Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 2khảo sát mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
NĂM HỌC 2018 – 2019
-------*-------

Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử
Bài 2:Khảo sát mạch khuếch đại
ghép vi sai dùng BJT

GVHD: Trần Quang Việt
Thành viên nhóm:
1. Trần Quốc Hịa
1711442
2. Phạm Minh Hồng
1711409
3. Nguyễn Hồng Hịa
1711437


I . Mục tiêu thí nghiệm
………………………………………………………………………………

II . Các lý thuyết phải kiểm
chứng………………………………………………………………
1. Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực
phát…………………………………………
2. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực
phát………………………………

III. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc
các đại lượng
1. Lựa chọn các dữ liệu đầu vào

………………………………………………………
2. Phương pháp đo đạc các đại
lượng…………………………………………………
 Đo dòng
IC……………………………………………………………………
 Đo dòng
IB……………………………………………………………………
 Đo điện áp
VBE………………………………………………………………
 Đo độ lợi cách
chung…………………………………………………………
 Đo độ lợi vi
sai………………………………………………………………

IV . Các kết quả,phân tích, so sánh và kết
luận…………………………………………….
V .Công việc các thành viên và công việc đánh giá
chéo…………………………………
VI .Phụ
lục………………………………………………………………………………………………..

I .Mục tiêu thí nghiệm
-

Kiểm chứng tính đúng đắn của mạch khuếch đại vi sai dung BJT


-

Sự chênh lệch giữa các đại lượng tính tốn trên lý thuyết và

trên điều kiện thực tế và đưa ra nhận xét đúng đắn về mạch
khảo sát

-

Tạo kĩ năng làm việc nhóm

-

Giúp sinh viên tự tin sử dụng các thiết bị trong phịng thí nghiệm và nắm rõ các
thao tác an toàn trong sử dụng các modul,thiết bị

II .Các lý thuyết phải kiểm chứng
Kiểm chứng độ lợi vi sai và độ lợi cách chung giữa hai mạch BJT với
RE ở cực phát và mạch BJT với nguồn dòng ở cực phát.
Sự khác nhau hai đại lượng độ lợi vi sai,cách chung giữa hai mạch

1. Nguyên lý hoạt động
-

Khuếch đại vi sai có tín hiệu ra khơng tỉ lệ với trị tuyệt đối của tín hiệu vào
mà tỉ lệ với hiệu hai tín hiệu vào.

-

Mạch khuếch đại vi sai có hai điện áp ngõ vào. Nếu đặt vào hai điện áp đó
các tín hiệu bằng nhau về độ lớn, mạch sẽ phản ứng với tín hiệu ngược pha
và khơng phản ứng với tín hiệu đồng pha.

2. Tính tốn trên lý thuyết

a. Mạch khuếch đại vi sai với ở cực phát.
Do các thông số của mạch phụ thuộc vào nhiệt độ lúc khảo sát mạch và tùy
thuộc vào loại mạch nên ta sử dụng các giá trị thông số mạch đo được khi mạch
phân cực DC (hfe=β= 232, ).

 Phân tích phân cực tĩnh DC:
+ Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dịng phân cực tĩnh qua hai
BJT là như nhau: . Xét đơn mạch BJT với điện trở nối vào chân E là .


+ Áp dụng KVL cho loop B-E, ta có:





+ Từ các giá trị , ta thấy mối nối B-C phân cực ngược, mối nối B-E phân
cực thuận. Suy ra BJT hoạt động ở chế độ tích cực
+ Điểm phân cực tĩnh .
 Mơ hình tương đương tín hiệu bé

+ Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung)
Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào bằng nhau . Do mạch có tích chất
đối xứng nên . Ta xét 1 nửa mạch chứa tải , dòng qua chân E của BJT là 2.
Hệ số khuếch đại đồng pha:
(V/V)
+ Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có . Hệ số khuếch đại
vi sai :

(V/V).
b. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát.
 hfe=β= 232, ).

 Phân tích phân cực tĩnh DC
+ Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dịng phân cực tĩnh qua hai
BJT là như nhau: . Xét mạch với và các trở mắc vào đóng vai trị như một
nguồn dịng với tổng điện trở là .
Áp dụng Thevenin cho , ta có mạch DC:
,
.


Áp dụng KVL cho loop B-E của,
ta có:
.
.

.
 Mơ hình tương đương tín
hiệu bé.

+ Chế độ đồng pha( đo độ lợi cách chung)
-

Trong chế độ đồng pha, hai tín hiệu vào bằng nhau . Do mạch có tích
chất đối xứng nên .
Nguồn dịng có điện trở tổng .
Hệ số khuếch đại đồng pha:
(do rất lớn)

+ Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có . Hệ số khuếch đại
vi sai :
(V/V).

III. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp
đo đạc các đại lượng:
1. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào:
- Các thông số mạch DC như hệ số khuếch đại hfe và không chọn theo thông số
mạch của BJT 2SD468 mà chọn theo giá trị đo được trong thí nghiệm và dùng số


liệu này để tín tốn lý thuyết. Ngun nhân là do ảnh hưởng của nhiệt độ lúc khảo
sát lên các thông số mạch cũng như sự sai lệnh thông số đối với từng loại mạch
điện.
- Chọn hai giá trị điên trở nối vào máy phát sóng trong mạch đo độ lợi vi sai là 33Ω,
rất nhỏ so với giá trị điện trở (=1,2KΩ). Mục đích là để tạo giá trị ngược pha cho
hai giá trị áp ngõ vào. Gía trị điện trở chọn rất nhỏ để không làm ảnh hưởng đến
thông số mạch.
Các
giá
trị
tụ

điện, điện trở, BJT, nguồn DC chọn theo các giá trị trong danh sách linh kiện bên
dưới.

2. Phương pháp đo đạc các đại lượng:
a. Đo các giá trị phân cực tĩnh DC:
- Do ảnh hưởng của dòng lên hệ sô khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số hfe

bằng cách đo dòng và dòng , xác định theo công thức
- Đo chênh lệch áp giữa chân B và chân E của BJT, đảm bảo .
- Dùng số liệu đo được để tính tốn lý thuyết của mạch và so sánh với kết quả thực
nghiệm.


Module mạch phân cực tĩnh DC

b. Đo độ lợi cách chung:
- Để đo độ lợi cách chung ta phải đảm bảo rằng mạch hoạt động ở chế độ AC, tín
hiệu nhỏ, tần số dãy giữa, hai tín hiệu ngõ vào phải hoàn toàn giống nhau (cả về
pha và biên độ).
- Cấp tín hiệu vào với máy phát sóng. Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa như đã
thực hiện ở bài thí nghiệm 1.
- Kiểm tra xem hai tín hiệu đã đồng pha và cùng biên độ chưa.
- Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh của các giá trị bằng dao động ký.
- Tính độ lợi cách chung theo công thức ,với
và .

Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối ở cực phát)


Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối nguồn dòng ở cực phát)
c. Đo độ lợi vi sai :
- Để đo độ lợi vi sai, ta phải đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC, tín hiệu nhỏ, tần
số dãy giữa, hai tín hiệu vào phải cùng biên độ nhưng ngược pha.
- Cấp tín hiệu vào với máy phát sóng. Hai đầu máy phát sóng nối vào hai nhánh điện
trở bằng nhau nối nối tiếp, điểm nối giữa hai điện trở dung làm GND, hai đầu còn
lại của hai điện trở nối với , mắc như vậy để bằng nhau về biên độ nhưng ngược
pha. Chỉnh tín hiệu nhỏ và tần số dãy giữa như đã thực hiện ở bài thí nghiệm 1.

- Kiểm tra xem hai tín hiệu đã ngược pha và cùng biên độ chưa.
- Đo tần số máy phát sóng, trị đỉnh-đỉnh của các giá trị bằng dao động ký.
- Tính độ lợi cách chung theo công thức ,với
và .

Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối ở cực phát)


Module mạch đo đô lợi vi sai (Mạch nối nguồn dịng ở cực phát)

IV. Các kết quả thí nghiệm,so sánh phân tích với lý
thuyết.
Các kết quả thí nghiệm
IC (mA)
KẾT
QUẢ

IB (mA)

VBE (V)

VCE (V)

IC1

IC2

IB1

IB2

VBE1

VBE2

VCE1

VCE2

0.924

0.926

0.005

0.005

0.576

0.575

7.241

6.854

1. Đo ở chế độ AC:
a. Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:
b. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:
IC (mA)
KẾT

QUẢ

IB (mA)

VBE (V)

VCE (V)

IC1

IC2

IB1

IB2

VBE1

VBE2

VCE1

VCE2

0.974

0.975

0.0042

0.0042

0.578

0.578

7.541

7.452

2. Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát
a. Đo Acm:
Lắp mạch với v1 và v2 giống nhau (cùng pha, cùng biên độ)
Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ ra khơng bị
méo dạng


Tần số dãy giữa chọn f = 2.8 Khz
Kết quả:
Dựa vào tín hiệu trên Osciloscope, ta có:
V1 (mV)
V0 (mV)
Góc lệch
pha (độ)

94
38
180

V

1

V
0

Từ đó, ta tính được:
Acm =

b. Đo Ad:
Lắp mạch với v1 và v2 ngược pha nhau , cùng biên độ
Đảm bảo mạch hoạt động AC, tín hiệu nhỏ, sóng ngõ ra không bị méo dạng
Tần số dãy giữa chọn f = 7.1 Khz
Kết quả:
Dựa và tín hiệu trên Osciloscope, ta có:
V1 (mV)
V0 (V)
Góc lệch pha
(độ)

26
3
0

V0
Từ đó, ta tính được:
Ad =
Kết luận: Từ Ad và Acm ta xác định được:
CMRR = = = 142.8

V1

3. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:
a. Đo Ad
Thực hiện các bước như ở RE ở cực phát:
Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả:
V1 (mV)
V0 (V)
Góc lệch pha
(độ)

22
2.8
0

Từ đó, ta tính được:
Ad =
b. Tương tự đo Acm:
Thực hiện các bước như ở RE ở cực phát:
Từ Osciloscope, ta có bảng kết quả:

V
1

V
0

Ta có được bảng số liệu sau:
V1 (V)
5

V0 (V)
0.24
Góc lệch
90
pha (độ)
Từ đó, ta tính được:
Acm =


Các phân tích so sánh và kết luận:
1. Chế độ DC:
a. Mạch khuếch đại vi sai có RE nối với cực phát:
Dựa vào kết quả làm phần lý thuyết và thực tế đo được, ta có
bảng:
IC (mA)

KẾT
QU
Ả

IB (mA)

VBE (V)

IC1

IC1

IC2

IC2

IB1

IB1

IB2

IB2

(thực

(lý

(thực

(lý

(thực

(lý

(thực

(lý

tế)

thuyết)

tế)

thuyết)

tế)

thuyết)

tế)

thuyết)

0.9
24

1.0
14

0.9
26

1.0
14

0.0
05

0.00
55

0.0
05

0.00
55

VCE (V)

VBE1

VBE2

VCE1

VCE2

0.5
76

0.5
75

7.5
41

6.8
54

 β = 185
So sánh và nhận xét:

Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β = 185 nhưng kết quả giữa lý thuyết và thực tế
vẫn có sự sai khác (tuy nhiên kết quả vẫn tương đối giống nhau)
Giải thích:
Do khi tính tốn lý thuyết các kết quả được làm tròn dẫn đến sai số ở kết quả cuối
cùng
Do sai số của các linh kiện, và do thao tác người thực hiện
Hơn nữa, do trong máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết quả đo.
Phương pháp hạn chế sai số:
Khi tính tốn, khơng làm trịn số và khi thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số
đáng tiếc
b. Mạch khuếch đại vi sai có nguồn dịng nối với cực phát:
Dựa vào kết quả làm phần lý thuyết và thực tế đo được, ta có bảng:
IC (mA)

IB (mA)

VBE (V)

IC1

IC1

IC2

IC2

IB1

IB1

IB2

IB2

(thực tế)

(lý thuyết)

(thực tế)

(lý thuyết)

(thực tế)

(lý thuyết)

(thực tế)

(lý thuyết)

VBE1

VBE2

VCE (V)
VCE1

VCE2

KẾT
QU
Ả

0.97
4

0.994
5

0.97
5

0.994
5

0.004
2

0.004
3

0.004
2

0.004
3

0.57
8

0.57
8

7.54
2

 β = 232

So sánh và nhận xét:
Mặc dù sử dụng chung độ lợi áp β = 232 nhưng kết quả giữa lý thuyết và thực tế
vẫn có sự sai khác (tuy nhiên kết quả vẫn tương đối giống nhau)
Giải thích:
Do khi tính tốn lý thuyết các kết quả được làm tròn dẫn đến sai số ở kết quả cuối
cùng
Do sai số của các linh kiện, và do thao tác người thực hiện
Hơn nữa, do trong máy đo DMM có điện trở, làm sai lệch kết quả đo.
Phương pháp hạn chế sai số:
Khi tính tốn, khơng làm trịn số và khi thao tác lắp mạch cẩn thận để tránh sai số
đáng tiếc
2. Chế độ AC
a. Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát
Tần
số
V1
7.1
cùng
pha
với V2
V1

2.8
ngượ
c pha
với V2

V1

V0

PHAS
E

Ad

0.094 0.038 180

-

-0.338

-0.404

0.026 3

61.32

57.69

-

-

0

Thực
nghiệ
m

Acm
Lý
Thực
thuyết nghiệm

Lý
thuyế
t
-

So sánh và nhận xét:
Từ bảng so sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết, ta thấy được có sự khác
nhau.
Ngun nhân:
Giải theo lý thuyết thì mạch có tính đối xứng từ DC sang AC nhưng trong thực
tế độ sai khác giữa 2 Rc giữa các dòng I của 2 bên mạch đối xứng cũng ảnh
hưỡng đến kết quả tính Acm
Sai số xảy ra là do sai số của dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực hiện.
Hơn nữa do sự phục thuộc của tần số vào Ad và Acm do vậy khi thực hiện tại
các tần số khác nhau thì độ lợi này sẽ thay đổi

