Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại bjt ghép e chung (báo cáo thí nghiệm mạch điện tử)

lOMoARcPSD|20597478 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương Sinh viên thực hiện: TP HCM, ngày tháng năm 2022 lOMoARcPSD|20597478 I.MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM: - Bài thí ngiệm giúp sinh viên khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung, đồng thời hiểu rõ ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch - Vẽ đáp ứng tần số mạch kiểm chứng so với lý thuyết - Thành thạo việc sử dụng phần mềm mơ thí nghiệm, để ứng dụng vào công việc sau II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG: Sơ đồ nguyên lí hoạt động: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: lOMoARcPSD|20597478 b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp : Ảnh hưởng tụ điện lên đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung: a Ở chế độ DC: Các tụ xem hở mạch nên không ảnh hưởng đến giá trị tính tốn b Ở chế độ AC: Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng tất tụ lên mạch phức tạp, nên chia vùng tần số khác để khảo sát • Tần số dãy giữa: ngắn mạch tụ coupling bypass, tụ ký sinh xem hở mạch • Tần số thấp: mạch tương đương AC cần xét tới tụ coupling bypass, tụ ký sinh xem hở mạch • Tần số cao: tụ coupling bypass xem ngắn mạch, mạch tương đương AC cần xét tới tụ ký sinh bên linh kiện lOMoARcPSD|20597478 III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG: Các thông số đầu vào: - Chọn nguồn DC = 12V - Chọn giá trị tụ Cobext tài liệu hướng dẫn: + Mạch không hồi tiếp: 0, 15pF, 30pF + Mạch có hồi tiếp: 0, 1nF - Chọn biên độ ngõ vào Vi để chỉnh tín hiệu nhỏ, Vo khơng bị méo dạng - Chọn 10 giá trị tần số từ 100Hz đến 100kHz để đo độ lợi áp tần số thấp, tần số cao, tần số dãy Phương pháp đo đạc a Đo phân cực tĩnh DC - Ở chế độ DC đo giá trị IB, IC, VCE, β b Đo vẽ đáp ứng tần số mạch khuếch đại E chung: - Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tần số dãy - Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100Hz đến 100KHz, lập bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số khác (có thể chia khoảng tần số trên) tính bảng độ lợi áp Av mạch tương ứng với 10 tần số - Đo tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy (tăng giảm) tới biên độ ngỏ giảm 1/ biên độ ngõ dãy Tần số tần số cắt - Với bảng Av 10 giá trị tần số tần số cắt tiến hành vẽ đáp ứng tần số mạch khuếch đại lOMoARcPSD|20597478 IV CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: Đo phân cực tĩnh: Sơ đồ mạch đo phân cực tĩnh LTspice Kết đo đạc: Từ thông số đo ta có: VCB V (c)  V (b) 7.15648  2.53211 4.62437V I E 4.47841mA VBE = 0.6122;  » 127.53 lOMoARcPSD|20597478 Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại dùng BJT a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: Sơ đồ mạch LTspice - Cob= 0: Từ thông số đồ thị ta có: Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 f L 143.62385Hz , f H 147.88423KHZ - Cob= 15pF: Từ thơng số đồ thị ta có: f L 143.71802 Hz , f H 77.547322 KHZ - Cob= 30pF: Từ thơng số đồ thị ta có: f L 142.79353Hz , f H 52.71972 KHZ Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: Sơ đồ mạch LTspice - Cob= 0: Từ thơng số đồ thị ta có: f L 49.873512 Hz , f H 426.62357 KHZ Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 - Cob= 1nF: Từ thông số đồ thị ta có: f L 49.552693Hz , f H 6.9670564 KHZ Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 V CÁC PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN: Tính tốn lý thuyết 1.1.Ở chế độ DC ( chung cho mạch): Chọn β= 127 (Dựa vào đo phân cực tĩnh DC) Áp dụng Thevenin cho mạch ta RB RTH  RB1.RB 18.5,  4, 27 K  RB1  RB 18.5, Ta có: giả sử chọn VBE 0,61 ( Dựa vào đo phân cực tĩnh DC)  VBB I B RB  VBE  I B (1   ).( RE1  RE )  VBB I B RB  VBE  I B (1   ).