Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử

Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát mạch khuếch đại BJT ghép E chung không hồi tiếp và có hồi tiếp dạng sóng ngõ ra.. tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha, khi đó các tụ ghép xem như ngắn mạch,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Mục lục

Bài 1: Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC và AC 4

1 Mục tiêu thí nghiệm 4

2 Các giả thuyết phải 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 2: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT 18

1 Mục tiêu thí nghiệm 18

2 Các giả thuyết phải kiểm chứng 18

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 21

4 Các kết quả thí nghiệm 24

5 Phân tích so sánh và kết luận 32

Bài 3: Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp 35

1 Mục tiêu thí nghiệm 35

2 Các giả thuyết phải kiểm chứng 35

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 40

4 Các kết quả thí nghiệm 41

5 Phân tích so sánh và kết luận 47

Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 51

1 Mục tiêu thí nghiệm 51

2 Các giả thuyết phải kiểm chứng .51

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 60

4 Các kết quả thí nghiệm 60

5 Phân tích so sánh và kết luận 67

Bài 1: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT

GHÉP E CHUNG: DC VÀ AC

1 Mục tiêu thí nghiệm

Khảo sát mạch khuếch đại BJT ghép E chung không hồi tiếp và có hồi tiếp

dạng sóng ngõ ra

để tìm được chính xác

tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha, khi đó các tụ ghép xem như ngắn

mạch, các tụ kí sinh xem như hở mạch, kết quả độ lợi áp ít bị ảnh hưởng bởicác tụ điện

| |

chung có hồi tiếp và không có hồi tiếp

không hồi tiếp Tác dụng của từng loại mạch và công dụng của các phần

tử trong mạch

2 Các giả thuyết phải kiểm chứng

2.1.Nguyên lý hoạt động:

các tụ điện ghép xem như ngắn mạch, cho tín hiệu AC đi qua đồng thời cách li thành phần DC, do BJT được phân cực hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu đưa

tuyến tính, nên tín hiệu lấy ra ở chân C V được khuếch đại, ngược pha với O

tín hiệu ngõ vào

2.2.Sơ đồ tương đương và các thông số quan trọng

a) Mạch BJT khuếch đại E chung không hồi

b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp:

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

đầu E của BJT.

không phụ thuộc vào trở kháng của các tụ điện (3kHZ, 5kHz, 8kHz)

+ Quan sát dạng sóng bằng dao động ký, V vào CH1, V vào CH2, chọn i o

theo trị đỉnh – đỉnh từ đó tính A V = − −

−

nhau, chênh lệch đáng kể, ngõ ra sẽ chênh lệch, không quá gần nhau

trị Vo khác nhau trên oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh)

a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi

tiếp: Ngõ ra không bị méo dạng:

Bảng 4.1: Kết quả đo AV mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp

Hình 4.1: Kết quả đo A v1

4.3 Đo tổng trở ngõ vào:

a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp

b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp

a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp

b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hôi tiếp

khác biệt lắm so với tính toán trên lý thuyết.

5.2 Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp:

khá lớn Nguyên nhân là do dụng cụ đo không hiển thị được giá trị cụ thể màchỉ nhìn vào vạch chia để xác định giá trị Vp-p sau đó lập tỉ số nên dẫn đếnviệc sai sót trong số liệu.

5.3 Mạch khuếch dại BJT E chung có hồi tiếp:

nhìn vào vạch chia để xác định giá trị Vp-p sau đó lấp tỉ số nên dẫn đến việc

lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường)

17

Bài 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI

DÙNG BJT

1 Mục tiêu thí nghiệm

thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai

đo được phân cực DC của mạch và cách li thành phần DC với ngõ ra

bằng cách ghép nối tụ điện

chỉnh biên độ phù hợp, tần số dãy giữa để quan sát ngõ ra không méo

luật mạch cơ bản áp dụng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của bài

thí nghiệm

được các giá trị đỉnh đỉnh trên dao động ký để phục vụ cho việc tính

toán độ lợi áp

ngược pha của cả hai mạch, so sánh với lý thuyết, rút ra nhận xét, đánh

giá và giải thích về sự khác nhau giữa các kết quả

lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR

2 Các giả thuyết cần kiểm chứng

tiếp âm giúp mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân

C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé)

Hình 2.1: Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phátE

• Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số,

ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, nguồn dòng ở

chân E cung cấp dòng cho mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ

ra lấy ở chân C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé)

Hình 2.3: Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

(−12

1 +12− )

= β( 1 // 2 ) + 2( + 1)

AC =+ − ( // )+2( +1) Ad = ( // )2( + )

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

a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1,Q2 là 2SD468: 1 = 2 = 5.6 , 1 = 2 = 1.2 , chung bằng 5.6kΩ nối tiếpvới nguồn -12V là điện trở hồi tiếp âm, đảm bảo cả hai BJT như nhau về các thông số,thực hiện được mạch khuếch đại vi sai và mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực

Đo phân cực DC: ngắn mạch thành phần DC đo , bằng máy đo đa năng (đonối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết , tầm mA, đo , bằng máy đo đanăng ( đo song song)

b)Dữ kiện để đo A , A C d

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có

giá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau, các giá trị đỉnh đỉnh được chọn: 1.32V, 4.0V, 6.2V ( đều có ngõ ra không méo dạng) 1

Chỉnh tần số dãy giữa để , ngược pha, tần số chọn thang đo 10kHz, quan sát thấy , ngược pha Cho tín hiệu 1 1 1 = 2 (cùng

biên độ, cùng pha) qua vào chân B của 2 BJT

100 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát

trên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

+ 2

1

2

21

Đo :

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được

Chỉnh tần số dãy giữa để , ngược pha, tần số chọn thang đo 10k, quan sát thấy , ngược pha Cho1 1tín hiệu 1 , 2 (cùng biên độ, ngược pha) qua vào chân B của 2 BJT : hai đầu của máy phát sóng nối với 2 nhánh của 2 điện trở bằng nhau, nổi tiếp nhau, điểm nối giữa 2 điện trở nối đất, 2 đầu còn lại nổi với , giá trị của hai điện trở rất nhỏ so với , chọn giá trị hai điện trở là 33 << 1.2k

Tín hiệu ngõ ra lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100 để

ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát trên daođộng ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

= 1 − 2

3.2 Mạch khuếch đại vi sai ùng BJT với nguồn dòng ở cực phát

a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1,Q2 là 2SD468: 1 = 2 = 5.6 , 1 = 2 = 1.2 , chân E nối chung của cả 2 BJT nối tiếp với nguồn dòng dùng BJT Q3, xem như nguồn dòng lý tưởng, hai BJT như nhau về các thông

số, thực hiện được mạch khuếch đại vi sai và mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực.

Đo phân cực DC: ngắn mạch thành phần DC đo , bằng máy đo đa năng (đonối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết , tầm mA, đo , bằng máy đo đanăng ( đo song song)

22

b)Dữ kiện để đo A , A c d

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để

Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số

ở 100kHz

Cho tín hiệu (cùng biên độ, cùng pha) qua vào chân B của 2 BJT Tín hiệu ngõ1= 2

ra lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như

ngắn mạch, mắc với tải 12k, quan sát trên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả.

+ 2

1

2

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được

Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở100kHz

BJT: hai đầu của máy phát sóng nối với 2 nhánh của 2 điện trở bằng nhau, nổitiếp nhau, điểm nối giữa 2 điện trở nối đất, 2 đầu còn lại nổi với , giá trị của haiđiện trở rất nhỏ so với , chọn giá trị hai điện trở là 33 << 1.2k

Tín hiệu ngõ ra lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100 để

ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát trên daođộng ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

23

} = 1 + 3

2 +

=−0.0037−0.00375−0.004= - 0.0038 33

BJT là 259.5 Nguyên nhân là do hfe thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì hfe càng lớn

lắm so với tính toán trên lý thuyết

• Sai số so với thực tế:

%A C = | −0.3511−0.3387 | 3.6611% = −0.3387

là rất bé nên khó có thể đo được chính xác

đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường)

trạng bị nhiễu đồng thời làm thí nghiệm trong một môi trường có nhiệt độ

ổn định, nên kéo dãn khoảng thời gian nghĩ giữa các lần đo vì trong quá trình đo

5.3 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phát

AC = + − ( // )+2( +1)

việc sóng ngõ ra bị quá nhỏ tầm khoảng vài mV đồng thời bị nhiễu khá nặngnên chỉ lấy giá trị trung bình của sóng ngõ ra trong các trường hợp

sóng bị nhiễu, không ổn định đồng thời độ lợi vi sai còn phụ thuộc vào hfe (mộtđại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường) Bên cạnh đó việc chọn 2 điện trở

trạng bị nhiễu đồng thời làm thí nghiệm trong một môi trường có nhiệt độ ổnđịnh, nên kéo dãn khoảng thời gian nghĩ giữa các lần đo vì trong quá trình đothì BJT sẽ bị nóng lên dẫn đến thay đổi hfe Chọn 2 điện trở phân áp nhỏ nhất

có thể

34

biệt cực đảo, cực đảo để tránh nhầm lẫn Ngoài ra ta cần đảm bảo mạchđược cấp nguồn DC.

vào Op – amp ( sóng sin, sóng vuông, sóng tam giác), điều chỉnh biên độ ngõvào để ngõ ra không méo dạng, quan sát trên dao động kí, điều chỉnh vol/div,time/div để quan sát thuận tiện rồi vẽ lại dạng sóng

mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện

áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, mạch so sánh, mạch Schmitt Trigger, mạch tạosóng vuông và sóng tam giác, rồi đưa ra nhận xét, kết luận

2 Các giả thuyết cần kiểm chứng

2.1 Với các mạch khuếch đại

• Mạch khuếch đại đảo

Hình 2.1: Mạch khuếch đại đảo

với ngõ vào)

