Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 2khảo sát mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT

Các kết quả,phân tích, so sánh và kết V .Công việc các thành viên và công việc đánh giá VI .Phụ I .Mục tiêu thí nghiệm - Kiểm chứng tính đúng đắn của mạch khuếch đại vi sai dung BJT - Sự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

NĂM HỌC 2018 – 2019

Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử Bài 2:Khảo sát mạch khuếch đại

ghép vi sai dùng BJT

GVHD: Trần Quang Việt Thành viên nhóm:

1. Trần Quốc Hòa

1711442

2. Phạm Minh Hoàng

1711409

3 Nguyễn Hồng Hòa

1711437

I Mục tiêu thí nghiệm

………

II Các lý thuyết phải kiểm

1 Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát………

2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực

phát………

III Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc

các đại lượng

1 Lựa chọn các dữ liệu đầu vào

………

2 Phương pháp đo đạc các đại lượng………

 Đo dòng

IC………

 Đo dòng

IB………

 Đo điện áp

VBE………

 Đo độ lợi cách chung………

 Đo độ lợi vi sai………

IV Các kết quả,phân tích, so sánh và kết

V Công việc các thành viên và công việc đánh giá

VI Phụ

I Mục tiêu thí nghiệm

- Kiểm chứng tính đúng đắn của mạch khuếch đại vi sai dung BJT

- Sự chênh lệch giữa các đại lượng tính toán trên lý thuyết và

trên điều kiện thực tế và đưa ra nhận xét đúng đắn về mạch khảo sát

- Tạo kĩ năng làm việc nhóm

- Giúp sinh viên tự tin sử dụng các thiết bị trong phòng thí nghiệm và nắm rõ các thao tác an toàn trong sử dụng các modul,thiết bị

II Các lý thuyết phải kiểm chứng

Kiểm chứng độ lợi vi sai và độ lợi cách chung giữa hai mạch BJT với

RE ở cực phát và mạch BJT với nguồn dòng ở cực phát

Sự khác nhau hai đại lượng độ lợi vi sai,cách chung giữa hai mạch

1 Nguyên lý 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

2 Tính toán trên lý thuyết

a Mạch khuếch đại vi sai với R E ở cực phát.

Do các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng các giá trị thông số mạch đo được khi mạch phân cực DC (hfe=β= 232, β=β= 232, 232, V BE=0,578 V)

 Phân tích phân cực tĩnh DC:

+ Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dòng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1,Q2 là như nhau: I C 1=I C 2=I C , I E 1=I E 2=I E , I B 1=I B 2=I B Xét đơn mạch BJT Q1 với điện trở nối vào chân E là 2 R E

+ Áp dụng KVL cho loop B-E, ta có:

 I B= 12−V BE

1,2+11,2.( β+1)=4,375 10

−3

(mA )

→ I E ≈ I CQ=β I B=1,015(mA)

 r π=V T

I B ≈ 5,7(kΩΩ)

 V CEQ=12−IC (R C1+2 RE)+12 ≈ 6,95(V )

 V BC=V C−V B=−6,32 (V )

+ Từ các giá trị V CE ,V BC, ta thấy mối nối B-C phân cực ngược, mối nối B-E phân cực thuận Suy ra BJT hoạt động ở chế độ tích cực

+ Điểm phân cực tĩnh Q(V CEQ , I CQ)=(6,95 V , 1,015mA)

 Mô hình tương đương tín hiệu bé

+ Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung)

Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào bằng nhau V1=V2 Do mạch có tích chất đối xứng nên i b 1=i b 2 Ta xét 1 nửa mạch chứa tải R L, dòng qua chân E của BJT là 2i e Hệ số khuếch đại đồng pha:

A cm=v o

v2=

−β i b 2 (R c 2∨¿R L)

i b 2(R B 2+r π 2)+2.ie R E=

−β (R c 2∨¿R L)

