báo cáo thí nghiệm điện từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Bộ môn Điện Tử - - BÁO CÁO THÍ Mơn : Thí nghiệm mạch điện tử LỚP: TND1 Giáo viên: Trần Quang Việt NHÓM TÊN: Đỗ Tuấn Hào MSSV: 1711154 Nguyễn Mỹ Hằng 1711215 Trần Quang Duy 1710820 TPHCM- THÁNG 11 NĂM 2018 MỤ C LỤ C Môn: mạch điện tử I Mục tiêu thí nghiệm: II Các lý thuyết phải kiểm chứng: 1 Chức 2 Nguyên lý hoạt động Thông số mạch Tính tốn lý thuyết: .3 Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát .5 III/ Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng: Lựa chọn kiện đầu vào: Phương pháp đo đạc đại lượng: Đo giá trị phân cực tĩnh DC: .8 Đo độ lợi cách chung: Đo độ lợi vi sai : 10 IV Các kết thí nghiệm: 11 Đo phân cực tĩnh DC .11 Đo độ lợi cách chung Acm 12 Đo độ lợi vi sai Ad .12  PHẦN PHỤ LỤC HÌNH ẢNH: .13 Môn: mạch điện tử I Mục tiêu thí nghiệm: - Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng ngun lý hoạt động thơng số mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Những số liệu sai lệch tính toán lý thuyết đo thực tế đưa nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu hiểu thêm sai số môi trường thực nghiệm ( Các phân tích cụ thể nhóm trình bày mục V ) - Trong trình thí nghiệm, thí nghiệm giúp thành viên nhóm thành thạo việc sử dụng dụng cụ thí nghiệm (dao động ký, máy đo đa ), nắm rõ quy tắc an toàn phịng thí nghiệm - Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho thành viên khả làm việc nhóm chung, phân chia xếp cơng việc hợp lý, đặc biệt hết rèn luyện khả xử lý vấn đề nhóm gặp cố trình thực lắp mạch đo đạc II Các lý thuyết phải kiểm chứng: Mạch khuếch đại vi sai với R E cực phát  M ạc h khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát Môn: mạch điện tử 1 1 1 1 1 1 C hức Có khả khuếch đại tín hiệu có tần số nhỏ( tín hiệu chiều, có tần số vài Hz), giảm thiểu tiếng ồn linh kiện cản trở từ bên Liên kết tầng mà không cần dùng đến tụ Khuếch đại vi sai sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn nhỏ (tới vài Hz), gọi tín hiệu biến thiên chậm hay tín hiệu chiều Khuếch đại vi sai sở để xây dựng khuếch đại thuật toán sử dụng Op- Amp Nguyên lý hoạt động Khuếch đại vi sai có tín hiệu khơng tỉ lệ với trị tuyệt đối 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 tín hiệu độ lớn, mạch phản ứng với tín hiệu ngược pha khơng phản ứng với tín hiệu đồng pha Thơng số mạch Mạch gồm hai BJT Q1 ,Q giống thơng số nguồn dịng Emitter điện áp chân, điện trở mắc vào chân C, B hai BJT giống hệt ( R B 1=RB , RC 1=RC 2) Điện trở R E mắc chung vào chân E hai BJT (đối với mạch khuếch đại vi sai với R E cực phát) BJT Q3 điện trở đóng vài trò nguồn dòng (đối với mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát) Tải R L mắc vào chân C BJT Q thơng qua tụ C O BJT 2SD468 có thơng số mạch T a=25 ℃ :V CE, SAT =( 0,2−0,5 ) mA , V BE =0.79 V ,hfe =β=85−240 Môn: mạch điện tử Tụ C o : ngăn cản ảnh hưởng tải R L mạch DC Điện trở R E : điện trở hồi tiếp âm, giúp ổn định phân cực chân C, giảm lưởng biến thi q`ên dịng cực phát Nguồn dịng có tổng trở lớn, làm giảm CMRR ( hệ số tiệt tiêu dòng đồng pha), tăng khả ứng dụng mạch vi sai Tính tốn lý thuyết: Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Tìm điểm phân cực tĩnh DC Xét β=240 Ta có VE1 = VE2 = RE (IE1 + IE2) + (-12) = 2IE1RE – 12 = 2IE2RE – 12 Do mạch hoàn toàn đối xứng, ta tách thành nhánh mạch với R’E = 2RE Giả sử hai BJT hoạt động chế độ tích cực thuận _Xét định lý KVL vòng BE: I B RB1  VBE  RE I E  12   IB  12  VBE  0.0042(mA) RB1  2(   1) RE  I E1  