Báo cáo thí nghiệm môn mạch điện tử bài 2 kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng bjt

- Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát và nguồn d

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN MẠCH ĐIỆN TỬ

BÀI 2

KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG

BJT

LỚP: L09 - NHÓM: 01 - HK222 GVHD: THS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN ST

1 211008

I MỤC TIÊU THÍ NHGIỆM

- Kiểm tra hoạt động, chức năng và các thông số quan trọng của mạch trong thực tế Kiểm chứng tính chính xác của mạch khuếch đại vi sai dùng BJT

- Sự chênh lệch giữa các đại lượng tính toán trên lý thuyết và ở điều kiện linh kiện thực tế Từ đó rút nhận xét cụ thể về mạch khảo sát

- Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát và nguồn dòng ở cực phát

- Đo đạc, kiểm chứng độ lợi áp cách chung AC khi hai sóng ngõ vào chân B cùng pha,

độ lợi áp vi sai Ad khi hai sóng ngõ vào chân B ngược pha của cả hai mạch, so sánh với lý thuyết, rút ra nhận xét, đánh giá và giải thích về sự khác nhau giữa các kết quả

- Từ kết quả đo được độ lợi áp cách chung, độ lợi áp vi sai, tính được tỷ lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR

- Nâng cao kĩ năng làm việc nhóm, giúp sinh viên tự tin sử dụng các thiết bị đo trong phòng thí nghiệm và nắm rõ các thao tác an toàn trong sử dụng các module, thiết bị thí nghiệm

II NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

1 Ở bài thí nghiệm này, ta cần kiểm chứng, đo độ lợi cách chung Ac khi hai sóng ngõ vào chân B của BJT cùng pha và độ lợi áp vi sai Ad khi hai sóng ngõ vào chân B của BJT ngược pha của cả hai mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát và mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát Sau kiểm chứng và đo đạc, ta so sánh kết quả với giá trị lý thuyết rồi rút ta nhận xét, đánh giá và giải thích sự khác nhau của các kết quả đó

2 Để đo được các giá trị Ac, Ad của hai mạch, ta phải tìm được các điểm hoạt động

Q của các BJT khi ở chế độ tĩnh DC, sau đó lần lượt cho các ngõ vào vi xoay chiều khác nhau để thu được vác v0 Từ đó tìm được các trị Ac, Ad thực tế, ta sẽ tìm được các giá trị Ac, Ad lý thuyết thông qua các thông số các BJT ở chế độ tĩnh DC

3 Đo các đại lượng độ lợi cách chung, độ lợi vi sai

a Độ lợi cách chung:

- Cấp tín hiệu v1 và v2 giống nhau ( máy phát sóng nối vào cả v1 và v2 đảm

bảo hoạt động ở chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa

- Đo giá trị đỉnh-đỉnh của vo, v1 và v2 từ đó tính ra độ lợi cách chung Ac:

b Độ lợi vi sai Ad:

- Cấp tín hiệu v1 và v2 bằng nhau về biên độ nhưng ngược pha nhau ( hai đầu

máy phát sóng nối vào nhánh hai điện trở bằng nhau nối tiếp, điểm nối nhau

của hai điện trở dùng làm GND, hai đầu còn lại của hai điện trở nối với RB1

và RB2 để tạo v1 và v2 bằng nhau nhưng ngược pha Lưu ý cặp điện trở này

phải có giá trị rất nhỏ so với RB1 và RB2, đảm bảo hoạt động ở chế độ AC,

tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa

- Đo giá trị đỉnh-đỉnh của vo, v1 và v2 từ đó tính ra độ lợi vi sai Ad:

III CÁC LÝ THUYẾT CẦN PHẢI KIỂM CHỨNG

Kiểm chứng độ lợi vi sai và độ lợi cách chung giữa 2 mạch BJT với Re ở cực phát và mạch BJT với nguồn dòng ở cực phát Sự khác nhau về hai đại lượng độ lợi cách chung, độ lợi vi sai giữa 2 mạch

3.1 Nguyên lý hoạt động

- Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số, ghép chung chân C, chân E, điện trở

RE giúp mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực Mạch có 2 điện áp ngõ vào chân B của BJT, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân C là khuếch đại giữa 2 tín hiệu đầu vào (tín hiệu nhỏ)

3.2 Tính toán lý thuyết

3.2.1 Mạch khuyếch đại vi sai với Re ở cực phát

- Do các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng các giá trị thông số mạch đo được khi mạch phân cực

DC (h f e = β = 280,VBE VBE = 0.57V).

- Sơ đồ mạch:

a Xác định điểm phân cực DC

- Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dòng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1,

Q2 là như nhau: IC1 = IC2 = IC ; IB1 = IB2 = IB;IE1 = IE2 = IE.

