Báo cáo thí nghiệm khảo sát mạch khuếch đại vi sai dùng bjt

BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM1 2011458 Trần Lê Khương nghiệm, Thông số mạchNguyên lý hoạt động, Quy trình thí2 1920078 Lê Hoàng VũMục tiêu thí nghiệm, Chức năng, Phương pháp đo & Kết quả

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

KHẢO SÁT MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG BJT

BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM

1 2011458 Trần Lê Khương nghiệm, Thông số mạchNguyên lý hoạt động, Quy trình thí

Đo độ lợi vi sai Ad

BẢNG CHẤM ĐIỂM CHÉO TRONG NHÓM

MỤC LỤC

I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 4

II CÁC LÝ THUYẾT CẦN KIỂM CHỨNG 4

1 Chức năng 4

2 Nguyên lý hoạt động 4

3 Thông số mạch 6

4 Tính toán lý thuyết 7

III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO & PHƯƠNG PHÁP ĐO 13

1 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào 13

2 Phương pháp đo 13

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 17

V NHẬN XÉT & KẾT LUẬN 28

I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bảncủa mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Những số liệu sai lệch khi tính toán lýthuyết và đo được trên thực tế đã đưa ra nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu và hiểuthêm hơn về sự sai số trong môi trường thực nghiệm

Trong quá trình thí nghiệm, bài thí nghiệm đã giúp các thành viên trong nhóm thànhthạo hơn trong việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm (dao động ký, máy đo đa năng ),nắm rõ các quy tắc an toàn trong phòng thí nghiệm

Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho các thành viên khả năng làm việc nhómchung, phân chia và sắp xếp công việc hợp lý, đặc biệt hơn hết là rèn luyện khả năng

xử lý vấn đề khi nhóm gặp những sự cố trong quá trình thực hiện lắp mạch và đo đạc

II CÁC LÝ THUYẾT CẦN KIỂM CHỨNG

làm bằng nhau, chúng ta nói mạch nằm trong chế độ thông thường , trường hợp khi mạch phản ứng với sự khác biệt là gọi là chế độ vi sai

Bất kỳ hai điện áp đầu vào, ��1và ��2, có thể được giải quyết thành một phần chung

và một phần khác biệt Chúng ta xác định hai điện áp đầu vào mới như sau:

= � �1 �2−

�� =��1 +

��2 2Điện áp, ��, là điện áp đầu vào chế độ vi sai và nó chỉ đơn giản là sự khác biệtgiữa hai điện áp đầu vào Điện áp ��, là điện áp đầu vào chế độ chung, và nó là trung bìnhcủa hai điện áp đầu vào

Và người ta chứng minh được công thức:

�� = ���� + ����Với: �� là độ lợi áp vi sai

�� là độ lợi áp cực chung

Ac �� = 10 0 và cặp BJT Q1Q2 có thông số như nhau.

+Điểm khác: ở cực E của 2 mạch thì 1 mạch sử dụng �� = 5 Ω 6 mạch kia

sử dụng một con BJT dùng làm nguồn dòng

Hình 4.1.3 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ (π model)

Do cả 2 BJT đều được phân cực ở điểm tĩnh như nhau nên

r

v2 vE

RB r

(v v 2v ) 1 v E v v1 v2

Do đó: 1 2 CE r R R E

2 r RB E

Hình 4.2.1 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát khi phân cực

KVL: 12 IC1RC1 VCE1 VCE3 IE3R E3 12 V CE1 V CE2 7.28( )V

Ta thấy VCE1 VCE VCE2 sat và VCE3 VCE sat nên giả định đặt ra ban đầu đúng.Xét mạch ở chế độ AC, vẽ mô hình tương đương tính hiệu nhỏ (� model):

Hình 4.2.2 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ (π model)

III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO & PHƯƠNG PHÁP ĐO

1 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào

Các thông số mạch DC như hệ số khuếch đại hfe và ��� không chọn theo thông sốmạch của BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo được trong thí nghiệm và dùng số liệu này

để tín toán lý thuyết Nguyên nhân là do ảnh hưởng của nhiệt độ lúc khảo sát lên cácthông số mạch cũng như sự sai lệnh thông số đối với từng loại mạch điện

Chọn hai giá trị điên trở nối vào máy phát sóng trong mạch đo độ lợi vi sai là 33Ω, rấtnhỏ so với giá trị điện trở ��1, �2(=1k2Ω) Mục đích là để tạo giá trị ngược pha cho haigiá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn rất nhỏ để không làm ảnh hưởng đến thông sốmạch

Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC còn lại ta chọn theo các giá trị trong danhsách linh kiện bên dưới :

