Bài 1: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJTSử dụng thành thạo Scope có 2 chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào , tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha, khi đó các tụ ghép xem như ngắn mạch, các
Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC và AC
GHÉP E CHUNG: DC VÀ AC
Khảo sát mạch khuếch đại BJT ghép E chung không hồi tiếp và có hồi tiếp
- Đo điểm tĩnh DC: đo được I , I ,V của BJT ở chế độ DC.
Tính được hệ số β = , so sánh với khoảng giá trị của β trong datasheet.
Dùng kết quả điểm tĩnh DC để tính các giá trị A , Z , Z V IN OUT theo lý thuyết.
Sử dụng thành thạo Scope có 2 chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào , dạng sóng ngõ ra
Tìm biên độ lớn nhất của áp ngõ vào mà ngõ ra không méo dạng | max để tìm được chính xác.
Xác định tần số dải giữa và đo AV của mạch ở tần số dải giữa, tại khoảng tần số mà tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ở pha ngược nhau Khi đó các tụ ghép xem như ngắn mạch, các tụ kí sinh xem như hở mạch, giúp độ lợi áp ít bị ảnh hưởng bởi các tụ điện.
Với tần số dãy giữa, quan sát trên dao động kí dạng sóng ngõ vào và ngõ ra, đọc biên độ VIN, VOUT và tính độ lợi áp AV
4 tuyến tính, nên tín hiệu lấy ra ở chân C VO được khuếch đại, ngược pha với 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 tiếp:
Hình 2.1: Mạch khuếch đại ghép E chng không hồi tiếp
; hfe ≈ β hie Theo sơ đồ:Z = R // h = R // R // h ie
Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ:
Theo sơ đồ:Z = R // R // (h +R (h + 1))IN B1 B2 ie E1 fe
A = - h V 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 xem ở chế độ DUAL, điều chỉnh VOL/DIV phù hợp, ghi lại kết quả Vi, Vo theo trị đỉnh – đỉnh từ đó tính A V = − −
Cố định V và tần số, thay đổi các trở R , quan sát và ghi lại các giá
+ i i trị Vo khác nhau trên oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh).
4.3 Đo tổng trở ngõ vào: a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Bảng 4.3: Kết quả đo Z in mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Ri1 Ri2 Vo1 Vo2 Zin
4.4 Đo tổng trở ngõ ra:
3 b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hôi tiếp
Bảng 4.6: Kết quả đo Z out mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp
Công thức tính tổng trở ngõ ra :
• Sai số so với thực tế
Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT
Bạn có thể lắp mạch ghép BJT từ module thí nghiệm để hình thành một mạch khuếch đại vi sai và hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó Mạch vi sai sử dụng hai transistor BJT đối xứng, trong đó có điện trở RE ở cực phát và nguồn dòng cấp vào cực phát để bias và cân bằng tín hiệu giữa hai ngõ vào Điện trở RE ở cực phát giúp ổn định độ khuếch đại và giảm ảnh hưởng của biến đổi nhiệt, còn nguồn dòng ở cực phát cung cấp dòng bias ổn định cho cả hai nhánh, từ đó khuếch đại khác biệt giữa hai tín hiệu đầu vào.
Đảm bảo mạch có nguồn DC duy trì hoạt động liên tục Dùng máy đo đa năng đo phân cực DC của mạch và xác định các thành phần DC tồn tại trong tín hiệu Để ngõ ra được cách ly khỏi DC, thực hiện ghép nối tụ điện tại ngõ ra nhằm ngắt phần DC và chỉ truyền tín hiệu mong muốn.
Biết cách sử dụng máy phát sóng để tạo sóng ngõ vào phù hợp là nền tảng của bài thí nghiệm điện tử: điều chỉnh biên độ và tần số tín hiệu sao cho ngõ vào không gây méo và cho phép quan sát ngõ ra một cách chính xác; biết cách tạo hai tín hiệu v1 và v2 ở cùng pha hoặc ngược pha bằng cách áp dụng các luật mạch cơ bản, rồi triển khai chúng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của đề bài; việc thiết lập tham số đúng đắn giúp đánh giá đáp ứng của hệ thống một cách tin cậy và phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu.
