(Tiểu luận) báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 2 kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng bjt

Mục tiêu thí nghiệm Kiểm chứng được mạch khuếch đại vi sai dùng BJT: - Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từmodule thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của m

Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh

Trường đại học Bách Khoa

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ Bài 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT

Giáo viên hướng dẫn: Đỗ Quốc Tuấn Nhóm thí nghiệm: Nhóm B – L30

Bài 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH

ĐẠI GHÉP VI SAI DÙNG BJT

1 Mục tiêu thí nghiệm

Kiểm chứng được mạch khuếch đại vi sai dùng BJT:

- Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từmodule thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại visai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát và nguồn dòng ở cực phát

- Đảm bảo mạch có nguồn DC duy trì hoạt động, dùng máy đo đa năng

đo được phân cực DC của mạch và cách li thành phần DC với ngõ ra bằng cách ghép nối tụ điện

- Biết cách sử dụng máy phát sóng để tạo sóng ngõ vào phù hợp: điều chỉnh biên độ phù hợp, tần số dãy giữa để quan sát ngõ ra không méo dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 cùng pha, ngược pha từ những luậtmạch cơ bản áp dụng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của bài thí nghiệm

- Sử dụng hiệu quả dao động ký để quan sát sóng ngõ vào, ngõ ra, đọc được các giá trị đỉnh đỉnh trên dao động ký để phục vụ cho việc tính toán

độ lợi áp

- Đo đạc, kiểm chứng độ lợi áp cách chung AC khi hai sóng ngõ vào chân

B cùng pha, độ lợi áp vi sai Ad khi hai sóng ngõ vào chân B ngược pha của cả hai mạch, so sánh với lý thuyết, rút ra nhận xét, đánh giá và giải thích về sự khác nhau giữa các kết quả

- 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 RE ở cực phát:

● Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số, ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, điện trở RE hồi tiếp âm giúp mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân

C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé)

d C

Hình 2.1: Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát

● Sơ đồ tương đương:

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

● Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số, ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, nguồn dòng ở chân E cung cấp dòng cho mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé).

Hình 2.3: Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

● Sơ đồ tương đương:

● Các thông số quan trọng:

h

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 RE ở cực phát

a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1,Q2 là 2SD468: 𝑅𝐶1 = 𝑅𝐶2 = 5.6𝑘𝛺, 𝑅𝐵1 = 𝑅𝐵2 = 1.2𝑘𝛺,

𝑅𝐸 chung bằng 5.6kΩ nối tiếp với nguồn -12V là điện trở hồi tiếp âm, đảm bảo

cả hai BJT như nhau về các thông số, thực hiện được mạch khuếch đại vi sai vàmạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực

Đo phân cực DC: ngắn mạch thành phần DC đo 𝐼𝐶𝑄 , 𝐼𝐵𝑄 bằng máy đo đanăng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết 𝐼𝐶𝑄 , 𝐼𝐵𝑄 tầm mA, đo

𝑉𝐶𝐸𝑄 , 𝑉𝐵𝐸 bằng máy đo đa năng ( đo song song)

b) Dữ kiện để đo A C , A d

Đo 𝐴𝑐:

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, cógiá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau, các giá trị 𝑣1 đỉnh đỉnhđược chọn: 1.32V, 4.0V, 6.2V ( đều có ngõ ra không méo dạng)

Chỉnh tần số dãy giữa để 𝑣1, 𝑣𝑜 ngược pha, tần số chọn thang đo 10kHz, quan sát thấy 𝑣1, 𝑣𝑜 ngược pha Cho tín hiệu 𝑣1 = 𝑣2 (cùng biên độ, cùng pha) qua 𝑅𝐵 vào chân B của 2 BJT

Tín hiệu ngõ ra 𝑣𝑜 lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100𝜇𝐹 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sát trên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả.

Đo 𝐴𝑑 :

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, cógiá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau, các giá trị 𝑣1 đỉnh đỉnhđược chọn: 52mV, 26mV, 14mV ( đều có ngõ ra không méo dạng)

Chỉnh tần số dãy giữa để 𝑣1, 𝑣𝑜 ngược pha, tần số chọn thang đo 10k, quansát thấy 𝑣1, 𝑣𝑜 ngược pha Cho tín hiệu 𝑣1, 𝑣2 (cùng biên độ, ngược pha) qua 𝑅𝐵

vào chân B của 2 BJT : hai đầu của máy phát sóng nối với 2 nhánh của 2 điệntrở bằng nhau, nổi tiếp nhau, điểm nối giữa 2 điện trở nối đất, 2 đầu còn lại nổivới 𝑅𝐵, giá trị của hai điện trở rất nhỏ so với 𝑅𝐵, chọn giá trị hai điện trở là 33Ω

<< 1.2kΩ

Tín hiệu ngõ ra 𝑣𝑜 lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị100𝜇𝐹 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sáttrên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

𝑣𝑜

𝐴𝑑 = 𝑣 − 𝑣2

3.2 Mạch khuếch đại vi sai ùng BJT với nguồn dòng ở cực phát

a) Dữ kiện DC và đo phân cực DC:

Nguồn DC: 12V và -12V

BJT Q1,Q2 là 2SD468: 𝑅𝐶1 = 𝑅𝐶2 = 5.6𝑘𝛺, 𝑅𝐵1 = 𝑅𝐵2 = 1.2𝑘𝛺, chân Enối chung của cả 2 BJT nối tiếp với nguồn dòng dùng BJT Q3, xem như nguồndòng lý tưởng, hai BJT như nhau về các thông số, thực hiện được mạch khuếchđại vi sai và mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực

Đo phân cực DC: ngắn mạch thành phần DC đo 𝐼𝐶𝑄 , 𝐼𝐵𝑄 bằng máy đo đanăng (đo nối tiếp), thang đo 100mA do tính toán lý thuyết 𝐼𝐶𝑄 , 𝐼𝐵𝑄 tầm mA, đo

1

𝑉𝐶𝐸𝑄 , 𝑉𝐵𝐸 bằng máy đo đa năng ( đo song song).

h

b) Dữ kiện để đo A c , A d

Đo 𝐴𝑐:

Cho sóng ngõ vào là tín hiệu bé, đảm bảo ngõ ra không bị méo dạng, có giá trị khác nhau chênh lệch để được ngõ ra khác nhau, các giá trị 𝑣1 đỉnh đỉnh được chọn: 1.080V, 0.8V, 0.4V ( đều có ngõ ra không méo dạng)

Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở100kHz

Cho tín hiệu 𝑣1 = 𝑣2 (cùng biên độ, cùng pha) qua 𝑅𝐵 vào chân B của 2 BJT Tín hiệu ngõ ra 𝑣𝑜 lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị 100𝜇𝐹 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12k, quan sát trên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

Chỉnh tần số dãy cao để quan sát được tín hiệu vào và ra, thang tần số ở100kHz

Cho tín hiệu 𝑣1, 𝑣2 (cùng biên độ, ngược pha) qua 𝑅𝐵 vào chân B của 2BJT: hai đầu của máy phát sóng nối với 2 nhánh của 2 điện trở bằng nhau, nổitiếp nhau, điểm nối giữa 2 điện trở nối đất, 2 đầu còn lại nổi với 𝑅𝐵, giá trị củahai điện trở rất nhỏ so với 𝑅𝐵, chọn giá trị hai điện trở là 33Ω << 1.2kΩ

Tín hiệu ngõ ra 𝑣𝑜 lấy ra ở chân C của BJT Q2, mắc tụ ghép có giá trị100𝜇𝐹 để ở tần số dãy giữa, tụ xem như ngắn mạch, mắc với tải 12kΩ, quan sáttrên dao động ký trị đỉnh- đỉnh và ghi lại kết quả

=

Kết quả đo A c1

Kết quả đo A c2

Kết quả đo A c3

Với

Áp dụng công thức trên ta tính được: A C 1=v o

v1 =−0,432 1,32 =−0,3273

Kết quả đo A d2

Kết quả đo A d3

Với

h

Áp dụng công thức trên ta tính được: = 26,9231

Kết quả đo A c1

h

Kết quả đo A c2

Kết quả đo A d2

h

+ hfe theo datasheet của BJT 2SD468 là 85 – 240 nhưng khi đo thì hfe của BJT

là 259.5 Nguyên nhân là do hfe thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng thì hfe càng lớn

+ Nhìn chung các sai số khi đó phân cực tĩnh DC là ICQ không khác biệt lắm sovới tính toán trên lý thuyết

5.2 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở R E ở cực phát

+ Sai số của độ lợi vi sai là khá lớn nguyên nhân là do trong quá trình đo sóng

bị nhiễu, không ổn định đồng thời độ lợi vi sai còn phụ thuộc vào hfe (một đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường)

+ Đề xuất phương án thí nghiệm: xử dụng các loại dây nối tốt để tránh tình

h

trạng bị nhiễu đồng thời làm thí nghiệm trong một môi trường có nhiệt độ ổn định, nên kéo dãn khoảng thời gian nghĩ giữa các lần đo vì trong quá trình đothì BJT sẽ bị nóng lên dẫn đến thay đổi hfe.

5.3 Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với nguồn dòng ở cực phát

• So sánh với thực tế, phân tích đánh giá:

Kết quả đo thực tế Ac cũng rất nhỏ nên việc đo là khá chính xác nhưng việc sóng ngõ ra bị quá nhỏ tầm khoảng vài mV đồng thời bị nhiễu khá nặng nên chỉ lấy giá trị trung bình của sóng ngõ ra trong các trường hợp

• Sai số so với thực tế:

% A d=|24.1667−65.4004

65.4004 |=63.048 %

• Phân tích đánh giá:

+ Sai số của độ lợi vi sai là khá lớn nguyên nhân là do trong quá trình đo sóng

bị nhiễu, không ổn định đồng thời độ lợi vi sai còn phụ thuộc vào hfe (một đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường) Bên cạnh đó việc chọn 2 điện trở phân để phân áp cũng khiến cho việc đo Vin không còn được chính xác

+ Đề xuất phương án thí nghiệm: xử dụng các loại dây nối tốt để tránh tình trạng bị nhiễu đồng thời làm thí nghiệm trong một môi trường có nhiệt độ ổn định, nên kéo dãn khoảng thời gian nghĩ giữa các lần đo vì trong quá trình đo thìBJT sẽ bị nóng lên dẫn đến thay đổi hfe Chọn 2 điện trở phân áp nhỏ nhất có thể