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

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP VI SAI
DÙNG BJT

Thực hiện bởi:

1.Bùi Quốc Khánh [2010325]
2.Phạm Ngọc Hùng [2013373]
3.Nguyễn Thành Hưng [1913644]
Nhóm L33

Link Meeting của nhóm:

/>Ngày hồn thành báo cáo: 28-2-2022

I. Giới thiệu chung:
Mục tiêu thí nghiệm:
- Kiểm chứng nguyên lý hoạt động của mạch ghép vi sai dùng BJT.
Mạch ghép vi sai dùng BJT làm khuếch đại sự chênh lệch điện áp giữa 2 ngõ
vào (độ lợi vi sai Ad ¿ , và làm cho độ lợi áp cách chung ( A c ) phải nhỏ. Khuếch
đại vi sai lý tưởng có ngõ vào đối xứng hồn hảo với Ac =0 và CMRR→ ∞.
- Giúp sinh viên làm quen với module thí nghiệm thực tế, biết cách nối
dây và sử dụng các máy phát sóng, máy đo đa năng, dao động ký để đo các giá
trị điện áp, dịng điện và dạng sóng,… Khi thực hiện thí nghiệm trên Ltspice,
sinh viên không được làm quen với module và máy thực tế nhưng biết cách
kiểm chứng nguyên lý hoạt động của mạch.
Phần mềm thí nghiệm: LTspice
Module thí nghiệm: BJTLABSN010
II.Các thí nghiệm kiểm chứng:
1. Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát:

Mạch gồm hai BJT Q1 ,Q2 giống nhau về thơng số nguồn dịng Emitter và điện
áp các chân, và bộ BJT Q3 và các điện trở đóng vài trị như một nguồn dịng.


Tìm điểm phân cực tĩnh DC:


Chọn β=9 8
Sử dụng sơ đồ tương đương Thevenin ta có:

RTH =RJ ∥ RJ 2=3.4(kΩ)
RJ
V TH =
× ( −12 )=− 6
R J + RJ
1

1

1

2

Giả sử các BJT đều hoạt động ở miền tích cực.
Xét KVL ta có:

V TH −V BE −(− 12)
=19.8 μA
RTH +( β +1) R E
2 I E 1=2 I E 2=I C 3=β I B 3=1.92 mA

→ I E 1=I E 2 =0.96 mA
I B 3=


→ I C 1=I C 2=

β
I =0.95 mA
β+1 E 1

Với các giá trị I CQ , I B của điểm làm việc tĩnh được đo dựa trên mạch phân cực
tĩnh như bên dưới
I CQ 0.00 113
=
≈ 9 8 . 2→ cℎọn β=9 8
I B 1. 15 .10 −5
VT
25 mV
r π =β
=9 8 ×
=2 168.1 4( Ω)
I CQ
0.0011 3
β=

Đo độ lợi cách chung AC :
a. Sơ đồ mạch và các giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức,
đồ thị lý thuyết,..)
Xét mạch ở chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tín hiệu nhỏ khi xét
riêng Q2

V o V o iC 2 ib 2
= ⋅ ⋅
V icm i C 2 i b 2 V icm
− β ( Rc 2 /¿ RL )
¿=
R B 2+ r π 2+(β+ 1) 2 R EE

Acm ∧¿

Mà R EE → ∞ do đó Acm → 0

b. Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả (đồ thi số
liệu đo đạc):
- Chọn nguồn xoay chiều hình sine có biên độ 0.05V và tần số 1kHz nối
vào cả V 1 và V 2 để tạo 2 tín hiệu cùng biên độ và cùng pha (V 1=V 2=V icm=V i )


Số liệu đo đạc:

V op − p =30.4 − ( − 30 )=60.4 ( μ V )
V ip − p=0.1V

c. Các so sánh nhận xét và kết luận:
Ta thấy ngõ ra V o của mạch ngược pha với ngõ vào V i
Ta có

{

¿ v i 1=v i 2=v icm
¿ v o= A c v c + A d v d

¿ v d =v 1 − v 2=0
v +v
¿ vc= 1 2
2

⟹ V o=− A cm V icm ↔ A cm=−

V op− p
60.4
−6
=−
× 10 =−0.000604
V ip− p
0.1

Độ lợi áp cách chung có giá trị xấp xỉ 0 nên mạch hoạt động phù hợp với hoạt
động của mạch theo lý thuyết.