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị R , R ,i F nên ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên R R F ≥ i

=> 0

• Mạch khuếch đại không đảo

Hình 2.2: Mạch khuếch đại không đảo

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị R , R Vì tích chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có R i F F ≥ R i

• Mạch khuếch đại cộng điện áp

Hình 2.3: Mạch khuếch đại cộng điện áp

nhưng ngược pha

• Mạch khuếch đại trừ điện áp

Hình 2.4: Mạch khuếch đại trừ điện áp

- Mạch khuếch đại Op-amp với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp

+ 2 2 0

2 1

+ Khi V < V thì i ref 0 = + = 10 (thực tế nhóm đo được)

+ Khi V > V thì i ref 0 = − = −10 (thực tế nhóm đo được)

• Mạch Schmitt Trigger

Hình 2.6: Mạch Schimitt Trigger

- Lý thuyết : không là hằng số mà dao động trong khoảng (V , V ) : + TL TH

39

• Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

Hinh2.7: Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

1 qua điện trở R và tụ hồi tiếp Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ

lệ nghịch với hằng số thời gian

V o2 = − 1 ∫ 0 1 ; = RC là hằng số thời gian

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

3.1 Với các mạch khuếch đại

độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

+ Mạch khuếch đại đảo:= 22 = 68 ; Ω

+ Mạch khuếch đại không đảo:= 22 = 68 ; Ω

+ Mạch khuếch đại cộng điện áp:= 12 Ω ; = 22 Ω

+ Mạch khuếch đại trừ điện áp:= 12 = 22 ;

động ký và điền kết quả thu được vào bảng số liệu

3.2 Với các mạch so sánh và tạo sóng

40

- Cácchọn 12k ,chọn đo 2 lần 12k và 22k

độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

+Mạch Schmitt Trigger: Với = 12 ∈ (−6 , 6 ) ; với = 22 ∈ (−4.23 ; 4,23 ).

4.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

Hình 4.7: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp V i lớn hơn V ref

4.6 Mạch Schimitt Trigger

Hình 4.9: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 12kΩ

4.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

= 68 : = − = − = −5.666768

12

→ Vậy kết quả dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op-amp hoạt động tốt ,

5.2 Mạch khuếch đại không đảo

→ Vậy kết quả dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op-amp hoạt động tốt ,

5.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

1

Với

2

Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Với = 22kΩ, = 12 1− = 0.8 ( ó sin ) = 5 , 2 :

1

 Kết quả khảo sát gần giống với lý thuyết, sai lệch do sai số thiết bị đo.

5.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp

Theo lý thuyết: V o = ( − ) 1 2

48

Với = 12kΩ, = 12 1− = 6 ( ó sin ), = 5 2 :

 Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

49

Khi Vi>5: Vo=-10V

Khi Vi<-5: Vo= 10V

 Kết quả đo có sai lệch so với lý thuyết, nguyên nhân do sai số dụng cụ

đo là, nhầm lẫn khi đọc các giá trị trên máy phát sóng, cursor của biên độ và

của thời gian không thể hiện thị cùng lúc để đọc chính xác các giá trị

, .

5.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

Với =22k, = 12 Theo lý thuyết:

= = 22 10 = 5.4545

12

= = − 22 10 = −5.4545

12

 Vậy kết quả khảo sát sai lệch với lý thuyết so tín hiệu qua các Op-amp

bị delay thời gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đều

50

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

thấp từ các thông số đã cho, các thông số còn thiếu lấy kết quả thí nghiệmcủa bài 1 So sánh kết quả khảo sát với lý thuyết

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

ở chế độ tích cực

khác nhau giữa các độ lợi áp của các mạch bao gồm mạch có hồi tiếp vàkhông hồi tiếp

biết các xác định tần số cắt thông qua việc thay đổi biên độ ngõ ra

số khác nhau và tính được độ lợi áp

số của các mạch

số cắt

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

Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:

- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:

= = − ( || ) ||

|| + +

1

53

Tần số 3 = 2 [( 1 + 2 )|| +11( + || )] ≈ 215.2 Hz

Do chênh lệch lớn giữa các tần số 1 , , 2 3 , chọn tần số cắt dưới của mạch:

= max( , , ) = 215.2 1 2 3

54

➔ Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ ở

chân E

➢

có giá trị rất lớn nên xem như hở 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:

56

1 Tần số 2 =

dưới của mạch: = max( , , ) = 57 1 2 3

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

3.1 Đo phân cực DC:

Ngắn mạch các thành phần DC, cấp nguồn DC 12V để mạch hoạt động, lắp mạch theo sơ đồ

nguyên lý ở module thí nghiệm Đo các thành phần

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

giảm) tới khi biên độ của ngỏ ra giảm bằng 1/sqrt(2) của biên độ ngõ ra

tại dãy giữa Tần số khi đó là tần số cắt

số Chọn tần số đo như sau

a) Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

60