7.45

2


Cách khắc phục:
Sử dụng cơng thức chính xác bao gồm cả độ sai lệch giữa các Rc ,dòng IE ,….
để có thể tính chính xác độ lợi cách chung.
Sử dụng linh kiện cho sai số thấp hơn.
Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope
Lựa chọn tần số để có Ad và Acm theo yêu cầu mong muốn.
Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng khơng bị nhiễu.
b. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:
Tần
số

V1

V0

PHAS
E

Ad
Lý
thuyết

Acm
Thực
nghiệ
m

Lý
thuyết

Thực
nghiệm

V1
5
5
0.24 90
0
-0.048
cùng
pha
với V2
V1
1
0.26 2.8
0
62.73 63.63
ngượ
5
c pha
với V2
So sánh và nhận xét:
Từ bảng so sánh kết quả thực nghiệm và lý thuyết, ta thấy được có sự khác
nhau ở độ lợi.
Giải thích:
Đối với Acm thì khi giải theo lý thuyết ta xem điện trở nguồn dịng là vơ cùng
lớn do vậy nên Acm xấp xỉ bằng 0, nhưng thực tế thì khơng do vậy ta vẫn tính

được giá trị Acm mặc dù nó cũng rất gần 0.
Giải theo lý thuyết thì mạch có tính đối xứng từ DC sang AC nhưng trong thực
tế độ sai khác giữa 2 Rc giữa các dòng I của 2 bên mạch đối xứng cũng ảnh
hưỡng đến kết quả tính Acm
Sai số xảy ra là do sai số của dụng cụ, linh kiện điện tử, thao tác thực hiện.
Hơn nữa do sự phục thuộc của tần số vào Ad và Acm do vậy khi thực hiện tại
các tần số khác nhau thì độ lợi này sẽ thay đổi.
Cách khắc phục:
Sử dụng cơng thức chính xác bao gồm cả độ sai lệch giữa các Rc ,dịng IE ,….
để có thể tính chính xác độ lợi cách chung.
Sử dụng linh kiện cho sai số thấp hơn.
Chú ý thao tác thực hiện, cách đọc số liệu từ Oscciloscope
Lựa chọn tần số để có Ad và Acm theo yêu cầu mong muốn.
Cần lựa chọn biên độ sóng vào phù hợp để hình ảnh sóng không bị nhiễu.


V. Công việc các thành viên và thang điểm đánh
giá chấm chéo:
Thành viên
Phạm Minh Hồng

-

Trần Quốc Hịa

-

Nguyễn Hồng Hịa

-

Trong thí nghiệm
Lắp mạch trên
module.
Điều chỉnh dao động
kí.
Đọc và ghi số liệu
Kiểm tra mạch lắp
đúng sơ đồ,các thiết
bị đúng tầm đo và
chức năng đo

-

Lắp mạch chính trên
module.
Điều chỉnh biên độ và
tần số của nguồn.
Đo áp, dòng bằng
máy đo đa năng.

-

Điều chỉnh dao động
kí.
Đọc và ghi số liệu.
Kiểm tra kết quả so
với lý thuyết
Sửa lại sơ đồ cắm dây
khi có sai sót

-

-

-

Trong viết báo cáo
Mục đích thí
nghiệm.
Bảng cơng việc
từng thành viên.
Bảng đánh giá
từng thành viên.
Phụ lục.
Tổng hợp và trình
bày lại bài báo
cáo.
Giả thuyết phải
kiểm chứng.
Lựa chọn các dữ
liệu đầu vào.
Phương pháp đo
đạc các đại lượng.
Đánh giá các
thành viên cịn lại
Phân chia cơng
việc cho nhóm
viết báo cáo.
Các kết quả thí

nghiệm.
Phân tích so sánh
và kết luận.
-Đánh giá các
thành viên cịn lại

Bảng cơng việc cụ thể từng thành viên:
 Lưu ý: ở trên là phần công việc đảm nhận của từng thành viên. Nhưng
các thành viên cịn lại đều hỗ trợ tích cực khi có bạn gặp khó khăn.
Bảng chấm chéo cơng việc các thành viên
Phạm Minh Hồng
Phạm Minh Hồng
Trần Quốc Hịa
Nguyễn Hồng Hịa

4
4

Trần Quốc Hịa
4
4

Nguyễn Hồng Hòa
4
4


VI.Phụ lục
Phần chuẩn bị các thành viên