(R B 2+r π 2)+2(β+ 1) R E=−0,169 (V/V) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V1=−V2 Hệ số khuếch đại vi sai :

A d= v o

v1−v2=

−β i b 2 (R c2∨¿R L)

(i b 1−i b 2)(R B 2+r π 2)=

β (R c 2∨¿R L)

2(R B 2+r π 2) =64,199 (V/V)

b Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát.

 hfe=β= 232, β=β= 232, 232, V BE=0,578 V)

 Phân tích phân cực tĩnh DC + Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dòng phân cực tĩnh qua hai BJT Q1,Q2 là như nhau: I C 1=I C 2=I C , I E 1=I E 2=I E , I B 1=I B 2=I B Xét mạch với Q3 và các trở mắc vào Q3 đóng vai trò như một nguồn dòng với tổng điện trở là R0

Áp dụng Thevenin cho Q3, ta có mạch DC:

R TH=R J 1∨¿R J 2=3,4 kΩΩ,

V TH=−6 V

Áp dụng KVL cho loop B-E của

Q3

, ta có:

I B 3= V TH+12−V BE

R TH+(β+1) R E=8,572.10

−3

(mA )

→ I C 3=β I B 3=1,989(mA)

→ I E=I E 1=I E 2=I C 3

2 =0,9945(mA )

→ I B=I B 1=I B 2= I E

β +1=4,268 10

−3

(mA)

r π=r π 1=r π 2=5,86 (kΩΩ)

 Mô hình tương đương tín hiệu bé

+ Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung)

- Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào bằng nhau V1=V2 Do mạch có tích chất đối xứng nên i b 1=i b 2

- Nguồn dòng Q3 có điện trở tổng R o

- Hệ số khuếch đại đồng pha:

A cm=v o

v2=

−β (R c 2∨¿R L)

(R B 2+r π 2)+2(β+1) R o ≈ 0 (do R o rất lớn) + Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V1=−V2 Hệ số khuếch đại vi sai :

A d= v o

v1−v2=

−β i b 2 (R c2∨¿R L) (i b 1−i b 2)(R B 2+r π 2)=

β (R c 2∨¿R L)

2(R B 2+r π 2) =62,735(V/V)

III Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp

đo đạc các đại lượng:

1 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào :

- Các thông số mạch DC như hệ số khuếch đại hfe và V BE không chọn theo thông số mạch của BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo được trong thí nghiệm và dùng số liệu này để tín toán lý thuyết Nguyên nhân là do ảnh hưởng của nhiệt độ lúc khảo sát lên các thông số mạch cũng như sự sai lệnh thông số đối với từng loại mạch điện

- Chọn hai giá trị điên trở nối vào máy phát sóng trong mạch đo độ lợi vi sai là 33Ω,

rất nhỏ so với giá trị điện trở R B 1 , R B 2(=β= 232, 1,2KΩ) Mục đích là để tạo giá trị ngược pha cho hai giá trị áp ngõ vào Gía trị điện trở chọn rất nhỏ để không làm ảnh hưởng đến thông số mạch

giá trị

tụ

điện, điện trở, BJT, nguồn DC chọn theo các giá trị trong danh sách linh kiện bên dưới

2 Phương pháp đo đạc các đại lượng :

a Đo các giá trị phân cực tĩnh DC:

- Do ảnh hưởng của dòng I CQ lên hệ sô khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số hfe bằng cách đo dòng I B và dòng I CQ, xác định theo công thức hfe= I CQ

I B

- Đo chênh lệch áp giữa chân B và chân E của BJT, đảm bảo V BE ≤ V BEmax=0,79V

- Dùng số liệu đo được để tính toán lý thuyết của mạch và so sánh với kết quả thực nghiệm

Module mạch phân cực tĩnh DC

b Đo độ lợi cách chung:

- Để đo độ lợi cách chung ta phải đảm bảo rằng mạch hoạt động ở chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu ngõ vào phải hoàn toàn giống nhau (cả về pha và biên độ)