I E2  1.01(mA)  I C1  I C2   VCE1  VCE2 Ta thấy  I E  1(mA)  1  12  (12)  I C1 ( RC1  RE )  7.2(V ) VCE1  VCE2  7.2V  VCEsat nên giả định đặt ban đầu Vậy Q1  (1.5mA;7.2V ) Q2  (1.5mA;7.2V ) _Xét mạch chế độ AC, vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ ( π model): Môn: mạch điện tử Do BJT phân cực điểm tĩnh nên g m1  g m  g m  I CQ VT r  r  r   40(mA)   6(k ) gm Xét KCL node E ta có: v v v  g m v  g m v    E r r RE 1  1  v  v ( )  v ( ) E r r RE Mặt khác: v v1  vE v v2  vE  ;  r RB  r r RB  r (v1  v2  2vCE ) Do đó: 1  v v1  v2  E  vE  r  RB r  RB RE 2  (1   ) RE  vE  Ta có v1  vcm  vd / v2  vcm  vd / vcm RB  r 1 2(   1) R E vo   g mv [RC / / RL ]   g m [RC / / RL ] r (v2  vE ) RB  r   g m [RC / / RL ] r v (vcm  d  RB  r 1 vcm ) RB  r 2(   1) R E  Ad vd  Acm vcm Từ suy ra: r  [RC / / RL ]   Ad  g m [RC / / RL ] 2( R  r )  2( R  r )  63.6(V / V )  B  B     [RC / / RL ] A   0.5(V / V ) cm  RB  r  2(   1) RE Môn: mạch điện tử CMRR  Ad  127.2 Acm Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dịng cực phát Tìm điểm phân cực tĩnh DC Xét β=240 Sử dụng sơ đồ tương đương Thevenin ta có: RTH  RJ / / RJ  3.4(k ) VTH  RJ (12)  6(V) RJ  RJ Giả sử BJT hoạt động miền tích cực Xét KVL ta có: I B3  VTH  12  VBE  0.008(mA) RTH  (   1) RE I E1  I E  I C   I B  1.94(mA)  I E1  I E  0.97(mA)  I C1  I C   I E1  0.968(mA)  1 KVL: I B1 RB1  VBE  VCE  I E RE  12  VCE  6.06(V ) KVL: 12  I C1 RC1  VCE1  VCE  I E RE  12  VCE1  VCE  7.28(V ) Ta thấy VCE1  VCE  VCEsat VCE  VCEsat nên giả định đặt ban đầu _Xét mạch chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tính hiệu nhỏ ( π model): Môn: mạch điện tử  [RC / / RL ]  A   61.9(V / V ) d  2( RB  r )     [RC / / RL ] A  cm  RB  r  2(   1) Ro Tương tự ta có:  Với Ro  ro  VA I C V điện áp Early, VA   nên Ro   A Do Acm -> Môn: mạch điện tử III/ Lựa chọn kiện đầu vào phương pháp đo đạc đại lượng: Lựa chọn kiện đầu vào: Các thông số mạch DC hệ số khuếch đại hfe V BE không chọn theo thông số mạch BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo thí nghiệm dùng số liệu để tín tốn lý thuyết Ngun nhân ảnh hưởng nhiệt độ lúc khảo sát lên thông số mạch sai lệnh thông số loại mạch điện Chọn hai giá trị điên trở nối vào máy phát sóng mạch đo độ lợi vi sai 33Ω, nhỏ so với giá trị điện trở R B , RB 2(=1k2Ω) Mục đích để tạo giá trị ngược pha cho hai giá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn nhỏ để không làm ảnh hưởng đến thông số mạch Các giá trị tụ điện, điện trở, BJT, nguồn DC lại ta chọn theo giá trị danh sách linh kiện bên Phương pháp đo đạc đại lượng : Đo phân Do hệ sô hfe hành I B định giá trị cực tĩnh DC: ảnh hưởng dòng I CQ lên khuếch đại áp nên ta tiến đo hệ số hfe cách đo dịng dịng I CQ, xác theo cơng thức h fe= Đo chân B chân E BJT, đảm bảo V BE ≤ V BEmax =0,79V chênh lệch áp I CQ IB Dùng số liệu đo để tính tốn lý thuyết mạch so sánh với kết thực nghiệm Môn: mạch điện tử Module mạch phân cực tĩnh DC Mạch khuếch đại E chung với R E cực phát Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát Đo độ lợi cách chung: Để đo độ lợi cách chung ta phải đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu ngõ vào phải hồn tồn giống nhau( pha biên độ) Môn: mạch điện tử Cấp tín hiệu vào v1 v với máy phát sóng Chỉnh tín hiệu nhỏ tần số dãy thực thí nghiệm Kiểm tra xem hai tín hiệu đồng pha biên độ chưa Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị v o , v , v dao động ký Tính độ lợi cách chung theo công thức Acm v c + A d v d =v o,với v d=v 2−v1 =0 v c =( v 1+ v 2)/2 