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


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
2. 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 RE 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, V BE=0,578 V ).



Phân tích phân cực tĩnh DC:

+ Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dịng phân cực tĩnh qua
hai BJT Q1 ,Q2 là như nhau: I C 1=IC 2=IC ,I E 1=IE 2 =I E ,I B 1=IB 2=IB. Xét đơn
mạch BJT Q1 với điện trở nối vào chân E là 2 RE.

+ Áp dụng KVL cho loop B-E, ta có:
I
B


→I
r

π

=

E

≈ ICQ=β I B=1,015(mA )

VT

≈ 5,7(kΩ)
IB
V CEQ=12−IC .(RC1+2. RE)+12 ≈
6,95(V ) V

BC=V C−V B=−6,32

(V )

+ Từ các giá trị V CE ,V BC, ta thấy mối nối B-C phân cực ngược, mối nối BE phân cực thuận. Suy ra BJT hoạt động ở chế độ tích cực
+
Điểm phân cực tĩnh Q (V CEQ , ICQ )=(6,95 V , 1,015mA).

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 V 1=V 2 . Do mạch có
i =i
R
tích chất đối xứng nên b 1 b 2 . Ta xét 1 nửa mạch chứa tải L, dòng
qua chân E của BJT là 2ie. Hệ số khuếch đại đồng pha:

A =

vo

=

cm

v2

+ Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V 1=−V 2. Hệ số
khuếch đại vi sai :
vo

Ad =

v1−v2

b.

Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát.


hfe=β= 232,



V =0,578 V
BE

).

Phân tích phân cực tĩnh DC

+ Do mạch có tính chất đối xứng nên ta có các dòng phân cực tĩnh qua
hai BJT Q1 ,Q2 là như nhau: I C 1=IC 2=IC ,I E 1=IE 2 =I E ,I B 1=IB 2=IB. Xét mạch
với Q3 và các trở mắc vào Q3 đóng vai trị như một nguồn dòng với tổng

điện trở là R0.
Áp dụng Thevenin cho Q3, ta có mạch DC:
RTH =RJ 1∨¿ RJ 2=3,4 kΩ,
V TH=−6V.

Áp dụng KVL cho loop B-E của

Q3, ta có:


I

B 3=

V

TH

+12−V

BE

=8,572.10−3 (mA ).

RTH +(β+1) RE
→IC 3=β I
→I E=I

E 1=I E 2=

→I B=IB 1=I

I

C 3

2

.

=0,9945(mA)

I

B 2

r



B 3=1,989(mA)

= β +E1 =4,268. 10−3 (mA)

π =rπ 1=r π 2=5,86

(kΩ).

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 V 1=V 2 . Do
mạch có tích chất đối xứng nên ib 1=ib 2.
Nguồn dịng Q3 có điện trở tổng Ro.
Hệ số khuếch đại đồng pha:


Acm=

vo
v2

+ Chế độ vi sai (đo độ lợi vi sai) : Ở chế độ vi sai ta có V 1=−V 2. Hệ số
khuếch đại vi sai :
vo
v1−v2

Ad =

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 V BE 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 RB 1 , RB 2(=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 dịng I CQ lên hệ sơ khuếch đại áp hfe nên ta tiến hành đo hệ số
I
hfe bằng cách đo dòng I B và dòng I CQ, xác định theo công thức hfe= ICQ
B

- Đo chênh lệch áp giữa chân B và chân E của BJT, đảm bảo V BE ≤ V BEmax =0,79 V .
- 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 hồn tồn giống
nhau (cả về pha và biên độ).

- Cấp tín hiệu vào v1 và v2 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 vo , v1 bằng dao động ký.
- Tính độ lợi cách chung theo công thức Acm vc+ Ad vd =vo,với vd=v2−v1 =0
và vc=(v1+ v2)/2.


Module mạch đo đô lợi cách chung (Mạch nối RE 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 v1 và v2 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 RB 1 vàRB 2, mắc như vậy đểv1 và v2
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 vo , v1 bằng dao động ký.
- Tính độ lợi cách chung theo công thức Acm vc+ Ad vd =vo,với vd=v2−v1


và vc=

v1+

2

v2

=0.

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

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

IV. Các kết quả thí nghiệm,so sánh phân tích với lý
thuyết.
Các kết quả thí nghiệm
IC (mA)
IC1
KẾT


QUẢ
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)
IC1
KẾT
QUẢ
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 không 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

V

1

V0

(độ)
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 khơng bị méo dạng
Tần số dãy giữa chọn f = 7.1 Khz
Kết quả:
Dựa và tín hiệu trên Osciloscope, ta có:


V
1

V

0

V
0

Từ đó, ta tính được:

Ad =
Kết luận: Từ Ad và Acm ta xác định được:
CMRR =

|AA |
d
cm

=

57

0.404

.69

= 142.8

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:

Góc lệch pha

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:


V1


Ta có được bảng số liệu sau:

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)
IC1
(thực tế)

KẾT
QU
Ả


β=

0.925

0.924

=¿185

0.005

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:

IC1
(thực tế)

KẾT

0.97

QU

4

Ả
β=

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 tròn 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

cùng
pha
với V2

7.1


V1
ngượ

2.8


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.
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
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 khơng bị nhiễu.
b. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:
Tần
số
V1
cùng
pha
với V2
V1
ngượ

5

1

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 khơng 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


Bảng công 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
Trần Quốc Hịa
Nguyễn Hồng Hịa

VI.Phụ lục
Phần chuẩn bị các thành viên