Báo cáo thí nghiệm mạch Điện tử khảo sát Đáp Ứng tần số mạch khuếch Đại bjt ghép e chung

Bài 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG 1.. 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

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

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 4

1 Giới thiệu chung 4

2 Các thí nghiệm cần kiểm chứng 4

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 7

4 Các kết quả thí nghiệm 8

5 Phân tích so sánh và kết luận 14

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

1 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 ởcác 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 C , C và tụ CC E obext 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 sốkhác 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 sốcủa các mạch

- Hiểu được ảnh hưởng của các tụ Cobext lên độ lợi áp của mạch và các tần sốcắt

2 Các giả thuyết cần kiểm chứng

2.1 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, 𝐵𝐵 = 0,66 6 )

mA

⇒ � ��= � � ��= 5,075 mA

⇒

� ���= 𝐵 − 𝐵 = 4.8337 V

Ta thấy V CEQ V CEQ sat, nên BJT đang hoạt động ở miền tích cực

Điện trở:

B

BK K

TTP.HCM P.HCM

F FEEE EEE EEE - BEE - BEE C&

C&M M M LA LAB LA B

S/N: BJTLABSN0 S/N: BJTLABSN001 01

2 2 SD5 SD5 SD5 92 92 92 ///// 1 1

2 2 SD5 SD5 SD5 92 92 92 ///// 2 2 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR C R R2 2 23 3 R R1 1 19 9 R R2 2 21 1 R R2 2 20 0 R R1 1 18 8

2 2S SD5 S D5 D59 9 92 2 2 ///// 3 3 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR R R1 1 11 1 R R9 9 C2 RRRRR

Q1 Q2 Q3

V Vccc ccccc cc 12 IIIIIccccc 0

IIIIIb b 0

IIIIIe e 0

V

Vb b

Ve

.o op p

1.9348921V 2.5479884V

• Xét tại chế độ AC

Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:

Dãy giữa:

BK

TP.H TP.HCM CM

F FEEE EEE EEE - BEE - BEE C&

C&M M M LAB LAB

S/N: BJTLABSN0 S/N: BJTLABSN001 01

2 2S S SD5 D5 D59 9 92 2 2///// 1 1

2 2S S SD5 D5 D59 9 92 2 2 ///// 2 2 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR C R R2 2 23 3 R R1 1 19 9 R R2 2 21 1 R R2 2 20 0 R R1 1 18 8

2 2S S SD5 D5 D59 9 92 2 2///// 3 3 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR R R1 1 11 1 R R9 9 C2 RRRRR

Q1 Q2 Q3

12 SI

SIN N NE( E( E(0 0 0 2m 2m 2m 1 1 10k 0k 0k))))) V

ttttt .tr.traaannn 10m 10m

- Xét ảnh hưởng của tụ 𝐵𝐵 ngắn mạch tụ 𝐵𝐵 à 𝐵 𝐵

Hệ số khuếch đại:

Với

- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ 𝐵𝐵 𝐵𝐵 à 𝐵 𝐵 Hệ

số khuếch đại:

Với 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 = 1 →5 5 1 = 6,5 →5 5 𝐵 ≈ 47 7

Với 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 = 3 →3 3 1 = 9,7 →4 4 𝐵 ≈ 33 3 Độ

lợi áp toàn mạch:

2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

Hình 2.2: Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

• Xét 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:

Tần số 51.32 Hz

Do chênh lệch lớn giữa các tần số 𝐵 ,𝐵1 𝐵2, 𝐵3, chọn tần số cắt dưới của mạch:

𝐵𝐵 = max(((((((((((((( (𝐵1, 𝐵2, 𝐵3) = 57

➢ Tần số dãy giữa: các tụ Ci,C ,Co E xem như ngắn mạch do trở kháng nhỏ,

- Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100Hz đến 100KHz, 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 ngỏ ra giảm bằng 1/sqrt(2) của biên độ ngõ ra tạidãy 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

a) Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

• Thí nghiệm 1: Cobext = 0, Chọn V = 80mV i-pp

→ V tại tần số dãy giữa = 5V o-ppf(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k

Vo-pp 2.9 4.3 4.9 5.45 5.55 5.6 5.65 5.1 4.9 4.4

3.9261197ms,-122.59082mV

Avmid = -58,35 (V/V) Avmid đo = -61,07 (V/V)

B

BK K

T T P P P H H H C C C M M FEE FEEE - E - E - B B BE E EE E

C C& & & M M LL M L LLA A B A B

S/ S/ N: N: N: B B BJJJJJT T TLL L LLA A A B B B SN0 SN0 SN0 0 0 0 1 1

2 2SD SD SD5 5 59 92 9 2 2///// 1 1

2 2SD SD SD5 5 59 92 9 2 2///// 2 2 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR CCCCC R R23 23 R R19 19 R R21 21 R R20 20 R R18 18

2 2SD SD SD5 5 59 9 92 2///// 3 2 3

RRRRR RRRRR RRRRR R R11 11 R R9 9 C C2 2 RRRRR .

