BÁO cáo THÍ NGHIỆM MẠCH điện tử KHẢO sát đáp ỨNG tần số MẠCH KHUẾCH đại BJT GHÉP e CHUNG 2

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 KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG Giảng viê

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 KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT GHÉP E CHUNG

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương

Sinh viên thực hiện:

TP HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2022

I.MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM:

- Bài thí ngiệm giúp sinh viên khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại BJT ghép E chung, đồng thời hiểu rõ ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch

- Vẽ đáp ứng tần số của mạch và kiểm chứng so với lý thuyết

- Thành thạo hơn trong việc sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm, để ứng dụng vào các công việc sau này

II CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG:

1 Sơ đồ nguyên lí hoạt động:

a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp:

b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp :

2 Ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E chung:

a Ở chế độ DC:

Các tụ xem như được hở mạch nên không ảnh hưởng đến các giá trị tính toán

b Ở chế độ AC:

Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phức tạp, nên có thể chia ra các vùng tần số khác nhau để khảo sát

• Tần số dãy giữa: ngắn mạch các tụ coupling và bypass, các tụ ký sinh xem như hở mạch

• Tần số thấp: mạch tương đương AC cần xét tới các tụ coupling và bypass, các tụ ký sinh vẫn xem như hở mạch

• Tần số cao: các tụ coupling và bypass xem như ngắn mạch, mạch tương đương AC cần xét tới các tụ ký sinh bên trong linh kiện

3

III LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC CÁC ĐẠI LƯỢNG:

1 Các thông số đầu vào:

- Chọn nguồn DC = 12V

- Chọn cái giá trị tụ Cobext như trong tài liệu hướng dẫn:

+ Mạch không hồi tiếp: 0, 15pF, 30pF

+ Mạch có hồi tiếp: 0, 1nF

- Chọn biên độ ngõ vào Vi để chỉnh tín hiệu nhỏ, Vo không bị méo dạng

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

2 Phương pháp đo đạc

a Đo phân cực tĩnh DC

- Ở chế độ do DC đo giá trị IB, IC, VCE, β

b Đo và vẽ đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E chung:

- Đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tại tần số dãy giữa

- Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100Hz đến 100KHz, lập bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ ra tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số khác nhau (có thể chia đều khoảng tần số trên) và tính ra bảng độ lợi áp Av của mạch tương ứng với 10 tần số đó

- Đo 2 tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy giữa (tăng hoặc giảm) tới khi biên độ của ngỏ ra giảm bằng 1/ của biên độ ngõ ra tại dãy giữa Tần số khi đó là tần số cắt

- Với 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

4

IV CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

1 Đo phân cực tĩnh:

Sơ đồ mạch đo phân cực tĩnh trên LTspice

Kết quả đo đạc:

Từ thông số đo được ta có:

V CB V (c ) V (b ) 7.15648 2.53211 4.62437V I E

4.47841mA

V BE = 0.6122; » 127.53

2 Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại dùng BJT a Mạch khuếch

đại ghép E chung không hồi tiếp:

Sơ đồ mạch trên LTspice

- Cob= 0:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L 143.62385Hz , f H 147.88423KHZ

- Cob= 15pF:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L 143.71802Hz , f H 77.547322KHZ

- Cob= 30pF:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L 142.79353Hz , f H 52.71972KHZ

b Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp:

Sơ đồ mạch trên LTspice

- Cob= 0:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L 49.873512 Hz , f H 426.62357 KHZ

- Cob= 1nF:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L 49.552693 Hz, f H 6.9670564KHZ

V CÁC PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN:

1 Tính toán lý thuyết

Chọn β= 127 (Dựa vào đo phân cực tĩnh DC)

Áp dụng Thevenin cho mạch trên ta được

B1

.R

B2

18.5,6 4,27K

R

B1 R

Ta có: giả sử chọn V

BE 0,61

( Dựa vào đo phân cực tĩnh DC)

V BB I B .R B V BE I B .(1 ).(R E1 R E2 ) V BB

I B R B V BE I B (1 ).(R E1 R E2 )

I B 0, 0393( mA)

I C I B 4.99( mA)

V CC R C I C V CE I E (R E1 R E 2 )

V CE 4, 938V

Ta có điểm tĩnh Q (ICQ , VCEQ) = (4.99 mA; 4,938 V)

Ta có:

I

CQ

g m I C

199.6(mA / V )

V T

1.2. Ởch ếế ộ AC: đ

a Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp :

- Tần số dãy giữa : Bỏ qua ảnh hưởng của tất cả các tụ

B

.r

0,55K

in

R B r

Ta có:

R

in

A

MB g

m

.( R

C

//R

L

)

- Tần số thấp :

+ Xét riêng tác động của tụ Ci; hai tụ CE và Co xem như ngắn mạch:

0 A

MB

V

v

i

B

Tần số cắt:

P 1

1

6,437

/ / r R i)

C i ( R B

2

+ Xét riêng tác động của tụ CE; hai tụ Ci và Co xem như ngắn mạch:

A V

1

r

1

Tần số cắt:

P 2

1

909.32

C

1

+ Xét riêng tác động của tụ Co; hai tụ Ci và CE xem như ngắn mạch:

V

Tần số cắt:

P 3

1

1,5152

C 0(R C R L)

f P3 2P3 0, 241Hz

+ Tần số cắt dưới:

Dof P 2 f

P1 f

P3

12

- Tần số cao:

V'

R

B

/ /r

.V

Ta có: R B / /r R i

R' R / / R / / r 0,356 K

Với C C (1 gm R

' )

gm R L

2 r f T

Ta có:

A v

C )R'

Tần số cắt trên là:

f

H

1

'

2 .(C C1 )R i

Ta có C

ob 15.3585 pF

Với: Cobext=0 pF=> Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 157,6 kHz

Cobext=15 pF => Cu = 30,3585pF => C1 = 5,172nF => fH =82,89 kHz

Cobext=30 pF => Cu = 45,3585pF => C1 = 7,73nF => fH = 56,23 kHz

Ta có độ lợi áp toàn mạch là :

C obext =0pF

Av

35,16 54.12 57.72 59.47 59.90 64,53 62,61 58,87 51.65 38.34

C obext =

15pF

Av

C obext =

30pF

- Tần số dãy giữa : Bỏ qua ảnh hưởng của tất cả các tụ

Hệ số khuếch đại áp là :

A MB

(R C / / R L)

R B / /( r ( 1) R E1)

20,48

r ( 1).R E1 R B / /(r ( 1).R E1 ) R i

- Tần số thấp:

+ Xét ảnh hưởng của tụ C i , ngắn mạch tụ C 0 và C E :

0 A

MB

V

v i

B

E1

) R )

Ta có tần số :

p1

1

3, 4378

( R B / /( r ( 1) R E1 ) R i )

C i

f p1 2p1 0,547 Hz

+ Xét ảnh hưởng của tụ C 0 , ngắn mạch tụ C i và C E :

Ta có tần số :

1

p2 C 0 ( R C R L) 1, 5152

f p2 2p2 0,241Hz

+ Xét ảnh hưởng của tụ C E , ngắn mạch tụ C i và C 0 :

0 A

MB

V

v

1

C

R

Ta có tần số :

p3

1

398, 43 1

C

E1

1r R B / /R i

f p3 2p3 63, 41H z

Ta có: Do sự chênh lệch giữa các tần số là rất lớn nên ta con tần số cắt dưới dựa trên công thức

Tần số cắt dưới là:

f L max( f p1, f p2 , f p3 ) 63.41Hz

- Tần số cao:

B / / r .V

R' R B / / r / / R i R E1 0,1412K

i

1 gm R E1

Với C C (1 gm R

' )

gm.R L

C C ob C

obext

C

220, 991pF

2 r f T

Ta có :

Tần số cắt trên là:

f H 2 (C 1 C )R'

Ta có Cob=15,4208pF

Với Cobext=0 => Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 397,308kHz

Cobext=1nF => Cu = 1,0154nF => C1 = 172,984nF => fH = 6,507kHz

Ta có độ lợi áp toàn mạch là :

Av

18,53 20,27 20,85 20,96 20,97 20,96 20,95 20,9 20,63 20,3

C obext =0

Av

18,53 20,26 20,79 20,39 16,46 11,22 6,33 4,33 1,89 1,33

C obext =1

nF

2 So sánh và kết luận

- Từ kết quả tính lý thuyết và từ đồ thị làm thí nghiệm ta thấy các tần số cắt cao và thấp

18 Tính toán lý thuyết

f

L mạch không hồi tiếp f L 144, 72 Hz

f

H mạch không hồi tiếp f H 157.6 kHz

( 0; 15pF ; 30pF ) f H 82,89kHz

f H 56, 23kHz

f L mạch có hồi tiếp f L 63.41Hz

f H mạch có hồi tiếp f H 397.308kHz

( 0; 1nF ) f H 6,507kHz

Đo từ đồ thị

f L 143.7 Hz

f H 147.88kHz

f H 77, 55 kHz

f H 52, 72 kHz

f L 49.87 Hz

f H 6,97kHz

- Các giá trị độ lợi tính toán ở 2 bảng trên khi lấy giá trị với thang đo là dB thì sẽ có giá trị xấp xỉ các giá trị trên đồ thị đáp ứng tần số

- Các giá trị độ lợi tần số dãy giữa xấp xỉ tính toán khi tính ở tần số dãy giữa, tính độ lợi cho toàn mạch và đo từ đồ thị khảo sát đặc tính tần số

- Nhìn chung độ lợi áp ( các trường hợp Cobext ≠0 ) có giá trị theo tần số giảm nhanh hơn

so với độ lợi áp khi Cobext=0

- Các đại lượng có giá trị sai lệch nhau là do trong quá trình tính toán có nhiều sai số, hạn chế của phần mềm mô phỏng khó lấy chính xác các giá trị tần số cần quan sát, chỉ có thể lấy gần đúng, tương đối