- Cấp tín hiệu vào v1và v2 với máy phát sóng Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa như đã thực hiện ở bài thí nghiệm 1

- Kiểm tra xem hai tín hiệu đã đồng pha và cùng biên độ chưa

- Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh của các giá trị v o , v1 bằng dao động ký

- Tính độ lợi cách chung theo công thức A cm v c+A d v d=v o,với v d=v2−v1=0

và v c=(v1+v2)/2

Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối R E ở cực phát)

Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối nguồn dòng ở cực phát)

c Đo độ lợi vi sai :

- Để đo độ lợi vi sai, ta phải đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần

số dãy giữa, hai tín hiệu vào phải cùng biên độ nhưng ngược pha

- Cấp tín hiệu vào v1và v2 với máy phát sóng Hai đầu máy phát sóng nối vào hai nhánh điện trở bằng nhau nối nối tiếp, điểm nối giữa hai điện trở dung làm GND, hai đầu còn lại của hai điện trở nối với R B 1 và R B 2, mắc như vậy đểv1và v2 bằng nhau

về biên độ nhưng ngược pha Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa như đã thực hiện ở bài thí nghiệm 1

- Kiểm tra xem hai tín hiệu đã ngược pha và cùng biên độ chưa

- Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh của các giá trị v o , v1 bằng dao động ký

- Tính độ lợi cách chung theo công thức A cm v c+A d v d=v o,với v d=v2−v1

và v c=v1+v2

2 =0

Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối R E ở cực phát)

Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dòng ở cực phát)

IV Các kết quả thí nghiệm,so sánh phân tích với lý

thuyết.

Các kết quả thí nghiệm

I C (mA) I B (mA) V BE (V) V CE (V)

I C1 I C2 I B1 I B2 V BE1 V BE2 V CE1 V CE2

KẾT

QUẢ 0.924 0.926 0.005 0.005 0.576 0.575 7.241 6.854

1 Đo ở chế độ AC:

a Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:

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

I C (mA) I B (mA) V BE (V) V CE (V)

I C1 I C2 I B1 I B2 V BE1 V BE2 V CE1 V CE2

KẾT

QUẢ 0.974 0.975 0.0042 0.0042 0.578 0.578 7.541 7.452

2 Mạch khuếch đại vi sai với R E ở cực phát

a Đo A cm :

Lắp mạch với v1 và v2 giống nhau (cùng pha, cùng biên độ)

Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ ra không bị

méo dạng

Tần số dãy giữa chọn f = 2.8 Khz

Kết quả:

Dựa vào tín hiệu trên Osciloscope, ta có:

V 1 (mV) 94

V 0 (mV) 38

Góc lệch

pha (độ) 180

Từ đó, ta tính được:

Acm = −V0

V1 =

−38

94 =−0.404 (

V

V )

b Đo A d :

Lắp mạch với v1 và v2 ngược pha nhau , cùng biên độ Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ ra không bị méo dạng Tần số dãy giữa chọn f =β= 232, 7.1 Khz

Kết quả:

Dựa và tín hiệu trên Osciloscope, ta có:

V 1 (mV) 26

V 0 (V) 3

Góc lệch pha 0

V

Từ đó, ta tính được:

Ad =β= 232, 2V V0

1

=3000

2∗26=57.69(

V

V )

Kết luận: Từ Ad và Acm ta xác định được:

CMRR =β= 232, | A d

A cm| =β= 232, 57.690.404 =β= 232, 142.8

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

a Đo A d

Thực hiện các bước như ở RE ở cực phát:

Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả:

V 1 (mV) 22

V 0 (V) 2.8

Góc lệch pha

Từ đó, ta tính được:

Ad =β= 232, V0

2V1

=2800

2∗22=63.63(

V

V)

b Tương tự đo Acm: Thực hiện các bước như ở RE ở cực phát:

Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả:

V 0 V

1

Ta có được bảng số liệu sau:

V 1 (V) 5

V 0 (V) 0.24

Góc lệch

pha (độ) 90

Từ đó, ta tính được:

Acm = −V0

V1 =

−0.24

5 =−0.048(

V

V )

Các phân tích so sánh và kết luận:

1 Chế độ DC:

a Mạch khuếch đại vi sai có R E nối với cực phát:

Dựa vào kết quả làm phần lý thuyết và thực tế đo được, ta có bảng:

I C (mA) I B (mA) V BE (V) V CE (V)

I C1

(thực

tế)

I C1 (lý thuyết)

I C2 (thực tế)

I C2 (lý thuyết)

I B1 (thực tế)

I B1 (lý thuyết)

I B2 (thực tế)

I B2 (lý thuyết)

V BE1 V BE2 V CE1 V CE2

KẾT

QU

Ả

0.9

24 1.0 14 0.9 26 1.0 14 0.0 05 0.00 55 0.0 05 0.00 55 0.5 76 0.5 75 7.5 41 6.8 54

 β = 0.9250.005=¿185

So sánh và nhận xét:

Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β =β= 232, 185 nhưng kết quả giữa lý thuyết và thực tế

vẫn có sự sai khác (tuy nhiên kết quả vẫn tương đối giống nhau)

Giải thích:

Do khi tính toán lý thuyết các kết quả được làm tròn dẫn đến sai số ở kết quả cuối

cùng

Do sai số của các linh kiện, và do thao tác người thực hiện

Hơn nữa, do trong máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết quả đo

Phương pháp hạn chế sai số:

Khi tính toán, không làm tròn số và khi thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số

đáng tiếc

b Mạch khuếch đại vi sai có nguồn dòng nối với cực phát:

Dựa vào kết quả làm phần lý thuyết và thực tế đo được, ta có bảng:

I C (mA) I B (mA) V BE (V) V CE (V)

I C1

(thực tế)

I C1 (lý thuyết)

I C2 (thực tế)

I C2 (lý thuyết)

I B1 (thực tế)

I B1 (lý thuyết)

I B2 (thực tế)

I B2

KẾT

QU

Ả

0.97

4 0.994 5 0.97 5 0.994 5 0.004 2 0.004 3 0.004 2 0.004 3 0.57 8 0.57 8 7.54 2 7.45 2

 β =β= 232, 0.974

0.0042=¿232

So sánh và nhận xét:

Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β =β= 232, 232 nhưng kết quả giữa lý thuyết và thực tế

vẫn có sự sai khác (tuy nhiên kết quả vẫn tương đối giống nhau)

Giải thích:

Do khi tính toán lý thuyết các kết quả được làm tròn dẫn đến sai số ở kết quả cuối

cùng

Do sai số của các linh kiện, và do thao tác người thực hiện

Hơn nữa, do trong máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết quả đo

Phương pháp hạn chế sai số:

Khi tính toán, không làm tròn số và khi thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số

đáng tiếc

2 Chế độ AC

a Mạch khuếch đại vi sai với R E ở cực phát

Tần

số V

Lý thuyế t

Thực nghiệ m

Lý thuyết

Thực nghiệm

V 1

cùng pha với V 2

7.1 0.094 0.038 180 - - -0.338 -0.404

V 1

ngượ 2.8 0.026 3 0 61.32 57.69 -

-c pha

với V 2

So sánh và nhận xét:

Từ bảng so sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết, ta thấy được có sự khác nhau

Nguyên nhân:

Giải theo lý thuyết thì mạch có tính đối xứng từ DC sang AC nhưng trong thực

tế độ sai khác giữa 2 Rc giữa các dòng I của 2 bên mạch đối xứng cũng ảnh hưỡng đến kết quả tính Acm

Sai số xảy ra là do sai số của dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực hiện Hơn nữa do sự phục thuộc của tần số vào Ad và Acm do vậy khi thực hiện tại các tần số khác nhau thì độ lợi này sẽ thay đổi

