nhóm kiểm chứng nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản của mạch khuếch đại ghép E chung 1. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp, • Đo trở kháng vào của mạch, • Đo trở kháng ra của mạch,Mạch phân cực BJT nối chung E khi không hồi tiếp sẽ cho độ lợi lớn nhưng áp ngõ ra lớn nhất mà không bị méo thì không cao .Còn mạch phân cực BJT nối chung E khi có hồi tiếp sẽ cho ngõ ra có điện áp cao hơn ,nhưng độ lợi lại không cao .
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TRẦN QUANG VIỆT I Mục tiêu thí nghiệm - Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng ngun lý hoạt động thông số mạch khuếch đại ghép E chung Những số liệu sai lệch tính tốn lý thuyết đo thực tế đưa nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu hiểu thêm sai số mơi trường thực nghiệm ( Các phân tích cụ thể nhóm trình bày mục V) - Trong q trình thí nghiệm, thí nghiệm giúp nhóm thêm tự tin việc sử dụng thiết bị đo phịng thí nghiệm ( hộp thí nghiệm chính,máy đo đa Fluke, máy dao động ký…) thao tác thực lắp mạch thực đo đạc để lấy số liệu cần thiết Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho thành viên khả làm việc nhóm - chung, phân chia xếp công việc hợp lý, đặc biệt hết rèn luyện khả xử lý vấn đề nhóm gặp cố q trình thực lắp mạch đo đạc Cụ thể : nhóm gặp cố đo dòng I c Ib để tính độ lợi hfe, thành viên lúng túng thực phương pháp đo dòng tìm lỗi mắc dây sai sửa chữa vấn đề II Các lý thuyết phải kiểm chứng Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp Nguyên lý hoạt động: - Mạch khuếch đại ghép E chung (CE) có tín hiệu vào chân B tín hiệu chân C - Mạch có cực E thường nối xuống đất qua tụ nối xuống đất để loại bỏ thành phần xoay chiều nên tín hiệu đưa từ cực B sang cực C - Chức mạch: Khuếch đại tín hiệu ngõ so với ngõ vào mặt điện áp dòng - Chức tụ điện mạch: + Các tụ decoupling Ci Co có tác dụng cho tín hiệu vào với thành phần xoay chiều (AC) qua, ngăn áp chiều lại + Tụ bypass CE nối vào chân E để thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống (nối đất) Tín hiệu v0 ngõ có biên độ lớn biên độ tín hiệu ngõ vào vi nhiều lần nên mạch khuếch đại điện áp Tin hiệu ngõ ngược pha với tín hiệu ngõ vào Do mạch khuếch đại E chung có độ lợi áp lớn nên thường dùng làm tầng khuếch đại mạch khuếch đại liên tầng Tính tốn dựa lý thuyết học: Tìm điểm phân cực DC mạch Xét mạch chế độ DC, mạch có chung sơ đồ mạch sau: Dùng định lý Thevenin ta sơ đồ tương đương hình Trong đó: VBB = RB 5.6 VCC = *12 = 2.85(V ) RB1 + RB 5.6 + 18 RBB = RB1 / / RB = 18*5.6 = 4.27(k Ω) 18 + 5.6 Sử dụng kết đo thực nghiệm, ta có thơng số BJT sau:; ; Giả sử BJT hoạt động miền tích cực thuận, ta có Xét định lý KVL vịng BE BJT ta có với RE = RE1 + RE2 = 412 Ω => => Áp dụng định lý KVL cho vịng CE ta có: Thay số ta có: => Ta thấy với giả thuyết đặt ban đầu Vậy điểm tĩnh Q mạch cho là: Q() Xét mạch chế độ AC ta có sơ đồ sau: Vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ ( model) hai mạch (bỏ qua hiệu ứng Early): Tính tốn thơng số đặc trưng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ: Tính tốn thông số mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp: Trở kháng ngõ vào Zi: đại lượng thể mức độ phân chia điện áp mạch khuếch đại nội trở Ri, mạch có Zi lớn khuếch đại tốt