BÁO cáo THÍ NGHIỆM MẠCH điện tử bài 2 MẠCH KHUẾCH đại GHÉP VI SAI DÙNG BJT

Điện trở mắc chung vào chân E của hai BJT đối với mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát và bộ BJT và các điệntrở đóng vài trò như một nguồn dòng đối với mạch khuếch đại vi sai với ngu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT GVHD: NGUYỄN NGỌC KỲ =================

Thành viên nhóm lớp L23:

MỤC LỤC

I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 3

1 Chức năng 4

2 Nguyên lý hoạt động 4

3 Thông số mạch 5

4 Tính toán lý thuyết 5

4.1 Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát 5

4.2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát 6

III MÔ PHỎNG LTSPICE 7

1 Mạch khuếch đại vi sai với R E ở cực phát 7

a) Đo phân cực, các giá trị dòng áp tại điểm làm việc 7

b) Đo độ lợi cách chung Ac 10

c Đo độ lợi áp vi sai Ad 14

2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát 18

a) Đo phân cực, các giá trị dòng áp tại điểm làm việc 18

b) Đo độ lợi cách chung Ac 21

c) Đo độ lợi áp vi sai Ad 25

IV KẾT LUẬN 29

I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bảncủa mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT Những số liệu sai lệch khi tính toán lý thuyết và đo được trên phần mềm mô phỏng LTspice đã đưa ra nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu và hiểu thêm hơn về sự sai số trong thí nghiệm

Trong quá trình thí nghiệm, bài thí nghiệm đã giúp các thành viên trong nhóm thành thạo hơn trong việc hoạt động nhóm cũng như sử dụng phần mềm mô phỏng thành thạo hơn trong điều khiện thực tế không thể sử dụng phòng thí nghiệm

Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho các thành viên khả năng làm việc nhóm chung, phân chia và sắp xếp công việc hợp lý, đặc biệt hơn hết là rèn luyện khả năng xử lý vấn đề khi nhóm gặp những sự cố trong quá trình thực hiện lắp mạch và đo đạc

II CÁC LÝ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG

Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:

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

1 Chức năng

Có khả năng khuếch đại cái tín hiệu có tần số nhỏ (tín hiệu một chiều, có tần số vài Hz),giảm thiểu tiếng ồn do linh kiện và sự cản trở từ bên ngoài Liên kết giữa các tầng màkhông cần dùng đến tụ

Khuếch đại vi sai được sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn dưới nhỏ (tới vàiHz), gọi là tín hiệu biến thiên chậm hay tín hiệu một chiều

Khuếch đại vi sai là cơ sở để xây dựng khuếch đại thuật toán sử dụng Op- Amp

3 Thông số mạch

Module thí nghiệm BJTLABSN010 trên phần mềm mô phỏng LTspice.

Mạch gồm hai BJT giống nhau về thông số nguồn dòng Emitter và điện áp các chân, cácđiện trở mắc vào các chân C, B của hai BJT giống hệt nhau Điện trở mắc chung vào chân

E của hai BJT (đối với mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát) và bộ BJT và các điệntrở đóng vài trò như một nguồn dòng (đối với mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ởcực phát) Tải mắc vào chân C của BJT thông qua tụ

Tụ: ngăn cản ảnh hưởng của tải đối với mạch DC

Điện trở: điện trở hồi tiếp âm, giúp ổn định phân cực chân C, giảm lưởng biến thiên dòng

2(hib+ RB/hfe ) hib+RB/¿ hfe

 Tín hiệu đồng pha CMRR, độ lợi cách chung Ac và độ lợi vi sai Ad đều phụ thuộc vào giá trị RE ở cực phát chung

4.2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

Cơ sở lý thuyết:

Dùng BJT Q3 ở cực phát như một nguồn dòng có các chức năng như sau:

Ở DC, phân cực điểm tĩnh Q3 tạo ra dòng điện IE1 = IE2 = Ic

Ở AC, độ lợi cách chung Ac = −1 .(Rc /¿ RL)

mà xem như có điện trở

2ℜ+ hib+Rb /hfe

ngõ vào hoe1 của BJT Q3 là rất lớn dẫn đến RE = hoe1 có giá trị tiến tới vô cùng, dẫn đến độ lợi cách chung Ac = 0  CMRR theo lý thuyết có giá trị tiến tới vô cùng

So với khuếch đại vi sai có điện trở RE ở cực phát, mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng có nguồn phát có các thông số Ac, Ad, CMRR tốt hơn, gần với lý tưởng và khả năng khử các tín hiệu nhiễu cao hơn.

