Đề bài tập lớn môn điện tử cơ bản số 21

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN... 1.YÊU CẦU BÀI TẬP... Vẽ đường tải DCLL và ACLL của

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN



BÀI TẬP LỚN (Bài số 21)

GVHD: BÙI THỊ TUYẾT ĐAN SVTH: LÊ TẤN ĐẠT

MSSV: 16141131 HỌC KÌ: 1 – NĂM HỌC 2017-2018 BUỔI HỌC: CHIỀU THỨ 7 ( Tiết 78910)

1.YÊU CẦU BÀI TẬP

2.BÀI GIẢI

a) Tra thông số của transistor 𝑄1 𝑣à 𝑄2

 Transistor 𝑄1 loại 2SC1815

- Chọn β = 700+70

- 𝑓𝑇= 80 (MHz)

- 𝐶𝑏𝑐= 2 (pF)

 Transistor 𝑄2 loại 2SK30ATM

- 𝐶𝐼𝑆𝑆 = 𝐶𝑄𝑆 =8,2 pF

- 𝐶𝑅𝑆𝑆 = 𝐶𝐺𝐷= 2,6 pF

- 𝑉𝑃 = -2,7 V

- 𝐼𝐷𝑆𝑆 = 3,4 mA

b) Điểm tĩnh 𝑄1 𝑣à 𝑄2

Phân tích DC: ZC = 1

2πfC (f → 0 => ZC →∞)

 Tầng 1:

Vth = Rb2

VCC

Rb1+ Rb2 =15 20

100+15 = 2,609 (V)

Rth = Rb1 // Rb2 = Rb1Rb2

Rb1+ Rb2 = 100.15

100 + 15 =13,043(kΩ)

IB = Vth − VBE

Rth+ (β+1)Re = 2,609 − 0.7

13,043 + (385 + 1).0,12

= 0,032(mA )

IC = βIB = 385.0,032 = 12,381 (mA) ~ IE

VCC = ICRc + VCE + IERe

=> VCE =20 –12,381.(1+0,12)= 6,133 (V) Vậy điểm tĩnh Q1 (ICQ = 12,381 mA; VCEQ = 6,133 V)

Rb1

100kΩ

Rc 1kΩ

Q1 2SC1815

Rb2

0.12kΩ VCC

20V

 Tầng 2

Ta có : 𝐼𝐺𝑅𝐺 + 𝑉𝐺𝑆 + 𝐼𝐷𝑅𝑆 = 0 => 𝑉𝐺𝑆= - 𝐼𝐷𝑅𝑆 Công thức Shockley:

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆(1 −𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃)2

 𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆(1 −−𝐼𝐷𝑅𝑆

𝑉𝑃 )2

 𝐼𝐷 = 3,4(1 + 2𝐼𝐷

−2,7)2

[ 𝐼𝐷 = 2,51 (𝑚𝐴) => 𝑉𝐺𝑆 = −5,02 (𝑉) ( 𝑙𝑜ạ𝑖 )

𝐼𝐷 = 0,726 (𝑚𝐴) => 𝑉𝐺𝑆 = 1,452 (𝑉) ( 𝑛ℎậ𝑛 )

𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷𝐷− 𝐼𝐷(𝑅𝑆 + 𝑅𝐷) = 20 − 0,726(3,3 + 2) = 16,152 (𝑉)

Vậy Q2 (IDQ = 0,726 mA; VDSQ = 16,152 V)

c Vẽ đường tải DCLL và ACLL của 𝑸𝟐 Tìm maxswing của V o2

Phương trình đường tải DCLL của 𝑄2

𝑅𝐷 + 𝑅𝑆𝑉𝐷𝑆 +

𝑉𝐷𝐷

𝑅𝐷 + 𝑅𝑆 = −0,189𝑉𝐷𝑆 + 3,774 (𝑚𝐴) Phân tích AC: ZC = 1

2πfC (f → ∞ => ZC →0)

Rsi

0.5kΩ

Rb1 100kΩ

Vs

0.707mVrms

477.465Hz

0°

Rb2 15kΩ

Q1 2SC1815

Re 0.12kΩ

Rc 1kΩ

RG 1MΩ

Q2 2SK30ATM

Rs 2kΩ

RD 3.3kΩ

RL 10kΩ

RG

1MΩ

RD 3.3kΩ

Q2 2SK30ATM

Rs 2kΩ VDD 20V

Đặt 𝑅𝑎𝑐 = 𝑅𝑆 + (𝑅𝐷//𝑅𝐿)=4,481 (kΩ)

Phương trình đường tải ACLL của 𝑄2

𝑖𝑑𝜏 = −1

𝑅𝑎𝑐𝑣𝑑𝑠𝜏 + 𝐼𝐷𝑄 +

𝑉𝐷𝑆𝑄

𝑅𝑎𝑐 = −0,223𝑣𝑑𝑠𝜏+ 4,331 (𝑚𝐴)

Vo2maxswing=Vdsmaxswing=min[ 16,152;3,27]=3,27 (V)

d) Mạch tương đương tín hiệu nhỏ

Vs

Rs1 0.5kΩ

Rb1 100kΩ

Rb2 15kΩ

hie hfeib

Re 0.12kΩ

Rc 1kΩ RG 1MΩ VGS

Rs 2kΩ

gmVGS

RD 3.3kΩ

RL 10kΩ

3,774

4,331

Q2

9

19,422 20

0

ID (mA)

