báo cáo bài thí nghiệm bài 2 kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng bjt

Mục tiêu thí nghiệmKiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT- Biết cách lắp ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI THÍ NGHIỆM

BÀI 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT

Môn học: Thí nghiệm Mạch Điện tử Giảng viên: Nguyễn Phước Bảo Duy

1 Mục tiêu thí nghiệm

Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT

- Biết cách lắp 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

- Đảm bảo mạch có nguồn DC duy trì hoạt động, dùng máy đo đa năng đo được phân cực DC của mạch và cách ly thành phần DC với ngõ ra bằng cách ghép nối tụ điện.

- Biết cách sử dụng máy phát sóng để tạo sóng ngõ vào phù hợp: điều chỉnh biên độ phù hợp, tần số dãy giữa để quan sát ngõ ra không bị méo dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 cùng pha, ngược pha từ những luật mạch cơ bản để áp dụng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của bài thí nghiệm

- Sử dụng hiệu quả dao động ký để quan sát tín hiệu ngõ vào, ngõ ra, đọc được các giá trị đỉnh – đỉnh trên dao động ký để phục vụ việc tính toán độ lợi áp.

- 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 và rút ra nhận xét, đánh giá, 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 CMRR

2 Các giả thuyết cần kiểm chứng

2.1.Mạch khuếch đại ghép vi sai với RE ở cực phát:

 Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số,

ghép chung chân C, chân E và tín hiệu đầu vào được đưa vào chân B, điện trở RE hồi tiếp âm giúp mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân C là khuếch đại hiệu giữa hai tín hiệu đầu vào (tín hiệu bé).

 Sơ đồ tương đương:

 Các thông số quan trọng:

2.2.Mạch khuếch đại ghép vi sai với nguồn dòng ở cực phát:

 Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số,

ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, nguồn dòng ở chân E cung cấp dòng cho mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào (tín hiệu bé).

 Sơ đồ tương đương:

 Các thông số quan trọng:

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng:

3.1.Mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát:

3.1.1 Dữ kiện DC và đo phân cực tĩnh DC:

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1, Q2 là 2SD468 RC1 = RC2 = 5.6 kΩ, RB1 = RB2 = 1.2 kΩ, RE

chung bằng 5.6 kΩ 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 DC đo ICQ, IBQ bằng máy đo đa năng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết ICQ, IBQ tầm mA, đo VCEQ, VBEQ bằng máy đo đa năng (đo song song)

3.1.2 Dữ kiện để đo Ac, Ad:

 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, các giá trị v1

đỉnh-đỉnh được chọn: 7.76V, 8.80V, 3,76V (đều có ngõ ra không bị méo dạng).

Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa Cho 2 tín hiệu v1 = v2 (cùng biên độ, cùng pha) qua RB vào chân của 2 BJT

Tín hiệu ngõ ra vo lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100 µF để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12 kΩ, quan sát trên dao động ký và ghi lại các giá trị đỉnh-đỉnh của vo và v1.

 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, các giá trị v1

đỉnh-đỉnh được chọn: 80mV, 64mV, 120mV (đều có ngõ ra không bị méo dạng).

Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa Cho tín hiệu 𝑣1, 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 33 << 1.2k.

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.

3.2.Mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phát:

3.2.1 Dữ kiện DC và đo phân cực DC:

BJT Q1, Q2 là 2SD468 RC1 = RC2 = 5.6 kΩ, RB1 = RB2 = 1.2 kΩ, chân E nối chung của cả 2 BJT nối tiếp với nguồn dòng dùng BJT Q3, xem như nguồn dòng lý tưởng, 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 DC đo ICQ, IBQ bằng máy đo đa năng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết ICQ, IBQ tầm mA, đo VCEQ, VBEQ bằng máy đo đa năng (đo song song).

3.2.2 Dữ kiện để đo Ac, Ad:

 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, các giá trị v1 đỉnh-đỉnh được chọn: 1.66V, 1.48V, 1.32V (đều có ngõ ra không bị méo dạng).

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.

 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, các giá trị 𝑣1 đỉnh đỉnh được chọn: 72mV, 22mV, 100mV ( đều có ngõ ra không méo dạng).

Cho tín hiệu 𝑣1, 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 33 << 1.2k 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.

+ hfe theo datasheet của BJT 2SD468 là 85 – 240 nhưng khi đo thì hfe của BJT là 282,45 Nguyên nhân là do hfe thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì hfe càng lớn

+ Nhìn chung các sai số khi đó phân cực tĩnh DC là ICQ không khác biệt lắm so với tính toán trên lý thuyết.

5.2 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực pháta) Độ lợi cách chung:

• Lý thuyết:

• Phân tích đánh giá: Sai số trên là chấp nhận được so với kết quả lí thuyết vì bản thân Ac là rất bé nên khó có thể đo được chính xác.

+ 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 hfe

(một đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường) Bên cạnh đó, các sai số dụng cụ cũng dẫn đến việc sai số khá lớn.

+ Đề xuất phương án thí nghiệm: xử dụng các loại dây nối tốt để tránh tình trạng bị nhiễu đồng thời làm thí nghiệm trong một môi trường có nhiệt độ ổn định, nên kéo dãn khoảng thời gian nghĩ giữa các lần đo vì trong quá trình đo thì BJT sẽ bị nóng lên dẫn đến thay đổi hfe.

5.3 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực pháta) Độ lợi cách chung:

• Lý thuyết:

Vì R0 rất lớn: R0 → nên Ac →0 So sánh với thực tế, phân tích đánh giá:

Kết quả đo thực tế Ac cũng rất nhỏ nên việc đo là khá chính xác nhưng việc

sóng ngõ ra bị quá nhỏ tầm khoảng vài mV đồng thời bị nhiễu khá nặng nên chỉ lấy giá trị trung bình của sóng ngõ ra trong các trường hợp

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 hfe (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 Vin không còn được chính xác