Cách khắc phục:

Sử dụng công thức chính xác bao gồm cả độ sai lệch giữa các Rc ,dòng IE ,…

để có thể tính chính xác độ lợi cách chung

Sử dụng linh kiện cho sai số thấp hơn

Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope

Lựa chọn tần số để có Ad và Acm theo yêu cầu mong muốn

Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng không bị nhiễu

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

Tần số

V 1 V 0 PHAS

E

A d A cm

Lý thuyết

Thực nghiệ m

Lý thuyết

Thực nghiệm

V 1

cùng

pha

với V 2

5 5 0.24 90 - - 0 -0.048

V 1

ngượ

c pha

với V 2

1 0.26 2.8 0 62.73

5 63.63 -

-So sánh và nhận xét:

Từ bảng so sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết, ta thấy được có sự khác nhau ở độ lợi

Giải thích:

Đối với Acm thì khi giải theo lý thuyết ta xem điện trở nguồn dòng là vô cùng lớn do vậy nên Acm xấp xỉ bằng 0, nhưng thực tế thì không do vậy ta vẫn tính được giá trị Acm mặc dù nó cũng rất gần 0

Giải theo lý thuyết thì mạch có tính đối xứng từ DC sang AC nhưng trong thực

tế độ sai khác giữa 2 Rc giữa các dòng I của 2 bên mạch đối xứng cũng ảnh

hưỡng đến kết quả tính Acm

Sai số xảy ra là do sai số của dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực hiện

Hơn nữa do sự phục thuộc của tần số vào Ad và Acm do vậy khi thực hiện tại

các tần số khác nhau thì độ lợi này sẽ thay đổi

Cách khắc phục:

Sử dụng công thức chính xác bao gồm cả độ sai lệch giữa các Rc ,dòng IE ,…

để có thể tính chính xác độ lợi cách chung

Sử dụng linh kiện cho sai số thấp hơn

Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope

Lựa chọn tần số để có Ad và Acm theo yêu cầu mong muốn

Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng không bị nhiễu

V Công việc các thành viên và thang điểm đánh

giá chấm chéo:

Thành viên Trong thí nghiệm Trong viết báo cáo Phạm Minh Hoàng - Lắp mạch trên

module

- Điều chỉnh dao động kí

- Đọc và ghi số liệu

- Kiểm tra mạch lắp đúng sơ đồ,các thiết

bị đúng tầm đo và chức năng đo

- Mục đích thí nghiệm

- Bảng công việc từng thành viên

- Bảng đánh giá từng thành viên

- Phụ lục

- Tổng hợp và trình bày lại bài báo cáo

Trần Quốc Hòa - Lắp mạch chính trên

module

- Điều chỉnh biên độ và tần số của nguồn

- Đo áp, dòng bằng máy đo đa năng

- Giả thuyết phải kiểm chứng

- Lựa chọn các dữ liệu đầu vào

- Phương pháp đo đạc các đại lượng

- Đánh giá các thành viên còn lại

Nguyễn Hồng Hòa - Điều chỉnh dao động

kí

- Đọc và ghi số liệu

- Kiểm tra kết quả so với lý thuyết

- Sửa lại sơ đồ cắm dây khi có sai sót

- Phân chia công việc cho nhóm viết báo cáo

- Các kết quả thí nghiệm

- Phân tích so sánh

và kết luận

- -Đánh giá các thành viên còn lại

Bảng công việc cụ thể từng thành viên:

 Lưu ý: ở trên là phần công việc đảm nhận của từng thành viên Nhưng

các thành viên còn lại đều hỗ trợ tích cực khi có bạn gặp khó khăn

Bảng chấm chéo công việc các thành viên

Phạm Minh Hoàng Trần Quốc Hòa Nguyễn Hồng Hòa

Nguyễn Hồng Hòa 4 4

VI.Phụ lục

Phần chuẩn bị các thành viên