Thuc hanh ĐTTT lab 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO THỰC NGHIỆM MÔN THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Họ và tên MSV THỰC NGHIỆM 2 TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT VÀ CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI 1 Khảo sát đặc tuyến I V của transistor NPN và PNP • Nhiệm vụ Kiểm tra sơ bộ transistor bằng ôm kế, đo họ đặc tuyến ra của transistor loại npn C1815 và transistor loại pnp A1015 • Các bước thực nghiệm 1 1 Kiểm tra sơ bộ transitor bằng Digital Multimeter Chưa mắc các dây nối và chưa tiến hành thực nghiệm vội, suy nghĩ cách thức tiế.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



BÁO CÁO THỰC NGHIỆM MÔN : THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

Họ và tên : MSV

THỰC NGHIỆM 2 TRANSISTOR LƯỠNG CỰC BJT VÀ CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI

1.Khảo sát đặc tuyến I-V của transistor NPN và PNP

• Nhiệm vụ:

Kiểm tra sơ bộ transistor bằng ôm kế, đo họ đặc tuyến ra của transistor loại npn-C1815 và transistor loại

pnp-A1015

• Các bước thực nghiệm:

1.1.Kiểm tra sơ bộ transitor bằng Digital Multimeter

Chưa mắc các dây nối và chưa tiến hành thực nghiệm vội, suy nghĩ cách thức tiến hành kiểm tra

BJT bằng Digital Multimeter với chức năng “kiểm tra diode”.

Vì BJT có cấu trúc gồm 2 lớp tiếp giáp pn nối đấu lưng nhau, nên có một cách nhanh chóng để kiểm tra sơ bộ nó là đo điện trở 2 lớp tiếp giáp này theo các hướng phân cực thuận và ngược

Khi chưa biết cực nào là base B, làm sao xác định được ? Có thể phân biệt 2 cực C và E không?

Transistor lưỡng cực gồm có hai mối P-N nối tiếp nhau,ta nhận thấy rằng, vùng phát E được pha đậm (nồng độ chất ngoại lai nhiều), vùng nền B được pha ít và vùng thu C lại được pha ít hơn nữa Vùng nền có kích thước rất hẹp (nhỏ nhất trong 3 vùng bán dẫn), kế đến là vùng phát và vùng thu là vùng rộng nhất Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn transistor PNP Phần sau tập trung khảo sát trên transistor NPN nhưng đối với transistor PNP, các đặc tính cũng tương tự

1.2.Đo đặc tuyến lối ra iC = f(vCE) với các iB = const của transistor NPN

- Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2- 1 cho transistor NPN - C1815

- Đo sự phụ thuộc của dòng iC vào thế vCE trong khoảng từ 0V đến 10V, với giá trị cố định iB = 10µA:

■ Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị chính và các đồng hồ Vặn biến trở P1 và P2 để dòng qua iC cỡ khoảng2mAvà thế vCE cỡ khoảng 4V đến 6V

■ Chỉnh lại P1 thật cẩn thận để đo được dòng iB≈10µA

Mạch Proteus :

■ Biến đổi P2, đo các giá trị tương ứng giữa vCE và iC Ghi kết quả vào bảng sau Chú ý : trong vùng có iC hầu như không đổi đối với vCE (vùng tích cực), chỉ cần đo vài điểm ; còn trong vùng iC phụ thuộc mạnh vào vCE (vùng bão hòa, có vCE thấp) cần đo nhiều điểm gần nhau hơn

■ Lặp lại 2 bước kể trên ứng với các giá trị iB ≈ 20µA, 30µA và 40µA và ghi các kết quả vào bảng A2-B1

10.3 10 9.76 9.27 8.87 8.77 8.53 8.29 8.04 7.8

iC 2.56 2.55 2.54 2.53 2.52 2.52 2.52 2.51 2.50 2.5030µA V-

CE

9.45 9.19 8.86 8.61 8.32 7.29 6.94 6.59 6.24 5.90

iC 3.75 3.74 3.73 3.72 3.71 3.68 3.67 3.65 3.64 3.6340µA V-

Hệ số khuếch đại dòng β = = 123

1.3 Đo đặc tuyến lối ra iC = f(vCE) với các iB = const của transistor PNP

Tiến hành đo với transistor PNP A-1015 trong bản mạch Chú ý rằng các nguồn nuôi và các đầu đo có phân cực ngược với loại NPN kể trên

