Báo cáo đồ án tt mạch tương tự nhóm 1 đề tài số 1 thiết kế mạch khuếch đại một tầng với tín hiệu nhỏ

ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA �&� BÁO CÁO ĐỒ ÁN TT MẠCH TƯƠNG TỰ NHÓM 1 ĐỀ TÀI SỐ 1 THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI MỘT TẦNG VỚI TÍN HIỆU NHỎ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Th S Nguyễn Thị Trâm TIỂU NHÓM 1 (ST7) Ngu[.]

ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA —&–&– BÁO CÁO ĐỒ ÁN TT.MẠCH TƯƠNG TỰ NHÓM ĐỀ TÀI SỐ 1: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI MỘT TẦNG VỚI TÍN HIỆU NHỎ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Thị Trâm TIỂU NHÓM (ST7): Nguyễn Trọng Nhân B2016722 Nguyễn Quốc Lĩnh B2016777 Võ Trọng Nghĩa B2016782 Nguyễn Chí Nguyện B2016785 Nguyễn Hùng Thắng B2016799 Yêu cầu: Dùng BJT NPN ráp theo cực phát chung liên lạc tụ điện cho độ lợi điện toàn mạch :AVT khoảng 100 Dùng nguồn Vcc = ±12V I.Cơ sở lý thuyết mạch khuếch đại Khái niệm Khuếch đại trình biến đổi dại lượng ( dòng điện điện áp ) từ biên độ nhỏ ngõ vào thành biên độ lớn nhiều ngõ mà không làm thay đổi tần số Mạch khuếch đại sử dụng hầu hết thiết bị điện tử, mạch khếch đại âm tần Aamply, khếch đại tín hiệu video, Có loại mạch khuếch đại chính: Khuếch đại điện áp: mạch ta đưa tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu ta thu tín hiệu có biên độ lớn nhiều lần Mạch khuếch dại dòng điện: mạch ta đưa tín hiệu có cường độ yếu vào, đầu thu tín hiệu cho cường độ dòng điện mạnh nhiều lần Mạch khếch đại cơng suất: mạch ta đưa tín hiệu có cơng suất yếu vào, đầu ta thu tín hiệu có cơng suất mạnh nhiều lần, mạch kết hợp mạch khuếch đại điện áp khuếch đại dòng điện làm Transistor sử dụng rong mạch khuếch đại gồm: FET BJT Phân cực transistor BJT Ta biết BJT hoạt động vùng: Vùng tác động: vùng khuếch đại hay tuyến tính Nối phát-nền ( E-B) phân cực thuận Nối thu-nền (C-B) phân cực nghịch Vùng bão hòa: Nối phát-nền (E-B) phân cực thuận Nối thu-nền(C-B) phân cực nghịch Có phân cực transistor sau: Trong có cách phân cực tổng quát: - Cách 1: phân cực cầu phân áp Cách 2: phân cực hồi chia điện áp Với mõi cách phân cực ta có cách đưa tín hiệu vào/ra: - Mạch cực phát chung ( E chung ): tín hiệu vào cực B cực C Mạch cực thu chung (C chung ): tín hiệu vào cực B cực E Mạch cực cung ( B chung ): tín hiệu vào cực E cực C Xem xét đặc tuyến BJT mắc theo kiểu cực phát chung trình bày hình sau : Từ đặc tuyến ngõ ta thấy vùng hoạt động transistor: vùng bão hòa, vùng tác động, vùng ngưng Từ đặt tuyến ngõ vào đặc tuyến ngõ ra, suy đặc tuyến truyền đạt transistor BJT Đặc tuyến truyền đạt biểu diễn thay đổi dòng điện ngõ Ic theo điện áp ngõ vào V BE với điện áp ngõ làm thơng số Trong vùng tác động, tuyến truyền đạt có dạng hàm mũ Khi dịng I B tăng VBE tăng, VBE tăng lượng nhỏ IC tăng lượng lớn, tính khuếch đại transitsor Mạch tương đương xoay chiều BJT Transistor BJT linh kiện phi tuyến, xét với tín hiệu phạm vi biến thiên nhỏ mức độ phi tuyến ảnh hưởng khơng lớn, nên xem mạch tuyến tính Trong chế độ tín hiệu nhỏ tuyến tính transistor vẽ thành mạch xoay chiều gồm điện trở nguồn dòng, để tính tốn phân tích theo ngun lý lý thuyết mạch điện Trong báo cáo này, khảo sát chủ yếu BJT NPN theo yều cầu đề tài phân tích tín hiệu nhỏ theo mơ hình thơng số re BJT linh kiện điều khiển dịng dịng vào nên mơ hình tương đương xoay chiều ln có nguồn dòng điều khiển dòng điện khác Với mơ hình tương đương xoay chiều BJT, tổng trở vào tổng trở ta có mạch tương đương kiểu re Trong kiểu tương đương thường dùng chung mạch cho kiểu ráp cực phát chung cực thu chung mạch riêng ráp cho cực chung - Mạch cực phát chung ( E chung ) thu chung ( C chung ): Tính khuếch đại transitor BJT Xem mạch điện: Giả sử ta đưa tín hiệu xoay chiều có dạng hình sin, biên độ nhỏ vào chân B transistor BJT hình Điện áp chân B ngồi thành phần phân cực chiều VB cịn có thành phần xoay chiều tín hiệu Vi(t) chồng lên VB(t) = VB + Vi(t) Khi VB(t) > VB, tức bán kỳ dương tín hiệu, VBE tăng tức dòng IB tăng IC = βIB nên dòng cực thu IC tăng Ngồi ta có iC(t) = IIB nên dịng cực thu IC tăng Ngồi ta có iC(t) = I C + IC(t), điện áp cực thu: VC(t) = VCC – RCIC(t) giảm trị số tĩnh VC - Khi V B(t) < VB, tức bán kỳ âm tín hiệu, dòng IB giảm đưa đến dòng dòng IC giảm lúc vC(t) tăng trị số tĩnh VC Như mạch ta thấy V C(t) biến thiên ngược chiều với vB(t), tức vo(t) ngược p m với vi(t) Định nghĩa tỉ số: o v i v (t) A v (t) độ khuếch đại (hay độ lợi) điện áp mạch Xem xét mạch tương đương xoay chiều mạch hình Về mạch xoay chiều tụ liên lạc C1, C2 tụ phân dòng CE xem nối tắt Tụ CE mắc song song với điện trở RE mạch tương đương khơng cịn RE Ta vẽ mạch tương đương xoay chiều mạch sau: Từ sơ đồ khối mạch tương đương xoay chiều, ta có: Độ lợi điện áp: Một đặc tính quan trọng mạch khuếch đại độ lợi điện áp, tỷ số điện áp ngỏ ngỏ vào: Av = V Vi - Độ lợi dòng điện: Độ lợi dòng điện xác định phương trình: Ai = V Vi Tổng trở vào Zi: Tổng trở vào Zi xác định định luật Ohm có phương trình: I Av = Ii - Tổng trở Zo: Tổng trở thường xác định đầu ngỏ hồn tồn khác với tổng trở Sự khác là: tổng trở xác định đầu ngỏ nhìn vào hệ thống khơng có tín hiệu ngỏ vào Z0= V0 I0 - Độ lợi công suất: P V 0.i Ap = Pi = ViIi =AvAi Mạch khuếch đại cực phát chung Tín hiệu đưa vào cực B, lấy cực thu C Cực phát E dùng chung cho ngõ vào ngõ A Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực cố định ổn định cực phát mạch tương đương xoay chiều trình bày hình Trong trị số βIB nên dịng cực thu IC tăng Ngồi ta có iC(t) = I nhà sản xuất cung cấp Trị số re tính từ mạch phân cực: ICQ xác định công thức sau: Ghi chú: VBE = 0,7V với transistor BJT Silicon VBE = 0,3V với transistor BJT Germanium Các tụ C1 C2 ngõ vào ngõ xem nối tắt (dung kháng nhỏ) Từ mạch tương đương ta tìm thơng số mạch sau: Độ lợi điện áp Do βIB nên dòng cực thu IC tăng Ngồi ta có iC(t) = I>>1 nên: Tổng trở vào: Độ lợi dòng điện: Tổng trở ra: B Mạch khuếch đại cực phát chung với kiểu phân cực cầu phân áp Độ lợi điện áp : Tổng trở vào: Tổng trở ra: Độ lợi dòng điện: II Lên ý tưởng thiết kế tiến hành thí nghiệm Ý tưởng thiết kế mạch Chọn BJT C828 Nguồn Vcc = 12V VCE 2Vcc = 6V VE 10 Vcc =1.2V IC = 2mA = 100 26 mV IC re = Tính tốn giá trị lựa chọn linh kiện RE = VE IE = 600kΩ  chọn RE = 560Ω =13Ω VC=VCE+VE=4,5V+0.9V=5.5V => RC= Vcc −Vce −Ve = 12V −5 V −1.2 V Ic mA  =¿2.4kΩ  chọn RC=1.8kΩ RE ≥ 10R2 => R2=5.6kΩ VB=VBE+Ve=1.9V VB=Vcc R2 R1+R2 = 12 5.6 kΩΩ =>> R1=31kΩ =>> chọn R1=30kΩ R 1+5.6 kΩΩ Ước lượng hiệu chỉnh để đạt độ lợi Av toàn mạch mong muốn Các linh kiện sử dụng Điện trở :  điện trở 33KΩ điện trở 5,6KΩ điện trở 560Ω điện trở 1.8KΩ Tụ: a) b) c) tụ hóa 1uF tụ hóa 100uF BJT C828 Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm phần mềm phô Từ ý tưởng thiết kế mạch ta có mạch mơ sau : Thí nghiệm thực tế Mạch thực tế: III Kết thu Dạng tín hiệu từ phần mềm mơ Dạng tín hiệu từ đo thực tế IV Đánh giá kết luận Qua việc thiết kế mạch khuếch đại dùng transistor giúp cho sinh viên hiểu rõ kiến thức học q trình mơ thiết kế mạch Mạch thực tế tạo tín hiệu tương đối so với mơ Multisim Mạch thiết từ linh kiện đơn giản đảm bảo công dụng mạch Mạch làm với yêu cầu đề tài V Tài liệu tham khảo Giáo trình mạch điện tử thầy Trương Văn Tám 10