BÁO cáo THÍ NGHIỆM MẠCH điện tử KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH đại VI SAI DÙNG BJT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ
KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG BJT
LỚP L01_NHÓM 03_HK 202
GVHD: NGUYỄN NGỌC KỲ
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Khánh Hưng

1913637

Lương Ngọc Nam Huy

1913523

Link ghi âm ghi hình các phiên google meet:
/>
1


I.Giới thiệu chung
1.Mục tiêu thí nghiệm
Kiểm chứng mạch khuếch đại vi sai dùng BJT
- Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module thí nghiệm, hiểu
rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai dùng BJT với điện trở RE ở cực phát và
nguồn dịng 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 khơng méo dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 cùng
pha, ngược pha từ những luật mạch 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 tốn 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. Phần mềm thí nghiệm: LTspice
3. Module thí nghiệm: BJTLABSN003

II. Các thí nghiệm kiểm chứng
Mạch khuếch đại vi sai với RE là cực phát
1.
1.1. Sơ đồ mạch thí nghiệm và các thơng số cần kiểm chứng
- 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).

2


Hình 1.1: Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát

𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶

-

Sơ đồ tương đương:

-

Các thông số quan trọng:

𝛽𝛽.
(=
12−𝑉𝑉𝐵𝐵𝐵𝐵)
𝑅𝑅𝐵𝐵+2(𝛽𝛽+1)𝑅𝑅

𝑉𝑉𝛾𝛾

𝑟𝑟𝜋𝜋 = 𝛽𝛽 𝐼𝐼

𝐶𝐶𝐶𝐶

𝐵𝐵

𝐴𝐴𝐶𝐶

−𝛽𝛽 (𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 )

= 𝑟𝑟𝜋𝜋 +𝑅𝑅𝐵𝐵 +2(𝛽𝛽+1)𝑅𝑅𝐵𝐵
𝐴𝐴𝑑𝑑 = 𝛽𝛽(𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 )
2(𝑟𝑟 + 𝑅𝑅 )
𝜋

𝐵𝐵

1.2.Sơ đồ mạch thí nghiệm trên Ltspice

Phần 1: đo phân cực, các giá trị dòng áp tại điểm làm việc


Kết quả đo đạc:

Ta có:
ICQ = 0.92mA

VCEQ = 7.6V

IBQ = 0.0097mA
𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶

𝛽𝛽 = ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 = 𝐼𝐼

VBE = 0.571V
= 94.85

𝐵𝐵𝐶𝐶

Phần 2: đo độ lợi cách chung Ac


Mạch đo độ lợi Ac


Kết quả đo Ac1

Kết quả đo Ac2

Kết quả đo Ac3
Với
𝐴𝐴
𝐶𝐶

=

𝑣𝑣𝑜 𝑜

=

𝑣𝑣1+𝑣𝑣2
2

𝑣𝑣𝑜𝑜
𝑣𝑣1

Áp dụng công thức trên ta có
:

Tương tự ta tính được:

𝐴𝐴�� =
𝐶𝐶

𝑣𝑣𝑜𝑜1 −1.92212
=
= −0.32035
𝐴𝐴𝐶𝐶1 =

6
11
𝑣𝑣

−0.6410
𝑣𝑣𝑜𝑜1 =
=−
0.3205 2
𝐴𝐴𝐶𝐶2 =
12
𝑣𝑣𝑜𝑜3𝑣𝑣
−1.27876
=
= −0.31969
𝐴𝐴𝐶𝐶3 =
4
13
𝑣𝑣

𝐴𝐴𝐶𝐶1 + 𝐴𝐴𝐶𝐶2 + 𝐴𝐴𝐶𝐶3

= − 0.32018

3
��
�
|𝐴 𝐶 − 𝐴𝐴𝐶𝐶1 | + |𝐴��𝐶� − 𝐴𝐴𝐶𝐶2 | + |𝐴��𝐶�
∆𝐴𝐴𝐶𝐶 =
− 𝐴𝐴𝐶𝐶3 |
3

|−0.32018 + 0.32035| + |−0.32018 + 0.3205| + |−0.32018 + 0.31969|
=


= 0.0025

3


AC= -0.32018 ± 0.0025
Phần 3: đo độ lợi áp vi sai Ad

Mạch đo độ lợi Ad


Kết quả đo Ad1

Kết quả đo Ad2


Kết quả đo Ad3
Với
𝐴
𝐴

𝑑𝑑

=

𝑣𝑣𝑜 𝑜

=

𝑣𝑣𝑜𝑜

𝑣𝑣1 −𝑣𝑣2

2𝑣𝑣𝑖

Áp dụng công thức trên ta có:
𝐴𝐴𝑑𝑑1 =

𝑣𝑣𝑜𝑜
1−
𝑣𝑣2

𝑣𝑣

=

𝑣𝑣0
2𝑣𝑣1 =

0.0985
2 × 10−3

= 49.25

0.2952
𝐴𝐴𝑑𝑑2 = 𝑣𝑣0

=
= 49.16
2𝑣𝑣1
2 0.49195
× 3 × 10−3
𝑣𝑣0
𝐴𝐴𝑑𝑑3 =
= 49.195
2𝑣𝑣1 =
2 × 5 × 10−3
𝐴𝐴𝑑𝑑1 + 𝐴𝐴𝑑𝑑2 + 𝐴𝐴𝑑𝑑3 49.25 + 49.16 + 49.195
�𝐴𝑑𝑑
�� =
=
= 49.2017
3
3
∆𝐴𝐴𝑑𝑑 = |�𝐴�𝑑� − 𝐴𝐴𝑑𝑑1 | + |�𝐴�𝑑� − 𝐴𝐴𝑑𝑑2 | + |𝐴��𝑑�
− 𝐴𝐴𝑑𝑑3 |
3
|49.2017 − 49.25| + |49.2017 − 49.16| + |49.2017 − 49.195|
=
3
= 0.0322
⇒ 𝐴𝐴𝑑𝑑 = 49.2017 ± 0.0322


1.3 Phân tích so sánh và kết luận
a) Phân cực tính DC
- Lý thuyết:

𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶 =
-

𝛽𝛽(12 − 𝑉𝑉𝐵𝐵𝐵𝐵 )
𝑅 + 2(𝛽𝛽 +
𝑅 1)𝑅
𝐵𝐵

Sai số với thực tế:

=

95(12 − 0.571)
= 1.01𝑚𝑚𝐴𝐴
1200 + 2(95 + 1)5600

𝐵𝐵

%𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠ố = |𝑡𝑡ℎự𝑐𝑐 𝑡𝑡ế − 𝑙 ý 𝑡𝑡ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢ế𝑡𝑡 |
∗ 100%
𝑙 ý 𝑡𝑡ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢ế𝑡𝑡
0.92 − 1.01
� ∗ 100% = 8.91%
%𝐼𝐼𝐶𝐶𝐶𝐶 = �
1.01
- Phân tích và đánh giá
+ Ta thực hiện mô phỏng với các thông số của BJT đúng so với datasheet của nhà sản xuất.
+ Nhìn chung các sai số khi đó phân cực tình DC là Icq khơng khác biệt lắm so với tính tốn
trên lý thuyết
b) Độ lợi cách chung

- Lý thuyết
𝑟𝑟𝜋𝜋 = 𝛽𝛽

𝑣𝑣𝛾𝛾
𝐼 𝐶𝐶𝐶
𝐼𝐶

𝛽𝛽(𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿 )
𝐴𝐴𝐶𝐶 =

-

𝑟𝑟𝜋𝜋 + 𝑅𝑅𝐵𝐵 + 2(𝛽𝛽 +
1)𝑅𝑅𝐵𝐵
Sai số so với thực tế
%𝐴𝐴𝐶𝐶 = �

-

= 95 ×

=

0.025
1.01 × 10−3

= 2.35𝑘𝑘Ω

−95(5600//12000)

= −0.3362
2350 + 1200 + 2 × 96 × 5600

−0.3211 + 0.3362
� × 100% = 4.49%
−0.3362

Phân tích đánh giá
Sai số trên là chấp nhận được so với kết quả của lý thuyết vì bản thân 𝐴𝐴𝐴𝐴 là rất bé nên
khó có thể đo được chính xác.

c) Độ lợi vi sai
- Lý thuyết

-

95(5600//12000)

= 51.0883
=
2(𝑟� + 𝑅𝑅𝐵𝐵 ) 2(2350 + 1200)
Sai số so với thực tế
�𝜋𝜋
49.2017 − 51.0883
� × 100% = 3.69%
%𝐴𝐴𝑑𝑑 =
51.0883
�
Phân tích đánh giá
Sai số của độ lợi vi sai trong mô phỏng Ltspice có thể chấp nhận được nhưng trong thực

𝐴𝐴𝑑𝑑 =

-

𝛽𝛽(𝑅𝑅𝐶𝐶 //𝑅𝑅𝐿𝐿
)


tế độ lợi vi sai còn phụ thuộc vào ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 (một đại lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường)
nên khi ta đo trong thực tế số liệu đo đạc có thể có chênh lệnh nhất định.
2. Mạch khuyếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát
2.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thiết cần kiểm chứng
Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thơng số, ghép chung chân C, chân E,
tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, nguồn dòng ở chân E cung cấp dịng cho mạch ln 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).

Sơ đồ tương đương:

Các thơng số quan trọng:


2.2. Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice
Phần 1: Đo phân cực, các giá trị dòng áp tại điểm làm việc
12

0

..

Kết quả đọ đạc:

2SD592/1

.

R22

C3

R11

R17

R9

.2SD592/2

B2
AE1AE2 AB2

0

0

.
.

E2

.

Q2

Q1

E1

R4

0

R16

S/N:BJTLABSN003

C2

R21

2SD592/3 Q3

C&MLAB

.

