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 từcác thông số đã cho, cá
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Trang 21 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 từcác 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 tầnsố 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
2 Các giả thuyết cần kiểm chứng
2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp
Trang 3Ta được biết các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch và tùy thuộc vào loại mạch ta nên sử dụng lại các giá trị thông số mạch đo được khi mạch phân cực DC như bài 1(hfe=β=240, Vβ=β=240, V240, VBE=β=240, V0,66V) Xét phân cực tĩnh DC:
Ta có: RTH=β=240, VRB1 // RB2 =β=240, V18+5,618.5,6 =4,27 kΩΩ
Trang 4VTH=β=240, V12 RB 2
RB 1+RB 2=β=240, V12.18+5,65,6 =2,85 VÁp dụng KVL cho Loop1 ta có:
VTH=β=240, VRTH.IBQ+VBE+(β+1).(RE1+RE2).IBQ
IBQ =β=240, V VTH−VBE
RTH+(β +1).(RE 1+RE)=
2,85−0,6284,27+(259+1) 0,412=β=240, V0,021 mA
ICQ=β=240, Vβ.IBQ=β=240, V5,075 mAVC=β=240, V12-RC.ICQ
VE=β=240, V(RE1+RE2).ICQ.β+1β VCEQ=β=240, VVC – VE =β=240, V4,8337 VTa thấy VCEQ> VCEQ,SAT nên BJT đang hoạt động ở miền tích cực
Điện trở rл=β=240, VVT
IB=β=240, V1,2 kΩ Xét tại chế độ ACMô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
Trang 5
jw Ci+Ri=β=240, VAMB.
s
Ci(RTH/¿rл+Ri)Với AMB=β=240, V−β (RC/¿RL)
rл RTH/¿rл
RTH/¿rл+Ri≈ 90(
VV)
RC+RL+1
jw C0
RTH/¿rлRTH/¿rл+Ri=β=240, VAMB
s
C0(RC+RL)Với AMB=β=240, V−β (RC/¿RL)
rл RTH/¿rл
RTH/¿rл+Ri≈ -83,67 (V/V)Tần số fp2=β=240, V2 л C 1
0(Rc+RL)=0,24 Hz-Xét ảnh hưởng của tụ CE ngắn mạch tụ C0 và Ci
Hệ số khếch đại:
AV=β=240, V
v0vi
Trang 6rл RTH/¿rл
RTH/¿rл+Ri≈−90 (
VV )
Tần số cao: mạch chịu ảnh hưởng của các tụ kí sinh:Áp dụng Thevenin cho Rin và Rout, ta có:
Ri’=β=240, VRi||RTH||rл=β=240, V488,7ΩVi’=β=240, V RTH/¿rл
Trang 7' ¿
Cμ=β=240, VCob+Ccobext;Cл=β=240, Vrβ
Tần số cắt trên:FH=β=240, V2 л (C л+C 1 ) R i’1Với Ccobext=β=240, V0 C1 =β=240, V 3,897nF fH≈77 kHzVới Ccobext=β=240, V15pF C1 =β=240, V 6,55nF fH≈47 kHzVới Ccobext=β=240, V33pF C1 =β=240, V 9,74nF fH≈33 kHzĐộ lợi áp toàn mạch:
Trang 8Xét phân cực tĩnh DC: tương tự mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp ( ở bài 1).
Xét chế độ AC:Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
Tần số thấp:-Xét ảnh hưởng của tụ Ci ngắn mạch tụ C0 và CE
Hệ số khếch đại:
Trang 9i(R¿ ¿TH /¿(r¿¿л+( β+1 ) RE 1)+Ri)¿ ¿=β=240, V0,442 Hz-Xét ảnh hưởng của tụ C0 ngắn mạch tụ Ci và CE
0(R¿¿C+ RL)¿=β=240, V0,24 Hz-Xét ảnh hưởng của tụ CE ngắn mạch tụ C0 và Ci
Hệ số khuếch đại:
Trang 10rл+(β +1) RE 1.RTH/¿ (r¿¿л+( β +1) RE 1)
RTH/¿(r¿¿л+ (β +1) RE 1)+Ri¿¿
=β=240, V -22,6(V/V) Tần số cao: mạch chịu ảnh hưởng của các tụ kí sinh:Áp dụng Thevenin cho Rin và Rout, ta có:
Ri’=β=240, VRi||RTH||rл=β=240, V488,7 ΩVi’=β=240, V RTH/¿rл
RTH/¿rл+Ri.Vi
RL’=β=240, VRC|| RL=β=240, V0,85kΩMô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
Trang 11' ¿
Cμ=β=240, VCob+Ccobext;Cл=β=240, Vrβ
rл+(β +1) RE 1.RTH/¿ (r¿¿л+( β +1) RE 1)
RTH/¿(r¿¿л+ (β +1) RE 1)+Ri¿¿
=β=240, V -22,6(V/V)
Tần số cắt trên:FH=β=240, V2 л (C л+C 1 ).(R i’+R1
E 1)Với Ccobext=β=240, V0 C1 =β=240, V 3,897nF fH≈80,2 kHzVới C =β=240, V1pF C =β=240, V 181nF f ≈1,6 kHz
Trang 123 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng
3.1 Đo phân cực DC:
Ngắn mạch các thành phần DC, cấp nguồn DC 12V để mạch hoạt động, lắp mạch theo sơ đồ nguyên lí ở module thí nghiệm đo các thành phần
3.2 Đo v0 và vẽ đáp ứng tần số
-Đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tại tần số dãy giữa.-Chọn Vi từ vài chục mV tới vài trăm mV, tần số khoảng 1kHz đến 5 kHz Thông số cụ thể chọn ở phần dưới bảng
-Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100 Hz đến 100 kHz, lập bảng đo giá trị đỉnh-đỉnh ngõ ra tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số là 100, 200, 300, 500,1k, 5k, 10k, 50k 70k, và 100k Sau đó tính ra bảng độ lợi áp Av của mạch tương ứng với 10 tần số đó
-Đo 2 tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy giữa (tăng hoặc giảm) tới khi biên độ của ngõ ra giảm bằng 1/√2 của biên độ ngõ ra tại dãy giữa Tần số khi đó là tần số cắt
-Từ bảng độ lợi áp thu được tiến hành vẽ đáp ứng tần số.Chọn tần số đo như sau
(hz) 100 500 700 1k 3 5k 10k 25k 50k 75k
Trang 134 Các kết quả thí nghiệm
4.1 Đo phân cực DC: Tiến hành thí nghiệm trên mạch khuếch đại E chung – hoạt
động ở chế độ DC tích cực ta có bảng giá trị sau: ICQIBQVCEQβVBE
5.149 mA 0.023 mA 4.86 V 223.87 629mA→ BJT hoạt động ở chế độ tích cực
4.2 Đo vo và vẽ đáp ứng tần số
a) Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp
• Thí nghiệm 1: Cobext =β=240, V 0, Chọn Vi-pp =β=240, V 80mV → Vo-pp tại tần số dãy giữa =β=240, V
2.42Vf(Hz) 100 20
0500 1k 5k 10k 20k 50k 70k 100k
AV
5 10 9.25 11.75 21.25 23.5 25.25 30.25 31 31.2520logAV 13.9
7
20 19.32
21.4 26.5
5
27.42
28.05
29.62
29.83
29.9
Độ lợi áp dãy giữa: AMB =β=240, V - 2.42
8 0 x 10−3 =β=240, V - 30.25 (V/V)
Trang 14Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa Tần số cắt đo được: với vo− pp=¿1
√2 v0− pp MB =β=240, V 2.42
√2 =β=240, V 1.71 V → Tần số cắt dưới: fLC =β=240, V 5.68 (kHz) ; Tần số cắt trên: fHC =β=240, V ∞ (Hz) → Vẽ đáp ứng tần số
1002005001k5k10k20k50k70k100k0
5101520253035
Đáp ứng tần số thí nghiệm 1
20log
• Thí nghiệm 2: Cobext =β=240, V 15pF , Chọn Vi-pp =β=240, V 80mV → Vo-pp tại tần số dãygiữa =β=240, V 2.32 V
Trang 15f(Hz) 100 200 500 1k 5k 10k 20k 30k 50k 100k
AV
4.5 5.5 9.5 11.5 20.5 23.75 26.75 29 29.25 25.7520logAV 13.0
6
14.81
19.55
21.21
26.24
27.51
28.55 29.25 29.32 28.22 Độ lợi áp dãy giữa:
Tần số cắt trên:fHC =β=240, V ∞
→ Vẽ đáp ứng tần số:
Trang 165101520253035
Đáp ứng tần số thí nghiệm 2
20log
• Thí nghiệm 3: Cobext =β=240, V 30pF , Chọn Vi-pp =β=240, V 80mV → Vo-pp tại tần số dãygiữa =β=240, V 6.56 V
f(Hz) 100 200 500 1k 4.5k 10k 20k 30k 50k
AV
4.75 6 8.75 11.5 18.875 22.75 25.75 26.75 2620logAV 13.5
3
15.56
18.84
21.21
25.52 27.1
4
28.22 28.55 28.3Độ lợi áp dãy giữa:
AMB=β=240, V - 2.14
8 0 x 10−3 =β=240, V - 26.75(V/V)
Trang 17Hình 4.4: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữaTần số cắt đo được: với vo− pp=¿1
√2 v0− pp MB =β=240, V 2.14
√2 =β=240, V 1.51 V→ Tần số cắt dưới: fLC =β=240, V 4.5 kHz
Tần số cắt trên:fHC =β=240, V ∞
→ Vẽ đáp ứng tần số:
Trang 1851015202530
Đáp ứng tần số thí nghiệm 3
20log
b) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp
Số liệu khảo sát mạch phân cực tĩnh giống với mạch không hồi tiếp
• Thí nghiệm 4: Cobext =β=240, V 0pF , Chọn Vi-pp =β=240, V 80mV → Vo-pp tại tần số dãy giữa =β=240, V 1.18 V
AMB=β=240, V - 1.18
8 0 x 10−3 =β=240, V - 14.75 (V/V)
Trang 19Hình 4.4: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữaTần số cắt đo được: với vo− pp=¿1
√2 v0− pp MB =β=240, V 1.18
√2 =β=240, V 0.83 V→ Tần số cắt dưới: fLC =β=240, V 2.232 kHz
Tần số cắt trên:fHC =β=240, V ∞
→ Vẽ đáp ứng tần số:
0510152025
Đáp ứng tần số thí nghiệm 4
20log
Trang 20• Thí nghiệm 5: Cobext =β=240, V 30pF , Chọn Vi-pp =β=240, V 100mV → Vo-pp tại tần số dãy giữa =β=240, V 6.56 V
7
14.81
17.21
19.32
21.76
22.44
23.08 23.52 23.38Độ lợi áp dãy giữa:
AMB=β=240, V - 1 0 6
8 0 x 10−3 =β=240, V - 13.25 (V/V)
Hình 4.4: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa
Tần số cắt đo được: với vo− pp=¿1
√2 v0− pp MB =β=240, V 1.06
√2 =β=240, V 0.75V→ Tần số cắt dưới: fLC =β=240, V 273 Hz
Tần số cắt trên:fHC =β=240, V 44k Hz→ Vẽ đáp ứng tần số:
Trang 21510152025
Đáp ứng tần số thí nghiệm 5