Q1 Q2 Q3

V Vb b b ccc cc 4 4 6 6 6 3 3 V Viiiiin n

S

SIIIIIN N N E E E(((((0 0 0 1 1 1 1 1 1M M M e e e g g g)))))

0

.t

.trrrrra a n a n n 0 0 0 0 0 0 0 0 04 4 m 4 m

-100µA

-80µA

-60µA

-40µA

-20µA

0µA

20µA

40µA

60µA

80µA

100µA

-1.0V

-0.8V

-0.6V

-0.4V

-0.2V

0.0V

0.2V

0.4V

0.6V

0.8V

1.0V

I(C) V(n003)

1.5100671µs,96.449713µA 1.2483221µs,999.94381mV

Cob= Ic/ ( 2pi.f.Vin) = 15.35pF

Đáp ứng tần số:

B

BK K

TP.H TP.HCM CM FEEE -FEEE - B B BEE EE

C&

C&M M M LA LAB LA B

S/N: BJTLABSN0 S/N: BJTLABSN001 01

2 2SS S D5 D5 D5 99 92 2 2///// 1 1

2 2S S S D5 D5 D5 9 9 92 2 2///// 22 R R R R C

R R 2 2 2 3 3

R R 1 1 1 9 9

R R 2 2 2 1 1

R R 2 2 2 0 0

R R 1 1 1 8 8

2 2S S S D5 D5 D59 9 9 2 2 2///// 3 3 R R R R

R R 1 1 1 1 1

R R 9 9 C2 R

Q1 Q Q2 2 Q3

Vcc

1

12 2 A

AC 1 C 1 Vi Vin n

S SIIIIIN N NE( E( E()))))

Co Cob b be e exx x xxttttt 0

.ac d ac dec ec ec 10 10 100 0 0 1 1 1 1G 1G

-63dB

-54dB

-45dB

-36dB

-27dB

-18dB

-9dB

0dB

9dB

18dB

27dB

36dB

-390° -360° -330° -300° -270° -240° -210° -180° -150° -120° -90°

-60° V(vout)/V(n004)

4.6353648KHz,35.768662dB

155.70684KHz,32.546959dB 148.36405Hz,32.520573dB

Tần số cắt thấp (lý thuyết) = 140Hz, đo bằng = 148,36Hz

Tần số cắt cao (lý thuyết) = 176.26 kHz, đo bằng = 155.71kHz

B

BK K

TP.H TP.H C CC MM FEEE -FEEE - B B BEE EE C&M C&M LA LA LAB B

S/ S/ N: N: N: B B B JJJJJTLA TLA TLA BBB SN0 SN0 SN0 01 01

2 2SS S D5 D59 D5 9 9 2 2 2///// 1 1

2 2S S S D5 D5 D5 9 9 922 2///// 2 2 R R R R C

R R2 2 2 3 3

R R 1 1 1 9 9

R R 2 2 2 1 1

R R 2 2 2 0 0

R R 1 1 1 8 8

2 2SS S D5 D5 D59 9 9 2 2 2///// 3 3 R R R R

R R1 1 1 1 1

R R 9 9 C2 R .

Q1 Q Q2 2 Q3

Vcc

1

12 2 A

AC 1 C 1 Vi Vin n

S SIIIIIN N NE( E( E()))))

Co Cob b be e exx x xxttttt 1

15 5 5p p

.ac de ac deccc cc 10 10 100 0 0 1 1 1G 1 1G

-63dB

-54dB

-45dB

-36dB

-27dB

-18dB

-9dB

0dB

9dB

18dB

27dB

36dB

-420° -390° -360° -330° -300° -270° -240° -210° -180° -150° -120°

-90° V(vout)/V(n004)