- Sơ đồ mạch:

- Áp dụng KVL cho Q1:

- Điểm phân cực tĩnh Q(VCEQ,VBE ICQ) = (6.9225V,VBE 1.0165mA) Suy ra, BJT hoạt động

ở chế độ khuếch đại

b Mô hình tín hiệu nhỏ

- Sơ đồ mạch

- Từ mô hình tín hiệu nhỏ, ta có:

- Suy ra:

- Như vậy:

- Độ lợi cách chung:

- Độ lợi vi sai:

3.2.2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng là cực phát

3.2.2.1 Nguyên lý hoạt động

- Do các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng các giá trị thông số mạch đo được khi mạch phân cực

DC (h f e = β = 280,VBE VBE = 0.57V).

- Sơ đồ mạch

a Xác định điểm phân cực DC

- Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dòng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1,

Q2 là như nhau: IC1 = IC2 = IC ; IB1 = IB2 = IB;IE1 = IE2 = IE.

- Sơ đồ mạch

- Tương đương Thevenin với:

- Áp dụng KVL cho Q3 ta có:

b Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ

- Chứng minh tương tự như trên, ta có:

- Với RE = ∞(vì ở cực E là nguồn dòng)

IV LỰA CHỌN DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO

ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG

4.3 Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:

4.3.1 Dữ kiện DC và đo phân cực DC

- Nguồn DC: 12V và -12V

- BJT Q1,VBE Q2 là 2SD468: RC1 = RC2 = 5.6kΩ, RB1 = RB2 = 1.2kΩ, RE chung bằng 5.6kΩ nối tiếp với nguồn -12V là điện trở hồi tiếp âm, đảm bảo cả hai BJT như nhau

về các thông số, thực hiện được mạch khuếch đại vi sai và mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực

- Đo phân cực DC: ngắn mạch thành phần AC Đo ICQ, IBQ bằng máy đo đa năng (mắc nối tiếp), thang đo 100mA Đo VCEQ, VBE bằng máy đo đa năng (mắc song

song)

4.3.2 Dữ kiện để đo Ac, Ad

a Đo Ac:

- Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau

- Chỉnh tần số dãy giữa để v1,VBE vo ngược pha, tần số chọn thang đo 10kHz, quan sát thấy v1,VBE vo ngược pha Cho tín hiệu v1 = v2 (cùng biên độ, cùng pha) qua RB vào

chân B của 2 BJT

- Tín hiệu ngõ ra vo lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100µF để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát trên dao động

ký trị đỉnh - đỉnh và ghi lại kết quả

- Tính được:

b Đo Ad:

- Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau

- Chỉnh tần số dãy giữa để v1,VBE vo ngược pha, tần số chọn thang đo 10kHz, quan sát thấy v1,VBE vo ngược pha Cho tín hiệu v1,VBE v2 (cùng biên độ, ngược pha) qua RB vào

chân B của 2 BJT : hai đầu của máy phát sóng nối với 2 nhánh của 2 điện trở bằng

nhau, nổi tiếp nhau, điểm nối giữa 2 điện trở nối đất, 2 đầu còn lại nổi với RB, giá trị của hai điện trở rất nhỏ so với RB, chọn giá trị hai điện trở là 33Ω (<< 1.2kΩ).

- Tín hiệu ngõ ra vo lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100µF để ở

tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát trên dao động

ký trị đỉnh - đỉnh và ghi lại kết quả

- Tính được:

V CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 5.4 Mạch khuyếch đại vi sai dùng BJT với điện trở Re ở cực phát

5.4.1 Xác định điểm phân cực DC:

- Q1:

- Q2:

5.4.2 Độ lợi cách chung A C

- Bảng số liệu:

- Ta có bảng số liệu:

Lần đo V 1-pp (V) V 2-pp (V) V o-pp (V) Độ lợi áp cách chung

- Áp dụng công thức: A c = vo vi

- Ta tím được A c1 , A c2 , A c3 :

A c1 = vo 1 vi1=−1 , 92

5 ,32 =−0,3609 (V/V)

A c2 = vo 2 vi2 = −2 ,045 , 68 =−0,3592 (V/V)

A c3 = vo 3 vi3 = 8 ,28−3 =−¿0,3623 (V/V)

- Từ bảng số liệu trên ta tính giá trị trung bình:

A c=A c1+A c 2+A c 3

−0.3609−0.3592−0.3623

Δ A c=|A c 1−A c|+|A c2−A c|+|A c3−A c|

V

V)

Vậy độ lợi áp cách chung: A c=−0.3608 ±0.001(V V)

5.4.3 Độ lợi vi sai A d

Lần đo V 1-pp (mV) V 2-pp (V) V o-pp (V) Độ lợi áp vi sai

A d (V/V)

- Áp dụng công thức: Ad = 2 vi vo

- Ta tìm được A d1 , A d2 , A d3

Ad1 = 2 vi1 vo 1 = 5,88

2 0,0728=40,3846(

v

v)

Ad2 = 2 vi2 vo 2 =2.0,07365,92 =40,2174 (v

v)

Ad3 = 2 vi3 vo 3 = 2.0,07485,92 =39,5722(v

v)