Hiệu quả sử dụng dao động ký để quan sát sóng ngõ vào và ngõ ra, đọc được các giá trị đỉnh trên dao động ký nhằm phục vụ cho tính toán độ lợi áp của mạch khuếch đại Trong thí nghiệm, tiến hành đo đạc và kiểm chứng độ lợi áp AC khi hai sóng ngõ vào tại chân B cùng pha; đo độ lợi áp vi sai Ad khi hai sóng ngõ vào tại chân B ngược pha giữa hai mạch, sau đó so sánh với lý thuyết, rút ra nhận xét, đánh giá và giải thích sự khác biệt giữa các kết quả thực nghiệm và dự báo lý thuyết, từ đó làm rõ các yếu tố có thể gây sai lệch và đề xuất cải tiến cho mô hình.
- Từ kết quả đo được độ lợi áp cách chung, độ lợi áp vi sai, tính được tỷ lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR.
2 Các giả thuyết cần kiểm chứng
2.1 Mạch khuếch đại vi sai với R E ở cực phát:
C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé).
Hình 2.1: Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát
• Các thông số quan trọng:
2.2 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:
Mạch gồm hai BJT giống hệt về mọi tham số, ghép chung hai chân C và E; tín hiệu đầu vào được đưa vào chân B, trong khi nguồn dòng cấp tại chân E duy trì mạch hoạt động ở chế độ tích cực Tín hiệu ngõ ra ở chân C thể hiện sự khuếch đại hiệu giữa hai tín hiệu đầu vào (tín hiệu nhỏ).
Hình 2.3: Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát
• Các thông số quan trọng:
3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng
3.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở R E ở cực phát a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:
Q1 và Q2 là các transistor BJT 2SD468 được ghép thành mạch vi sai, có điện trở hồi tiếp âm 5.6 kΩ nối với nguồn -12 V để bảo đảm hai BJT có cùng thông số và hoạt động đồng nhất Cấu hình này cho phép mạch khuếch đại vi sai hoạt động ở chế độ tích cực Đo phân cực DC được thực hiện bằng cách ngắn mạch các nhánh DC và đo bằng máy đo đa năng: đo nối tiếp với thang 100 mA dựa trên tính toán lý thuyết, và đo ở phạm vi mA với chế độ đo song song.
Trong thiết kế mạch khuếch đại, cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé để ngõ ra không bị méo dạng và duy trì tính ổn định của hệ thống Để tạo ra ngõ ra có các giá trị khác nhau, ta chọn các mức đỉnh có sự chênh lệch vừa đủ để phân biệt các trạng thái làm việc, ví dụ các giá trị đỉnh 52 mV, 26 mV và 14 mV Tất cả các mức đỉnh này đều cho ngõ ra không méo dạng, đảm bảo tín hiệu đầu ra giữ được đặc tính tuyến tính.
Để chỉnh tần số dãy giữa và quan sát hiện tượng ngược pha, ta thiết lập thang đo 10 kHz và theo dõi sự ngược pha giữa hai tín hiệu Cho hai tín hiệu V1 và V2 có cùng biên độ nhưng ngược pha lần lượt vào chân B của hai BJT trong mạch Hai đầu của máy phát được nối với hai nhánh của hai điện trở bằng nhau mắc nối tiếp, điểm giữa hai điện trở nối đất, hai đầu còn lại nối với các chân BJT Giá trị hai điện trở được chọn rất nhỏ so với các thành phần khác, ví dụ 33 Ω, nhỏ hơn nhiều so với 1.2 kΩ.
Trong thí nghiệm, tín hiệu ngõ ra được lấy ở chân C của BJT Q2, nối với tụ ghép có giá trị 100 pF ở tần số giữa của dải làm việc; tụ được xem như ngắn mạch và kết nối với tải 12 kΩ Quan sát trên dao động ký ở trị đỉnh-đỉnh và ghi lại kết quả.