III MÔ PHỎNG LTSPICE

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

Khảo sát mạch với 2 giá trị RE để kiểm chứng sự ảnh hưởng của RE đến thông số

khuếch đại của mạch Chọn RE = 5.6K Ω và 6.8K Ω

a) Đo phân cực, các giá trị dòng áp tại điểm làm việc Trường hợp 1: R E = 5.6K Ω

Cài đặt thí nghiệm như sau:

1 Cấp nguồn 12V ở VCC và -12V ở VEE

2 Lắp 6 nguồn 0V để đo các giá trị dòng điện ở các cực B, C, E ứng với 2 con BJT Q1, Q2

3 Lắp 6 điểm nút để đo giá trị điện áp các cực B, C, E ứng với 2 con BJT Q1, Q2

4 Nối dây giữa các nguồn và các điện trở có giá trị tương ứng trong mạch lý thuyết

có trong bảng tra Module

5 Tiến hành chạy mô phỏng và lấy các số liệu

Sơ đồ mạch:

Trường hợp 2: R E = 6.8K Ω

Thực hiện tương tự như trường hợp 1, ta có:

 Q1 (7.75 V; 0.8719 mA) và Q2 (7.52 V; 0.8769 mA) Tính theo lí thuyết: Q1 = Q2 = Q (8.0618 V; 0.8311 mA)

b) Đo độ lợi cách chung Ac

3 Tiến hành nối nguồn Vi vào 2 cực B của 2 BJT Q1, Q2

4 Cấp nguồn AC vi=0V, tần số 10KHz, tăng dần dần giá trị biên độ, đến khi nào sóng ngõ ra bắt đầu méo dạng thì dừng lại

Sơ đồ mạch:

Kết quả mô phỏng gần giống với lý thuyết mạch.

Kết quả mô phỏng cho thấy ở chế độ cách chung, biên độ ngõ ra giảm đi so với ngõ vào, đúng với lý thuyết và chức năng của mạch là khả năng giảm bớt, triệt tiêu

đi các tín hiệu nhiễu của ngõ vào

Theo mô phỏng, sóng ngõ ra bắt đầu méo dạng khi biên độ ngõ vào rơi vào tầm 5.1V trở lên

Trường hợp 2: R E = 6.8K Ω

Thực hiện như trường hợp 1, ta có:

Kết quả mô phỏng: Ac = 2.9876403 / 10 = 0.299

So với lý thuyết: Ac= 0.2799

c Đo độ lợi áp vi sai Ad

Kết quả mô phỏng:

Theo mô phỏng: Ad = 1.8891 / (40*10-3) = 47.2275

1Theo lí thuyết: Ad = 2(hib +RB/hfe).(Rc//RL) = 51.5971

Nhận xét:

Độ lợi khuếch đại vi sai Ad theo mô phỏng gần giống với lý thuyết

Kết quả mô phỏng cho thấy ở chế độ vi sai, ngõ ra được khuếch đại tầm 44.2275 lần ngõ vào vi sai của mạch, đúng với chức năng và lý thuyết của mạch là khuếch đại sự chênh lệch điện áp giữa 2 ngõ vào của mạch

Kết quả cho thấy ngõ ra méo dạng với ngõ vào có giá trị bắt đầu từ 45MV trở lên  CMRR = |Ad|/|Acm| = 145.242

Trường hợp 2: R E = 6.8K Ω

Thực hiện như ở trường hợp 1, ta có:

Theo kết quả mô phỏng: Ad = 42.1625

Theo lí thuyết: Ad = 45.3288

Theo chiều tăng của RE, ICQ của mạch giảm dẫn đến hib tăng dẫn đến độ lợi vi sai Ad

giảm, đồng thời làm giảm độ lợi áp chung Ac Mạch có khả năng giảm, triệt tiêu các tín hiệu nhiễu xuất hiện ở 2 cực chung ở ngõ vào tốt hơn, tuy nhiên theo đó là hệ số khuếch đại độ chênh lệch điện áp giữa 2 ngõ vào giảm Đó là sự đánh đổi Bên cạnh đó, hệ số tín hiệu đồng pha CMRR tăng

2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

Khảo sát mạch với 2 giá trị IC3 ở cực phát bằng cách khảo sát 2 RJ1 = 5.6K Ω và 6.8K

a) Đo phân cực, các giá trị dòng áp tại điểm làm việc Trường hợp 1: RJ 1 = 6.8K, R L = 2.7K