3.3456116KHz,35.768136dB

84.105651KHz,32.403859dB 148.36405Hz,32.524289dB

Tần số cắt cao (lý thuyết) = 89,15 kHz, đo bằng = 84,11kHz

B

BK K

TP.H TP.H C CC MM FEEE -FEEE - B B BEE EE C&M C&M LA LA LAB B

S/ S/ N: N: N: B B B JJJJJTLA TLA TLA BBB SN0 SN0 SN0 01 01

2 2SS S D5 D59 D5 9 9 2 2 2///// 1 1

2 2S S S D5 D5 D5 9 9 922 2///// 2 2 R R R R C

R R2 2 2 3 3

R R 1 1 1 9 9

R R 2 2 2 1 1

R R 2 2 2 0 0

R R 1 1 1 8 8

2 2SS S D5 D5 D59 9 9 2 2 2///// 3 3 R R R R

R R1 1 1 1 1

R R 9 9 C2 R .

Q1 Q Q2 2 Q3

Vcc

1

12 2 A

AC 1 C 1 Vi Vin n

S SIIIIIN N NE( E( E()))))

3

30 0 0p p

.ac de ac deccc cc 10 10 100 0 0 1 1 1G 1 1G

-70dB

-60dB

-50dB

-40dB

-30dB

-20dB

-10dB

0dB

10dB

20dB

30dB

40dB

-420° -390° -360° -330° -300° -270° -240° -210° -180° -150° -120°

-90° V(vout)/V(n004)

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

Tần số cắt cao (lý thuyết) = 59,66 kHz, đo bằng = 52,81kHz

Hình 4.1: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa

Tần số cắt đo được: ( Với

→ Tần số cắt dưới: f = 106.72 Hz; Tần số cắt trên: f = LC HC ꝏ

• Thí nghiệm 2: Cobext = 15pF, Chọn V = 80mV i-pp

→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5.4V f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k

Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa

→ Tần số cắt dưới: f = 180.5 Hz LC

Hình 4.3: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt dưới

Tần số cắt trên: f = 65.3 kHz HC

Hình 4.4: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt trên

→ Vẽ đáp ứng tần số:

• Thí nghiệm 3: Cobext = 30pF, Chọn V = 80mV i-pp

→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5.2V f(Hz) 100 200 300 500 1k 5k 10k 50k 70k 100k

B

BK K

TP.H

TP.HCM CM

F FEEE EEE EEE - BEE - BEE

C

C& & &M M M LA LAB LA B

S/N: BJTLABSN0

S/N: BJTLABSN001 01

2 2S S SD5 D5 D59 9 92 2 2 ///// 1 1

2 2S S SD5 D5 D59 9 92 2 2 ///// 2 2 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR C R R2 2 23 3 R R1 1 19 9 R R2 2 21 1 R R2 2 20 0 R R1 1 18 8

2 2S S SD5 D5 D59 9 92 2 2///// 3 3 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR R R1 1 11 1 R R9 9 C2 RRRRR .

Q1 Q2 Q3

1

12 2 V

Viiiiin n S SIIIIIN N NE E E(((((0 0 0 2 2 2m m m 1 1 10 0kk 0 k kk))))) V

ttttt .t.trrrrraaannn 1 10 100mm

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

-40mV

-32mV

-24mV

-16mV

-8mV

0mV

8mV

16mV

24mV

32mV

40mV

-2.0mV

-1.6mV

-1.2mV

-0.8mV

-0.4mV

0.0mV

0.4mV

0.8mV

1.2mV

1.6mV

2.0mV

V(vout) V(n002)

3.8754592ms,39.340093mV

3.8255102ms,-39.282634mV

Avmid = -20,25 (V/V) Avmid đo = -19,66 (V/V)

B

BK K

TTP.HCM P.HCM FEEE -FEEE - B B BEE EE

C&

C&M M M LA LA LAB B

S/N: BJTLABSN0 S/N: BJTLABSN001 01

2 2S S S D5 D5 D5 99 922 2///// 1 1

2 2SS S D5 D5 D59 9 9 2 2 2///// 2 2 R R R R C

R R 2 2 2 3 3

R R 1 1 1 9 9

R R2 2 2 1 1

R R 2 2 2 0 0

R R 1 1 1 8 8

2 2S S S D5 D5 D5 9 9 92 2 2///// 33 R R R R

R R 1 1 1 1 1 R R 9 9 C2 R

Q1 Q Q2 2 Q3

Vc Vcccc cc

1

12 2 A

AC 1 C 1 Vi Vin n

S SIIIIIN N NE( E( E()))))

