BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MÔN: THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ LỚP L02 - NHÓM 04 - HK202

NGÀY NỘP: 20/11/2021

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN NGỌC KỲ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2021

1 Thí nghiệm: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT

Phiên 1: _dp_DW41nHwxETz-f9OY_gDeD/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1y1Vf7U-2 Thí nghiệm: Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op-amp

Phiên 2:

https://drive.google.com/file/d/1kmN_wJFOtc0Xnfr1Pga5ZxieOkq_-3 Thí nghiệm: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E

chung

Phiên 3: pOssFVOFLiHU0gPe5X5pPU/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1Ydv_SL6Uq-4 Báo cáo: Hoàn thành báo cáo thí nghiệm

Phiên 4:

https://drive.google.com/file/d/1behyg_NBR35ZluUep0byfmUBcEXocGHF/view?usp=sharing

BÀI 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT 1

I Giới thiệu chung 1

II Các giả thiết cần kiểm chứng 1

III Kết luận chung 15

BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP 17

I Giới thiệu chung 17

II Các giả thiết cần kiểm chứng 17

III Kết luận chung 33

BÀI 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG 34

I Giới thiệu chung 34

II Các giả thiết cần kiểm chứng 34

III Kết luận chung 47

BÀI 2: KIỂM CHỨNG MẠCH

KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT I Giới thiệu chung

➢ Mục tiêu thí nghiệm:

Kiểm chứng được mạch khuếch đại 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 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 li thành phần DC với ngõ ra bằng cách ghép nối tụ điện

- 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

➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice ➢ Module thí nghiệm: BJTLABSN004

II Các giả thiết cần kiểm chứng

1 Mạch khuếch đại 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, tín hiệu đầu vào 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 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé)

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

➢ Sơ đồ tương đương:

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 mạch:

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

➢ Sơ đồ tương đương tín:

➢ Các thông số quan trọng:

3.1 Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát Xét 𝛽 = 160

Ta có VE1 = VE2 = RE (IE1 + IE2) + (-12) = 2IE1RE – 12

𝑅𝐵1 + 2(𝛽 + 1)𝑅𝐸 ≈ 0.0062(𝑚𝐴) → 𝐼𝐸1 = 𝐼𝐸2 = 0.992(𝑚𝐴)

→ 𝐼𝐶1 = 𝐼𝐶2 = 𝛽

𝛽 + 1𝐼𝐸1 = 0.986(𝑚𝐴)

→ 𝑉𝐶𝐸1 = 𝑉𝐶𝐸2 = 12 − (−12) − 𝐼𝐶1(𝑅𝐶1+ 2𝑅𝐸) = 7.4V Ta thấy 𝑉𝐶𝐸1 = 𝑉𝐶𝐸2 = 7.4𝑉 > 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 nên giả định đặt ra ban đầu đúng

(12)160(12 0.85)12(1)1.22 *161*5.6

BECQ

VV =V =V +

2(1) R

Vg VRRr

A VA V

0.3382(1)4 1.2 2*161*5.6

r RR



➢ Tính độ lợi cách chung Ac

Lưa chọn dữ liệu đầu vào Nguồn sóng Vi=4sin(2π.1000t)

• Mạch nối:

• Đồ thị:

Ac = -2.64/8 = -0.33

➢ Tính độ lợi vi sai Ad

• Mạch nối:

• Đồ thị:

• Kết quả đo:

Ad = V0/Vd = 4.426/ 50m = 88.5

3.2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

= 0.012(𝑚𝐴) 2𝐼𝐸1 = 2𝐼𝐸2 = 𝐼𝐶3 = 𝛽𝐼𝐵3

= 1.92(𝑚𝐴) → 𝐼𝐸1 = 𝐼𝐸2 = 0.96(𝑚𝐴) → 𝐼𝐶1 = 𝐼𝐶2 = 𝛽

𝛽+1𝐼𝐸1 = 0.95(𝑚𝐴) KVL: 𝐼𝐵1𝑅𝐵1+ 𝑉𝐵𝐸+ 𝑉𝐶𝐸3+ 𝐼𝐸3𝑅𝐸3 = 12 → 𝑉𝐶𝐸3 = 5.8(𝑉)

KVL: 12 = 𝐼𝐶1𝑅𝐶1+ 𝑉𝐶𝐸1+ 𝑉𝐶𝐸3+ 𝐼𝐸3𝑅𝐸3 − 12 → 𝑉𝐶𝐸1 = 𝑉𝐶𝐸2 = 6.6(𝑉) Ta thấy 1 2

r RR

+++ với Ro=ro=VA/IC= +∞ (do VA early) Vậy ACM 0

• Kết quả đo:

➢ Tính độ lợi cách chung Ac

Lưa chọn dữ liệu đầu vào Nguồn sóng Vi=2sin(2π.1000t)

• Mạch nối:

• Đồ thị:

• Kết quả đo:

Ad= V0/Vd = 4.672/50m = 93.4

III Kết luận chung

• So sánh:

• Nhận xét:

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

BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP

I Giới thiệu chung

- So sánh thực nghiệm và lý thuyết các mạch ( độ lợi áp, dạng sóng ngõ ra): mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, mạch so sánh, mạch Schmitt Trigger, mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác, rồi đưa ra nhận xét, kết luận

➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice

➢ Module thí nghiệm: OPAMPLABSN004

II Các giả thiết cần kiểm chứng

1 Mạch khuếch đại đảo

• Cấu tạo: mạch có tín hiệu vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V-), tại cổng ra tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở RF về cổng đảo Cổng không đảo (V+¬) được nối đất

• Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị Ri , RF, nên ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên RF>=Ri

• Điện áp ngõ ra ngược pha với điện áp ngõ vào • Nếu Ri = RF , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp • Áp dụng KCL tại nút: Av = 𝑉𝑖

Từ kết quả đo ta có 3.8 13.9

chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có RF>=Ri

• Điện áp ngõ ra cùng pha với điện áp ngõ vào

• Nếu RF = 0 => AV=1 , mạch dùng làm bộ đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ

• RL đóng vai trò là trở hồi tiếp âm dùng để tăng độ lợi AV • Áp dụng KCL tại nút : 𝑉𝑖

𝑅𝐺 = 𝑉𝑖−𝑉0

𝑅𝐹 => 𝑉0

𝑉𝑖 = 1 + 𝑅𝐹

𝑅𝐺=AV • Kiểm chứng

Chọn dữ kiện đầu vào: chọn RF=12KΩ Av=𝑉0

𝐴𝑣 =7.8

4 ≈ 1.95 %𝐴𝑣=2 − 1.95

2 = 2.5%

• Kết luận: mạch hoạt động đúng, ngõ ra có biên độ 2 gấp lần và cùng pha với ngõ vào

3 Mạch cộng điện áp

• Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo Vs- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua các điện trở Ri

• Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha

• V-(đảo) nối với một hai nhiều điện áp ngõ vào • Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo :

𝑉1𝑅𝑖1+

𝑉2𝑅𝑖2 +

𝑅𝐹 = 0 => 𝑉0 = −( 𝑅𝐹𝑅𝑖1𝑉1+

𝑅𝐹𝑅𝑖2𝑉2) • Ta có : Ri1 = Ri2 = Ri => 𝑉0 = −𝑅𝐹

• Kết luận: mạch hoạt động đúng với lý thuyết

4 Mạch trừ điện áp

hiệu ngõ vào V2 qua điện trở Ri2 Cửa không đảo được mắc với điện trở RF song song với tín hiệu ngõ vào V1 qua điện trở Ri1

• Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bẳng hiệu các tín hiệu ngõ vào

• Ta có : 𝑉+ = 𝑉1 𝑅𝐹

𝑅𝐹+𝑅𝑖1 ; 𝑉− = 𝑅𝐹.𝑉2+𝑅𝑖2.𝑉0𝑅𝐹+𝑅𝑖2

mà V+ = V- => 𝑅𝑖2

𝑅𝐹+𝑅𝑖2𝑉0 = 𝑉1 𝑅𝐹

𝑅𝐹+𝑅𝑖1− 𝑅𝐹.𝑉2

𝑅𝐹+𝑅𝑖2 • Ta có Ri1 = Ri2 = Ri => 𝑉0 = 𝑅𝐹

• Kết luận: mạch hoạt động đúng với lý thuyết

5 Mạch so sánh

Mạch Op-amp có cực đảo nối với điện thế so sánh Vref , cực thuận nối với điện thế chuẩn Vi Với giá trị rất lớn của hệ số khuếch đại, mạch khuếch đại op-amp cho tín hiệu ra V0 ở các mức giá trị :

+ Khi Vi < Vref thì 𝑉0 = +𝑉𝑆𝑎𝑡 = 10𝑉 (thực tế nhóm đo được)

dốc nhỏ)

- Khi v2>v1, v0 dần về vH (+vsat) - Khi v2<v1, v0 dần về vL (-vsat)

