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

Giới thiệu chung Mục tiêu thí nghiệm Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung - Tính toán lý thuyết độ lợi áp dãy giữa của mạch, tần số cắt cao,tần số cắt thấp từ các thô

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

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 (Nhóm L06 _ Tổ 1):

Lê Văn Hiệu

Mai Trung Hiếu

Hoàng Văn Doanh

Phiên google meet:

7rDPM8E?usp=sharing

https://drive.google.com/drive/folders/1_9y394Ttx62tVn90FLChzcJF-Ngày hoàn thành báo cáo: 16/11/2021

Thành phố Hồ Chí Minh – 2021

1

60

Mục lục

Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung 1

1 Giới thiệu chung 1

2 Các giả thuyết cần kiểm chứng 2

3 Các kết quả thí nghiệm 15

4 Phân tích kết quả và so sánh 24

5 Kết luận chung 27

60

3

Bài 4: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI

BJT GHÉP E CHUNG

I Giới thiệu chung

Mục tiêu thí nghiệm

Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung

- Tính toán lý thuyết độ lợi áp dãy giữa của mạch, tần số cắt cao,tần số cắt thấp từ các thông số đã cho, các thông số còn thiếu So sánhkết quả khảo sát với lý thuyết

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại BJT ghép Echung ở các tần số khác nhau: tần số thấp, tần số dãy giữa, tần số caocủa mạch có hồi tiếp và không hồi tiếp

- Dùng phần mềm mô phỏng, 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 , C E và tụ C obext và quan sát sự 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)

- 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 C obext lên độ lợi áp của mạch và các tần số cắt.

-LTspice là phần mềm máy tính mô phỏng mạch điện tử tương tự dựa trên SPICE, cung cấp tính năng chụp giản đồ để nhập một giản đồ điện

tử cho một mạch điện tử

Module thí nghiệm: BJTLABSN001

1

60

II. Các giả thuyết cần kiểm chứng

1 Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết lý thuyết cần kiểm chứng

1.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

Cobext 0

Vcc Vin

AC 1

12 SINE()

Sơ đồ mạch thí nghiệm trên phần mềm

LTSpice 1.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

Cobext 0p

Vin

AC 1 SINE()

60

1.3 Ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch khuếch

đại E chung

- Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phứctạp, nên để tiến hành phân tích đáp ứng tần số của một mạch khuếch đại

ta sẽ chia ra các vùng tần số khác nhau để khảo sát

- Ở chế độ DC: Các tụ xem như được ngắn mạch hoặc hở mạch nên không ảnh hưởng đến các giá trị tính toán

- Ở chế độ AC:

+Tần số thấp: Trở kháng của các tụ Ci, C0, CE trở nên đáng kể (tụ CE nốivới điện trở cục E, quyết định chủ yếu tần số cắt dưới của mạch khuếchđại, Ci, C0 đóng vai trò là tụ coupling giữa đầu vào và đầu ra của mạchkhuếch đại các tụ ký sinh vẫn xem như hở mạch)

• Để tìm tần số cắt thấp ta giải phương trình sau:

• Hoặc nếu có một tần số cắt lớn hơn rất nhiều so với các tần

số cắt còn lại thì ta có thể xấp xỉ tần số cắt thấp bằng tần số lớn nhấtđó

+Tần số dãy giữa: Ngắn mạch tụ Coupling và Bypass, các tụ khác xem như hở mạch Các tụ Ci, C0, CE có trở kháng nhỏ, xem như ngắn mạch, tụ Cobext cũng như điện dung ký sinh có giá trị nhỏ nên trở kháng rất lớn, xem như hở mạch Ở đây có thể nói mạch khuếch đại hoạt động không bị ảnh hưởng của các tụ

60

+Tần số cao: Các tụ Ci, C0, CE trở kháng rất nhỏ, xem như ngắnmạch, trở kháng của Cobext vả điện dung ký sinh nhỏ, trở nên đáng

kể với hoạt động của mạch, quyết định tới tần số cắt trên

với =

• Hoặc nếu có một tần số cắt bé hơn rất nhiều so với các tần

số cắt còn lại thì ta có thể xấp xỉ tần số cắt cao bằng tần số bé nhất đó

Từ đó, ta có đồ thị từ phân tích lý thuyết:

2 Tính toán lý thuyết

2.1 Khảo sát điểm làm việc tĩnh của BJT

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 Thông qua quá trình mô phỏng, ta chọn giá trị β ≈ 128,48

5

60

0

Vb 2.5479884V

Ie 0

1.9348921V

Ve

Q3

Sơ đồ mạch phân cực DC trên LT Spice

Áp dụng Thevenin cho mạch trên ta được:

= 4.27 Ω

= 2.85 VGiả sử mạch hoạt động ở chế độ tích cực: on = 0.7

60

Sơ đồ mạch khảo sát trên LT Spice

Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ (hfe =, R b = R TH , h ie = r π )

7

60

A V

o V

o vmid

Sơ đồ mạch khảo sát trên LT Spice

Sơ đồ mạch tương đương tín hiệu nhỏ (hfe =, R b = R TH , h ie = r π )

60

2.3.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

-Xét tụ , ngắn mạch và : tần số cắt thấp gây ra bởi tụ điện Ci

1Hz

- Xét tụ , ngắn mạch i và : tần số cắt thấp gây ra bởi tụ điện C o

0.24Hz

- Xét tụ , ngắn mạch i và o: tần sốcắt thấp gây ra bởi tụ điện CE 143,09 Hz

-Xét tụ , ngắ n mạch và : tần số cắt thấp gây ra bởi tụ điện Ci

Nhận xét: mạch khuếch đại E chung thường có tần số cắt

phụ thuộc vào tụ ở chân E

2.4 Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ghép E chung tại

Vbc

4.63

.tran 0.004m Vin

SINE(0 1 1Meg)