3.2 Mạch khuếch đại vi sai ùng BJT với nguồn dòng ở cực phát a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:
BJT Q1,Q2 là 2SD468: 1 = = 5.6 , = = 1.2 , chân E nối chung của cả 2 BJT nối
2 b) Dữ kiện để đo A c , A d Đo :
Trong thiết kế xử lý tín hiệu, tín hiệu đầu vào có biên độ nhỏ đòi hỏi ngõ ra phải không bị méo dạng và có các mức điện áp khác nhau để phân biệt các ngõ ra Các giá trị đỉnh được chọn để tạo ngõ ra khác biệt là 1.080V, 0.8V và 0.4V, tất cả đều đảm bảo ngõ ra không méo dạng.
Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở 100kHz.
Trong thí nghiệm này, cho tín hiệu 1 = 2 (cùng biên độ, cùng pha) qua vào chân B của hai BJT Tín hiệu ngõ ra được lấy ở chân C của BJT Q2, qua tụ ghép có giá trị 100 µF để ở tần số giữa và tụ xem như ngắn mạch ở dải tần này, mắc với tải 12 kΩ Quan sát trên oscilloscope trị đỉnh-đỉnh và ghi lại kết quả.
Đầu vào của hệ thống là tín hiệu nhỏ, được thiết kế để đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng Để ngõ ra có các mức khác nhau, các giá trị đỉnh được chọn có sự chênh lệch hợp lý, giúp mỗi mức ngõ ra thể hiện đặc trưng riêng biệt Các giá trị đỉnh được chọn là 54 mV, 42 mV và 19 mV, và tất cả đều cho ngõ ra không méo dạng.
Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở
4 Các kết quả thí nghiệm
4.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát a) Phân cực DC:
Kết quả đo phân cực DC của Q1, Q2:
Bảng 4.1: Kết quả đo độ lợi cách chung mạch khuếch đại vi sai với R E ở cực phát
1 2 Áp dụng công thức trên ta có: AC1 = 1 = = 0.3485 (V/V)
Tương tự ta tính được: AC2 = - 0.35(V/V)
1− 2 2 Áp dụng công thức trên ta có: Ad1 =
Tương tự ta tính được: Ad2 = 57.6923 (V/V)
4.2 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phát a) Phân cực DC
1 Áp dụng công thức trên ta tính được: A C1 = = 4×10−3 = - 0.00037 (V/V) 1 1.08
Tương tự ta tính được: AC2 = - 0.00375(V/V)
2 1− 2 Áp dụng công thức trên ta có: Ad1 5.4 =
Tương tự ta tính được: Ad2 = 50 (V/V)
5 Phân tích so sánh và kết luận
Sai số so với thực tế:
Sai số trên được xem là chấp nhận được so với kết quả lý thuyết vì Ac có giá trị rất nhỏ nên khó đo đạc chính xác b) Độ lợi vi sai là yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy và độ ổn định của hệ thống đo, do đó cần phân tích kỹ lưỡng để tối ưu hiệu suất và đảm bảo độ tin cậy của kết quả.
Sai số so với thực tế:
• So sánh với thực tế, phân tích đánh giá:
Kết quả đo thực tế cho giá trị Ac rất nhỏ, cho thấy phép đo có độ chính xác cao, tuy nhiên tín hiệu sóng ngõ ra quá yếu chỉ ở mức vài mV và bị nhiễu khá nặng, vì vậy trong các trường hợp đo người ta chỉ lấy giá trị trung bình của tín hiệu ngõ ra để đánh giá một cách đáng tin cậy Độ lợi vi sai và các yếu tố liên quan được xem xét ở phần tiếp theo nhằm đánh giá ảnh hưởng đến độ nhạy của hệ đo và đề xuất biện pháp khắc phục nhiễu để cải thiện chất lượng tín hiệu.
Sai số so với thực tế:
Để giảm nhiễu và tăng độ ổn định của thí nghiệm, nên thực hiện trong môi trường có nhiệt độ ổn định Vì quá trình đo làm BJT nóng lên và dẫn đến thay đổi hfe, cần kéo dài khoảng nghỉ giữa các lần đo để nhiệt độ của BJT trở về trạng thái ban đầu Đồng thời, chọn hai điện trở phân áp có giá trị nhỏ nhất có thể để giảm ảnh hưởng của nguồn và tối ưu hóa độ ổn định của bias.
Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp
Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp:
Hiểu được nguyên lý hoạt động, cấu trúc và chức năng của từng
- mạch Op – amp khác nhau.
Hiểu cách lắp mạch trên module để tạo ra các mạch cần kiểm chứng và phân biệt rõ ràng giữa cực đảo và cực thuận nhằm tránh nhầm lẫn trong quá trình thử nghiệm Quá trình lắp đặt cần đảm bảo các kết nối đúng thứ tự, đồng thời cấp nguồn DC ổn định cho mạch để hoạt động đúng chức năng Nhận diện đúng cực đảo giúp cải thiện độ chính xác của phép đo và giảm sai lệch trong kết quả kiểm tra Để hệ thống kiểm thử tin cậy, hãy rà soát lại các tiếp xúc, cực dương, cực âm và các mối nối trước khi cấp nguồn cho module.
Cách dùng máy phát sóng và dao động ký để tạo sóng phù hợp cho Op-amp bắt đầu bằng việc sinh các dạng sóng cơ bản như sóng sin, sóng vuông và sóng tam giác, sau đó điều chỉnh biên độ ngõ vào để ngõ ra không méo dạng Quan sát tín hiệu trên dao động ký và hiệu chỉnh Vol/div cùng Time/div để quan sát thuận tiện và chi tiết, trước khi vẽ lại dạng sóng.
Bài viết trình bày so sánh thực nghiệm và lý thuyết các mạch khuếch đại nhằm đánh giá độ lợi áp và dạng sóng ngõ ra ở các cấu hình: 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, và mạch tạo sóng vuông cùng sóng tam giác; từ đó đưa ra nhận xét và kết luận Kết quả cho thấy các mạch khuếch đại đảo, không đảo và cộng điện áp tuân theo dự đoán lý thuyết về độ lợi và hình dạng tín hiệu trong vùng tuyến tính, nhưng thực nghiệm cũng gặp sai lệch do nhiễu nguồn, sai số thành phần, và giới hạn băng thông Mạch so sánh và Schmitt Trigger cho tín hiệu ngõ ra có sự biến đổi chắc chắn giữa trạng thái khi ngưỡng được vượt qua, còn mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác cho thấy mối quan hệ giữa tần số, thời gian nạp/xả và biên độ tín hiệu Nhận xét và kết luận nhấn mạnh sự phù hợp giữa mô hình lý thuyết và hiệu suất thực tế, đồng thời chỉ ra các yếu tố cần kiểm soát khi thiết kế để tối ưu hóa độ lệch, biên độ và ổn định của tín hiệu.
2 Các giả thuyết cần kiểm chứng
.1 Với các mạch khuếch đại
Hình 2.1: Mạch khuếch đại đảo
Hệ số khuếch đại điện áp ở ngõ ra của mạch phụ thuộc vào hai giá trị Rf và Rin; vì đặc tính khuếch đại, khi thiết kế và lựa chọn linh kiện để lắp mạch cần chú ý tới hai điện trở này và đảm bảo RF ≥ Rin; điện áp ngõ ra sẽ ngược pha với điện áp ngõ vào.
Nếu R = R , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp.
- Áp dụng KCL tại nút : = − 0 => 0 = − A V
- Trong đó R đóng vai trò là trở hồi tiếp âm, khi R tăng thì A tăng.L L
• Mạch khuếch đại cộng điện áp
Hình 2.3: Mạch khuếch đại cộng điện áp
Chức năng khuếch đại thuật toán cộng.
Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo Vs- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua các điện trở Ri
- Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha.
V- (đảo) nối với một hai nhiều điện áp ngõ vào. Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo :
- Mạch khuếch đại Op-amp với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp
R , tín hiệu ngõ vào V qua điện trở R Cửa không đảo được mắc vớiF 2 i2 điện trở R song song với tín hiệu ngõ vào V qua điện trở R i1.
- Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bẳng hiệu các tín hiệu ngõ vào.