CE

10.4 10.2 9.98 9.78 9.57 9.36 9.16 8.95 8.75 8.54

iC 2.06 2.06 2.06 2.06 2.06 2.06 2.06 2.06 2.06 2.0630µA V

CE

9.63 9.32 9.02 8.71 8.41 8.10 7.80 7.50 7.19 6.89

iC 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.0440µA V

CE

8.83 8.43 8.02 7.62 7.21 6.81 6.40 5.99 5.59 5.18

Khảo sát sơ đồ khuếch đại tín hiệu xoay chiều lắp trên một transistor BJT mắc theo kiểu emitter chung

CE, có trở gánh là điện trở Sơ đồ này còn được gọi là bộ đảo tín hiệu (BJT-resistor inverter) do tín hiệu rangược pha với tín hiệu vào

• Các bước thực nghiệm:

2.1 Đo hệ số khuếch đại

- Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A2-2

- Đặt thang đo thế lối vào kênh 1 của dao động ký ở 50mV/cm và kênh 2 ở 2V/cm, thời gian quét của dao động ký đặt ở 1ms/cm Đặt chuyển mạch ghép tín hiệu vào dao động ký ở vị trí DC Chỉnh cho cả 2 tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn hình dao động ký để vị trí dễ quan sát

- Nối kênh 1 dao động ký với điểm thế vào IN/A trên mạch khuếch đại, nối kênh 2 dao động ký với điểm thế ra OUT/ C của mạch khuếch đại

- Đặt máy phát tín hiệu ở chế độ: phát dạng sin, tần số 1kHz, biên độ sóng ra 50mV đỉnh-đỉnh (quan sát kiểm tra trước trên máy hiện sóng)

- Nối tín hiệu từ máy phát với lối vào IN/A của mạch khuếch đại

Mạch Proteus :

- Nối các chốt theo bảng A2-B3 Nối J3 và không nối J7 Ứng với mỗi cấu hình nối, vẽ dạng tín hiệu và đo biên độ, mặt tăng của xung ra Chú ý, J = 1 biểu thị có nối, J = 0 là không nối

Ghi kết quả đo biên độ thế VOUT vào bảng:

- Tính hệ số khuếch đại thế A = VOUT/ VIN cho mỗi kiểu nối và ghi vào bảng

A

Giải thích nguyên nhân làm thay đổi hệ số khuếch đại cho mỗi kiểu nối trong bảng:

Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại bằng tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp đầu vào và sự thay đổi của điện áp đầu ra của bộ khuếch đại

Trạng thái K = K1 :

Điện áp chân base của transistor được xác định bởi thế được tạo thành bởi hai điện trở, R1 , R3 và điện

áp nguồn với dòng điện chạy qua cả hai điện trở

Sau đó tổng kháng RT sẽ bằng R1 + R3 cho dòng điện với i = VCC / RT Mức điện áp được tạo ra tại điểm giao nhau của các điện trở R1 và R3 giữ cho điện áp ( Vb ) không đổi ở giá trị thấp hơn điện áp nguồn

A = 0.47

Trạng thái K = K2 :

Khi thay R1 bằng R2 tức là tăng giá trị điện trở từ 47kΩ -> 100kΩ

Tổng kháng RT thay đổi và bằng R2 + R3 -> điện áp ( Vb ) giảm

A = 0.42

Trạng thái K = K3 :

Ta có dòng điện chạy qua chân Collector được tính bằng :

Với I C(max) = trong đó V RE là thế tại R4 và R C là điện trở trên chân Collector

Như vậy việc thay đổi R5 -> R6 giảm điện trở từ 4k7Ω -> 1k2Ω làm thay đổi giá trị dòng Collector Sụt thế dòng Collector giảm -> Vout tăng