R18

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

V(n003) 1.0V

60

2.4.2 Xác định giá trị tụ Cπ của BJT tại giá trị phân cực

.MEAS AC fT(Hz) when 20*log (I(C)/I(B))=0

4.63 0

60

Dựa theo đồ thị, tần số chuyển tiếp fT ≈ 145 MHz

f

= 210.52 (pF)2.4.3 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

3.1 Đo điểm làm việc tĩnh của BJT

Dựa vào thông số đo đạc trên LTSpice, ta có:

15

60

=> Điểm tĩnh Q (4.597 mA; 5.238 )

3.2 Khảo sát độ lợi áp tại tần số dãy giữa

3.2.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp

+ Các thông số cài đặt trong mạch: Vin = 2mV và f = 10KHz

+ Kết quả đo giá trị Vin và Vout trong mạch:

V(n002) 2.0mV

0mV

-40mV

3.9261197ms,-122.59082mV -80mV

3.2.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp

+ Các thông số cài đặt trong mạch: Vin = 2mV và f = 10KHz

+ Kết quả đo giá trị Vin và Vout trong mạch:

V(n002)

2.0mV 1.6mV 1.2mV 0.8mV 0.4mV 0.0mV -0.4mV -0.8mV -1.2mV -1.6mV -2.0mV 40mV 32mV 24mV 16mV 8mV 0mV -8mV -16mV -24mV -32mV -40mV -48mV 3.72ms 3.75ms

3.3 Khảo sát đáp ứng tần số tại tần số cao và thấp

3.3.1 Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi

tiếp + Thí nghiệm 1: C obext = 0 (điện áp V in =1V)

17

Cobext 0

Vcc Vin

AC 1

12 SINE()

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

36dB

27dB

148.36405Hz,32.520573dB 18dB

9dB 0dB

-9dB -18dB -27dB -36dB -45dB

-54dB

-63dB 1Hz 10Hz

Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.36Hz

60

Tần số cắt cao f H (lý thuyết) = 159.33 kHz, đo = 155.71kHz

+ Thí nghiệm 2: C obext = 15pF (điện áp V in =1V)

Cobext 15p

Vin

AC 1

SINE()

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

60

Tần số cắt thấp f L (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.36Hz Tần số cắt cao f H (lý thuyết) = 83,79 kHz, đo = 84,11kHz

+ Thí nghiệm 3: Cobext = 30pF (điện áp V in =1V)

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

60

40dB 30dB

148.06877Hz,32.518979dB 52.808311KHz,32.7505dB 20dB

10dB

0dB -10dB -20dB

-30dB -40dB -50dB -60dB

-70dB 1Hz 10Hz

Tần số cắt thấp f L (lý thuyết) = 143.09Hz, đo = 148.06Hz

Tần số cắt cao f H (lý thuyết) = 56,84 kHz, đo = 52,81kHz

3.3.2 Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi

tiếp + Thí nghiệm 1: C obext = 0 (điện áp Vin =1V)

21

60

Sơ đồ mô phỏng trên LTSpice

Cobext 0p

Vcc Vin

AC 1

12 SINE()

51.884181Hz,22.8021dB 24dB

18dB 12dB 6dB 0dB -6dB -12dB -18dB -24dB -30dB -36dB -42dB

Tần số cắt thấp fL (lý thuyết) = 51.69Hz, đo = 51.88Hz

Tần số cắt cao fH (lý thuyết) = 492,29 kHz, đo = 461,67kHz

60

+ Thí nghiệm 1: C obext = 1nF (điện áp V in =1V)

Vcc Vin

AC 1

12 SINE()

.ac dec 100 1 1G

-100° -120° -140° -160° -180° -200° -220° -240° -260° -280° -300° -320° -340° -360° -380°

Tần số cắt thấp f L (lý thuyết) = 51.69Hz, đo = 51.88Hz

Tần số cắt cao f H (lý thuyết) = 7,44 kHz, đo = 7,42kHz

23

60

4.Phân tích kết quả và so sánh

4.1 Sai số độ lợi áp tần số dãy giữa :

4.1.1 Sai số độ lợi áp tần số dãy giữa mạch khuếch đại ghép E

chung không hồi tiếp:

Sai số:

4.2 Sai số tần số cắt gây ra bởi tụ điện C:

4.2.1 Sai số tần số cắt gây ra bởi tụ điện C ở mạch khuếch đại ghép

E chung không hồi tiếp:

60

- Giá trị đo là mô phỏng nên khá chính xác với lý thuyết: (4.597 mA;

5.238) của mô phỏng so với (4.79 , 5.22 ) tính toán lý thuyết

5.2 Đo A v và xác định của giá trị của đáp ứng tần số

- Qua việc thí nghiệm cũng giúp thể hiện ảnh hưởng của các tụ

coupling và tụ bypass tới tần số cắt dưới của mạch khuếch đại

- Dạng đáp ứng tần số và giá trị độ lợi áp giữa lý thuyết và thực

nghiệm tương tự nhau

- Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp có thêm điện trở giúp ổn định phân cực nên độ lợi áp không chênh lệch nhiều

- Qua kết quả thí nghiệm ta thấy mạch khuếch đại có hồi tiếp sẽ có độlợi ở tần số dãy giữa nhỏ hơn độ lợi dãy giữa của mạch khuếch đại khônghồi tiếp Tuy nhiên băng thông của mạch khuếch đại có hồi tiếp rộng hơn

so với băng thông của mạch không hồi tiếp Vì vậy tùy theo ứng dụng củamình mà ta có thể tùy chỉnh loại có hoặc không có hồi tiếp cho phù hợp

27

60