Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương Lớp: L10 - Nhóm Sinh viên thực Nguyễn Nhật Huy Trần Thanh Huy Mã số sinh viên 2010291 2011295 Thành phố Hồ Chí Minh – 2023 h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung: - Tính tốn lý thuyết độ lợi áp dãy mạch, tần số cắt cao, tần số cắt thấp từ thông số cho So sánh kết khảo sát với lý thuyết - Hiểu nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại BJT ghép E chung tần số khác nhau: tần số thấp, tần số dãy giữa, tần số cao mạch có hồi tiếp khơng hồi tiếp - Dùng máy đo, đo phân cực DC mạch để đảm bảo mạch hoạt động chế độ tích cực - Thay đổi giá trị tụ ghép CC, CE tụ Cobext quan sát khác độ lợi áp mạch bao gồm mạch có hồi tiếp khơng hồi tiếp - Biết cách xác định độ lợi áp dãy (ở tần số dãy giữa) - Thay đổi tần số từ 100Hz tới 50kHz quan sát giá trị độ lợi áp, biết xác định tần số cắt thông qua việc thay đổi biên độ ngõ - Sử dụng dao động kí để quan sát dạng sóng ngõ vào ngõ tần số khác tính độ lợi áp - Từ độ lợi áp tính từ tần số thấp đến tần số cao, vẽ đáp ứng tần số mạch - Hiểu ảnh hưởng tụ Cobext lên độ lợi áp mạch tần số cắt h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Các giả thuyết cần kiểm chứng: 2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung khơng hồi tiếp: Hình 2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp o Do BJT mạch loại 2SD468, dựa vào datashet ta có số liệu • • • • h fe = β = 240, V BE = 0.79𝑉 V CE(sat) = 0.2𝑉 V T =25 a) Xét phân cực tĩnh DC: 18 × 5.6 RTH =RB /¿ R B 2= 18+5.6 =4.7 kΩ h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung V TH =12× RB2 5.6 =12 × =2.85 V R B 1+ R B 18+ 5.6 h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Áp dụng KVL cho Loop I, ta có: V TH =RTH × I B +V BE+ ( β+1 ) × ( R E ) × I B ¿> I B =0.02 mA=¿ I CQ =β × I B=240 ×0.02=4.8 mA V CEQ =12−I c × RC − β+ × I CQ × R E =5.21V β Q( 4.8 mA ; 5.12 V ) V CEQ > V CE(sat) nên BJT hoạt động miền tích cực b) Xét chế độ AC Hình 2.2 Mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ mạch không hồi tiếp Đáp ứng tần số mạch tần số thấp: Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝑖, thực ngắn mạch tụ 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝐸 + Hệ số khuếch đại: A v= v o −β(R c /¿ R L ) = vi rπ RTH /¿ r π R TH /¿ r π + Ri + jω = A MB s s+ Ci (R TH /¿ r π + Ri) Với: A MB= −β (Rc /¿ R L ) R TH /¿ r π ≈−80,1 ¿ rπ RTH /¿ r π + Ri Tần số cắt f p 1: f p 1= π Ci (RTH /¿ r π + R i) h =0.8 Hz Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝑜 ngắn mạch tụ 𝐶𝑖 𝑣à 𝐶𝐸 + Hệ số khuếch đại v o −β = vi r π A v= RC /¿ RL RTH /¿ r π s = A MB RTH /¿r π + R i RC + R L + s+ jω C o (RC + R L ) Với A MB= −β (Rc /¿ R L ) R TH /¿ r π ≈−80,1(V /V ) rπ RTH /¿ r π + Ri + Tần số cắt f p : f p 2= =0.24 Hz π Co ( R C + R L ) A v= Xét ảnh hưởng tụ 𝐶𝐸 ngắn mạch tụ 𝐶𝑜 𝑣à 𝐶𝑖 + Hệ số khuếch đại: vo = A MB vi s s+ 1 C E [(R E + R E 2)/¿ (r + R /¿ Ri )] β+1 π TH Với A MB= −β (Rc /¿ R L ) R TH /¿ r π ≈−80,1(V /V ) rπ RTH /¿ r π + Ri Tần số cắt f p 3: f p 2= 1 π C E [( R E + R E 2)/¿ (r + R /¿ R i)] β+1 π TH ≈ 189 H Do chênh lệch lớn tần số 𝑓𝑝1, 𝑓𝑝2, 𝑓𝑝3, chọn tần số cắt mạch: f L =max (f p , f p , f