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 MINHTRƯỜNG 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

2 1920078 Lê Hoàng Vũ

Mục tiêu thí nghiệm, Chức năng, Phương pháp đo & Kết quả thí nghiệm: Đo các giá trị phân cực tĩnh DC

3 2013769 Nguyễn Đặng NhậtMinh

Viết báo cáo, Nguyên lý hoạt động, Phương pháp đo & Kết quả thí nghiệm: Đo độ lới cách chung Ac

4 2021525 Huỳnh Tấn Luân

Viết báo cáo, Tính toán lý thuyết, Phương pháp đo & Kết quả thí nghiệm: Đo độ lợi vi sai Ad

BẢNG CHẤM ĐIỂM CHÉO TRONG NHÓM

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 bản của mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Những số liệu sai lệch khi tính toán lý thuyết và đo được trên thực tế đã đưa ra nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu và hiểu thêm 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 thành thạo 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 nhóm chung, 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 1 Chức năng

Có khả năng khuếch đại cái tín hiệu có tần số nhỏ (tín hiệu một chiều, có tần số vài Hz), giảm thiểu tiếng ồn do linh kiện và sự cản trở từ bên ngoài Liên kết giữa các tầng mà không cần dùng đến tụ.

Khuếch đại vi sai được sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn dưới nhỏ (tới vài Hz), gọi là tín hiệu biến thiên chậm hay tín hiệu một chiều.

Khuếch đại vi sai là cơ sở để xây dựng khuếch đại thuật toán sử dụng Op – Amp 2 Nguyên lý hoạt động

Khuếch đại vi sai có tín hiệu ra không tỉ lệ với trị tuyệt đối của tín hiệu vào mà tỉ lệ với hiệu hai tín hiệu vào Cụ thể là bộ khuếch đại vi sai chỉ nhằm đáp ứng sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào, v1 và v2 Tuy nhiên, trong thực tế, đầu ra phụ thuộc vào một mức độ nào đó trên tổng của các đầu vào này Ví dụ, nếu cả hai đầu vào đều bằng nhau, điện áp đầu ra lý tưởng là bằng 0, nhưng trong một bộ khuếch đại thực tế thì không Nếu hai đầu vào được

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 2

Điện áp, ��, là điện áp đầu vào chế độ vi sai và nó chỉ đơn giản là sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào Điện áp ��, là điện áp đầu vào chế độ chung, và nó là trung bình của 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

3 Thông số mạch

Hai mạch khuếch đại vi sai với �� ở cực phát và mạch khuếch đại vi sai vở nguồn dòng ở cực phát tương đối giống nhau:

+Điểm chung: Vì tính chất của mạch khuếch đại vi sai nên rất đối xứng, sử dụng cặp ��1 = �2 = 5.6 Ω , ��1 = �2 = 1.2 Ω, �� = 5.6 Ω và con tụ ghép tải ở 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

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

KVL: 12 IC1RC1 VCE1 VCE3 IE3RE3 12 VCE1 VCE2 7.28( )V

Ta thấy VCE1 VCE VCE2 sat và VCE3 VCEsat 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 số mạch 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 các thông 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, rất nhỏ so với giá trị điện trở ��1, �2(=1k2Ω) Mục đích là để tạo giá trị ngược pha cho hai giá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn rất nhỏ để không làm ảnh hưởng đến thông số mạch.

Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC còn lại ta chọn theo các giá trị trong danh sách 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 phátE

Khi mạch ở DC, nối tắt tải R bằng tụ, lắp mạch Sử dụng DMM đo các số liệu L IC1,I ,I ,VE1 B1BE1 của BJT Q , I1C2,I ,I ,VE2 B2BE2 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 B1BE1 của BJT Q , I1C2,I ,I ,VE2 B2BE2 của BJT Q2

Đo độ lợi cách chung Như đã nêu phía trên:

�� = ���� + ����

Thì muốn đo độ lợi cách chung �� thì thành phần � ��� = 0 ➔ �� = 0 vậy phải chọn ngõ vào ��1 = ��2 �= Dấu: �� mang dấu (+) nếu cùng pha

� 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 vào hai nhánh điện trở bằng nhau nối nối tiếp, điểm nối giữa hai điện trở dung làm GND,hai đầu còn lại của hai điện trở nối với ��1à � �2, mắc như vậy để �1 à �2 bằng 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

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

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 mạch thực, 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 điện trở 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, lắp nguồn dòng hay bjt Q3 ở cực phát để tăng trở hồi tiếp âm, tăng hệ số CMRR giúp triệt tiêu 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 lý tưởng.