R23

.
.

FEEE - BEE

BK

AB1

R14

....

TP.HCM

B1

VCC

C2

0

R10

R3

C1

R8

R7

.

V2

R12

C1

.op

V1

0

R20

VEE

.

R19

12
R18


Ta có:

ICQ
 1, 008mA
IBQ
 0,
0103mA

  hfe 

IC
Q

IBQ

VCEQ  7,166V
VBE  0, 573V


98

Phần 2: Đo độ lợi cách chung Ac

VCC
12

R1
12k

.tran 5m

o

.
.

.

.

....

.

FEEE- BEE

BK
TP.HCM

S/N: BJTLABSN003

.
.

R9

.

Q2

Q1

2SD592/1
C2

R11

SINE(0 0.5 1k)

o

c c
d

d d

vv;
v
2

1

2SD592/2

.

.
.

Vi

v  Av  A v ; v

R21

2SD592/3 Q3

C&M LAB


c

v2  v1
2

R23

R20

R19

R18

VEE

.
12


i1

R17

R4

R22

C3

R16

R14

R12

R10

R3

C1

R7

R8

Để đo Ac, ta cho vd  0


Kết quả đo đạc:

Lần 1

Lần 2


Lần 3

A 
vo
Với


v v

vo
v

c
1

2

1

2



Áp dụng cơng thức trên ta tính được:

A

c1

A 
c2

vo
v1



vo



579, 44.106

v1

927.5488.106

3

 1,1589.10 (V / V )

0, 5
3

 1,1594.10 (V / V )

0,8
Tương đương ta có:
1,1618087.103
3
o
v
A  
 1,162.10 (V / V )
c3
v1
1


Từ đó độ lợi cách chung trung bình:

A A A
A 
c

c1

c2

3

c3



1,1589.103 1,1594.103 1,162.103

3

 1,1601.10

3


Ac 
Ac1

Ac 

Ac 
Ac23

Ac 
Ac3

 1,16011,1594  1,16011,162
 1,16011,1589
.103  0, 0013.103
3

 Ac  0, 0012  0, 0000013(V )
Phần 3: Đo độ lợi vi sai Ad
VCC
12
R3
12k

.tran 5m

..
C&M LAB

R4

C2

2SD592/1
R11

R9

..

SINE(0 50m 1k)
R2 1
i2

o

c c
d

d d

vv;
v

Để đo

Ad , ta cho vc  0

2

1


c

v2  v1
2

Q1

Q2

2SD592/2

.

R22

R23

R21

2SD592/3 Q3

S/N: BJTLABSN003

v  Av  A v ; v

C3

FEEE - BEE

.

.
.

R17

TP.HCM

R1
1

Vi

....
BK

i1

R16

R14

R12

R10

.

R3

C1

R7

R8

o

.
.

R20

R19

R18

VEE

.
12

Lần 1

Lần 2


Lần 3

Với

Ad 

v
vv
1o

2

v
 2vo

i

Áp dụng công thưc trên: Ad1 

vo
5, 0869  50,869(V / V )
2v  2.50.10
3

i

Tương tự ta có:

4, 2875  53, 59375(V / V )
Ad  vo


2v 2.40.10
2
3

i

A 
d
3

vo

2vi



2,1956
2.19.10

3

 57, 779(V / V )

Từ đó độ lợi áp vi sai trung bình:
A



Ad1  Ad 2  Ad 3


50,869  53, 59375  57, 779

 54, 081


d

3

3


Ad  Ad1 Ad  Ad 2 Ad  Ad 3  54, 081 50,869  54, 081 53,
 2, 466
59375
3
3

Ad 

 54, 081 57,

779

 Ad  54, 081 2, 466(V / V )
3. Phân tích so sánh và kết luận
3.3. Mạch khuếch đại dùng BJT có nguồn dịng ở cực phát
a) Phân cực DC


Lý thuyết:

ICQ  

R
B



12 VBE
98(12  0, 573)
 2(98
 2( 1)R  1200
1)5600

 1, 009mA

E

Sai số thực tế

%saiso 

Thucte  Lythuyet
.100%
Lythuyet

%ICQ  1, 008 1, 009 .100%  0.099%
1, 009
- Phân tích đánh giá:
+ Khi ta thực hiện mơ phỏng thì các thơng số của BJT chính xác so với datasheet của nhà sản
xuất - hfe theo datasheet của BJT 2SD592 là 85 – 340 nhưng trong thực tế hfe là đại lượng có thể
thay đổi theo nhiệt độ nên khi số liệu đo đạc thực tế sẽ có sự chênh lệch nhất định.
+ Nhìn chung các sai số khi đó phân cực tĩnh DC là ICQ khơng khác biệt lắm so với tính tốn
trên lý thuyết

b) Độ lợi cách chung


Theo lý thuyết:

r   VT

ICQ 98.

0, 025
 2, 4305(k)
1,
008.103