Cài đặt thí nghiệm:

1 Tiến hành nối dây mạch lý thuyết theo module thí nghiệm

2 Cài đặt 7 nguồn áp 0V để đo nguồn dòng đi qua các cực B, C, E của Q1, Q2 và

dòng IC3

3 Chạy mô phỏng lấy số liệu điểm tĩnh Q và đối chứng với lý thuyết

Mạch mô phỏng:

Kết quả mô phỏng:

 Q1 (6.3711 V; 1.1228 mA), Q2(6.0719V; 1.1299 mA); hfe = 98.28, IC3 = 2.2755 mA

So với lý thuyết: (Lấy VBE = 0.7, hfe = 100)

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Kết quả mô phỏng:

 Q1 (5.8622 V; 1.2152 mA); Q2 (5.5373 V; 1.2231 mA) So với lý thuyết:

So với lý thuyết: (Lấy VBE = 0.7, hfe = 100)

Kết quả mô phỏng:

Vi với giá trị từ 100MV trở lên bắt đầu làm cho ngõ ra có đồ thị sóng méo dạng

Mạch hoạt động đúng chức năng khử nhiễu các tín hiệu do môi trường bên ngoài tác động vào

Trường hợp 2: RJ 1 = 5.6K; R L = 2.7K

Thực hiện tương tự trường hợp 1, ta có:

Mạch mô phỏng:

Kết quả mô phỏng:

c) Đo độ lợi áp vi sai A d

Trường hợp 2: RJ 1 = 5.6K; R L = 2.7K

Thực hiện tương tự trường hợp 1, ta có:

Mạch mô phỏng:

Kết quả mô phỏng:

Độ lợi áp cách chung Ac: Theo chiều giảm RJ1, nguồn dòng IC3 tăng lên, giá trị Ac

thay đổi không đáng kể, có thể giải thích là do Ac =

1

.(Rc /¿ RL),

2 1 +hib +Rb/hfe hoe

điện trở ngõ vào hoe1 rất lớn so với hib và Rb/hfe và giá trị này có thể xem như

thay đổi rất ít do hiệu ứng Early gây ra Vậy độ lợi cách chung Ac được quyết định

bởi thông số có sẵn của linh kiện BJT, không bị ảnh hưởng nhiều bởi giá trị nguồn

dòng ở cực phát chung

Độ lợi vi sai Ad: Theo chiều giảm RJ1, nguồn dòng IC3 tăng lên, giá trị Ad thay đổi

1nhiều, có thể giải thích là do Ad = 2(hib + Rb/hfe).(Rc//RL), hib phụ thuộc vào giá

trị nguồn dòng, nên giá trị Ad phụ thuộc vào giá trị nguồn dòng ở cực phát chung

Khảo sát mô phỏng đúng với cơ sở lý thuyết cần kiểm chứng Tuy nhiên, so với lý

thuyết, 2 thông số Ac và CMRR không tiến tới giá trị lý tưởng, Ac vẫn có 1 giá trị

rất nhỏ, nhưng so với độ khuếch đại Ad thì Ac xem như không đáng kể, ta có thể

bỏ qua, mạch khuếch đại ghép vi sai hoạt động đúng chức năng khử nhiễu tín hiệu

ngõ vào

Mạch ghép vi sai có nguồn dòng ở cực phát chung có thông số Ac, Ad, CMRR tốt hơn so với mạch ghép vi sai có điện trở RE Bên cạnh đó, việc hiệu chỉnh giá trị các thông số, mạch có nguồn dòng cũng có độ lợi tốt hơn, cụ thể:

 Mạch có trở RE ở cực phát chung: Thay đổi thông số RE để giảm độ lợi Ac,nhưng đồng thời làm giảm độ lợi Ad, khuếch đại vi sai giảm, mang theo sự đánh đổi cao,nhưng CMRR vẫn tăng

 Mạch có nguồn dòng ở cực phát chung: Thay đổi giá trị nguồn dòng để tăngkhả năng khuếch đại vi sai Ad, nhưng Ac không thay đổi đáng kể và có xu hướng giảm, giátrị nguồn dòng ít ảnh hưởng đến khả năng khử nhiễu của mạch Tuy nhiên, chi phí chế tạonguồn dòng gây nhiều tốn kém hơn so với điện trở RE