Hình 2.6: Mạch Schimitt Trigger Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữ V và V
Mạch khuếch đại Op-amp được thiết kế với cực đảo nối vào tín hiệu ngõ vào Vi để thực hiện việc so sánh, còn cực không đảo được nối với tín hiệu ngõ ra thông qua mạng hồi tiếp gồm RF song song với RG, nhằm điều chỉnh và ổn định mức khuếch đại của mạch.
Chức năng : Giống mạch so sánh nhưng có tính năng là lọc nhiễu
Lý thuyết : + không là hằng số mà dao động trong khoảng (VTL, VTH) :
• Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác
Hinh2.7: Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác
Trong mạch này, Mạch 1 là một mạch Schmitt Trigger có mức điện áp VS- bằng 0 ở cực đảo, và điện áp ngõ vào của nó bằng điện áp ra Vo1 của Mạch 2 được mắc vào cực thuận Mạch 2 có hồi tiếp RF qua điện trở R để điều chỉnh ngõ ra V sao cho bị méo ở dạng xung vuông Nhờ cấu hình này, tín hiệu đầu vào được biến đổi thành xung vuông tại ngõ ra, đảm bảo tín hiệu ra nhanh và ổn định mỗi khi ngưỡng kích hoạt được vượt qua.
Mạch 2 là mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân của ngõ vào) sử dụng op-amp, với cực không đảo nối đất và cực đảo nhận tín hiệu đầu vào để sinh ra điện áp ra Vo1 của mạch Đây là cấu hình tích phân cho tín hiệu Vin, cho ra đáp ứng tích phân với Vo1 theo công thức lý thuyết Vo1 = - (1/RC) ∫ Vin dt, giúp biến đổi tín hiệu đầu vào thành tín hiệu tích phân tương ứng.
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
Cácchọn 12k ,chọn đo 2 lần 12k và 22k
Cho vào CH1, vào CH2 của dao động ký, quan sát các dạng sóng, tính độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết.
+Mạch so sánh: Chọn giá trị V = 5V Chọn biên độ V lần lượt lớn ref i hơn V và nhỏ hơn V để được 2 dạng sóng ngõ ra khác nhau.ref ref
Mạch Schmitt Trigger: Với = 12 ∈ (−6 , 6 ); với = 22 ∈ (−4.23 ; 4,23 ).
Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác: chọn ( , , ) =
4 Các kết quả thí nghiệm
Hình 4.2: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 68kΩ
4.2 Mạch khuếch đại không đảo
Hình 4.3: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 68kΩ
4.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp
Hình 4.4: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 12kΩ
4.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp
Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 12kΩ
Hình 4.6: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R F = 22kΩ
Hình 4.7: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp V i lớn hơn V ref
Hình 4.8: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp V i bé hơn V ref
Hình 4.9: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 12kΩ
Hình 4.8: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 22kΩ
4.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác
5 Phân tích so sánh và kết luận
→ 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 kh ông đảo
Theo lý thuyết = 1 + : có biên độ − = 2 , dao động tại vị trí cân bằng -5V, ngược pha
Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
có biên độ − = 1.45 , dao động tại vị trí cân bằng -5V, ngược pha
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
có biê ế n đ t ộ − q = 6 u , d ả ao độ k ng h
Kết quả khảo sát giống với lý thuyết
12 amp bị delay thời gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đều.
Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung
Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung
Trong bài viết này, chúng ta tiến hành tính toán lý thuyết độ lợi áp dãy giữa của mạch, xác định tần số cắt cao và tần số cắt thấp dựa trên các tham số đã cho, và lấy các tham số còn thiếu từ kết quả thí nghiệm của bài 1 Qua đó, xây dựng biểu đồ đặc tính và so sánh kết quả khảo sát với lý thuyết để đánh giá tính đúng đắn của mô hình Các bước thực hiện tập trung vào ước lượng độ lợi ở các tần số, xác định khoảng dải tần hoạt động và nhận diện các ảnh hưởng của từng tham số lên biên độ và pha của tín hiệu Kết quả cho thấy mức độ khớp giữa lý thuyết và thực nghiệm ở dải tần mong đợi, đồng thời nêu rõ các nguồn sai số và các giả thiết đã áp dụng để cải thiện độ chính xác của phân tích và thiết kế mạch.