A = = 0.87

Trạng thái K = K4 :

C2 là một tụ điện rẽ nhánh, được bao gồm trong chân Emitter

Tụ điện được kết nối song song này có hiệu quả làm ngắn mạch điện trở chân Emitter

Khi ở tần số cao RE = 0

Mà A = -> hệ số khuếch đại trở nên vô hạn , tuy nhiên transistor NPN có một điện trở nhỏ bên trong vùng Emitter được gọi là Re , điện trở này mắc nối tiếp với Re

ở tần số cao tụ điện bỏ qua RE chỉ để lại điện trở nội Re trong chân Emitter dẫn đến hệ số khuếch đại tăng cao.

Trạng thái Có tải ra :

Thêm tụ R7 hệ số thay đổi thành Re + R7 -> hệ số giảm

Vẽ lại các dạng sóng trên 2 kênh máy hiện sóng :

Trạng thái K = K1 :

Trạng thái K = K2 :

Trạng thái K = K3 :

Trạng thái K = K4 :

Trạng thái Có tải ra :

Nhận xét dạng sóng trên 2 kênh đó : ta thấy dạng sóng đầu vào và dạng song đầu ra ngược pha với nhau.

Thử nghiệm với một trạng thái K = K1, tăng chậm rãi biên độ tín hiệu vào của máy phát tín hiệu từ 50

mV trở lên rồi quan sát dạng sóng ra VOUT trên kênh 2.

- Tại biên độ vào vào khoảng 1.3 V thì ta bắt đầu thấy dạng sóng ra bị méo dạng do : Tín hiệu đầu

ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên R tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào

Tại biên độ vào là bao nhiêu thì dạng sóng ra bị méo dạng ? Tại sao dạng sóng ra bị méo dạng? Căn cứ vào đặc tuyến truyền đạt, giải thích vùng bị méo dạng đó gọi là vùng gì trong chế độ hoạt động của transistor ?

- Ta thấy tại biên độ vào khoảng 1.3V thì dạng sóng ra bị méo dạng

- Biến dạng biên độ xảy ra khi các giá trị đỉnh của dạng sóng tần số bị suy giảm gây ra biến dạng do

sự thay đổi điểm Q và quá trình khuếch đại có thể không diễn ra trong toàn bộ chu kỳ tín hiệu,

Nó cũng xảy ra trong trường hợp tín hiệu đầu vào được áp dụng rất lớn

Căn cứ vào đặc tính truyền đạt vùng bị méo dạng được gọi là vùng tích cực trong chế độ hoạt động của transistor

Theo anh/chị điểm làm việc tĩnh phải chọn thế nào để có biên độ ra cực đại khi tín hiệu ra còn chưa bị méo dạng ?

- Để có biên độ ra cực đại, điểm tĩnh hoạt động cần được chọn chính xác Trên thực tế, đây là điểm hoạt động DC của bộ khuếch đại và vị trí của nó có thể được thiết lập tại bất kỳ điểm nào dọc theo đường tải bằng cách bố trí xu hướng thích hợp

- Vị trí tốt nhất có thể cho điểm Q này càng gần vị trí trung tâm của đường tải càng tốt, do đó tạo

ra hoạt động của bộ khuếch đại loại A, tức là Vce = 1 / 2Vcc

Thay máy phát tín hiệu bằng một microphone Nối lối ra của microphone với lối vào IN/A của bộ khuếch đại Nói vào microphone và quan sát dạng sóng vào và ra trên máy hiện sóng.

Ta có :

Ta thấy sóng ra luôn ngược pha với sóng vào với biên độ lớn hơn biên độ sóng vào

2.2 Đo đáp ứng tần số của bộ khuếch đại

Sử dụng máy phát tín hiệu có tần số sóng sin cực đại 10MHz, đặt biên độ xung ra bằng 50mV Nối lối ra máy phát với lối vào IN/A của mạch khuếch đại

- Sơ đồ mạch nối theo kiểu 1 của bảng A2-B3 trên

- Thay đổi tần số sóng vào theo bảng A2-B4 dưới dây, đo biên độ xung ra ứng với mỗi tần số

lô-Theo thang logarit:

Xác định dải truyền qua của bộ khuếch đại ?

Giải thích nguyên nhân suy giảm ở các tần số thấp và cao ?

Khi tần số tăng lên, phản ứng của điện dung trở nên nhỏ hơn, làm cho điện áp cực base của transistor giảm, do đó hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại giảm.

2.3 Khảo sát các mạch phản hồi âm cho tầng khuếch đại emitter chung.

2.3.1 Xác định hệ số khuếch đại:

- Đặt máy phát tín hiệu ở chế độ: phát sóng vuông, tần số 1 kHz, biên độ ra 50mV

- Nối J5 Các chốt J3, J6 không nối

2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các kiểu phản hồi âm lên đặc trưng tần số:

- Nối mạch như kiểu 1 trong bảng A2-B5

- Sử dụng máy phát sin có tần số cực đại 10MHz, biên độ sóng ra bằng 50mV Nối lối ra máy phát với lối vào IN/A trong mạch

- Thay đổi tần số sóng vào theo bảng A2-B6 dưới đây Đo biên độ sóng ra ứng với mỗi tần số cho kiểu không phản hồi (nối J1, J5, J7) và có phản hồi (nối J2, J4, J5)

Ghi kết quả vào bảng

Bảng A2-B6:

2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng phản hồi âm lên tổng trở vào:

- Nối mạch như kiểu 1 trong bảng A2-B5 (không phản hồi âm - Nối J5, J1, J7) Máy phát của thiết bị chính

ở chế độ phát sóng sin ở tần số 1KHz, biên độ 200mV

Biên độ sóng ra máy phát Vm(0) khi chưa nối máy phát vào điểm IN/A : Vm(0) = 200mV

Cắm chốt máy phát vào điểm A Cấp tín hiệu cho mạch Đo biên độ sóng vào Vm(1)

Tính điện trở vào Rin của hệ khuếch đại cho hai trường hợp với điện trở nội của máy phát RI = 500W

số của các linh kiện để đưa bộ khuếch đại vào vùng làm việc tương ứng.

3 Khảo sát bộ khuếch đại kiểu Collector chung CC (bộ lặp lại emitter)

Hệ số khuếch đại dòng DC: A(I) = =

TH nối J3 (Trở R6) :

Dòng iB /T1 (chỉnh P1) Dòng iE /T1

Hệ số khuếch đại dòng DC: A(I) = = =

TH nối J1 (Trở R4) :

Dòng iB /T1 (chỉnh P1) Dòng iE /T1

1 iB1 = 20 µA iE1 = 2.11mA

Hệ số khuếch đại dòng DC: A(I) = = = 92

■ Đồng hồ đo thế collector: Nối các chốt đồng hồ đo (V) của mạch với đồng hồ đo thế hiện số (Khoảng

đo đặt ở 20V nếu dùng đồng hồ trên đế nguồn)

■ Đồng hồ đo dòng collector: Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch với chốt vào bộ đo Đặt các công tắc của bộ đo hiện số ở chế độ đo dòng (A) Khoảng đo đặt ở mA

■ Đồng hồ đo dòng emitter: Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch với đồng hồ đo dòng hiện số Khoảng đo đặt ở mA

- Chú ý: cắm đúng phân cực nguồn và đồng hồ đo

Hệ số khuếch đại thế: = = 59

- Kết quả sóng lối ra khi có trở tải (nối J1):

Hệ số khuếch đại thế: = = 28

Nhận xét về khả năng ứng dụng

- Kiểu E: cung cấp độ lợi điện áp kết hợp với độ lợi dòng điện vừa phải nên chung thường được

dùng trong thiết bị điện tử để khuếch đại điện áp

- Kiểu C chung ứng dụng trong mạch khuếch đại đệm , làm cho tín hiệu ổn định

hơn Ứng dụng trong mạch ổn áp nguồn.

- Kiểu B ít được ứng dụng trong thực tế Dùng ở mạch tần số cao và trở kháng đầu vào

thấp.