Bài tập lớn mạch khuếch đại liên tầng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ  MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã lớp học: BAEL340662_21_1_20 BÀI TẬP LỚN: MẠCH KHUẾCH ĐẠI LIÊN TẦNG GVHD: ThS Trương Thị Bích Ngà SVTH Võ Đăng Khoa MSSV 20161329 Đặng Văn Khải 20161325 Đào Thế Hữu Võ Tuấn Kiệt TP HỒ CHÍ MINH - 11/2021 YÊU CẦU BÀI TẬP: a Hãy cho tra cứu thông số β, Cbc Cbe (hay fT ) transistor Q1 Q2 b Vẽ sơ đồ tương đương dc tìm điểm tĩnhQ1, Q2 c Vẽ đường tải DCLL ACLL Q2 Tìm maxswing Vo2 d Vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch e Zi, Zo, AV,AVS, Ai f Hãy vẽ dạng sóng điểm A, B,C, D VS = 0.1sin10000πt (mV).t (mV) g Tìm biên độ tín hiệu vào cực tín hiệu ngõ khơng bị méo h Hãy mơ câu b,f,g Hãy nhận xét kết tính mô i Hãy dùng bode plotter đo băng tần mạch, giải thích đồ thị đo Lưu ý: - Có thể giảm biên độ tín hiệu nguồn tín hiệu bị méo - Báo cáo trình bày PowerPoint, báo cáo ghi rõ mục thành viên thực - Mỗi thành viên phải trả lời câu hỏi phần làm hay cơng việc thành viên nhóm VCC 20V R2 820kΩ R3 2.2kΩ C2 R9 R10 82kΩ 2.2kΩ C3 B C A R4 500Ω V1 0.1mVpk 5kHz 0° C1 1µFF D 1µFF 1µFF Q2 2N2222** Q1 2N2222* R1 1kΩ C4 47µFF R6 10kΩ R5 1kΩ C5 47µFF RL 2.2kΩ BÀI GIẢI : a Các thông số β, Cbc Cbe (hay fT ) transistor Q1 Q2 (2N2222) β (hfe) = 200 b Vẽ sơ đồ tương đương dc tìm điểm tĩnhQ1, Q2 Phân tích DC: xem tụ hở mạch VCC  Tầng 1: 20V R3 2.2kΩ R2 820kΩ Vòng BE B Vòng CE Q1 2N2222 R1 1kΩ Xét vòng BE: - Vcc + IB.R2 + VBE + IC.R1 = Ta có : IB = βIC Vcc − VBE IB= R2+βR1βR1R1 = 20 − 0.7 = 0.0189 mA 820+βR1200.1  IC = 3.78 mA Xét vòng CE: - Vcc + R3.IC + R1.IC =  VCE = Vcc - IC.(R3 + R1) = 20 – 3.78(2.2 + 1) = 7.904 V Q1 (7.904V ; 3.78 mA) Tầng 2:  VCC 20V VCC 20V R10 2.2kΩ R9 82kΩ R10 2.2kΩ C Q2 2N2222 Rth C 8.913kΩ Q2 2N2222** Vòng CE R5 Vth BE 2.174V R5 R6 1kΩ 10kΩ Vth = R6+βR1R9 Rth = R6+βR1R9 R6.R9 = 10+βR182 Vcc.R6 10.82 = 10+βR182 20.10 = 2.174 V = 8.913 k Xét vòng BE: - Vth + IB.Rth + VBE + R5.IC = Ta có : IB = βIC  IB = Vth − VBE = 2.174 − 0.7 = 0.007055 mA Rth +βR1 βR1R5 8.913+βR1200.1  IC = 1.411 mA 1kΩ Xét vòng CE: - Vcc + R10.IC + R5.IC = VCE = Vcc - IC.(R10 + R5) = 20 – 1.411(2.2 + 1) = 15.48 V  Q2 (15.48 V; 1.411 mA) c Vẽ đường tải DCLL ACLL Q2 Tìm maxswing Vo2 Phương trình đường tải DCLL: −Vce Vcc + IC = −Vce + = R10+βR1R5 R10+βR1R5 3.2 20 (A) 3.2 Phân tích ACLL : - f ≠ 0, ≠ 0, giả sử → ∞ , Zc = / = (Ω) Các tụ xem nối tắt Vẽ lại mạch:) Các tụ xem nối tắt Vẽ lại mạch: Q2 2N2222** Q1 2N2222* R4 500Ω 0.1Vpk 5kHz 0° VS R3 2.2kΩ R2 R9 82kΩ R10 2.2kΩ R6 10kΩ 820kΩ Phương trình đường tải ACLL: Có Rac = R10//RL = 1.1 kΩ) Các tụ xem nối tắt Vẽ lại mạch: −Vceτ i cτ = Rac = −Vceτ + 15.48 1.11.1 + ICQ2 Rac + 1.411 (A) Ic(mA) 15.48 + VCEQ2 6.25 RL 2.2kΩ Q2 (15.48; 1.411) Vce(V) 17.03 20 Maxswing Vo2 = 2.min(VCEQ2 ; Rac2.ICQ2 ) 2.min( 15.48; 1.55) = 3.1 (V) d Vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu = nhỏ mạch R4 500Ω hie1 V1 0.1mVpk R2 5kHz 0° 820kΩ 1.376k Ω I1 I = { hfeib1 } R3 2.2k Ω hie2 Rth 3.68kΩ 8.913kΩ I2 I = { hfeib2 } RL R10 2.2k Ω 2.2k Ω e Tính Zi, Zo, AV,AVS, Ai * Zi = R2//hie1 = 820k//1.376k = 1.376 kΩ) Các tụ xem nối tắt Vẽ lại mạch: * Zo = R10 = 2.2 kΩ) Các tụ xem nối tắt Vẽ lại mạch: * AV Vo1 = AV1 A V2 Rac1 + AV1 = Vi1 =−( re1) Với Rac1 = R3 // Rth // hie2 = 2.2k // 8.913k // 3.68k = 1.1926k 1.2  AV1 = − (0.00688) = -173.34 Vo2 + AV2 = Vi2 Rac1 = −( ) re1 Với Rac2 = R10 // RL = 2.2k // 2.2k = 1.1 kΩ) Các tụ xem nối tắt Vẽ lại mạch: 1.1  AV2 = − (0.0184) = - 59.78  AV = AV1 AV2 = 10362.2652 Zi *AVS= Av = Zi+βR1R4 * Ai = AV 1.376 Zi 1.376+βR10.5 10362.2652 = 7600.47 1.376 =10362,2652 RL = 6481.12 2.2 f: Hãy vẽ dạng sóng điểm A, B,C, D VS = 0.1sin10000πt (mV).t (mV) Điểm A Tại điểm A chỉ có tín hiệu AC Xét điểm A sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ A R4 500Ω V1 0.1mVpk 5kHz 0° ii Rtd 1.374kΩ …………… Rtd = (R2 // hie1) Xét vòng hình vẽ ta có: (ii dịng đỉnh) -0.1 + 0.5ii +1.374ii = 0.1 => ii = 0.5 +βR11.374 = 0.0534 μAA VAMax = ii × Rtd = ii × 1.374 = 0.0733 mV = 73.3μAV VA = 73.3sin10000πt (mV).t (μAV) Điểm B Tại điểm B có tín hiệu DC AC Xét điểm B sơ đồ tương đương DC VB = VCE + VR1 = 7.904 + × 3.78 = 11.681 V Tín hiệu AC B nhỏ so với tín hiệu DC nên ta bỏ qua Điểm C Tại C có tín hiệu DC AC Xét điểm C sơ đồ tương đương DC VCdc = VCE + VR5 = 15.48 + × 1.411 = 16.891 V Xét điểm C sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ Điện áp C điện áp tải Dịng đỉnh tải là: i0max = Ai × ii = 6481 × 0.0534 = 346.08 μAA Điện áp đỉnh tải: V0max = i0max × RL = 346.08 × 2.2 = 761.4 mV =>VO = 0.7614sin10000πt (mV).t (V) - Vậy VC = Vcdc + VO = 16.891 + 0.7614sin10000πt (mV).t (V) Điểm D Tín hiệu D chỉ có tín hiệu AC tín hiệu AC điểm C nên VD = 0.7614sin10000πt (mV).t (V) g: Tìm biên độ tín hiệu vào cực tín hiệu ngõ khơng bị méo Biên độ tín hiệu vào cực tín hiệu khơng bị méo tính theo cơng thức: ( 2) 3.1 = = 7600 h: Mô phỏng, so sánh nhận xét Điểm Q1 Q1 (7.951V ; 3.759mA) Điểm Q2 Q2 (15.748V ; 1.327mA) = 0.204 mV Điểm A Điểm B Điểm C Thành phần DC Thành phần AC Điểm D Mô câu g Bảng so sánh mô phỏng tính toán Mơ Điểm Q1 Điểm Q2 Tính tốn Q1(7.951V;3.759mA) Q1(7.904V ; 3.78mA) Sai số sai số 0.6% sai số 0.55% sai số 1.7% Q2(15.748V;1.327mA) Q2(15.48 V;1.411mA) Điểm A VA(p-p) = 147 V VA(p-p) = 146.6 V 0.27% Điểm B VB = 11.729V VCac(p-p) = 1.416V VB = 11.681V VCac(p-p) = 1.523V 0.4% VCac(p-p) sai số 7.5% VCDC = 16.994V VCDC = 16.891V VCDC sai số 0.6% 7.5% Điểm C Điểm D ( − ) ( − ) Câu g = 1.416V = 2.676V ( − ) =1.523V ( − ) sai số 6.3% = 3.1V 15.8% Nhận xét: Nhìn chung sai số nằm khoảng cho phép 10%, có sai số hệ thống máy tính thành viên khác nhau, riêng câu g tầm dao động đầu chỉ đúng theo tính tốn chu kì đầu tiên, chu kì sau tầm dao động bị giảm làm sai số tăng lớn 10% Chưa giải thích giảm tầm dao động i: Hãy dùng bode plotter đo băng tần mạch, giải thích đồ thị đo fL Hình ta có vùng tần số sau: + + + f ∈ [0;fL] : Vùng tần số thấp mạch khuếch đại f ∈ (fL;fH) : Vùng tần số trung bình mạch khuếch đại f ∈ [fH;∞] : Vùng tần số cao mạch khuếch đại fH  Trong đó: fL: Tần số cắt mạch khuếch đại fH: Tần số cắt mạch khuếch đại  Độ rộng băng tần mạch theo lý thuyết: Công thức: BW = fH – fL Độ rộng băng tần mạch bị giới hạn tần số cắt tần số cắt trên, tần số cắt mạch mà có độ lợi mạch giảm bậc hai hai hay nói cách khác giảm dB 