0 0p p

.ac d ac dec ec 10 ec 10 100 0 0 1 1 1 1G 1G

-42dB

-36dB

-30dB

-24dB

-18dB

-12dB

-6dB

0dB

6dB

12dB

18dB

24dB

30dB

36dB

42dB

-380° -360° -340° -320° -300° -280° -260° -240° -220° -200° -180° -160° -140° -120° -100° V(vout)/V(n004)

4.8063809KHz,25.908208dB

Tần số cắt thấp (lý thuyết) = 51.32Hz, đo bằng = 51.88Hz

Tần số cắt cao (lý thuyết) = x kHz, đo bằng = 461.67kHz

B

BK K

TP.H TP.H CM CM FEEE - BEE

C C& &M & M LA M LA LAB B

S/ S/ N NN : B : B : B JJJJJTLA TLA TLA BSN001 BSN001

2 2S S SD D D55 59 9 92 2 2///// 1 1

2 2 SD5 SD5 SD5 99 92 2 2 ///// 2 2

C

R R2 2 23 3

R R1 1 19 9

R R2 2 21 1

R R2 2 20 0

R R1 1 18 8

2 2 SD5 SD5 SD5 9 9 92 2 2 ///// 3 3 RRRRR RRRRR RRRRR RRRRR

R R1 1 11 1 R R9 9 C2 RRRRR .

Q1 Q2 Q3

V Vcc cc

12 A

AC C C 1 1 V Viiiiin n

SI SIN N NE( E( E()))))

1 1n n

.a ac de c de c dec 10 c 10 c 100 0 0 1 1 1 1G 1G

1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz -42dB

-36dB

-30dB

-24dB

-18dB

-12dB

-6dB

0dB

6dB

12dB

18dB

24dB

30dB

36dB

42dB

-380° -360° -340° -320° -300° -280° -260° -240° -220° -200° -180° -160° -140° -120° -100° V(vout)/V(n004)

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

Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa

→ Tần số cắt dưới: f = 171.26 Hz LC

Hình 4.6: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt dưới

Tần số cắt trên: f = 45.9 kHz HC

Hình 4.7: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt trên

→ Vẽ đáp ứng tần số:

b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

• Thí nghiệm 4: Cobext = 0, Chọn V = 43.8mVi-pp

→ V tần số dãy giữa là: 0.836V o-pp

Độ lợi dãy giữa:

Tần số cắt đo được: ( Với = 0.591V)

→ Tần số cắt dưới: 𝐵𝐵𝐵 = 68.65 Tần số cắt trên: 𝐵𝐵 𝐵 =

∞

• Thí nghiệm 5: Cobext = 1nF, Chọn Vi-pp = 43.8mV

→ V tần số dãy giữa là: 0.876V o-pp

Vo-pp(V) 0.756 0.836 0.836 0.876 0.876 0.718 0.538 135.6m 99.6m 71.6m

AV 17.260 19.087 19.087 20 20 16.393 12.283 3.096 2.274 1.635

20logAv 24.74 25.614 25.614 26.02 26.02 24.293 21.786 9.816 7.136 4.27

Độ lợi dãy giữa:

→ Tần số cắt dưới: 𝐵𝐵𝐵 = 70.4 ; Tần số cắt trên: 𝐵𝐵𝐵 = 7.017

→ Vẽ đáp ứng tần số

a) Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp

+ Độ lợi áp tại tần số dãy giữa có sự sai lệch so với lý thuyết nhưng không quá lớn do thay đổi chứ không cố định, sai số của máy đo, quan sát bằng dao động β

ký nên không thể chính xác tuyệt đối

+ Điện áp ngõ ra ngược pha so với điện áp ngõ vào phù hợp với bài toán + Khi Cobext=0, tần số cắt cao quá lớn nên không thể đo chính xác giá trị là bao nhiêu

+ Từ đáp ứng tần số thu được ta thấy khi lắp thêm tụ Cobext thì ở tần số cao độ lợi áp và tần số cắt trên giảm so với khi Cobext=0

Cụ thể, khi Cobext =0, tần số cắt trên f = khi HC ꝏ

b) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp

Từ các công thức của phần cơ sở lý thuyết và I tính được CQ

thiết bị đo và thay đổi, các dây dẫn bị lỏng nên kết quả quan sát bị nhiễu

Vậy kết quả đo gần giống với lý thuyết, sai lệch do thiết bị đo, sóng bị nhiễu, không ổn định