Ở mạch xét, Zi có giá trị là: Trở kháng ngõ Zo: đại lượng thể mức phân chia điện áp mạch khuếch đại tải RL, mạch có Zo bé khuếch đại tốt Ở mạch xét, Zo có giá trị là: Độ lợi áp Gv thể mức độ khuếch đại mạch Ở mạch xét, G v có giá trị là: Tương tự, ta tính thơng số mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: Nhận xét: Nhìn chung mạch khuếch đại E chung có trở kháng vào nhỏ, cho độ lợi áp lớn Mạch có hồi tiếp RE có độ lợi áp nhỏ mạch khơng có hồi tiếp III Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng Lựa chọn kiện đầu vào: - Trong thí nghiệm này, ngoại trừ thông số Ri RL để đo trở kháng ngõ vào ra, hầu hết giá trị linh kiện lại ta lấy theo giá trị mạch hình (Ở phần II) Chọn Ri1=2,7kΩ ,Ri2=1.2kΩ RL1=1 kΩ,RL2=1,2kΩ Lý do: giá trị có - sẵn Module mạch, gần vị trí cần lắp, khoảng cách giá trị Ri RL không nhỏ để giá trị trở kháng vào tính theo cơng thức khơng bị âm Ngồi ra, chọn nhiều giá trị khác nhằm đa dạng hóa mạch đảm bảo giá trị Zi Zo Phương pháp đo đạc đại lượng hfe • Đo hệ số khuếch đại BJT: Do ảnh hưởng hfe nên ta tiến hành đo hfe = công thức: • IC IB cách đo dòng IB IC IC lên hệ số khuếch đại hfe sau xác định theo (Thực Module Mạch DC) Đo phân cực tĩnh DC: đo phân cực phải ngắn mạch nguồn AC Thiết bị đo I CQ VCEQ áp, dòng phải để chức DC Đo ghi lại giá trị , , VBE Module mạch DC: • Đo độ lợi áp mạch: - Cho mạch hoạt động chế độ AC, không tháo bỏ nguồn nuôi DC - Chỉnh tín hiệu nhỏ: quan sát ngõ mạch dao động ký, tăng biên độ máy phát sóng thấy ngõ méo dạng sau tiến hành giảm biên độ máy phát sóng ngõ khơng cịn méo dạng, ta tiến hành đo độ lợi áp mạch (chọn hai giá trị biên độ ngõ vào để đo độ lợi áp sau lấy trung bình) - Chỉnh tần số dãy giữa: Dùng dao dộng kí quan sát ngõ ngõ vào mạch Lúc đầu đặt máy phát sóng tần số thấp (vài chục Hz), sau tăng dần lên thấy tín hiệu ngõ vào ngõ pha ngược pha (khoảng vài kHz để điện trở tụ mạch gây tối thiếu, tăng độ xác cho mạch) - Xác định độ lợi áp cách lấy tỉ số biên độ (đỉnh – đỉnh) ngõ với ngõ vào Gv = Gv1 + Gv 2 Module mạch ghép E chung không hồi tiếp: Module mạch ghép E chung có hồi tiếp: • Đo trở kháng vào mạch: - Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy Với giá trị - Ri chọn trước (Ri1=2,7kΩ ,Ri2=1.2kΩ), giữ nguyên biên độ máy phát sóng, đo ghi lại giá trị đỉnh ngõ kháng vào mạch theo công thức: VO1 VO , Từ tính trở Ri1 + Z i VO = Ri + Z i VO1 • Đo trở kháng mạch: - Đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy Với giá trị - RL chọn trước (RL1=1 kΩ,RL2=1,2kΩ), giữ nguyên biên độ máy phát sóng, đo ghi lại giá trị đỉnh ngõ kháng mạch theo công thức: VO1 VO , Từ tính trở RL ( RL1 + Z o ) VO = RL1 ( RL + Z o ) VO1 IV Các kết thí nghiệm Đo hệ số khuếch đại áp (hfe) Tiến hành thí nghiệm mạch DC Mạch khuếch đại E chung- hoạt động chế độ tích cực : - Dịng đo được: Dòng đo được: Độ lợi áp hfe xác định theo công thức: Đo phân cực tĩnh DC 10 Tiến hành thí nghiệm mạch DC Mạch khuếch đại E chung- hoạt động chế độ tích cực : - Dịng đo được: Dịng đo được: Chênh lệch áp hai chân B E đo được: Điện áp phân cực tĩnh đo được: Đo độ lợi áp Mạch khuếch đại E chung khơng hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC ta bảng giá trị: tất hiển thị dạng trị đỉnh đỉnh(Vp-p) Tần số f (Hz) 2,7k 2,7k 2,7k Biên độ áp