- Từ bảng số liệu trên ta tính giá trị trung bình:

A d=A d 1+A d 2+A d 3

40,3846+40,2174+39,5722

v

v)

Δ A d=|A d 1−A d|+|A d 2−A d|+|A d 3−A d|

3 =0,3239(v v)

Vậy độ lợi áp vi sai: A d=40,0581± 0.3239 (V /V )

5.5 Mạch khuyếch đại vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phá t

Xét phân cực DC, ghi nhận số liệu

- Q1:

- Q2:

5.5.1 Độ lợi cách chung A c

- Cấp tín hiệu v v1 , 2giống nhau vào với máy phát sóng Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa

- Đo giá trị v v v0 , 1 , 2 từ đó tính độ lợi cách chung AC

- Ta có bảng số liệu:

Lần đo V 1-pp (V) V 2-pp (V) V o-pp (V) Độ lợi áp cách chung

- Áp dụng công thức: A c = vo vi

- Ta tím được A c1 , A c2 , A c3 :

A c1 = vo 1 vi1=−0 , 48

12 , 4 =−0,0387 (V/V)

A c2 = vo 2 vi2 = −0 , 4812 , 5 =−0,0384 (V/V)

A c3 = vo 3 vi3 = −0 , 4812, 4 =−¿0,0387 (V/V)

- Từ bảng số liệu trên ta tính giá trị trung bình:

A c=A c1+A c 2+A c 3

−0.0387−0.0384−0.0387

v

v)

Δ A c=|A c 1−A c|+|A c2−A c|+|A c3−A c|

v

v)

Vậy độ lợi áp cách chung: A c=−0.0384 ± 0.00013(V /V )

 Đo độ lợi vi sai A d

- Cấp tín hiệu v v1 , 2cùng biên độ, ngược pha nhau vào với máy phát sóng Chỉnh tín hiệu nhỏ

và tần số dãy giữa

- Để đo độ lợi áp, triệt tiêu AC

Lần đo V 1-pp (mV) V 2-pp (V) V o-pp (V) Độ lợi áp vi sai

A d (V/V)

- Áp dụng công thức: Ad = 2 vi vo

- Ta tìm được A d1 , A d2 , A d3

Ad1 = 2 vi1 vo 1 = 6,16

2 0,096=32,0833(

v

v)

Ad2 = 2 vi2 vo 2 =2.0,0886,16 =35(v

v)

Ad3 = 2 vi3 vo 3 = 2.0,0644,8 =37,5(v

v)

- Từ bảng số liệu trên ta tính giá trị trung bình:

A d=A d 1+A d 2+A d 3

32,0833+35+37,5

v

v)

Δ A d=|A d 1−A d|+|A d 2−A d|+|A d 3−A d|

3 =1,8519(v v)

Vậy độ lợi áp vi sai: A d=34,8611 ± 1,8519(V /V )

V PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 5.4 Xác định điểm phân cực DC

- Lý thuyết

- Sai số

- Đánh giá

+ h f e theo datasheet của BJT 2SD468 là 85 – 240 nhưng khi đo thì h f e của BJT

là 280 Nguyên nhân là do h f e thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì

h f e càng lớn

+ Nhìn chung, kết quả thực tế có sai số không quá lớn so với lý thuyết Nguyên nhân sai số có thể do dụng cụ đo, dây dẫn, thao tác thí nghiệm chưa chuẩn

5.5 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát

5.5.1 Độ lợi cách chung

- Lý thuyết

- Sai số

−0.3388 = 6,5%

- Đánh giá: Sai số trên là chấp nhận được so với kết quả của lý thuyết vì bản thân Ac

là rất bé nên khó có thể đo được chính xác

5.5.2 Độ lợi vi sai

- Lý thuyết

- Sai số

%=¿40.0581−63.6364

63.6364 |= 37,5%

- Đánh giá: Sai số của độ lợi vi sai là khá lớn nguyên nhân là do trong quá trình đo

sóng bị nhiễu, không ổn định đồng thời độ lợi vi sai còn phụ thuộc vào h f e (một

đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường)

5.6 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phát

5.6.1 Độ lợi cách chung

- Lý thuyết

Sai số:

%=3.84 %

- Đánh giá: Sai số trên là chấp nhận được so với kết quả của lý thuyết vì bản thân Ac

là rất bé (gần bằng 0), đồng thời bị nhiễu khá nặng

5.6.2 Độ lợi vi sai

- Lý thuyết

- Sai số

%=¿34.8611−6 2.7106

6 2.7106 ∨¿ = 44,4%

- Đánh giá: Sai số của độ lợi vi sai là khá lớn nguyên nhân là do trong quá trình đo

sóng bị nhiễu, không ổn định đồng thời độ lợi vi sai còn phụ thuộc vào h f e (một đại

lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường) Bên cạnh đó việc chọn 2 điện trở phân để

phân áp cũng khiến cho việc đo vi không còn được chính xác).