( RE1  RE )  I B 0,0393(mA)  I C  I B 4.99(mA) VCC RC I C  VCE  I E ( RE1  RE )  VCE 4,938V Ta có điểm tĩnh Q (ICQ, VCEQ) = (4.99 mA; 4,938 V) Ta có: r  VT 0, 636k  I CQ I g m  C 199.6(mA / V ) VT 10 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 1.2 Ở chếế độ AC: a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp : - Tần số dãy : Bỏ qua ảnh hưởng tất tụ Ta có: Rin RB / / r  RB r 0,55 K  RB  r AMB  g m ( RC / / RL ) Rin  60.09 R in  Ri - Tần số thấp : 11 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 + Xét riêng tác động tụ Ci; hai tụ CE Co xem ngắn mạch: AV  v0  AMB vi s s Ci ( RB / / r  Ri ) Tần số cắt: P1  6, 437 Ci ( RB / / r  Ri )  f P1  P1 1.024 Hz 2 + Xét riêng tác động tụ CE; hai tụ Ci Co xem ngắn mạch: AV  v0  AMB vi s s   R / / RB  r   CE  RE / /  i  1     Tần số cắt: 909.32  Ri / / RB  r  CE  RE / /( ) 1      f P  P 144, 72 Hz 2 P  + Xét riêng tác động tụ Co; hai tụ Ci CE xem ngắn mạch: AV  v0  AMB vi s s C0 ( RC  RL ) Tần số cắt: P  C0 ( RC  RL )  f P3  1,5152 P 0, 241Hz 2 + Tần số cắt dưới: Do f P  f P1  f P  f L  f P 144, 72 Hz 12 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 - Tần số cao: Ta có: Vi '  RB / / r Vi RB / / r  Ri Ri' Ri / / RB / / r 0,356 K  RL' RC / / RL 0,8485K  C1 C (1  gm.RL' ) Với   C2 C   '   gm.RL  C   220, 991 pF 2. r fT AV  v0  AMB vi  s (C  C1 ) Ri' Ta có: Tần số cắt là: fH  2 (C  C1 ) Ri' Ta có Cob 15.3585 pF Với: Cobext=0 pF=> Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 157,6 kHz Cobext=15 pF => Cu = 30,3585pF => C1 = 5,172nF => fH =82,89 kHz Cobext=30 pF => Cu = 45,3585pF => C1 = 7,73nF => fH = 56,23 kHz Ta có độ lợi áp toàn mạch : f 100 Hz 300 Hz 500 Hz kHz kHz 4,59 kHz 10 kHz 30 kHz 50 kHz 100 kHz 13 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 Av Cobext=0pF Av Cobext= 15pF Av Cobext= 30pF 35,16 54.12 57.72 59.47 59.92 60.04 59.96 59 57.27 50.74 35,16 54.12 57.72 59.47 59.90 64,53 62,61 58,87 51.65 38.34 35,16 54.12 57.72 59.47 59,89 64,4 59.15 53,02 44.9 29.45 b Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: - Tần số dãy : Bỏ qua ảnh hưởng tất tụ Hệ số khuếch đại áp : AMB   ( RC / / RL ) RB / /( r  (  1).RE1 )  20, 48 r  (   1).RE1 RB / /(r  (   1).RE1 )  Ri 14 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 15 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 - Tần số thấp: + Xét ảnh hưởng tụ Ci, ngắn mạch tụ C0 CE: AV  v0  AMB vi s s Ci ( RB / /(r  (  1).RE1 )  Ri ) Ta có tần số :  p1  f p1  3, 4378 Ci ( RB / /( r  (   1).RE1 )  Ri )  p1 0,547 Hz 2 + Xét ảnh hưởng tụ C0 , ngắn mạch tụ Ci CE: Ta có tần số :  p2  f p2  C0 ( RC  RL ) 1, 5152 p2 0, 241Hz 2 16 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 + Xét ảnh hưởng tụ CE , ngắn mạch tụ Ci C0: AV  v0  AMB vi s s    CE  RE / /  RE1   r  RB / / Ri     1    Ta có tần số :  p3     CE  RE / /  RE1   r  RB / / Ri     1    398, 43  p3 f p3  63, 41Hz 2 Ta có: Do chênh lệch tần số lớn nên ta tần số cắt dựa công thức Tần số cắt là: f L max( f p1 , f p , f p ) 63.41Hz - Tần số cao: Ta có: Vi '  RB / / r Vi RB / / r  Ri 17 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478  R  RE1  Ri' RB / / r / /  i  0,1412 K    gm.RE1  RL' RC / / RL 0,8485K  C1 C (1  gm.RL' ) Với   C2 C    gm.RL'   C Cob  Cobext C   220,991 pF 2 r fT Ta có : AV  v0  AMB vi  s(C  C1 )( Ri'  RE1 ) Tần số cắt là: fH  2 (C  C1 ) Ri' Ta có Cob=15,4208pF Với Cobext=0 => Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 397,308kHz Cobext=1nF => Cu = 1,0154nF => C1 = 172,984nF => fH = 6,507kHz Ta có độ lợi áp tồn mạch : f 100 Hz 200 Hz 500 Hz kHz kHz 10 kHz 30 kHz 40 kHz 70 kHz 100 kHz Av 18,53 20,27 20,85 20,96 20,97 20,96 20,95 20,9 20,63 20,3 18,53 20,26 20,79 20,39 16,46 11,22 6,33 4,33 1,89 1,33 Cobext=0 Av Cobext=1 nF So sánh kết luận - Từ kết tính lý thuyết từ đồ thị làm thí nghiệm ta thấy tần số cắt cao thấp xấp xỉ nhau: 18 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 Tính tốn lý thuyết Đo từ đồ thị f L mạch không hồi tiếp f L 144, 72 Hz f L 143.7 Hz f H mạch không hồi tiếp f H 157.6kHz f H 82,89kHz f H 56, 23kHz f H 147.88kHz f H 77,55kHz f H 52, 72kHz f L mạch có hồi tiếp f L 63.41Hz f L 49.87 Hz f H mạch có hồi tiếp f H 397.308kHz f H 6,507 kHz f H 426.62kHz ( 0; 15pF ; 30pF ) ( 0; 1nF ) f H 6,97 kHz - Các giá trị độ lợi tính tốn bảng lấy giá trị với thang đo dB có giá trị xấp xỉ giá trị đồ thị đáp ứng tần số - Các giá trị độ lợi tần số dãy xấp xỉ tính tốn tính tần số dãy giữa, tính độ lợi cho tồn mạch đo từ đồ thị khảo sát đặc tính tần số - Nhìn chung độ lợi áp ( trường hợp Cobext ≠0 ) có giá trị theo tần số giảm nhanh so với độ lợi áp Cobext=0 - Các đại lượng có giá trị sai lệch q trình tính tốn có nhiều sai số, hạn chế phần mềm mơ khó lấy xác giá trị tần số cần quan sát, lấy gần đúng, tương đối 19 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com)