Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài số 2

lOMoARcPSD|20597457 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TRẦN QUANG VIỆT lOMoARcPSD|20597457 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 q trình thực lắp mạch đo đạc II Các lý thuyết phải kiểm chứng: - Mạch khuếch đại vi sai với cực phát lOMoARcPSD|20597457 - Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát 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 - Khuếch đại vi sai sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn nhỏ (tới vài Hz), gọi tín hiệu biến thiên chậm hay tín hiệu chiều - Khuếch đại vi sai sở để xây dựng khuếch đại thuật toán sử dụng Op- Amp Nguyên lý hoạt động - Khuếch đại vi sai có tín hiệu khơng tỉ lệ với trị tuyệt đối tín hiệu vào mà tỉ lệ với hiệu hai tín hiệu vào - Mạch khuếch đại vi sai có hai điện áp ngõ vào Nếu đặt vào hai điện áp tín hiệu độ lớn, mạch phản ứng với tín hiệu ngược pha khơng phản ứng với tín hiệu đồng 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 thông qua tụ - BJT 2SD468 có thơng số mạch lOMoARcPSD|20597457 - Tụ : ngăn cản ảnh hưởng tải mạch DC - Điện trở : điện trở hồi tiếp âm, giúp ổn định phân cực chân C, giảm lưởng biến thiên dòng cực phát - Nguồn dòng 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 + RE I E − 12 = → IB = 12 − VBE ≈ 0.0042( mA) RB1 + 2( β + 1) RE → I E1 = I E2 = 1.01(mA) → I C1 = I C2 = → VCE1 = VCE2 β I E = 1(mA) β +1 = 12 − (−12) − IC1 ( RC1 + RE ) = 7.2(V ) VCE1 = VCE2 = 7.2V > VCEsat Ta thấy nên giả định đặt ban đầu Q1 = (1.5mA;7.2V )  Vậy Q2 = (1.5mA;7.2V ) lOMoARcPSD|20597457 _Xét mạch chế độ AC, vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ ( model): Do BJT phân cực điểm tĩnh nên g m1 = gm = g m = I CQ VT rπ = rπ = rπ = = 40( mA) β = 6(k Ω) gm Xét KCL node E ta có: vπ v v + g m vπ + g m vπ + π = E rπ rπ RE → vπ ( 1+ β 1+ β v ) + vπ ( )= E rπ rπ RE vπ v1 − vE vπ v2 − vE = ; = rπ RB + rπ rπ RB + rπ Mặt khác: (v1 + v2 − 2vCE ) 1+ β v v1 + v2 = E → vE = r + RB rπ + RB RE 2+ π (1 + β ) RE Do đó: → vE = v1 = vcm + vd / Ta có v2 = vcm − vd / vcm RB + rπ 1+ 2( β + 1) R E lOMoARcPSD|20597457 vo = − g mvπ [RC / / RL ] = − g m [RC / / RL ] rπ (v2 − vE ) RB + rπ = − g m [RC / / RL ] rπ v (vcm − d − RB + rπ 1+ vcm ) RB + rπ 2( β + 1) R E = Ad vd + Acm vcm Từ suy ra: β [RC / / RL ] rπ   Ad = g m [RC / / RL ] 2( R + r ) = 2( R + r ) ≈ 63.6(V / V )  B B π π  − β [RC / / RL ] A = ≈ −0.5(V / V ) cm  RB + rπ + 2( β + 1) RE 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 = RJ / / RJ = 3.4( k Ω) VTH = RJ (−12) = −6(V) RJ + RJ Giả sử BJT hoạt động miền tích cực Xét KVL ta có: lOMoARcPSD|20597457 I E1 = I E = I C = β I B = 1.94( mA) → I E1 = I E = 0.97(mA) I B3 = VTH + 12 − VBE β = 0.008(mA) → I C1 = I C = I E1 = 0.968(mA) RTH + ( β + 1) RE β +1 I B1 RB1 + VBE + VCE + I E RE = 12 → VCE = 6.06(V ) KVL: 12 = I C1 RC1 + VCE1 + VCE + I E RE − 12 → VCE1 = VCE = 7.28(V ) KVL: VCE1 = VCE > VCEsat Ta thấy VCE > VCEsat nên giả định đặt ban đầu _Xét mạch chế độ AC, vẽ mô hình tương đương tính hiệu nhỏ ( model): β [RC / / RL ]   Ad = 2( R + r ) ≈ 61.9(V / V )  B π  − β [RC / / RL ] A = cm  RB + rπ + 2( β + 1) Ro Tương tự ta có: Ro = ro = VA IC Với VA → ∞ VA điện áp Early, Ro → ∞ nên Do Acm -> Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 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: a Đo giá trị phân cực tĩnh DC: - Do ảnh hưởng dịng lên hệ sơ khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số hfe cách đo dòng dòng , xác định theo công thức - 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 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Module mạch phân tĩnh DC cực Mạch khuếch đại E chung với cực phát Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát b 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 hoàn toàn giống nhau( pha biên độ) - 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 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 - Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị dao động ký - Tính độ lợi cách chung theo công thức ,với Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối cực phát) Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối nguồn dòng cực phát) 10 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 c 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 Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối cực phát) 11 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dòng cực phát) 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: Mạch khuếch đại vi sai RE cực phát Nguồn Acm (V/V) V0 V1 V2 Vcm Lý thuyết Thực nghiệm 3,2V 9,2V 9,2V 9,2V -0.5 -0.35 0,76V 9,2V 9,2V 9,2V 0,0083 12 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 dòng cực phát 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 dòng 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: 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 0,052 V 61,9 53,85 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.3 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.4  PHẦN PHỤ LỤC HÌNH ẢNH: 13 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 (hình 1.1) (hình 1.2) (hình 1.3) (hình 1.4) 14 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com)