BÁO cáo THÍ NGHIÞM môn thí nghißm m¿ch đißn tÿ bài 4 KHÀO sát đáp ĂNG t¾n sþ cāa M¾CH KHUÀCH đ¾i BJT GHÉP e CHUNG

MþC TIÊU THÍ NGHIÞM - Bài thí ngiệm giúp khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại BJT ghép E chung, đồng thßi hiểu rõ ảnh hưáng của các tụ coupling hay bypass và điện dung ký sinh củ

Đ¾I HỌC QUÞC GIA THÀNH PHÞ Hà CHÍ MINH

TR¯ỜNG Đ¾I HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIÞN – ĐIÞN Tþ

NĂM HỌC 2018 – 2019

-* -

BÁO CÁO THÍ NGHIÞM MÔN: Thí nghißm M¿ch đißn tÿ BÀI 4: KHÀO SÁT ĐÁP ĂNG T¾N SÞ CĀA

M¾CH KHUÀCH Đ¾I BJT GHÉP E CHUNG

GVHD: Tr¿n Quang Vißt

NHÓM 3 LàP L20:-

A MþC TIÊU THÍ NGHIÞM

- Bài thí ngiệm giúp khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại BJT ghép E chung, đồng

thßi hiểu rõ ảnh hưáng của các tụ coupling hay bypass và điện dung ký sinh của BJT lên đáp ứng tần số của mạch

- Vẽ đáp ứng tần số của mạch và kiểm chứng so vái lí thuyết

- Thành thạo hơn trong việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm

B CÁC GIÀ THUYÀT KIỂM CHĂNG

I C¢ sở lý thuyÁt:

1 S¢ đá nguyên lí ho¿t động:

a M ch khuạ ếch đại ghép E chung không hồi ti ếp:

b M ch khuạ ếch đại ghép E chung có hồi ti p : ế

2 Ành h°ởng cāa tÿ đißn lên đáp ăng t¿n sß cāa m¿ch khuÁch đ¿i E chung:

a à chế đß DC:

+Các tụ xem như được ngắn mạch hoặc há mạch nên không ảnh hưáng đến các giá trị tính toán

b à chế đß AC:

+Tần số thấp: Trá kháng của các tụ Ci , C , C0 Etrá nên đáng kể (tụ C nối vái điện trá E

cục E, quyết định chủ yếu tần số cắt dưái của mạch khuếch đại, Ci , C0đóng vai trò là tụ coupling giữa đầu vào và đầu ra của mạch khuếch đại

+Tần số dãy giữa: Các tụ Ci , C , C0 Ecó trá kháng nhỏ, xem như ngắn mạch , tụ Cobext

cũng như điện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trá kháng rất lán, xem như há mạch à đây

có thể nói mạch khuếch đại hoạt đßng không bị ảnh hưáng của các tụ

+Tần số cao: Các tụ Ci , C , C0 E trá kháng rất nhỏ, xem như ngắn mạch, trá kháng của

Cobext vả điện dung ký sinh nhỏ, trá nên đáng kể vái hoạt đßng của mạch, quyết định tái tần

số cắt trên

II Tính toán lý thuyÁt :

(Do để có sự so sánh chính xác về những thông số đạt được trong lúc quá trình thí nghiệm, chọn giá trị β = 260 )

1 à chế đß DC: (Giống nhau vái cả hai mạch hồi tiếp và không hồi tiếp)

Mạch phân cực DC tương đương

Áp dụng Thevenin cho mạch trên ta được

þĀ�㔻 = þ + þþþ1∗ þþ2

þ1 þ2 = 18 + 5.6 = 4.27 ĀΩ18 ∗ 5.6

�㕉Ā�㔻 = �㕉ÿÿ þþ2

þ + þþ1 þ2 = 1218 + 5.6 = 2.85 5.6 �㕉 Giả sử mạch hoạt đßng á chế đß tích cực, �㕉þā = 0.7 �㕉

Ta có:

�㕉Ā�㔻 = 0.7 + β þĀĀ�㔻ÿ + Āÿβ + 1

β þā

⇒ Āÿ = 5 ÿ�㔴

�㕉ÿā = �㕉ÿÿ2 Āÿ þÿ 2 Āā þā

⇒ �㕉ÿā = 4.94 �㕉

Vì �㕉ÿā > �㕉ÿā(ÿýĀ) => Đúng vái giả thiết

Điểm tĩnh ý(Āÿ, �㕉ÿā) = (5 ÿ�㔴, 4.94 �㕉)

Ta có:

�㕟� 㔋 = ℎĀÿ �㕉Ā

Āÿ = 1.3 Ā�㗺; Āÿ =�㕉Āÿ

Ā = 0.2 �㔴/�㕉

2 à chế đß AC:

a M¿ch khuÁch đ¿i ghép E chung không hái tiÁp:

─ T ần số dãy giữa: Bỏ qua ảnh hưáng của tấ ả các tụ, ta có sơ đồ tín hiệt c u nhỏ:

Ta có:

�㔴Ā = 2Āÿ ∗ þÿ ||þÿ þ þĀ�㔻 ||�㕟�㔋

Ā�㔻 ||�㕟� 㔋+ þ�㕖 = 284.8

─ T ần s th ố ấp:

Chỉ có tụ Ci, C , Co E ảnh hưáng đến đáp ứng tần số của mạch, làm giảm đß lợi của mạch Để xét ảnh hưáng từng tụ, ta ngắn mạch các tụ còn lại Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ:

• Xét ảnh hưáng của tụ C , ta ngi ắn mạch tụ C0và CE:

Điện trá tương đương nhìn từ 2 cực của Ci:

þ1 = þ� 㕖+ þĀ�㔻||�㕟� 㔋= 2 ĀΩ

Ta tìm được tần số của cực:

ÿĀ1 =2�㔋þ1 1 �㔶�㕖 = 0.8 ÿ�㕧

• Xét ảnh hưáng của tụ Co, ta ngắn mạch tụ Civà CE:

Điện trá tương đương nhìn từ 2 cực của Co:

þ2 = þÿ+ þÿ = 6.6 Ā�㗺

Ta tìm được tần số của cực:

ÿĀ2 = 2�㔋þ1

2 �㔶ā = 0.24 ÿ�㕧

• Xét ảnh hưáng của tụ C , ngE ắn mạch tụ C ivà Co

Điện trá tương đương nhìn từ 2 cực của CE:

þ = þ3 ā ||þ�㕖�㗽 + 1 ||þĀ�㔻 + �㕟= 7.93 �㗺 �㔋

Ta tìm được tần số của cực:

ÿĀ3 =2�㔋þ1

3 �㔶ā =200 ÿ�㕧 .7

Từ đây ta có thể xác định tần số cắt dưái:

ÿÿ1 ≈ ÿĀ1+ ÿĀ2+ ÿĀ3 = 201.7 ÿ�㕧

─ T ần s caoố :

à tần số cao chỉ có tụ COBEXTvà điện dung ký sinh ảnh hưáng đến đáp ứng tần số, làm giảm đß lợi của mạch Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ:

Từ datasheet của 2SD468 ta lấy được các thông số sau:

ÿĀ = 190 �㕀ÿ�㕧; �㔶ÿþ = 22 �㕝�㔹 Vì:

ÿĀ = Āÿ 2�㔋 �㔶( � 㔋 + �㔶ÿþ) ⇒�㔶� 㔋 = 145 53 �㕝�㔹 Nếu giữ nguyên COB và COBEXTnhư trên để tính toán thì sẽ khá phức tạp, để đơn giản việc tính toán, ta có thể dùng định lý Miller, lúc này, sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ sẽ là:

�㔶1 = (�㔶ÿþ + �㔶ÿþā�㕋Ā )(1 + Āÿ∗ þÿ||þÿ)

�㔶2 = (�㔶ÿþ+ �㔶ÿþā�㕋ĀĀ )(1 + 1

ÿ∗ þÿ||þÿ) Điện trá tương đương nhìn từ �㔶1 và �㔶�㔋:

þĀĀ = þ�㕖||þĀ�㔻||�㕟� 㔋 = 500 Ω

Vì �㔶2 ≪ �㔶1+ �㔶�㔋 nên chỉ �㔶1+ �㔶�㔋 chủ yếu ảnh hưáng đến tần số cắt trên:

ÿÿ2 =2�㔋þ (�㔶1

ĀĀ 1+ �㔶�㔋) Với �㔶ÿþā�㕋Ā = 0 ⇒ ÿÿ2 = 81.6 Āÿ�㕧

�㔶ÿþā�㕋Ā = 15 �㕝�㔹 ⇒ ÿÿ2 = 49.3 Āÿ�㕧

�㔶ÿþā�㕋Ā = 33 �㕝�㔹 ⇒ ÿÿ2 = 33.4 Āÿ�㕧

─ Đáp ứng tần số:

Từ t n s cầ ố ắt dưái và tần số cắt trên, ta có thể x p x s ph thu c c a ấ ỉ ự ụ ß ủ biên đô đß ợ l i

áp của mạch v i tá ần s : ố

|�㔴�㕉| = |�㔴Ā∗ 1

1 2 ÿ ÿÿ1

ÿ

∗1 + ÿ ÿ1

ÿÿ2

|

• Tính toán lý thuyết:

�㔴 = 2 8; ÿĀ 84 ÿ1 = 202 ÿ�㕧

f

Cobext

100

Hz

200

Hz

500

Hz

1 kHz

2 kHz

5 kHz

10 kHz

20 kHz

50 kHz

100 kHz

fC2

(kHz)

0 37.7 59.7 78.6 83.1 84.3 84.6 84.2 82.4 72.3 53.6 81.6

15 pF 37.7 59.7 78.6 83.1 84.3 84.3 83.1 78.6 59.5 37.5 49.3

33 pF 37.7 59.7 78.6 83.1 84.2 83.8 81.2 72.8 47.1 26.9 33.4

─ Vẽ đáp ứng t n sầ ố:

Dùng phần mềm LTSpice để mô phỏng sơ đồ tính hiệu nhỏ tổng thể:

Đưßng màu xanh lá, xanh dương và đỏ tương ứng vái COBEXT = 0, 15, 33 pF

b M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp :

─ T ần số dãy giữa: Bỏ qua ảnh hưáng của tất cả các tụ

Trá kháng vào nhìn từ Ri:

�㕍�㕖Ā = þĀ�㔻||(�㕟� 㔋+ (�㗽 + 1 þ = 2.) ā1 66 ĀΩ

Hệ số khuếch đại áp:

�㔴Ā = 2Āÿ∗ þÿ||þÿ∗�㕍�㕍�㕖Ā

�㕟�㔋 (�㗽 + 1 þ) ā1+ �㕟� 㔋 = 2 722

─ T ần s th ố ấp:

Chỉ có tụ Ci, C , Co E ảnh hưáng đến đáp ứng tần số của mạch, làm giảm đß lợi của mạch Để xét ảnh hưáng từng tụ, ta ngắn mạch các tụ còn lại Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ:

• Xét ảnh hưáng của tụ C , ta ngi ắn mạch tụ C0và CE:

Điện trá tương đương nhìn từ 2 cực của Ci:

þ1 = þ� 㕖+ þĀ�㔻||(�㕟� 㔋+ (�㗽 + 1 þ ) = 3.) ā1 66 ĀΩ

Ta tìm được tần số của cực:

ÿĀ1 =2�㔋þ1

1 �㔶�㕖 = 0.43 ÿ�㕧

• Xét ảnh hưáng của tụ Co, ta ngắn mạch tụ Civà CE:

Điện trá tương đương nhìn từ 2 cực của Co:

þ2 = þÿ+ þÿ = 6.6 Ā�㗺

Ta tìm được tần số của cực:

ÿĀ2 =2�㔋þ1

2 �㔶ā = 0.24 ÿ�㕧

• Xét ảnh hưáng của tụ C , ngE ắn mạch tụ C ivà Co

Điện trá tương đương nhìn từ 2 cực của CE:

þ = þ3 ā2 ||(þā1+þ�㕖�㗽 + 1 ||þĀ�㔻 + �㕟) = �㔋27 93 �㗺

Ta tìm được tần số của cực:

ÿĀ3 =2�㔋þ1 3 �㔶ā = 57 ÿ�㕧

Từ đây ta có thể xác định tần số cắt dưái:

ÿÿ1 ≈ ÿĀ1+ ÿĀ2+ ÿĀ3 = 57.7 ÿ�㕧

─ T ần s caoố :

à tần số cao chỉ có tụ COBEXTvà điện dung ký sinh ảnh hưáng đến đáp ứng tần số, làm giảm đß lợi của mạch Ta có sơ đồ tín hiệu nhỏ:

Ta cũng biến đổi mạch dùng định lý Miller:

�㔶1 = (�㔶ÿþ + �㔶ÿþā�㕋Ā )(1 2 �㔴�㕉)

�㔶2 = (�㔶ÿþ+ �㔶ÿþā�㕋Ā�㔴 )(1 2�㕉) 1

�㔴� 㕉 =�㕣ÿ

�㕣þ2 Āÿ∗ þÿ||þÿ∗�㕟� 㔋+ (�㗽 + 1 þ�㕟�㔋 ) ā1= 2 331 Dùng phương pháp thßi hằng há mạch (Open-Circuit Time Constant):

─ Điện tr á tương đương nhìn từ C : 1

þ1 = þ�㕖||þĀ�㔻||(�㕟� 㔋+ (�㗽 + 1 þ) ā1) = 726.6 Ω

─ Điện tr á tương đương nhìn từ Cπ:

þ� 㔋= �㕟�㔋|| [þ�㕖||þĀ�㔻+ (�㗽 + 1 þ) ā1] = 1.08 ĀΩ

─ Điện tr á tương đương nhìn từ C : 2

þ = þ ||þ2 ÿ ÿ = 848.5 Ω

1�㔶1+ þ�㔋�㔶� 㔋+ þ2�㔶22�㔋⇒ ÿÿ2 =�㔔ÿ2

Vái �㔶ÿþā�㕋Ā = 0 ⇒ ÿÿ2 = 232 Āÿ�㕧

�㔶ÿþā�㕋Ā = 1 Ā�㔹 ⇒ ÿÿ2 = 6.36 Āÿ�㕧

─ Đáp ứng tần số:

Từ t n s cầ ố ắt dưái và tần số cắt trên, ta có thể x p x s ph thu c cấ ỉ ự ụ ß ủa biên đô đß lợi

áp của mạch v i tá ần s : ố

|�㔴�㕉| = |�㔴Ā∗ 1

1 2 ÿ ÿÿ1

ÿ

1 + ÿ ÿÿ

ÿ2

|

• Tính toán lý thuyết:

�㔴 = 2 7; ÿĀ 22 ÿ1 = 57.7 ÿ�㕧

f

Cobext

100

Hz

200

Hz

500

Hz

1 kHz

2 kHz

5 kHz

10 kHz

20 kHz

50 kHz

100 kHz

fC2

(kHz)

0 19.7 21.8 22.6 22.7 22.7 22.7 22.7 22.6 22.2 20.8 232

1 nF 19.7 21.8 22.5 22.4 21.6 17.8 12.2 6.9 2.9 1.4 6.36

─ Vẽ đáp ứng t n sầ ố:

C LþA CHỌN CÁC THÔNG SÞ Đ¾U VÀO VÀ PH¯¡NG PHÁP ĐO Đ¾C Đ¾I

L¯ỢNG

I Các thông sß đ¿u vào

- Sử dụng nguồn DC = 12V

- Chọn cái giá trị tụ Cobext:

+ Mạch không hồi tiếp: 0, 15pF, 33pF

+ Mạch có hồi tiếp: 0, 1nF

- Chọn Vi có tần số thußc dãy giữa, biên đß phù hợp để ngõ ra không bị méo

- Chọn 10 giá trị tần số từ 100Hz đến 100kHz để đo đß lợi áp tại tần số thấp, tần số cao, tần số dãy giữa

II Ph°¢ng pháp đo đ¿c

1 Đo phân cÿc tĩnh DC

- Đo giá trị IB, V , I , VBE C CE, β

- Dùng máy đo đa năng (á chức năng DC)