2 Phương pháp đo

Đo các giá trị phân cực tĩnh DC

Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát E

Khi mạch ở DC, nối tắt tải R bằng tụ, lắp mạch Sử dụng DMM đo các số liệu L

IC1,I ,I ,VE1 B1 BE1 của BJT Q , I1 C2,I ,I ,VE2 B2 BE2 của BJT Q2

Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

Khi mạch ở DC, nối tắt tải R bằng tụ, lắp mạch Sử dụng DMM đo các số liệu L

IC1,I ,I ,VE1 B1 BE1 của BJT Q , I1 C2,I ,I ,VE2 B2 BE2 của BJT Q2

Đo độ lợi cách chung

Như đã nêu phía trên:

�� = ���� + ����Thì muốn đo độ lợi cách chung �� thì thành phần � �� � = 0 ➔ �� = 0vậy phải chọn ngõ vào �� 1 = ��2 �=

� mang dấu (-) nếu ngược pha

Đo độ lợi vi sai

Để đo độ lợi vi sai, ta phải đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu vào phải cùng biên độ nhưng ngược pha

Cấp tín hiệu vào

v1 vàv2 với máy phát sóng Hai đầu máy phát sóng nối vàohai nhánh điện trở bằng nhau nối nối tiếp, điểm nối giữa hai điện trở dung làmGND,hai đầu còn lại của hai điện trở nối với ��1à � �2, mắc như vậy để �1 à �2bằng nhau về biên độ nhưng ngược pha Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa như

đã thực hiện ở bài thí nghiệm 1

Kiểm tra xem hai tín hiệu đã ngược pha và cùng biên độ chưa

Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh của các giá trị ��, , 1 2 bằng dao động ký

Tính độ lợi cách chung theo công thức ����� + ��� = �,với �� = − 2 1

và ��

= � 1+22 = 0

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Đo các giá trị phân cực tĩnh DC

Từ thông số đo được của 2 BJT mạch R ở cực phát ta có :E

{��1 ≈ 1,0272 (� � ) ; ��1 ≈ 1,0195 (��) ; ��1 ≈ 0,0035 )(

���1 ≈ 6,9613 )({��2 ≈ 1,0321 (��) ; ��2 ≈ 1,0161 (��), ��2 ≈ 0 ,0036 (��)

1,0321 10−3

= ≈ 286,69440,0036 10−3

Ta thấy sai số giữa thực tế và lí thuyết không quá lớn => Kiểm chứng mạch đúng

Đo độ lợi cách chung

�

�

i.Mạch khuếch đại vi sai với ��ở cực phát

Mắc mạch như hình

Chọn ngõ vào �1 = = (2 ngõ vào phải bằng nhau)2 �

TH1: Chọn ngõ vào có biên độ lớn

�� = 10 sin(2 ) ; = 1 �� � Kết quả thí nghiệm:

Do biên độ v lớn làm dạng điện áp ngõ ra v bị xéni o

TH2: Chọn ngõ vào có biên độ nhỏ hơn

�� = 4 sin( ) ; = 1 ���2 Kết quả thí nghiệm:

Thông số đo được

ngõ ra ngược pha với ngõ vào)

ii.Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát

Mắc mạch như hình:

Chọn ngõ vào �1 = = (2 ngõ vào phải bằng nhau)2 �

TH2: Chọn ngõ vào có biên độ nhỏ hơn

�� = 5 sin( ) ; = 1 ���2 Kết quả thí nghiệm:

Thông số đo được

Đo độ lợi vi sai Ad

Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phátE

Hình 4 Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phátE

TH1 : �� = 1 sin( ) = 2ớ 1

Do biên độ v lớn làm dạng điện áp ngõ ra v bị xéni o

Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

TH1 : �� = 1 sin( ) = 2ớ 1

Do biên độ v lớn làm dạng điện áp ngõ ra v bị xéni o

V NHẬN XÉT & KẾT LUẬN

Độ lợi cách chung Acm đo được khác với lý thuyết ( Bằng 0) vì khi tính toán lý thuyết

ta đang giả sử nguồn dòng lý tưởng ( Trở nguồn dòng bằng 0) còn khi thực hiện mạchthực, giá trị trở của nguồn dòng vẫn tồn tại

Độ lợi vi sai giảm nếu mắc trở RE thay vì nguồn dòng ở chân E, vì nếu mắc thêm điệntrở RE tổng trở ngõ vào của mạch khi ở chế độ vi sai sẽ tăng, dẫn đến vd tăng mà vd tỉ

lệ nghịch với độ lợi nên Ad sẽ giảm

Bổ sung: dựa vào dao động ký, khi đo độ lợi cách chung của mạch khuếch đại vi sai

có nguồn dòng ở cực phát, ta thấy vcm lệch pha 900 so với vi Ta có thể giải thích, lắpnguồn dòng hay bjt Q3 ở cực phát để tăng trở hồi tiếp âm, tăng hệ số CMRR giúp triệttiêu tín hiệu đồng pha (nhiễu ) Khi tín hiệu vào là nguồn sin thì vcm là hàm cos, khi

vi dần về 1 thì vcm dần về 0, Acm dần về 0 giúp cho mạch khuếch đại vi sai trở nên lýtưởng