ngõ vào (mV) 120 88 80 Biên độ áp ngõ (V) 7,96 8,64 5,2 Độ lợi áp (V/V) -63,33 -68,18 -65 Giá trị độ lợi áp trung bình : (V/V) Sai số độ lợi áp : % Sai số = Giá trị độ lợi áp : @Hình minh họa Dao động ký: phần phụ lục hình ảnh trang (hình 1.1,1.2,1.3) Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp : Tiến hành thí nghiệm mạch AC ta bảng giá trị: tất hiển thị dạng trị đỉnh đỉnh(Vp-p) Tần số f (Hz) 5,74k 5,74k 5,74k Biên độ áp ngõ vào (V) 0,4 0,36 0,32 Biên độ áp ngõ (V) 8,2 7,6 6,6 Độ lợi áp (V/V) -20,5 -21,11 -20,625 Giá trị độ lợi áp trung bình : (V/V) 11 Sai số độ lợi áp : % Sai số Giá trị độ lợi áp : (V/V) @Hình minh họa Dao động ký: phần phụ lục hình ảnh trang (hình 2.1,2.2,2.3) Đo trở kháng vào mạch Ta có: Mạch khuếch đại E chung khơng hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào , thay đổi giá trị ta bảng giá trị: Ri1(kΩ) Ri2(kΩ) V01(V) V02(V) Zi(kΩ) 2,7 4,8 1,55 6,8 2,4 1,49 2,7 6,8 4,8 2,4 1,48 Zitb=1,51kΩ Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào , thay đổi giá trị ta bảng giá trị: Ri1(kΩ) 1 1,2 Zitb=4,88kΩ Ri2(kΩ) 2,7 1,2 2,7 V01(V) 6,1 6,1 V02(V) 4,8 4,8 Zi(kΩ) 4,83 5,00 4,80 Đo trở kháng ngõ mạch Ta có: Mạch khuếch đại E chung khơng hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào , thay đổi giá trị ta bảng giá trị: 12 RL1(kΩ) RL2(kΩ) 5,6 2,7 5,6 1 2,7 ZOtb=0,936kΩ V01(V) 8 4,8 V02(V) 4,8 ZL(kΩ) 0,86 0,95 0,887 Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào , thay đổi giá trị ta bảng giá trị: RL1(kΩ) RL2(kΩ) 5,6 1,2 5,6 1 1,2 ZOtb=0,833kΩ V01(V) 6,2 6,2 V02(V) 4,2 4,2 ZL(kΩ) 0,84 0,76 0,90 V Các phân tích so sánh kết luận - Do đặc tính hoạt động BJT phi tuyến nên dạng sóng ngõ tương tự dạng sóng ngõ vào khơng phải sóng sin Do khơng thể dùng DMM để đo biên độ điện áp mà bắt buộc phải dùng dao động kí - Nếu tần số nằm dải ảnh hưởng đến đại lượng khác mạch - Ở tần số Vin tối đa mạch có hồi tiếp lớn , đồng nghĩa với việc ngõ đạt lớn mà không méo ,so với mạch không hồi tiếp.Tuy nhiên độ lợi mạch có hồi tiếp lại nhỏ sai số lại nhiều mạch không hồi tiếp - Do tác dụng RE1 nên mạch Zi mạch có hồi tiếp lớn Zi mạch không hồi tiếp - Nhìn chung sai số đại lượng khác ngoại trừ độ lợi áp nhỏ so với lý thuyết - Hfe không thỏa mãn khoảng giá trị datasheet ,chứng tỏ thơng số mang tính chất tương đối - Đã kiểm chứng ngõ vào ngõ ngược pha Độ lợi áp lớn Nhận xét chung : Mạch phân cực BJT nối chung E không hồi tiếp cho độ lợi lớn áp ngõ lớn mà khơng bị méo khơng cao Cịn mạch phân cực BJT nối chung E có hồi tiếp cho ngõ có điện áp cao ,nhưng độ lợi lại khơng cao 13 14 Phụ lục hình ảnh (hình 1.1) (hình 1.2) 15 (hình 1.3) (hình 2.1) (hình 2.2) 16 (hình 2.3) 17 ... Ri1(kΩ) 1 1,2 Zitb=4,88kΩ Ri2(kΩ) 2,7 1, 2 2,7 V 01( V) 6 ,1 6 ,1 V02(V) 4,8 4,8 Zi(kΩ) 4,83 5,00 4,80 Đo trở kháng ngõ mạch Ta có: Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch. .. 1, 55 6,8 2,4 1, 49 2,7 6,8 4,8 2,4 1, 48 Zitb =1, 51kΩ Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: Tiến hành thí nghiệm mạch AC, giữ nguyên biên độ áp ngõ vào , thay đổi giá trị ta bảng giá trị: Ri1(kΩ)... kháng mạch theo công thức: VO1 VO , Từ tính trở RL ( RL1 + Z o ) VO = RL1 ( RL + Z o ) VO1 IV Các kết thí nghiệm Đo hệ số khuếch đại áp (hfe) Tiến hành thí nghiệm mạch DC Mạch khuếch đại E chung-