2 Đo và v¿ đáp ăng t¿n sß

- Đảm bảo mạch hoạt đßng á chế đß AC tín hiệu nhỏ, đo Av tại tần số dãy giữa

- Giữ nguyên biên đß ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100 Hz đến 100 kHz, lập bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ ra tương ứng vái khoảng 10 giá trị tần số khác và tính ra bảng đß lợi áp A của mạch tương ứng vái 10 tần số đó.V

- Đo 2 tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy giữa (tăng hoặc giảm) tái khi biên đß của ngỏ ra giảm bằng 1

√2 của biên đß ngõ ra tại dãy giữa Tần số khi đó là

tần số cắt

- Vái bảng Av tại 10 giá trị tần số và tại 2 tần số cắt tiến hành vẽ đáp ứng tần số của mạch khuếch đại (theo thang tần số logarit và thang biên đß logarit)

- Lưu ý: à mỗi mạch khuếch đại, lần lượt thay thế các giá trị tụ Cobextđã chọn

M¿ch khuÁch đ¿i E chung không hái tiÁp

M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp

D Các kÁt quÁ thí nghißm

I Đo phân cÿc tĩnh DC

II M¿ch khuÁch đ¿i E chung không hái tiÁp

�㕉� 㕖 = 50 ÿ�㕉�㕝�㕝

�㔴 = 2 ; ÿĀ 68 ÿ1 = 185 ÿ�㕧

f

Cobext

100

Hz

200

Hz

500

Hz

1 kHz

2 kHz

5 kHz

10 kHz

20 kHz

50 kHz

100 kHz

fC2

(kHz)

0 32 48 63 68 68 68 68 68 62 50 > 100

15 pF 32 48 63 68 68 68 68 66 52 34 58.6

33 pF 32 48 63 68 68 68 64 60 42 23.2 33.4

Đáp ứng tần vái COBEXTkhác nhau:

III M¿ch khuÁch đ¿i E chung có hái tiÁp

�㕉� 㕖 = 200 ÿ�㕉�㕝�㕝

�㔴 = 2 ; ÿĀ 22 ÿ1 = 60 ÿ�㕧

f

Cobext

100

Hz

200

Hz

500

Hz

1 kHz

2 kHz

5 kHz

10 kHz

20 kHz

50 kHz

100 kHz

fC2

(kHz)

0 19 21 22 22 22 22 22 22 22 20 > 100

1 nF 19 21 22 22 22 18 12.5 7.1 3 1.5 7.4 Đáp ứng tần số vái COBEXTkhác nhau:

E Phân tích so sánh và kÁt luận

1 Phân cÿc tĩnh DC

Phân tích so sánh:

- Giá trị β ực nghiệm không nằ th m trong kho ng khả ảo sát của 2SD468

- Điểm phân cực tĩnh đo được Q(ICQ,VCEQ)=(5.17mA,4.72V) x p x vấ ỉ ái tính lý thuyết (5.016mA,4.911V)

K ết lu n: ậ

Sự sai khác đó có thể là do ảnh hưáng của nhiệt đß phòng, sai số ủ c a thi t bế ị và sai số trong quá trình đo

2 Đo và v¿ đáp ăng t n s ¿ ß

- Vái các tụ COBEXT khác nhau, ta có thể thấy ảnh hưáng của điện ung ký sinh tái đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại, cụ thể hơn là nó làm giảm tần số cắt trên của mạch, dẫn đến giảm băng thông

- Qua việc thí nghiệm cũng giúp thể hiện ảnh hưáng của các tụ coupling và tụ bypass tái tần số cắt dưái của mạch khuếch đại

- Dạng đáp ứng tần số giữa lý thuyết và thực nghiệm tương tự nhau Tuy nhiên, đß lợi

áp chênh lệch khá nhiều, có thể là do đß chính xác hữu hạn của thiết bị đo lưßng hay các thông số ký sinh của các linh kiện ngoài BJT 2SD468 mà ta chưa xét đến

- M ch khuạ ếch đại E chung có hồ ế có thêm điệi ti p n tr R á Egiúp ổn định phân cực nên

đß lợi áp không chênh lệch nhiều

F BÁng đánh giá chéo

BÀNG ĐÁNH GIÁ CHÉO CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHÓM

Mức đánh

giá Lê Trí Luận Ph¿m Đăng Long Ph¿m Hoàng Long

1

2

3