Module lợi cách (Mạch mạch đo đô chung nối R cực phát) E 10 Môn: mạch điện tử Module mạch đo lợi cách chung (Mạch nối nguồn dịng cực phát) Đo độ lợi vi sai : Để đo độ lợi vi sai, ta phải đảm bảo mạch hoạt động chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu vào phải biên độ ngược pha Cấp tín hiệu vào v1 v với máy phát sóng Hai đầu máy phát sóng nối vào hai nhánh điện trở nối nối tiếp, điểm nối hai điện trở dung làm GND,hai đầu lại hai điện trở nối với R B R B 2, mắc để v1 v biên độ ngược pha Chỉnh tín hiệu nhỏ tần số dãy thực thí nghiệm Kiểm tra xem hai tín hiệu ngược pha biên độ chưa Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh giá trị v o , v , v dao động ký Tính độ lợi cách chung theo công thức Acm v c + A d v d =v o,với v d=v 2−v1 v c = v 1+ v =0 11 Môn: mạch điện tử Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối R E cực phát) Module mạch đo lợi vi sai (Mạch nối nguồn dịng cực phát) 12 Môn: mạch điện tử IV Các kết thí nghiệm: Đo phân cực tĩnh DC  Mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát Dòng I CQ đo được: I CQ =0,962 mA Dòng I E đo được: I E =1,004 mA Chênh lệch áp hai chân B E đo được: V BE =0,581 V Điện áp phân cực tĩnh V CEQ đo được: V CEQ =7,425 V Độ lợi áp hfe xác định theo công thức: hfe =β= I CQ =240,75≈ 240 IB  Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát Dòng I CQ1 đo được: I CQ1=1,156 mA Dòng I E đo được: I E 1=1,17 mA Chênh lệch áp hai chân B E đo được: V BE =0,5808 Điện áp phân cực tĩnh V CEQ đo được: V CEQ 1=6,303V Độ lợi áp hfe xác định theo công thức: hfe =β= I CQ ≈ 289 IB Đo độ lợi cách chung Acm Tiến hành theo module mạch, ta bảng giá trị: Acm (V/V) Mạch khuếch đại vi sai V0 V1 V2 Vcm Lý thuyết Thực nghiệm RE cực phát 3,2V 9,2V 9,2V 9,2V -0.5 -0.35 Nguồn dòng cực phát 0,76V 9,2V 9,2V 9,2V 0,0083 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.1 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.2 Đo độ lợi vi sai Ad Tiến hành theo module mạch, ta bảng giá trị: 13 Môn: mạch điện tử Mạch khuếch đại vi sai Ad (V/V) V0 V1 V2 Vd Lý thuyết Thực nghiệm RE cực phát 7,22V -0,17V 0,17V 0,34V 63,6 21,18 Nguồn dòng cực phát 2,8V -0,026V 0,026V 0,052 V 61,9 53,85 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.3 Kết đo máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát: (phần phụ lục hình ảnh): hình 1.4 VI Kết luận nhận xét - - - Độ lợi cách chung Acm đo khác với lý thuyết ( Bằng 0) tính tốn lý thuyết ta giả sử nguồn dòng lý tưởng ( Trở nguồn dòng 0) thực mạch thực, giá trị trở nguồn dòng tồn Độ lợi vi sai giảm mắc trở RE thay nguồn dịng chân E, mắc thêm điện trở RE tổng trở ngõ vào mạch chế độ vi sai tăng, dẫn đến vd tăng mà vd tỉ lệ nghịch với độ lợi nên Ad giảm Bổ sung: dựa vào dao động ký, đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai có nguồn dòng cực phát, ta thấy vcm lệch pha 900 so với vi Ta giải thích, lắp nguồn dòng hay bjt Q3 cực phát để tăng trở hồi tiếp âm, tăng hệ số CMRR giúp triệt tiêu tín hiệu đồng pha (nhiễu ) Khi tín hiệu vào nguồn sin vcm hàm cos, vi dần vcm dần 0, Acm dần giúp cho mạch khuếch đại vi sai trở nên lý tưởng 14 Môn: mạch điện tử VII Bảng đánh giá Được đánh giá Quang Duy Mỹ Hằng Tuấn Hào Kí tên Đánh giá Quang Duy Mỹ Hằng Tuấn Hào 15 Môn: mạch điện tử Ad (V/V) Mạch khuếch đại vi sai V0 V1 V2 Vd Lý thuyết Thực nghiệm RE cực phát 7,22V -0,17V 0,17V 0,34V 63,6 21,18 Nguồn dòng cực phát 2,8V -0,026V 0,026V 0,052 V 61,9 53,85  PHẦN PHỤ LỤC HÌNH ẢNH: 1.1) (hình (hình 1.2) 16 Mơn: mạch điện tử (hình 1.3) (hình 1.4) 17