k Độ lợi áp mạch: Gv  Vo Vo v Zi 5.6 1.071     g m  ( RC  RL )   201.6    88.46 (V/V) Vi v Vi Zi  Ri  5.6  1.071 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp  Nguyên lý hoạt động: Tương tự mạch khơng hồi tiếp  Tính toán lý thuyết:  Điểm phân cực tĩnh DC: tương tự mạch ghép E chung không hồi tiếp  Độ lợi áp Gv mạch: Giải mạch chế độ AC, tụ xem ngắn mạch Sơ đồ tương đương tín hiệu bé: Ta có thơng số: g m  201.6 (mA/V) r  1.43 k Trở kháng ngõ vào: Z i  RTH  r  (   1).RE1   4.27  (1.43  289  0.022)  2.76 k 4.27  1.43  289  0.022 Trở kháng ngõ ra: Z o  RC  k Độ lợi áp mạch: Gv  Vo Vo v vb r Zi      g m  ( RC  RL )   Vi v vb Vi r  (   1).R E1 Z i  Ri = -201.6  5.6 1.43 2.76    23.112 (V/V)  5.6 1.43  289  0.022 2.76  III Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng 1.Lựa chọn kiện đầu vào: - Trong thí nghiệm này, ngoại trừ thông số Ri RL để đo trở kháng ngõ vào ra, hầu hết giá trị linh kiện lại ta lấy theo giá trị mạch hình (Ở phần II) - Chọn Ri1  k , Ri  2.7 k RL1  5.6 k , RL  6.8 k Lý do: giá trị có sẵn Module mạch, gần vị trí cần lắp, khoảng cách giá trị Ri RL không nhỏ để giá trị trở kháng vào tính theo cơng thức khơng bị âm Ngồi ra, chọn nhiều giá trị khác nhằm đa dạng hóa mạch đảm bảo giá trị Zi Zo 2.Phương pháp đo đạc đại lượng hfe BJT: Do ảnh hưởng I C lên hệ số khuếch hfe cách đo dòng I B I C sau xác định hfe đại nên ta tiến hành đo  Đo hệ số khuếch đại hfe  IC I B (Thực Module Mạch DC) theo công thức:  Đo phân cực tĩnh DC: đo phân cực phải ngắn mạch nguồn AC Thiết bị I đo áp, dòng phải để chức DC Đo ghi lại giá trị CQ , VCEQ VBE , Module mạch DC:  Đo độ lợi áp mạch: - Cho mạch hoạt động chế độ AC, không tháo bỏ nguồn ni DC - Chỉnh tín hiệu nhỏ: quan sát ngõ mạch dao động ký, tăng biên độ máy phát sóng thấy ngõ méo dạng sau tiến hành giảm biên độ máy phát sóng ngõ khơng cịn méo dạng, ta tiến hành đo độ lợi áp mạch (chọn hai giá trị biên độ ngõ vào để đo độ lợi áp sau lấy trung bình) - Chỉnh tần số dãy giữa: Dùng dao dộng kí quan sát ngõ ngõ vào mạch Lúc đầu đặt máy phát sóng tần số thấp (vài chục Hz), sau tăng dần lên thấy tín hiệu ngõ vào ngõ pha ngược pha (khoảng vài kHz để điện trở tụ mạch gây tối thiếu, tăng độ xác cho mạch) - Xác định độ lợi áp cách lấy tỉ số biên độ (đỉnh – đỉnh) ngõ với ngõ vào G  Gv Gv  v1 Module mạch ghép E chung không hồi tiếp: Module mạch ghép E chung có hồi tiếp:  Đo trở kháng vào mạch: - Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy - Với giá trị Ri chọn trước ( Ri1  k , Ri  2.7 k ), giữ nguyên biên độ máy phát sóng, đo ghi lại giá trị đỉnh ngõ VO1 , VO Từ tính Ri1  Z i VO  R  Z VO1 i i trở kháng vào mạch theo công thức:  Đo trở kháng mạch: - Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy - Với giá trị RL chọn trước ( RL1  5.6 k , RL  6.8 k ), giữ nguyên biên độ máy phát sóng, đo ghi lại giá trị đỉnh ngõ VO1 , VO Từ tính RL ( RL1  Z o ) VO  R ( R  Z ) VO1 L L o trở kháng mạch theo công thức: IV Các kết thí nghiệm Đo hệ số khuếch đại áp (hfe) Tiến hành thí nghiệm mạch DC Mạch khuếch đại E chung- hoạt động chế độ tích cực : - Dịng I B đo được: I B=0,018 mA - Dòng I CQ đo được: I CQ =5,182mA I 5,182 CQ Độ lợi áp hfe xác định theo công thức: hfe =β= I = 0,018 ≈ 288 B Đo phân cực tĩnh DC Tiến hành thí nghiệm mạch DC Mạch khuếch đại E chung- hoạt động chế độ tích cực : - Dịng I CQ đo được: I CQ =5,182mA Dòng I E đo được: I E =5,015 mA Chênh lệch áp hai chân B E đo được: V BE =0,6132 V Điện áp phân cực tĩnh V CEQ đo được: V CEQ =4,625 V Đo độ lợi áp  Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC ta bảng giá trị: Tần số f (Hz) 2,777k 2,777k Biên độ áp ngõ vào V i (mV) 55,6 58,4 Giá trị độ lợi áp trung bình : Gvtb = Biên độ áp ngõ V o (V) 3,98 4,32 Độ lợi áp G v (V/V) -71,58 -73,97 G v1 +G v −71,58−73,97 = =−72,775 (V/V) 2 Sai số độ lợi áp : thuyết −Giá trị đo |Giá trịGiátínhtrịtheolý |.100 tính theolý thuyết −88,46−(−72,775) ¿| |.100=17,73 % −88,46 % Sai số = Giá trị độ lợi áp : Gv =G vtb ± % Sai số Gvtb=−72,775 ∓ 12,9(V/V) @Hình minh họa Dao động ký: 10  Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp : Tiến hành thí nghiệm mạch AC ta bảng giá trị: Tần số f (Hz) 2,777k 2,777k Biên độ áp ngõ vào V i (mV) 41,5 42,6 Giá trị độ lợi áp trung bình : Gvtb = Biên độ áp ngõ V o (V) 0,95 1,04 G v1 +G v −22,89−24,41 = =−23,65 (V/V) 2 Sai số độ lợi áp : Giá trị tính theolý thuyết −Giá trị đo 100 % Sai số ¿ Giá trị tính theolý thuyết | ¿ | Độ lợi áp G V (V/V) -22,89 -24,41 | | −23,112−(−23,65) 100=2,328 % −23,112 Giá trị độ lợi áp : Gv =G vtb ± % Sai số Gvtb=−23,65 ∓ 1,254 (V/V) @Hình minh họa Dao động ký: 11 Đo trở kháng vào mạch  Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào V i , thay đổi giá trị Ri ta bảng giá trị: Điện trở Ri (kΩ) 2,7 Biên độ áp ngõ V o (V) 6,6 3.68 Giá trị Tổng trở ngõ vào : R i 1+ Z i V o2 Ta có: R + Z = V => Zi = i2 i o1 Ri V o 2−Ri V 01 2,7.3,68−1.6,6 = =1,142kΩ V o 1−V o 6,6−3,68 12  Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào V i , thay đổi giá trị Ri ta bảng giá trị: Điện trở Ri (kΩ) 2,7 Biên độ áp ngõ V o (V) 2,2 1,5 Giá trị Tổng trở ngõ vào : R i 1+ Z i V o2 Ta có: R + Z = V => Zi = i2 i o1 Ri V o 2−Ri V 01 2,7.1,5−1.2,2 = =2,643 kΩ V o 1−V o 2,2−1,5 Đo trở kháng ngõ mạch  Mạch khuếch đại E chung khơng hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào V i , thay đổi giá trị R L ta bảng giá trị: Điện trở R L (kΩ) 5,6 6,8 Biên độ áp ngõ V o (V) 6,6 6,8 Giá trị Tổng trở ngõ : R L (R L 1+ Z o ) V o Ta có: R (R + Z )= V L1 L2 o o1 (V −V )R R ( 6,8−6,6 ) 5,6 6,8 o2 01 L1 L2 => Z o= V R −V R = 6,6.6,8−5,6.6,8 =1,12 kΩ o L2 o L1  Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào V i , thay đổi giá trị R L ta bảng giá trị: Điện trở R L (kΩ) 5,6 6,8 Giá trị Tổng trở ngõ : Biên độ áp ngõ V o (V) 2,2 2,26 13 R L (R L 1+ Z o ) V o Ta có: R (R + Z )= V L1 L2 o o1 (V −V ) R R ( 2,26−2,2 ) 5,6.6,8 o2 01 L1 L2 => Z o= V R −V R = 2,2.6,8−5,6.2,26 =0,992 kΩ o L2 o L1 V Các phân tích so sánh kết luận Giá trị hệ số khuếch đại áp (hfe)  Nhận xét: Giá trị thực nghiệm đo mạch (hfe =288) lớn không nằm vùng khảo sát hfe theo thông số BTJ 2SD468 (85