Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép e chung

Giới thiệu chung Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát áp ứng tần số mạch khuếch ại BJT ghép E chung - Tính toán lý thuyết ộ lợi áp dãy giữa của mạch, tần số cắt cao, tần số cắt thấp từ các th

Mục lục Bài 4: Khảo sát áp ứng tần số mạch khuếch ại 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 áp ứng tần số mạch khuếch ại BJT ghép E chung

- Tính toán lý thuyết ộ lợi áp dãy giữa của mạch, tần số cắt cao, tần số cắt thấp từ các thông số ã cho, các thông số còn thiếu So sánh kết quả khảo sát với lý thuyết

- Hiểu ược nguyên lý hoạt ộng của mạch khuếch ại 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, o phân cực DC của các mạch ể ảm bảo mạch hoạt ộng ở chế ộ tích cực

- Thay ổi các giá trị của các tụ ghép C C , C E và tụ C obext và quan sát sự khác nhau giữa các ộ lợi áp của các mạch bao gồm mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp

- Biết cách xác ịnh ộ lợi áp dãy giữa (ở tần số dãy giữa)

- Từ các ộ lợi áp tính ược từ tần số thấp ến tần số cao, vẽ áp ứng tần số của các mạch

- Hiểu ược ảnh hưởng của các tụ C obext lên ộ lợi áp của mạch và các tần số cắt

Phần mềm thí nghiệm: LTspice

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

Module thí nghiệm: BJTLABSN001

II Các giả thuyết cần kiểm chứng

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

1.1 Mạch khuếch ại ghép E chung không hồi tiếp

1.2 Mạch khuếch ại ghép E chung có hồi tiếp

1.3 Ảnh hưởng của tụ iện lên áp ứng tần số của mạch khuếch ại E chung

- Việc phân tích ồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phức tạp, nên ể tiến hành phân tích áp ứng tần số của một mạch khuếch ại ta sẽ chia ra các vùng tần số khác nhau ể khảo sát

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

hưởng ến các giá trị tính toán

- Ở chế ộ AC:

+ Tần số thấp: Trở kháng của các tụ Ci, C0, CE trở nên áng kể (tụ CE nối với iện trở cục E, quyết ịnh chủ yếu tần số cắt dưới của mạch khuếch ại, Ci, C0 óng vai trò là tụ coupling giữa ầu vào và ầu ra của mạch khuếch ại các tụ ký sinh vẫn xem như hở mạch)

• Hoặc nếu có một tần số cắt lớn hơn rất nhiều so với các tần số cắt còn lại thì ta có thể xấp xỉ tần số cắt thấp bằng tần số lớn nhất ó

+ Tần số dãy giữa: Ngắn mạch tụ Coupling và Bypass, các tụ khác xem như

hở mạch Các tụ Ci, C0, CE có trở kháng nhỏ, xem như ngắn mạch, tụ

Cobext cũng như iện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trở kháng rất lớn, xem như hở mạch Ở ây có thể nói mạch khuếch ại hoạt ộng không bị ảnh hưởng của các tụ

A s

A

+ Tần số cao: Các tụ Ci, C0, CE trở kháng rất nhỏ, xem như ngắn mạch, trở kháng của Cobext vả iện dung ký sinh nhỏ, trở nên áng kể với hoạt ộng của mạch, quyết ịnh 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 ó

Từ ó, ta có ồ thị từ phân tích lý thuyết:

2 Tính toán lý thuyết

2.1 Khảo sát iểm làm việc tĩnh của BJT

Ta ược biết các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt ộ lúc khảo sát mạch và tùy thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng lại các giá trị thông số mạch o ược khi mạch phân cực DC Thông qua quá trình mô phỏng, ta chọn giá trị β ≈ 128,48