Hiểu nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại BJT ghép E chung ở các tần số khác nhau từ tần số thấp đến tần số dải giữa và tần số cao, đồng thời so sánh ảnh hưởng của hồi tiếp với không hồi tiếp lên đặc tính khuếch đại Ở tần số thấp, đáp ứng tín hiệu phụ thuộc chủ yếu vào bias và trở kháng ngoài, cho phép khuếch đại ổn định với độ lợi tương đối cao và méo hài tối thiểu Ở dải giữa, mạch vẫn duy trì tuyến tính với băng thông mở rộng nhờ cấu hình ghép E chung và sự cân bằng giữa tín hiệu vào và đường hồi tiếp; hồi tiếp làm giảm độ lợi nhưng tăng ổn định và giảm méo Ở tần số cao, parasitic capacitances và trở kháng phân cực giới hạn tần số, làm giảm độ lợi và làm thay đổi đáp ứng; sự có mặt của hồi tiếp ở mức cao càng rõ rệt khi các yếu tố parasitic tăng lên, dẫn đến sự suy giảm tần số cắt và biến thiên của đường cong đáp ứng Bài viết tập trung làm rõ nguyên lý hoạt động, sự khác biệt giữa mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp, và cách đánh giá hiệu suất của mạch khuếch đại BJT ghép E chung qua từng dải tần.
Dùng máy đo, đo phân cực DC của các mạch để đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ tích cực.
Thay đổi các giá trị của các tụ ghép C , C và tụ C và quan sát sự obext
C E khác nhau giữa các độ lợi áp của các mạch bao gồm mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp.
Biết cách xác định độ lợi áp dãy giữa (ở tần số dãy giữa).
Thay đổi tần số từ 100Hz tới 100kHz và quan sát các giá trị của độ lợi áp, biết các xác định tần số cắt thông qua việc thay đổi biên độ ngõ ra.
Sử dụng dao động kí để quan sát dạng sóng ngõ vào và ngõ ra ở các tần số khác nhau và tính được độ lợi áp.
Từ các độ lợi áp tính được từ tần số thấp đến tần số cao, vẽ đáp ứng tần số của các mạch.
Hiểu được ảnh hưởng của các tụ Cobext lên độ lợi áp của mạch và các tần số cắt.
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 được khi mạch phân cực DC như bài 1 (hfe = β = 240, = 0,66
• Xét phân cực tĩnh DC:
2 Áp dụng KVL cho Loop I, ta có:
➔ Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt phụ thuộc vào tụ ở chân E.
➢ Tần số dãy giữa: lúc này các tụ C ,C ,C xem như ngắn mạch, Cobext i o E có giá trị rất lớn nên xem như hở mạch.
Hệ số khuếch đại áp:
➢ Tần số cao: mạch chịu ảnh hưởng của các tụ kí sinh: Áp dụng Thevenin cho à , ta có:
≈ 33 Độ lợi áp toàn mạch:
Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ:
- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:
- Xét ảnh hưởng của tụ ngắn mạch tụ à Hệ số khuếch đại:
Do ảnh hưởng của 2 không đáng kể nên độ lợi áp của mạch là:
3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng
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
3.2 Đo v o vẽvà đáp ứng tần số
- Đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tại tần số dãy giữa
Chọn Vi từ vài chục mV đến vài trăm mV, tần số khoảng 1kHz đến 5kHz. Thông số cụ thể chọn ở phần dưới bảng.
Để đánh giá đáp ứng tần số của mạch, giữ nguyên biên độ ngõ vào và điều chỉnh tần số máy phát từ 100 Hz đến 100 kHz Lập bảng đo giá trị đỉnh–đỉnh ngõ ra tại 10 tần số: 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 50 kHz, 70 kHz và 100 kHz, sau đó tính độ lợi áp Av của mạch từ bảng đo (Av = Vout,pp / Vin,pp) cho từng tần số hoặc làm bảng tổng hợp Av để đánh giá chất lượng đáp ứng tần số của mạch.
