Báo Cáo Thí Nghiệm Mạch Điện Tử.pdf

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

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MẠCH ĐIỆN

TỬ

LỚP L01 TỔ 5

DANH SÁCH THÀNH VIÊN : ĐOÀN ANH KIỆT 2110299 NGUYỄN ĐĂNG KHÁNH 2111490

GVHD: Nguyễn Thanh Phương

2

Mục lục

1 Mục tiêu thí nghiệm .3

2 Các giả thuyết phải kiểm chứng 3

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 6

4 Các kết quả thí nghiệm 9

5 Phân tích so sánh và kết luận 20

3

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, v 2cùng 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 AC khi hai sóng ngõ vào chân

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

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 Các giả thuyết cần kiểm chứng

2.1 Nguyên lí 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

- Mạch khuếch đại vi sai có hai điện áp ngõ vào Nếu đặt vào hai điện áp

đó các tín hiệu bằng nhau về độ lớn, mạch sẽ phản ứng với tín hiệu ngược pha và không phản ứng với tín hiệu đồng pha

4

2.2 Các thông số quan trọng

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

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

• Sơ đồ tương đương:

5

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

Hình 2.3: Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực

phát •Sơ đồ tương đương:

6

7

8

9

10

4 Các kết quả thí nghiệm

4.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát

a) Phân cực DC:

ICQ = 1.06mA

IB=0,0037mA

VCEQ=7.01 (V)

β=hfe = 𝐼𝐶𝑄

𝐼 𝐵𝑄=286.5

V =0.5793 (V) BE

b) Độ lợi cách chung:

Bảng 4.1: Kết quả đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai với RE ở

cực phát

3.2 V 1.04 V -0.325

Hình 4.1: Kết quả đo AC1

11

Hình 4.2: Kết quả đo AC2

Hình 4.3: Kết quả đo AC3

Ta có : 𝐴𝐶1= 𝑣0

𝑣 1 = -0.3447 (V/V)

Áp dụng công thức tương tự ta tính được : 𝐴𝐶2 = -0.3455 (V/V) ;

325 (V/V)

𝐴𝐶3= -0

𝐴𝑐 =𝐴𝐶1 +𝐴 𝐶2 +𝐴 𝐶3

3 = - 3384 0

12

∆𝐴𝑐=|𝐴𝑐 −𝐴𝐶1| |𝐴 + 𝑐 −𝐴𝐶2| |𝐴 + 𝑐 −𝐴𝐶3|

Suy ra 𝐴𝐶= 𝐴𝑐 ± ∆𝐴𝑐 = -0.3384 ± 0.0089 (V/V)

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

Hình 4.5: Kết quả đo Ad

Hình 4.6: Kết quả đo Ad3

Ta có : 𝐴𝑑= 26.068

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

a) Phân cực DC

𝐼𝐶𝑄 = 1.032 𝐼𝐵𝑄 = 0.004 𝑚𝐴 𝑉𝐶𝐸𝑄 = 6.84 𝑉

13

𝛽 = ℎ𝑓𝑒 =𝐼𝐶𝑄

𝐼 𝐵𝑄 = 258 𝑉𝐵𝐸 = 0.575 𝑉

b) Độ lợi cách chung:

Bảng 4.3: Kết quả đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai với nguồn

dòng ở cực phát

Áp dụng công thức tương tự ta tính được : 𝐴𝐶 = 0.003137 (V/V)

14

c) Độ lợi vi sai:

Bảng 4.4: Kết quả đo độ lợi áp vi sai mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở

cực phát

Hình 4.12: Kết quả đo Ad3

Áp dụng công thức tương tự ta tính được : 𝐴𝑑 = 55 (V/V)

15

5 Phân tích so sánh và kết luận:

5.1 Phân tích cực tĩnh DC

•Lý Thuy t ế

ICQ = β 12−VBE

R +2(β+1)R B E = 286.5 × 12−0.5793

1.2+2(286.5+1)×5.6 = 1.1058 (mA)

•Sai số so với thực tế

%sai số = | Thực − tế Lý thuyết

Lý thuyết | ×100%

Áp dụng công thức trên ta được

%ICQ =|1 −1.06 1058

1.1058 | × 100% = 4.14%

• Phân tích đánh giá:

+ hfe theo datasheet c a BJT 2SD468 là 85 ủ – 240 nhưng khi đo thì hfe củ a BJT là 286.5 Nguyên nhân là do hfe thay đổ i theo nhi ệt độ , nhi ệt độ càng tăng thì hfe càng lớ n

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

5.2 M ch khuạ ếch đại vi sai dùng BJT với điện tr RE c c phát ở ở ự

a) Độ lợi cách chung:

•Lý Thuy t ế

𝑟𝜋= 𝛽𝑉𝑇

𝐼 𝐶𝑄 = 286.5 × 0.025

1.1058= 6.4772(kΩ)

AC = −𝛽(𝑅𝐶 //𝑅 𝐿 )

𝑟 𝜋 +𝑅 𝐵 +2(β+1)R E = −286.5(5.6//12)

6.4772+1.2+2(286.5+1)×5.6 = -0.3389 (V/V)

• Sai số so với thực tế:

%AC =|−0.3384+0.3389

−0.3389 | × 100% 0.1475% =

• Phân tích đánh giá:

+ Sai s trên là ch p nh ố ấ ận đượ c so v i k t qu trên lý thuy t vì b n thân Ac là r t bé nên ớ ế ả ế ả ấ khó có th ể đo đượ c chính xác

b) Độ lợi vi sai:

•Lý Thuy t ế

A d= 𝛽(𝑅𝐶 //𝑅 𝐿 )

2(𝑟 𝜋 +𝑅 𝐵 ) = 286.5(5.6// )12

2( 6 4772 +1.2) = 71.2440 (V/V)

• Sai số so với thực tế:

%Ad =|26 068 71 2440,71.2440− | × 100% = 63,41%

16

• Phân tích đánh giá:

+ Sai s c ố ủa độ ợ l i vi sai là khá l n nguyên nhân là do ớ trong quá trình đo sóng bị nhi u, ễ không ổn định đồ ng th ời độ ợ l i vi sai còn ph thu c vào hfe (m ụ ộ ột đại lượng thay đổ i theo nhi ệt độ môi trườ ng)

+ Đề xu ất phương án thí nghiệ m: xử dụng các loại dây nối t ốt để tránh tình trạng bị nhiễu

đồ ng thời làm thí nghi m trong m ệ ột môi trườ ng có nhi ệt độ ổn đị nh, nên kéo dãn kho ả ng thời gian nghĩ giữ a các l ần đo vì trong quá trình đo thì BJT sẽ bị nóng lên d ẫn đế n thay đổi hfe

5.3 M ch khuạ ếch đại vi sai dùng BJT v i ngu n dòng c c phát ớ ồ ở ự

a) Độ lợi cách chung:

•Lý Thuy t ế

𝑟𝜋= 𝛽𝑉𝑇

𝐼 𝐶𝑄 = 286.5 × 0.025

1.1058= 6.4772 (kΩ)

AC = −𝛽(𝑅𝐶 //𝑅 𝐿 )

𝑟 𝜋 +𝑅 𝐵 +2(β+1)R 0

Vì R 0rất 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

b) Độ lợi vi sai:

A d= 𝛽(𝑅𝐶 //𝑅 𝐿 )

2(𝑟 𝜋 +𝑅 𝐵 ) = 286.5(5.6// )12

2( 6 4772 +1.2) = 71.2440 (V/V)

%Ad =|55 71 2440−

71.2440 | × 100% = 22.8%

• Phân tích đánh giá:

+ Sai s c ố ủa độ ợ l i vi sai là khá l ớn nguyên nhân là do trong quá trình đo sóng bị nhi u, ễ không ổn định đồ ng th ời độ ợ l i vi sai còn ph thu c vào hfe (m ụ ộ ột đại lượng thay đổ i theo nhi ệt độ môi trườ ng) Bên c ạnh đó việ c ch ọn 2 điệ n tr ở phân để phân áp cũng khiế n cho

vi ệc đo Vin không còn đượ c chính xác

+ Đề xu ất phương án thí nghiệ m: xử dụng các loại dây nối t ốt để tránh tình trạng bị nhiễu

đồ ng thời làm thí nghi m trong m ệ ột môi trườ ng có nhi ệt độ ổn đị nh, nên kéo dãn kho ả ng thời gian nghĩ giữ a các l ần đo vì trong quá trình đo thì BJT sẽ bị nóng lên d ẫn đế n thay

đổ i hfe Ch ọn 2 điệ n tr ở phân áp nh nh t có th ỏ ấ ể