Thực hiện mạch như sơ đồ đi dây trên Cấp nguồn +12V và -12V cho mạch Chọn giá trị Vref = 5V

Chọn giá trị biên độ ngõ vào vi lớn hơn 5V Cần phải chọn giá trị như vậy để xuất hiện dạng xung vuông ở tín hiệu ngõ ra Nếu biên độ sóng ngõ vào vi nhỏ hơn 5V, tín hiệu ngõ ra sẽ ở mức ngưỡng bão hòa âm/ dương của Op-Amp

Kiểm chứng trên LTspiceVII

• Mạch nối

• Đồ thị:

- Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữ VTH và VTL

- Mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vi , cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG

- Chức năng : Giống mạch so sánh nhưng có tính năng là lọc nhiễu - Lý thuyết : 𝑉+ không là hằng số mà dao động trong khoảng (V , V )TLTH :

• Mạch nối

• Kết quả đo:

• Đồ thị

7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

Mạch gồm 2 bộ Op-amp mắc nối tiếp :

+ Mạch 1 : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS- = 0 ở cực đảo, điện áp ngõ vào là điện áp ra Vo1 của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri

sao cho ngõ ra Vo1 bị méo dạng thành xung vuông

+ Mạch 2 : Mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra Vo1 của mạch 1 qua điện trở R và tụ hồi tiếp Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian 𝜏

1.

• Đồ thị:

• Kết quả đo:

Với 𝑅𝐹=22k, 𝑅𝑖 = 12𝑘 Theo lý thuyết:

➢ Kết luận: Vậy kết quả khảo sát tương đồng với lý thuyết so tín hiệu qua các Op-amp và quá trình nạp xả của tụ điện đồng đều

III Kết luận chung

Kết quả khảo sát tương đồng với lý thuyết

BÀI 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E

CHUNG I Giới thiệu chung

➢ Mục tiêu thí nghiệm:

Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung

- Tính toán lý thuyết độ lợi áp dãy giữa của mạch, tần số cắt cao, tần số cắt thấp từ các thông số đã cho, các thông số còn thiếu lấy kết quả thí nghiệm của bài 1 So sánh kết quả khảo sát với lý thuyết

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại BJT ghép E chung ở các tần số khác nhau: tần số thấp, tần số dãy giữa, tần số cao của mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp

- Dùng máy đo, đo phân cực DC của các mạch để đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ tích cực

- Thay đổi các giá trị của các tụ ghép CC, CE và tụ Cobext và quan sát sự khác nhau giữa các độ lợi áp của các mạch bao gồm mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp

- Biết cách xác định độ lợi áp dãy giữa (ở tần số dãy giữa)

- Thay đổi tần số từ 100Hz tới 100kHz và quan sát các giá trị của độ lợi áp, biết các xác định tần số cắt thông qua việc thay đổi biên độ ngõ ra

- Sử dụng dao động kí để quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra ở các tần số khác nhau và tính được độ lợi áp

- Từ các độ lợi áp tính được từ tần số thấp đến tần số cao, vẽ đáp ứng tần số của các mạch

- Hiểu được ảnh hưởng của các tụ Cobext lên độ lợi áp của mạch và các tần số cắt ➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice

➢ Module thí nghiệm: BJTLABSN004

II Các giả thiết cần kiểm chứng

1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

Ta được biết các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng lại các giá trị thông số mạch đo được khi mạch phân cực DC như bài 1 (hfe = β = 240, 𝑉𝐵𝐸 = 0,66𝑉)

• Xét phân cực DC

Ta có: hfe = β = 160, 𝑉𝐵𝐸 = 0,85𝑉 𝑅𝐵𝐵 = 𝑅𝐵1∗ 𝑅𝐵2

𝑅𝐵1+ 𝑅𝐵2 =

18 ∗ 5.6

18 + 5.6 = 4.27𝑘𝛺

• Kết quả đo:

➢ Đo Av • Mạch nối

• Đồ thị:

• Kết quả đo:

➢ Đo tần số cắt và đồ thị

2 Mạch BJT khuếch đại E chung có hồi tiếp

RRR

• Đo đọ lợi dải giữa Am

Tần số dải giữa: các tự Ci, Co,Ce xem như ngắn mạch do trở kháng nhỏ Cobext xem như hở mạch do trở kháng lớn

Icq Ibq Vceq β Vbe 4.443mA 3.482*10-2mA 5.726V 127.6 0.61V

127.63.482 *10

II

• Đồ thị:

• Kết quả đo:

• Mạch nối

• Đồ thị:

III Kết luận chung

Vậy kết quả đo gần giống với lý thuyết