Báo Cáo Thí Nghiệm Mạch Điện Tử Khảo Sát Đáp Ứng Tần Số Mạch Khuếch Đại Bjt Ghép E Chung 2.Pdf

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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ

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

CHUNG

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương

Sinh viên thực hiện (Nhóm L06 _ Tổ 1):

Lê Văn Hiệu MSSV: 1910188

Mai Trung Hiếu MSSV: 1911146

Hoàng Văn Doanh MSSV: 1912858

Phiên google meet:

https://drive.google.com/drive/folders/1_9y394Ttx62tVn90FLChzcJF-7rDPM8E?usp=sharing

Ngày hoàn thành báo cáo: 16/11/2021

Thành phố Hồ Chí Minh – 2021

Mục lục

Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 1

1 Giới thiệu chung 1

2 Các giả thuyết cần kiểm chứng 2

3 Các kết quả thí nghiệm 15

4 Phân tích kết quả và so sánh 24

5 Kết luận chung 27

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 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 phần mềm mô phỏng, 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 Cobextvà 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)

- 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

- LTspice là phần mềm máy tính mô phỏng mạch điện tử tương tự dựa trên SPICE, cung cấp tính năng chụp giản đồ để nhập một giản đồ điện tử cho một mạch điện tử

Module thí nghiệm: BJTLABSN001

II Các giả thuyết cần kiểm chứng

1 Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết lý thuyết cần kiểm chứng

1.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

Sơ đồ m ch thí nghi m trên phạ ệ ần mề m LTSpice

1.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

m ch thí nghi m trên ph m LTSpice

Q1 Q2

Q3

.

Vcc 12

AC 1 Vin SINE()

Cobext 0p

.ac dec 100 1 1G

1.3 Ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E

chung

- Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phức tạp, nên

để tiến hành phân tích đáp ứng tần số của một mạch khuếch đại ta sẽ chia ra các vùng tần số khác nhau để khảo sát

- Ở chế độ DC: Các tụ xem như được ngắn mạch hoặc hở mạch nên không ảnh

hưởng đến các giá trị tính toán

- Ở chế độ AC:

+ Tần số thấp: Trở kháng của các tụ Ci, C0, CE trở nên đáng kể (tụ CE nối với điện trở cục E, quyết định chủ yếu tần số cắt dưới của mạch khuếch đại, Ci, C0 đóng vai trò là tụ coupling giữa đầu vào và đầu ra của mạch khuếch đại các tụ ký sinh vẫn xem như hở mạch)

hở mạch Các tụ Ci, C0, CE có trở kháng nhỏ, xem như ngắn mạch, tụ Cobext cũng như điện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trở kháng rất lớn, xem như hở mạch Ở đây có thể nói mạch khuếch đại hoạt động không bị ảnh hưởng của các tụ

+ Tần số cao: Các tụ Ci, C0, CE trở kháng rất nhỏ, xem như ngắn mạch, trở kháng của Cobext vả điện dung ký sinh nhỏ, trở nên đáng kể với hoạt động của mạch, quyết định tới tần số cắt trên

• Để tìm tần số cắt cao ta giải phương trình sau:

với 𝑠 = 𝑗𝜔𝐻

• Hoặc nếu có một tần số cắt bé hơn rất nhiều so với các tần số cắt còn lại thì ta có thể xấp xỉ tần số cắt cao bằng tần số bé nhất đó

Từ đó, ta có đồ thị từ phân tích lý thuyết:

2 Tính toán lý thuyết

2.1 Khảo sát điểm làm việc tĩnh của BJT

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 Thông qua quá trình mô phỏng, ta chọn giá trị β ≈ 128,48

Sơ đồ mạch phân cực DC trên LT Spice

Áp dụng Thevenin cho mạch trên ta được:

= 4.27 Ω

= 2.85 V Giả s m ch hoử ạ ạt động ở chế độ tích c c: ự 𝑉𝐵𝐸on = 0.7

6 6

2.85 0.7

37.32( )( 1).R 4.27 (128.48 1) * 412

2.2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

Sơ đồ mạch khảo sát trên LT Spice

Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ (hfe =  , R = R , h = r ) b TH ie π

.tran 10m

/ /1

2.2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

Sơ đồ mạch khảo sát trên LT Spice

Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ (hfe =  , R = R , h = r ) b TH ie π

2.3 1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

- Xét t , ng n mụ𝐶𝑖 ắ ạch và 𝐶𝑂 𝐶𝐸: tần số cắt thấp gây ra bởi tụ điện Ci

- Xét t , ng n mụ𝐶𝑖 ắ ạch và 𝐶𝑂 𝐶𝐸: tần số cắt thấp gây ra bởi tụ điện Ci

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

Dựa theo đồ thị khảo sát, ta có dẫn nạp của tụ Cob là:

6 696.45 10

FEEE - BEE

C&M LAB S/N: BJTLA BSN001

1.5100671µs,96.449713µA 1.2483221µs,999.94381mV

2.4.2 Xác định giá trị tụ C của BJT tại giá trị phân cựcπ

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

BK TP.HCM

FEEE - BEE

C&M LAB S/N: BJ TLABSN001

Q3

B

0

C

0 Vcc

144.82354MHz,-173.274mdB

Dựa theo đồ thị, tần số chuyển tiếp f ≈ 145 MHzT

6128.48

3.1 Đo điểm làm việc tĩnh của BJT

Dựa vào thông số đo đạc trên LTSpice, ta có:

128,48 VBE= 𝑉B − 𝑉𝐸 = 0,6131V

𝐼𝐶𝑄 = 4,597 mA 𝑉𝐶𝐸𝑄 = 𝑉 −𝐶 𝑉𝐸 = 5.238 𝑉

=> Điểm tĩnh Q (4.597 mA; 5.238 𝑉)

3.2 Kh ảo sát độ ợi áp t i t n s l ạ ầ ố dãy giữa 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑨𝑴

3.2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

+ Các thông số cài đặt trong mạch: Vin = 2mV và f = 10KHz

+ Kết quả đo giá trị Vin và Vout trong mạch:

121.6968 122.5908

122,1438(V) 2

3.8757949ms,121.69684mV

3.9261197ms,-122.59082mV

3.2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

+ Các thông số cài đặt trong mạch: Vin = 2mV và f = 10KHz

+ Kết quả đo giá trị Vin và Vout trong mạch:

39,3401 39, 2826

39,3114(V) 2

3.3 Khảo sát đáp ứng tần số tại tần số cao và thấp

3.3.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

+ Thí nghiệm 1: Cobext = 0 (điện áp Vin=1V)

3.72ms 3.75ms 3.78ms 3.81ms 3.84ms 3.87ms 3.90ms 3.93ms 3.96ms 3.99ms 4.02ms 4.05ms -48mV

3.8754592ms,39.340093mV

3.8255102ms,-39.282634mV

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

-60° V(vout)/V(n004)

4.6353648KHz,35.768662dB

155.70684KHz,32.546959dB 148.36405Hz,32.520573dB

 Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 159.33 kHz, đo = 155.71kHz

+ Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF (điện áp Vin=1V)

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

BK TP.HCM FEEE - BEE C&M LAB S/N: BJ TLABSN001 2SD592/1

R18 2SD592/3

Q1 Q2

Q3

Vcc

12

AC 1 Vin

SINE()

Cobext 15p

-90° V(vout)/V(n004)

3.3456116KHz,35.768136dB

84.105651KHz,32.403859dB 148.36405Hz,32.524289dB

 Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.36Hz

 Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 83,79 kHz, đo = 84,11kHz

+ Thí nghiệm 3: Cobext 30pF = (điện áp Vin=1V)

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

 Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.06Hz

 Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 56,84 kHz, đo = 52,81kHz

3.3.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

+ Thí nghiệm 1: Cobext = 0 (điện áp Vin=1V)

-90° V(vout)/V(n004)

3.0010465KHz,35.767601dB 148.06877Hz,32.518979dB 52.808311KHz,32.7505dB

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

4.8063809KHz,25.908208dB 51.884181Hz,22.8021dB 461.67426KHz,22.674228dB

R18 2S D592 /3

Q1 Q2

Q3

Vcc

12

AC 1 Vin

SINE()

Cobext 0p

.ac dec 100 1 1G

+ Thí nghiệm 1: Cobext 1nF = (điện áp Vin=1V)

R18 2SD592/3

Q1 Q2

Q3

.

Vcc 12

AC 1 Vin

SINE()

Cobext 1n

609.48783Hz,25.897155dB 51.884181Hz,22.827745dB 7.4238531KHz,22.716945dB

4 Phân tích kết quả và so sánh

4.1 Sai số độ lợi áp tần số dãy giữa 𝑨𝒗𝒎𝒊𝒅:

4.1.1 Sai số độ lợi áp tần số dãy giữa 𝐴𝑣𝑚𝑖𝑑mạch khuếch đại ghép E chung

không hồi tiếp:

4.2 Sai số tần số cắt gây ra bởi tụ điện C:

4.2.1 Sai số tần số cắt gây ra bởi tụ điện C ở mạch khuếch đại ghép E chung

không hồi tiếp:

a) Tần số cắt thấp( thí nghiệm với 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡= 0( 𝐹 , 𝐶) 𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡= 15( 𝑝𝐹), 𝐶𝑜𝑏𝑒𝑥𝑡=30( 𝑝𝐹)):

 Lý thuyết:

𝑓𝐿𝑙𝑡= 𝑚𝑎𝑥{𝑓𝑝1,𝑓𝑝2, 𝑓𝑝3} = 143.09( 𝐻𝑧)

 Đo:

- tính được từ thực nghiệm nằm trong khoảng cho phép của BJT = 128.48

- Giá trị đo là mô phỏng nên khá chính xác với lý thuyết: (4.597 mA; 5.238 𝑉) của mô ph ng so v i (4.79 ỏ ớ 𝑚𝐴, 5.22 ) tính toán lý thuyết

5.2 Đo A v và xác định của giá trị của đáp ứng tần số

- Qua việc thí nghiệm cũng giúp thể hiện ảnh hưởng của các tụ coupling và

tụ bypass tới tần số cắt dưới của mạch khuếch đại

- Dạng đáp ứng tần số và giá trị độ lợi áp giữa lý thuyết và thực nghiệm tương