Đo độ lợi vi sai Ad :
a. Sơ đồ mạch và các giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức,
đồ thị lý thuyết,..)
Xét mạch ở chế độ AC, vẽ mô hình tương đương tín hiệu nhỏ


¿ V 0=

− β ( Rc ∥R L )
r π+ RB2

−

⋅

[

]( )

V id
rπ + R B2
V id
1+
−
2
(1+ β ) R EE
2

=

β ( R c ∥ R L)

r +R
2( rπ + R B2 )
2+ π B 2
( β+ 1) REE
β ( R c ∥ R L)
V
¿ ⇒ A d= 0 =
=53.02
V id 2 ( r π + R b 2 )

⋅V id

b. Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả (đồ thi số
liệu đo đạc):
Chọn nguồn V i có giá trị biên độ 40mV, tần số 1kHz cấp vào 2 nguồn V 1 và V 2
như trong sơ đồ lý thuyết với 2 điện trở phân cực R1 và R2 để tạo 2 tín hiệu cùng
biên độ nhưng ngược pha nhau:
V i 1=−V i2 =

Số liệu đo đạc được lấy từ đồ thị mô phỏng:

V id
2

V op − p =2.05 − ( −2.045 )=4.095 ( V )
V ip − p=4 0 mV

c. Các so sánh nhận xét và kết luận:


Từ đồ thị bên dưới, ta thấy ngõ ra V o của mạch ngược pha với ngõ vào V i
Ta có

{

vid
2
¿ v o= A c v c + Ad v d
¿ v d =v 1 − v 2=2 v 1
v +v
¿ v c = 1 2 =0

2

⟹ V o= A d V d ↔ A d =

¿ v i1 =−v i 2=

V op − p
4.095
=
=51.2
2 V ip − p 2× 4 0 × 10−3

Vậy ta thấy giá trị Ad theo tính tốn lý thuyết và đo đạc khơng chênh lệch
nhiều, giá trị lớn phù hợp với nguyên lý hoạt động của mạch.
2. Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:
a. Sơ đồ mạch và các giả thuyết cần kiểm chứng: (sơ đồ mạch, công thức,
đồ thị lý thuyết,..)

Do 2 BJT giống nhau nên:

r π 1=r π 2 =r π =

VT
=2,568( kΩ)
Ib

Xét KCL tại node E ta có:

vπ 1
v π1 v E

vE
1+ β
1+ β
+ g m v π 1 + gm v π 2 +
= → vπ 1 (
)+ v π 2(
)=
rπ
r π RE
rπ
rπ
RE
vπ 1 v1− v E vπ 2 v2− v E
=
;
=
Mặt khác:
r π R B +r π r π R B +r π
vE
v 1+ v 2
1+ β
( v 1+ v 2 − 2 v CE )
= → vE =
r π+ RB RE
r +R
Do đó:
2+ π B
(1+ β ) R E

v cm
RB + r π
Ta có v1 =v cm + v d /2 và
1+
2(β +1) R E
rπ
v o=− g m v π 2 [RC /¿ R L ]¿ − g m [RC /¿ R L ]
(v − v )
RB + r π 2 E
rπ
v
v cm
¿ − g m [RC /¿ R L ]
( v cm − d −
)
RB + r π
2
RB + r π ¿ Ad v d + A cm v cm
1+
2( β +1) R E
v 2=v cm − v d /2 → v E=

{

Từ đó suy ra:

β [ RC /¿ R L ]
rπ
=
≈ 48.133(V /V )

2 ( RB + r π ) 2 ( R B +r π )
− β [R C / ¿ R L ]
¿ A cm =
≈ − 0.3362(V /V )
R B +r π +2(β +1) R E

¿ A d =g m [ RC /¿ R L ]

b. Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả (đồ thi số
liệu đo đạc):
Tìm hệ số beta:


Như vậy: β = Ic/Ib =

0.0009 635
=9 6
1 .0072 ×5

Đo độ lợi áp cách chung Ac:


Với công thức vo=Acvc+Advd; vd=v2-v1=0; vc=(v2+v1)/2, ta được:
Ac = -vo / vc = 32.4/-100 = -0.324 V/V (âm vì vo và vi ngược pha
nhau)
Đo độ lợi vi sai Ad:
Theo hướng dẫn, ta sẽ cấp vào tín hiệu v1, v2 cùng biên độ nhưng
ngược pha nhau.
Vào Edit Simulation Command chọn chế độ Transien với stop time
là 3ms.Sau đó bấm run để khảo sát.

Với công thức vo=Acvc+Advd; vd=v2-v1; vc=(v2+v1)/2=0, ta được:
Ad = vo/vd = 1,91/(2*20*10-3) = 47,75 V/V

c. Các so sánh nhận xét và kết luận
Lý thuyết
Đo được
Sai số
Ad
48,133
47.75
0.8%
Ac
-0,3362
-0,324
3,7%
Nhận xét: Mạch hoạt động đúng, sai số không quá lớn so với lý thuyết tí
nh được.
II. Kết luận chung:


- Sai số giữa giá trị lý thuyết và giá trị đo đạc của Ac và A d là chênh lệch
không đáng kể
- Khi thay điện trở R E ở cực phát bởi nguồn dịng thì giá trị Ac giảm đi
và giá trị Ad tăng lên, khi đó mạch sẽ hoạt động với sai số nhỏ hơn.
- Bên cạnh đó, thông số β đo được ở mạch khuếch đại vi sai với R E ở
cực phát là 96, còn ở mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát là 98.
Sự chênh lệch thơng số β này có thể do tác động của R E và của nguồn dịng vào
mạch khác nhau, nhưng sự chênh lệch này khơng quá lớn, có thể chấp nhận

được.
⟹ Mạch hoạt động đúng với nguyên lý được khảo sát trong lý thuyết