2.2 Khảo sát ộ lợi áp tần số dãy giữa của mạch khuếch ại ghép E chung

2.2.1 Mạch khuếch ại ghép E chung không hồi tiếp

Sơ ồ mạch khảo sát trên LT Spice

Sơ ồ mạch tương ương tín hiệu nhỏ (hfe = , R b = R TH , h ie = r π)

2.2.2 Mạch khuếch ại ghép E chung có hồi tiếp

Sơ ồ mạch khảo sát trên LT Spice

𝑓𝐿 = max {𝑓𝑝1 , 𝑓𝑝2 , 𝑓𝑝3} = 51.69 (Hz)

Vậy tần số cắt thấp là 51.69 Hz

➢ Nhận xét: mạch khuếch ại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ ở chân E

2.4 Khảo sát áp ứng tần số của mạch khuếch ại ghép E chung tại tần số cao

2.4.1 Xác ịnh giá trị tụ C ob của BJT tại giá trị phân cực

Sơ ồ mô phỏng trên LTSpice

Dựa theo ồ thị khảo sát, ta có dẫn nạp của tụ Cob là: ob Cob.2 f VIcmim

Cob Vim.2 Icm f 96.45 101.2 10 6 6 15.35pF YC

2.4.2 Xác ịnh giá trị tụ C π của BJT tại giá trị phân cực

Sơ ồ mô phỏng trên LTSpice

(1 1 )

=> Điểm tĩnh Q (4.597 mA; 5.238 𝑉)

3.2 Khảo sát ộ lợi áp tại tần số dãy giữa 𝑨𝑴

3.2.1 Mạch khuếch ại ghép E chung không hồi tiếp

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

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

3.2.2 Mạch khuếch ại ghép E chung có hồi tiếp

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

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

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

3.3.1 Mạch khuếch ại ghép E chung không hồi tiếp

+ Thí nghiệm 1: Cobext = 0 ( iện áp V in =1V)

Sơ ồ mô phỏng trên LTSpice

3.3.2 Mạch khuếch ại ghép E chung có hồi tiếp

+ Thí nghiệm 1: Cobext = 0 ( iện áp V in=1V)

Sơ ồ mô phỏng trên LTSpice

Cobext

• Tần số cắt thấp f L (lý thuyết) = 51.69Hz, o = 51.88Hz Tần số cắt cao f H (lý thuyết) = 7,44 kHz, o = 7,42kHz

4 Phân tích kết quả và so sánh

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

4.1.1 Sai số ộ lợi áp tần số dãy giữa 𝐴𝑣𝑚𝑖𝑑 mạch khuếch ại ghép E chung

không hồi tiếp: Lý thuyết:

𝑉𝑜𝐴𝑣𝑚𝑖𝑑𝑙𝑡 = = −59.68( 𝑉/𝑉)

𝑉𝑖 Đo:

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

4.2.1 Sai số tần số cắt gây ra bởi tụ iện C ở mạch khuếch ại ghép E chung không hồi tiếp:

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

- Giá trị o là mô phỏng nên khá chính xác với lý thuyết: (4.597 mA; 5.238 𝑉) của

mô phỏng so với (4.79 𝑚𝐴, 5.22 ) tính toán lý thuyết

5.2 Đo A v và xác ịnh của giá trị của áp 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 ại

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

tự nhau

- Mạch khuếch ại E chung có hồi tiếp có thêm iện trở 𝑅𝐸 giúp ổn ịnh phân cực nên ộ lợi áp không chênh lệch nhiều

- Qua kết quả thí nghiệm ta thấy mạch khuếch ại có hồi tiếp sẽ có ộ lợi ở tần

số dãy giữa nhỏ hơn ộ lợi dãy giữa của mạch khuếch ại không hồi tiếp Tuy nhiên băng thông của mạch khuếch ại có hồi tiếp rộng hơn so với băng thông của mạch không hồi tiếp Vì vậy tùy theo ứng dụng của mình mà ta có thể tùy chỉnh loại có hoặc không có hồi tiếp cho phù hợp