VDS (v)

0,726

16,152 ACLL

DCLL

e) Av , Zi , Zo , Ai

𝑟𝑒 = 26𝑚𝑉

𝐼𝐸𝑄 = 2,105 (Ω) => ℎ𝑖𝑒 = 𝛽𝑟𝑒 = 810,395 (Ω)

 𝑍𝑖 = 𝑅𝑏1//𝑅𝑏2//(ℎ𝑖𝑒 + 𝛽𝑅𝑒) = 10,21 (𝑘Ω)

 𝑍𝑂 = 𝑅𝐷 = 3,3 (𝑘Ω)

𝐴𝑣 = 𝑣𝑜

𝑣𝑖 =

𝑣0 𝑣𝑜1

𝑣𝑖 𝑣𝑜1 = 𝐴𝑣1 𝐴𝑣2

𝑔𝑚 = |2.𝐼𝐷𝑆𝑆

𝑉𝑝 | (1 −

𝑉𝐺𝑆

𝑉𝑃 ) = 1,164 (𝑚𝑆)

𝐴𝑣2 = 𝑣02

𝑣𝑖2 =

−𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠(𝑅𝐷 // 𝑅𝐿)

𝑉𝑔𝑠 + 𝑔𝑚𝑉𝑔𝑠𝑅𝑆 = −𝑔𝑚.

3,3.10 3,3 + 10.

1

1 + 𝑔𝑚𝑅𝑆 = −0,868

𝐴𝑣1 = 𝑣𝑜1

𝑣𝑖 =

−ℎ𝑓𝑒𝑖𝑏(𝑅𝐶 // 𝑅𝐺)

𝑖𝑏ℎ𝑖𝑒 + 𝑖𝑒𝑅𝑒 =

−ℎ𝑓𝑒(𝑅𝐶 // 𝑅𝐺)

ℎ𝑖𝑒 + (𝛽 + 1)𝑅𝑒 = −8,161

 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣1 𝐴𝑣2 = 7,082

 𝐴𝑖 = 𝐴𝑣.𝑍𝑖

𝑅𝐿 = 7.231

f Vẽ dạng sóng tại ngõ ra, biết sóng vào có dạng VS=sin30000t (mV)

Avs=Av 𝑍𝑖

𝑍𝑖+𝑅𝑠1 = 6,751 Vậy dạng sóng ngõ ra có dạng 6,751sin30000t (mV)

Đồ thị dạng sóng ngõ ra

16,588

13,588

6,775

|𝐴𝑣| (dB)

f(Hz)

0

g) Tần số cắt dưới của mạch , vẽ đáp ứng tần số của mạch tại vùng tần số thấp

 Với tụ C1=2,2µF

fL1= 1

2𝜋(𝑅𝑆+𝑍𝑖)𝐶1 = 1

2𝜋(0,5+10,21).2,2 = 6,755 (𝐻𝑧)

 Với tụ C2=2,2µF

fL2 = 1

2𝜋(𝑅𝐿+𝑍𝑂)𝐶2 = 1

2𝜋(10+3,3).2,2 = 5,44 (𝐻𝑧)

 Với tụ CC=2,2µF

fLC = 1

2𝜋(𝑍𝑂1+𝑍𝑖2)𝐶2 = 1

2𝜋(1+1000).2,2 = 0,07(𝐻𝑧)

 fL=max[ fL1; fL2; fLC]=6,775 (Hz)

20log|AVS |=16,588

Đồ thị đáp ứng tần số của mạch tại vùng tần số thấp

h Mô phỏng câu b, f ,g :

Điểm Q1(11,488 mA; 7,13V)

Điểm Q2(0.726136 mA; 18,548 V)

Dạng sóng ngõ ra ( màu xanh ), sóng ngõ vào ( màu đỏ )

Ta thấy:

- Điện áp ngõ ra có biên độ A=6,375 (mV)

- Điện áp ngõ vào có biên độ A=919.491 (µV)

 Tần số cắt dưới của mạch fL=5,454 (Hz)

Kết luận

Chú thích H=𝑇𝑇

𝑀𝑃 ( TT: tính toán; MP: mô phỏng )

 Điểm tĩnh Q1: Tính toán ( TT) : Q1 (ICQ = 12,381 mA; VCEQ = 6,133 V)

Mô phỏng (MP): Q1( ICQ=11,488 mA; VCEQ = 7,13V)

 HI ≈ 107.77% và HV≈ 86,017%

 Điểm tĩnh Q2: Tính toán (TT): Q2 (IDQ = 0,726 mA; VDSQ = 16,152 V)

Mô phỏng (MP): Q2(0.726136 mA; 18,548 V)

 HI ≈ 99,98% và HV ≈ 87,082%

Nhận xét: Sai số không đáng kể

 Dạng sóng ngõ ra: Tính toán (TT) Avs=6,751

Mô phỏng (MP) Avs=6,375

 HAvs=105,898%

Nhận xét: Sai số không đáng kể

 Tần số cắt dưới mạch: Tính toán (TT): fL=6,775 (Hz)

Mô phỏng (MP): fL=5,454 (Hz)

 HfL=124,22%

Nhận xét: Sai số không đáng kể

DATASHEET

 2SC1815

 2SK30ATM