Đo hai tần số cắt của hệ thống: chỉnh tần số của máy phát từ tần số giữa và từ từ tăng lên hoặc giảm xuống theo hai hướng cho tới khi biên độ của ngõ ra bằng 1/√2 biên độ ngõ ra tại tần số giữa Hai điểm này cho ta tần số cắt thấp và tần số cắt cao, là giới hạn dải tần của hệ thống và dùng để đánh giá đáp ứng của ngõ ra ở các tần số khác nhau.
Từ bảng độ lợi áp thu được tiến hành vẽ đáp ứng tần số Chọn tần số đo như sau.
20 logA v 31.19 34.61 35.74 36.666 36.824 36.9 36.98 36.09 35.74 34.81 Độ lợi áp dãy giữa:
• Thí nghiệm 2: C obext = 15pF, Chọn V i-pp = 80mV
→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5.4V f(Hz)
Hình 4.3: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt dưới
Tần số cắt trên: fHC = 65.3 kHz
Hình 4.4: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt trên → Vẽ đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số thí nghiệm 2
• Thí nghiệm 3: C obext = 30pF, Chọn V i-pp = 80mV
→ Vo-pp tại tần số dãy giữa = 5.2V f(Hz)
1.48 Độ lợi áp dãy giữa:
Hình 4.5: Dạng sóng ngõ vào/ra tại tần số dãy giữa
Tần số cắt đo được: ( Với = 1 = 3.677V)
→ Tần số cắt dưới: fLC = 171.26 Hz
Hình 4.6: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt dưới
Tần số cắt trên: fHC = 45.9 kHz
Hình 4.7: Dạng sóng ngõ ra tại tần số cắt trên → Vẽ đáp ứng tần số: Đáp ứng tần số thí nghiệm 3
100 200 300 500 1000 5000 10000 50000 70000 100000 b) Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp
Thí nghiệm 4: Cobext = 0, Chọn Vi-pp = 43.8mV
→ Vo-pp tần số dãy giữa là: 0.836V Độ lợi dãy giữa: 0.836
Tần số cắt đo được: ( Với = 0.591V)
→ Tần số cắt dưới: = 68.65 Tần số cắt trên: = ∞
• Thí nghiệm 5: C obext = 1nF, Chọn V i-pp = 43.8mV
→ Vo-pp tần số dãy giữa là: 0.876V
5 Phân tích so sánh vá kết luận
Kết quả đo giống với lý thuyết, có sự thay đổi do đặc trưng của mạch và thiết bị đo chưa đo được chính xác.
5.2 Đo lường và vẽ đáp ứng tần số: a) Mạch khuếch đại E chung không hồi tiếp Độ lợi áp tại tần số giữa có sự sai lệch so với lý thuyết nhưng không quá lớn, cho thấy mô hình lý thuyết vẫn phù hợp với thực nghiệm ở vùng tần số trung bình Đồ thị đáp ứng tần số cho thấy mức khuếch đại ổn định ở dải tần giữa, trong khi ở hai biên tần số sự suy giảm đáng kể do giới hạn của linh kiện và tác động của nguồn.
+ quá lớn do β thay đổi chứ không cố định, sai số của máy đo, quan sát bằng dao động ký nên không thể chính xác tuyệt đối.
+ Điện áp ngõ ra ngược pha so với điện áp ngõ vào phù hợp với bài toán.
+ Khi Cobext=0, tần số cắt cao quá lớn nên không thể đo chính xác giá trị là bao nhiêu.
Từ đáp ứng tần số thu được ta thấy khi lắp thêm tụ Cobext thì ở tần số cao
+ độ lợi áp và tần số cắt trên giảm so với khi Cobext=0.
Cụ thể, khi Cobext =0, tần số cắt trên fHC = ꝏ khi Cobext pF, tần số cắt trên fHC = 65.3 kHz khi Cobext = 30pF, tần số cắt trên fHC = 45.9 kHz
+ Trường hợp CobextpF do sai số trong quá trình đo dẫn đến hình dạng