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

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 từmodule thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của m

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ Bài 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI

DÙNG BJT Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương Nhóm thí nghiệm: Nhóm 4 – L07 Danh sách thành viên :

Bài 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP

VI SAI DÙNG BJT

1 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 R ở cực phát và nguồn dòng ở cực phát E

- 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

- 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 méo dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 cùng pha, ngược pha từ những luật mạch cơ bản áp dụng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của bài thí nghiệm

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

- Đo đạc, kiểm chứng độ lợi áp cách chung A khi hai sóng ngõ vào chânC

B cùng pha, độ lợi áp vi sai A khi hai sóng ngõ vào chân B ngược phad

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

2 Nội dung bài thí nghiệm

2.1 Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát: E

• 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 R hồiE

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)

2.2 Mạch khuếch đại 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)

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

3 Phương pháp, chọn thông số để thí nghiệm

3.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở R ở cực phát E

a) Đo DC

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1,Q2 là 2SD468: ��1 = �2 = 5.6 6 , ��1 = �2 = 1.2 2 ,

�� 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 DC đo ��� , � bằng máy đo��

đa năng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết ��� , ��� tầm mA,

đo ���� , ��� bằng máy đo đa năng ( đo song song)

b) Đo AC

Đo ��:

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 �1, �� ngược pha, tần số chọn thang đo 10kHz, quan sát thấy , �1 �� ngược pha Cho tín hiệu � =1 2 (cùng biên độ, cùng pha) qua

�� vào chân B của 2 BJT

Tín hiệu ngõ ra �� lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100�� 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: A

Đo �:

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 �1 đỉnh đỉnh được chọn: 52mV, 26mV, 14mV ( đều có ngõ ra không méo dạng)

Chỉnh tần số dãy giữa để , �1 �� ngược pha, tần số chọn thang đo 10k, quan sát thấy , �1 �� ngược pha Cho tín hiệu � ,1 2 (cùng biên độ, ngược pha) qua ��

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 , giá trị của hai điện trở rất nhỏ so với �� ��

Tín hiệu ngõ ra �� lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100�� 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 vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phát

a) Đo DC

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1,Q2 là 2SD468: � =�1 �2 = 5.6 6, � =�1 �2 = 1.2 2, 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 ��� , ��� bằng máy đo đa năng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết ��� , ��� tầm mA, đo

� , � bằng máy đo đa năng ( đo song song)

b) Đo AC

Đo : ��

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 �1 đỉnh đỉnh được chọn: 1.080V, 0.8V, 0.4V ( đều có ngõ ra không méo dạng) Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở 100kHz

Cho tín hiệu � =1 2 (cùng biên độ, cùng pha) qua �� vào chân B của 2 BJT Tín hiệu ngõ ra �� lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100�� để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12k, quan sát trên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

Tính được: A C

Đo �:

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 �1đỉnh đỉnh được chọn: 54mV, 42mV, 19mV ( đều có ngõ ra không méo dạng)

Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở 100kHz

Cho tín hiệu � ,1 2 (cùng biên độ, ngược pha) qua �� 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 , giá trị của hai��

điện trở rất nhỏ so với , chọn giá trị hai điện trở là 33 << 1.2k ��  

Tín hiệu ngõ ra �� lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100�� 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

4 Các kết quả thí nghiệm:

4.1 Mạch khuếch đại vi sai BJT với điện trở R ở cực phát: E

a) Đo DC:

Tính toán lý thuyết:

c

fe

B E fe

I

h

2.5,6k 2R

240 h





Kết quả đo phân cực DC của Q1, Q2:

ICQ = 1mA ; I = 0.0042 mA BQ

= h = 240 ; V = 0.68Vfe BE

c) Độ lợi cách chung:

Tính toán lý thuyết:

T

CQ

c





 

4.1 : Kết quả đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát E

c1

1

o

c2

2

o

c3

3

c

c

3

c

v 3.20

v 3.28

v 3.47

A

3 0.3528 0.3479 0.3528 0.349 0.3528 0.3615

5,8.10 3



  3528 5,8.10  3

c) Độ lợi vi sai

Bảng 4.2: Kết quả đo độ lợi áp vi sai mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát E

(mV)

d

(R / /R ) 240(5,6k / /12k)



0

d

i

o

d1

1

o

d2

2

o

c3

3

d

d

v

A

2v

2v 2.0,056

2v 2.0,0448

2v 2.0,0292

A

3 37.6992 42.1429 37.6992 42.1



3 d

875 37.6992 28.7671

5,9547.10 3

A 37.6992 5,9547.10







4.2 Mạch khuếch đại vi sai BJT với nguồn dòng ở cực phát:

a Đo DC

Tính toán lý thuyết:

Tương đương thevenin:

KVL cho vòng có tương đương thevenin:

=

IC3 =1.94mA

KCL tại cực C của T3:

=

IE1 =IE2 = 0.97mA

Kết quả đo phân cực DC của Q1, Q2:

I = 1 mA ; I = 0.0042 mA

= h =240 ; V = 0.68V fe BE

b Phân cực AC - Độ lợi cách chung:

Tính toán lý thuyết:

Tương tự như mạch trên thay Re =

Do có giá trị rất lớn nên 0

Bảng 4.3: Kết quả đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát E

Kết quả đo A c

-0.003773 (V/V)

-0.003750 (V/V)

-0.004000 (V/V)

=>

=>

=> = -0.0038410.0001 (V/V)

Phân cực AC - Độ lợi vi sai:

Tính toán lý thuyết:

Bảng 4.4: Kết quả đo độ lợi áp vi sai mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát E

Vi-pp (mV) Vo-pp (V) Ad

Với :

Từ đó ta có: 55 (V/V)

50 (V/V)

50 (V/V)

=>

=>

=> =51.6667±2.2222 (V/V)

5 C

5.1 Phân cực DC:

Nhận xét :

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

hfe của

BJT là 259.5 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 I không khác CQ

biệt so với tính toán trên lý thuyết

5.2 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở R ở cực phát E

 Độ lợi cách chung Ac:

Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở Re ở cực phát:

Sai số so với lý thuyết là: 2.71%

Sai số không quá lớn so với lý thuyết

 Độ lợi vi sai Ad:

Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở Re ở cực phát:

Sai số so với lý thuyết là: 56.07%

Sai số là đáng kể so với lý thuyết Do Ad phụ thuộc vào mà bị thay đổi khi nhiệt

độ thay đổi, trong quá trình thí nghiệm không thể kiểm soát được nhiệt độ của BJT do tắt mở nguồn không theo quy trình nhất định nên dẫn đến sai số và việc điều chỉnh tín hiệu ngõ ra vẫn còn bị xén một phần nhỏ dẫn đến sai số

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

a) Độ lợi cách chung:

Ta có công thức theo lý thuyết :

Trong đó :

Từ đó ta thấy rằng so với lý thuyết thì 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

b) Đo độ lợi vi sai :

=20.8786 %

=> Nhận xét :

+ 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

+ 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 Chọn 2 điện trở phân áp nhỏ nhất

có thể