p )=189 Hz ⇒ Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ chân E h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Đáp ứng tần số mạch 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: A v =A MB= −β ( Rc /¿ R L ) RTH /¿r π ≈−80,1(V /V ) rπ RTH / ¿ r π + Ri Đáp ứng tần số mạch tần số cao: Mạch chịu ảnh hưởng tụ kí sinh: Áp dụng Thevenin cho 𝑅𝑖𝑛 𝑣à 𝑅𝑜𝑢𝑡, ta có: ' Ri=R i /¿ RTH / ¿ r π =496.8 Ω V 'i= R TH / ¿ r π V RTH /¿ r π + Ri i ' R L = RC /¿ R L=0.85 kΩ Mơ hình tương đương tính hiệu nhỏ: Với: ( C 1=C μ ( 1+ A v )=C μ 1+ ( C 1=C μ 1+ ) ) β ' R ; rπ L ( ) 1 =C μ 1+ ; Av β ' R rπ L C μ=C ob +C obext ; Cπ= β =0.161 nF r π π f T Do ảnh hưởng C không đáng kể nên độ lợi áp mạch là: A v= Với A MB= Tần số cắt trên: vo = A MB ' vi 1+s ( C π +C ) Ri −β (Rc /¿ R L ) R TH /¿ r π ≈−80,1(V /V ) rπ RTH /¿ r π + Ri h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung f H= ' π ( C π +C1 ) Ri Với: C obext =0 →C 1=3.61 nF=¿ f H ≈ 86 kHz C obext =15→ C 1=6.07 nF=¿ f H ≈ 52.1kHz C obext =33→ C 1=9.03 nF=¿ f H ≈ 32.8 kHz Độ lợi áp toàn mạch: A v =A MB 1− j f p1 f p2 f p3 f 1− j 1− j 1− j fn f f f h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: Hình 2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp a) Xét phân cực tĩnh DC: Tương tự mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp (ở 1) b) Xét phân cực AC: Mô hinhg tương đương tín hiệu nhỏ mạch có hổi tiếp: Đáp ứng tần số thấp: Xét ảnh hưởng tụ Ci, thực ngắn mạch tụ Co CE: + Hệ số khuếch đại toàn mạch: A v= v o −β (R C /¿ R L ) = v i r π +( β +1)R E A MB= RTH /¿ (r π +( β +1) R E ) RTH /¿(r π +( β+1) R E )+ Ri + jωC i = A MB s s+ Ci ( R TH /¿(r π +( β+ 1) RE 1)+ Ri ) −β ( RC /¿ RL ) RTH / ¿(r π +( β+1) R E ) ≈−22.75(V /V ) r π +( β+1) R E RTH /¿( r π +( β +1) R E 1)+ Ri (Dấu “-“ thể điện áp ngõ ngược phá so với điện áp ngõ vào) + Tần số cắt tụ C i : h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung f p 1= =0.582 Hz 𝑖 π Ci (RTH /¿ (r π +( β+1) R E )+ R i) Xét ảnh hưởng tụ Co, thực ngắn mạch tụ Ci CE: + Hệ số khuếch đại toàn mạch: A v= vo −β = v i r π +( β +1) R E A MB= RC RL RC + R L + jωC o R TH /¿(r π +(β+1) R E ) = A MB RTH /¿( r π +( β +1) R E 1)+ Ri s s+ −β ( RC /¿ RL ) RTH /¿(r π +( β+1) R E ) ≈−22.75(V /V ) r π +( β+1) R E RTH /¿( r π +( β +1) R E 1)+ Ri f p 2= =0.24 Hz π Co ( R C + R L ) Xét ảnh hưởng tụ CE, thực ngắn mạch tụ Covà Ci + Hệ số khuếch đại toàn mạch: A v= A MB= vo = A MB vi s s +C E [( R E + R E )/¿ (r + R /¿ R i)] β +1 π TH −β ( RC /¿ RL ) RTH / ¿(r π +( β+1) R E ) ≈−22.75(V /V ) r π +( β+1) R E RTH /¿( r π +( β +1) R E 1)+ Ri f p 1=12 πCE ¿ h C o (RC + R L ) Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Hình 4.2.2 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số cắt - Thay đổi giá trị tần số ta có bảng số liệu sau: f (Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 20k 30k 50k Vo-pp (V) 3,52 5,12 5,92 6,4 6,72 7,12 7,04 6,96 6,72 6,56 𝑽𝒐−𝒑𝒑 29,33 42,67 49,33 53,33 56 59,33 58,67 58 56 54,67 29,35 32,60 33,86 34,54 34,96 35,47 35,37 35,27 34,96 34,75 𝑨𝒗 = 𝑽 (V/V) 𝒊−𝒑𝒑 𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈𝑨𝒗 Từ số liệu ta lập đồ thị đáp ứng tần số sau: Đáp ứng tần số thí nghiệm 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 100 1000 10000 d - f (Hz) h 100000 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF Chọn Vi-pp = 120mV Khảo sát tần số dãy ta có: Hình 4.2.3 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy - Từ đồ thị ta có: + Điện áp ngõ dãy giữa: 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 = 6.88𝑉 + Độ lợi áp dãy giữa: 𝑉𝑜− 6.88𝑉 𝑝𝑝 = = 57,33 (𝑉/𝑉) 𝐴𝑀𝐵 = 0.12𝑉 � 𝑖−𝑝𝑝 - Tần số cắt đo : Với 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑐ắ𝑡 = 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 √ + Tần số cắt dưới: h = 6,88𝑉 √2 ≈ 4,86𝑉 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 𝑓𝐿𝐶 ≈ 181,4𝐻𝑧 + Tần số cắt trên: Khơng có h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Hình 4.2.4 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số cắt - Thay đổi giá trị tần số ta có bảng số liệu sau: f (Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 20k 30k 50k Vo-pp (V) 3,44 5,12 5,76 6,24 6,56 6,96 6,80 6,72 6,4 5,68 28,67 42,67 48 52 54,67 58 56,67 56 53,33 47,33 29,15 32,60 33,62 34,32 34,75 35,27 35,07 34,96 34,53 33,50 𝑨𝒗 = 𝑽𝒐−𝒑𝒑 𝑽 (V/V) 𝒊−𝒑𝒑 𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈𝑨𝒗 Từ số liệu ta lập đồ thị đáp ứng tần số sau: Đáp ứng tần số thí nghiệm 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 d - 100 1000 10000 f (Hz) h 100000 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Thí nghiệm 3: Cobext = 30pF Chọn Vi-pp = 120mV Khảo sát tần số dãy ta có: Hình 4.2.5 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy - Từ đồ thị ta có: + Điện áp ngõ dãy giữa: 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 = 7.04𝑉 + Độ lợi áp dãy giữa: 𝑉𝑜− 7.04𝑉 𝑝𝑝 = = 58,67 (𝑉/𝑉) 𝐴𝑀𝐵 = 0.12𝑉 � 𝑖−𝑝𝑝 - Tần số cắt đo : Với 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑐ắ𝑡 = 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 √ + Tần số cắt dưới: h = 7,04𝑉 √2 ≈ 4,98𝑉 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 𝑓𝐿𝐶 ≈ 184,5𝐻𝑧 + Tần số cắt trên: 𝑓𝐿𝐻 ≈ 37,76𝑘𝐻𝑧 h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Hình 4.2.6 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số cắt Hình 4.2.7 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số cắt h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung - Thay đổi giá trị tần số ta có bảng số liệu sau: f (Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 20k 30k 50k Vo-pp (V) 3,76 5,4 6,16 6,72 7,04 7,44 7,28 6,8 6,24 5,04 𝑽𝒐−𝒑𝒑 31,33 45 51,33 56 58,67 62 60,67 56,67 52 42 29,92 33,06 34,21 34,96 35,37 35,85 35,66 35,07 34,32 32,46 𝑨𝒗 = 𝑽 (V/V) 𝒊−𝒑𝒑 𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈𝑨𝒗 Từ số liệu ta lập đồ thị đáp ứng tần số sau: Đáp ứng tần số thí nghiệm 38 Gain - 36 34 32 30 28 26 24 22 20 100 1000 10000 f (Hz) h 100000 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: Thí nghiệm 4: Cobext = Chọn Vi-pp = 125mV Khảo sát tần số dãy ta có: Hình 4.2.8 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số dãy - Từ đồ thị ta có: + Điện áp ngõ dãy giữa: 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 = 1.52𝑉 + Độ lợi áp dãy giữa: 𝑉𝑜− 1.52𝑉 𝑝𝑝 = = 12,67 (𝑉/𝑉) 𝐴𝑀𝐵 = 0.12𝑉 � 𝑖−𝑝𝑝 - Tần số cắt đo : Với 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑐ắ𝑡 = 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 √ h = 1,52𝑉 √2 ≈ 1,07𝑉 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung + Tần số cắt dưới: 𝑓𝐿𝐶 ≈ 34,48𝐻𝑧 + Tần số cắt trên: Khơng có h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Hình 4.2.9 Dạng sóng ngõ vào/ra tần số cắt - Thay đổi giá trị tần số ta có bảng số liệu sau: f (Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 20k 30k 50k Vo-pp (mV) 1,20 1,34 1,40 1,51 1,66 1,70 1,64 1,58 1,42 1,13 10 11,17 11,67 12,58 13,83 14,2 13,67 13,17 11,83 9,42 20 20,95 21,33 21,99 22,82 23,03 22,71 22,39 21,46 19,48 𝑨𝒗 = 𝑽𝒐−𝒑𝒑 𝑽 (V/V) 𝒊−𝒑𝒑 𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈𝑨𝒗 Từ số liệu ta lập đồ thị đáp ứng tần số sau: Đáp ứng tần số thí nghiệm 25 23 21 19 17 15 13 11 Gain - 100 1000 10000 f (Hz) h 100000 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung Thí nghiệm 5: Cobext = 1nF Chọn Vi-pp = 125mV Khảo sát tần số dãy ta có: - Ta có: + Điện áp ngõ dãy giữa: 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 = 1.66𝑉 + Độ lợi áp dãy giữa: 𝑉𝑜− 1.66𝑉 𝑝𝑝 = = 13,83 (𝑉/𝑉) 𝐴𝑀𝐵 = 0.12𝑉 � 𝑖−𝑝𝑝 - Tần số cắt đo : Với 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑐ắ𝑡 = = 𝑉𝑜−𝑝𝑝𝑀𝐵 1,66𝑉 ≈ 1,17𝑉 √2 √ + Tần số cắt dưới: 𝑓𝐿𝐶 ≈ 63𝐻𝑧 + Tần số cắt trên: Khơng có 𝑓𝐻𝐶 ≈ 6,78𝑘𝐻𝑧 - Thay đổi giá trị tần số ta có bảng số liệu sau: f (Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 20k 30k 50k Vo-pp (mV) 1,61 1,75 1,79 2,06 2,09 1,58 0,96 0,64 0,48 13,42 14,58 14,92 16,67 17,17 17,42 13,17 5,33 𝑨𝒗 = 𝑽𝒐−𝒑𝒑 𝑽 h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung (V/V) 𝒊−𝒑𝒑 𝟐𝟎𝒍𝒐𝒈𝑨𝒗 22,55 23,28 23,47 24,44 h 24,69 24,82 22,39 18,06 14,54 12,04 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung - Từ số liệu ta lập đồ thị đáp ứng tần số sau: Đáp ứng tần số thí nghiệm d 25 23 21 19 17 15 13 11 100 1000 10000 100000 f (Hz) So sánh, phân tích kết luận 5.1 Mạch khuếch đại ghép 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 xác tuyệt đối - Điện áp ngõ ngược pha so với điện áp ngõ vào phù hợp với toán - 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: + Khi Cobext = 0, , tần số cắt cao lớn nên khơng thể đo xác giá trị + Khi Cobext = 15pF, tần số cắt 𝑓𝐻𝐶 = ∞ (không thể đo giới hạn máy phát sóng tần số tới 50kHz) + Khi Cobext = 30pF, tần số cắt 𝑓𝐻𝐶 = 37,76𝑘𝐻𝑧 - Trong q trình tiến hành thí nghiệm có nhiều lần dây bị lỏng dẫn đến dạng sóng bị nhiễu không quan sát h Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 5.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp - Đối với đáp ứng tần số cắt cao: + Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 𝑓𝐻1 = 2𝜋𝐶 [𝑅 ||𝑅 𝑖𝑛 𝑖 𝑓𝐻2 = ||(𝑟 + (𝛽 + 1)𝑅 𝑏 𝜋 = 420610.9𝐻𝑧 )] 𝐸1 𝑜𝑢𝑡 [𝑅 ||𝑅𝐿 = 81652922.6 𝐻𝑧 ] 𝐶 Tần số cắt cao vô lớn, kết đo không xác định tần số cắt cao + Với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡 = 1𝑛𝐹 𝑓𝐻1 = 2𝜋𝐶 [𝑅 ||𝑅 𝑖𝑛 𝑖 ||(𝑟 + (𝛽 + 1)𝑅 𝑏 𝜋 = 6664.32 𝐻𝑧 )] 𝐸1 Vậy tần số cắt cao theo lý thuyết 6.664kHz kết đo gần giống với lý thuyết, sai lệch thiết bị đo, sóng bị nhiễu, không ổn định h
Ngày đăng: 10/05/2023, 15:17
Xem thêm:
