BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT đáp ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH đại BJT GHÉP e CHUNG

lOMoARcPSD|11617700

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ
---------❖---------

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
MẠCH ĐIỆN TỬ
KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MẠCH KHUẾCH ĐẠI
BJT GHÉP E CHUNG
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thanh Phương
1. Nguyễn Cơng Hoan
2. Đặng Minh Hồng

1913405
1910192

LINK GHI ÂM GHI HÌNH CÁC PHIÊN GOOGLE MEET:
Phiên 1: />TP HCM, ngày 23 tháng 11 năm 2021


lOMoARcPSD|11617700

Mục Lục
I.MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM: ................................................................................... 3
II. CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG: ...................................................... 3

1. Sơ đồ nguyên lí hoạt động: ............................................................................... 3
a. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: .......................................... 3
b. Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp : ............................................... 4
2. Ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E chung: ..... 4
a. Ở chế độ DC: ................................................................................................ 4
b. Ở chế độ AC: ................................................................................................ 4
III. LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC
CÁC ĐẠI LƯỢNG: ................................................................................................. 5
1. Các thông số đầu vào:....................................................................................... 5
2. Phương pháp đo đạc ......................................................................................... 5
a. Đo phân cực tĩnh DC .................................................................................... 5
b. Đo và vẽ đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E chung: ............................. 5
IV. CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: ....................................................................... 6
1.Đo phân cực tĩnh: .............................................................................................. 6
2. Đo Cob với điện áp phân cực VCB: ................................................................. 7
3. Khảo sát hFE theo tần số và đo fT : ................................................................. 8
4. Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại dùng BJT .............................. 10
a. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp: ......................................... 10
b. Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp: ............................................... 12
V. CÁC PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN: .............................................. 14
1. Tính tốn lý thuyết.......................................................................................... 14
1.1.Ở chế độ DC ( chung cho cả 2 mạch): ...................................................... 14
1.2. Ở chế độ AC:

.......................................................................................... 15

a. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp : ........................................ 15
b. Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp: ....................................................... 18
2. So sánh và kết luận ......................................................................................... 22
2

lOMoARcPSD|11617700

I.MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM:

- Bài thí ngiệm giúp sinh viên khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại BJT ghép E
chung, đồng thời hiểu rõ ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch.
- Vẽ đáp ứng tần số của mạch và kiểm chứng so với lý thuyết.
- Thành thạo hơn trong việc sử dụng phần mềm mơ phỏng thí nghiệm, để ứng dụng vào
các cơng việc sau này.
Phần mềm thí nghiệm: LTspice
Module thí nghiệm: BJTLABSN002

II. CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG:
1. Sơ đồ nguyên lí hoạt động:
a. Mạch khuếch đại ghép E chung khơng hồi tiếp:

3


lOMoARcPSD|11617700

b. Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp :

2. Ảnh hưởng của tụ điện lên đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E chung:
a. Ở chế độ DC:
Các tụ xem như được hở mạch nên không ảnh hưởng đến các giá trị tính tốn
b. Ở chế độ AC:
Việc phân tích đồng thời ảnh hưởng của tất cả các tụ lên mạch là phức tạp, nên có thể

chia ra các vùng tần số khác nhau để khảo sát.
• Tần số dãy giữa: ngắn mạch các tụ coupling và bypass, các tụ ký sinh xem như hở
mạch.
• Tần số thấp: mạch tương đương AC cần xét tới các tụ coupling và bypass, các tụ ký
sinh vẫn xem như hở mạch.
• Tần số cao: các tụ coupling và bypass xem như ngắn mạch, mạch tương đương AC cần
xét tới các tụ ký sinh bên trong linh kiện.

4


lOMoARcPSD|11617700

III. LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC
CÁC ĐẠI LƯỢNG:
1. Các thông số đầu vào:
- Chọn nguồn DC = 12V.
- Chọn cái giá trị tụ Cobext như trong tài liệu hướng dẫn:
+ Mạch không hồi tiếp: 0, 15pF, 30pF.
+ Mạch có hồi tiếp: 0, 1nF.
- Chọn biên độ ngõ vào Vi để chỉnh tín hiệu nhỏ, Vo khơng bị méo dạng (chọn chế độ

sóng SINE() AC1 )

- Chọn 10 giá trị tần số từ 100Hz đến 100kHz để đo độ lợi áp tại tần số thấp, tần số cao,
tần số dãy giữa.
2. Phương pháp đo đạc
a. Đo phân cực tĩnh DC
- Ở chế độ do DC đo giá trị IB, IC, VCE, β
b. Đo và vẽ đáp ứng tần số của mạch khuếch đại E chung:

- Đảm bảo mạch hoạt động ở chế độ AC tín hiệu nhỏ, đo Av tại tần số dãy giữa
- Giữ nguyên biên độ ngõ vào, chỉnh tần số máy phát sóng từ 100Hz đến 100KHz, lập
bảng đo giá trị đỉnh – đỉnh ngõ ra tương ứng với khoảng 10 giá trị tần số khác nhau (có
thể chia đều khoảng tần số trên) và tính ra bảng độ lợi áp Av của mạch tương ứng với 10
tần số đó.
- Đo 2 tần số cắt: chỉnh tần số máy phát sóng từ tần số dãy giữa (tăng hoặc giảm) tới khi
biên độ của ngỏ ra giảm bằng 1/√2 của biên độ ngõ ra tại dãy giữa. Tần số khi đó là tần
số cắt.
- Với bảng Av tại 10 giá trị tần số và tại 2 tần số cắt tiến hành vẽ đáp ứng tần số của
mạch khuếch đại (lưu ý thể hiện theo thang tần số Logarit và thang biên độ Logarit).

5


lOMoARcPSD|11617700

IV. CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
1.Đo phân cực tĩnh:
Sơ đồ mạch đo phân cực tĩnh trên LTspice

Kết quả đo đạc:

Từ thơng số đo được ta có:
VCB = V (c) − V (b) = 7.15648 − 2.53211 = 4.62437V
I E = 4.47841mA

VBE

0.6122; 

127.53

6


lOMoARcPSD|11617700

2. Đo Cob với điện áp phân cực VCB:

Sơ đồ mạch đo Cob trên LTspice:
- Nguồn Vin dạng sine với biên độ A=1 và tần số f=1MHz
- Nguồn áp 1 chiều Vcb lấy giá trị đo ở mạch DC: Vcb = 4.62437 ≈ 4.624V
- Mô phỏng tại chế độ Transient để đo dịng Ic trong 4 chu kỳ (4µs)

I C 10−6
I C 106
12
10 =
( pF )
- Đo Cob với thứ nguyên là pF theo công thức: Cob =
2
2

Kết quả đo đạc:

 Cob = 15.3585 pF

7

lOMoARcPSD|11617700

3. Khảo sát hFE theo tần số và đo fT :

Sơ đồ mạch đo Cob trên LTspice:
- Nguồn Vin dạng sine với biên độ A=1 và tần số f=1MHz
- Nguồn dòng IE lấy giá trị đo ở mạch DC: I E = 4.47841mA
- Mạch mô phỏng ở chế độ AC analysis từ 10Hz đến 1GHz ở chế độ decade, mỗi
decade 100 điểm.

8


lOMoARcPSD|11617700

Kết quả đo đạc:
- Đồ thị hFE theo tần số

- Đo tần số chuyển tiếp fT của mạch
 IC
 IB

Tần số fT được xác định tại điểm 20  log 


 = 0dB


=> fT=143.811MHz
9

lOMoARcPSD|11617700

4. Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại dùng BJT
a. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp:

Sơ đồ mạch trên LTspice

- Cob= 0:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L = 143.62385 Hz , f H = 147.88423KHZ

10


lOMoARcPSD|11617700

- Cob= 15pF:

Từ thơng số trên đồ thị ta có:

f L = 143.71802 Hz, f H = 77.547322 KHZ

- Cob= 30pF:

Từ thơng số trên đồ thị ta có:

f L = 142.79353Hz , f H = 52.71972 KHZ

11


lOMoARcPSD|11617700

b. Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp:
Sơ đồ mạch trên LTspice

- Cob= 0:

Từ thông số trên đồ thị ta có:

f L = 49.873512 Hz, f H = 426.62357 KHZ

12

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

- Cob= 1nF:

Từ thơng số trên đồ thị ta có:

f L = 49.552693Hz, f H = 6.9670564 KHZ

13

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

V. CÁC PHÂN TÍCH SO SÁNH VÀ KẾT LUẬN:
1. Tính toán lý thuyết
1.1.Ở chế độ DC ( chung cho cả 2 mạch):

Chọn β= 127 (Dựa vào đo phân cực tĩnh DC)

Áp dụng Thevenin cho mạch trên ta được
RB1.RB 2
18.5, 6
=
= 4, 27 K 
RB1 + RB 2 18.5, 6
RB 2
5,6
=
.12 = 2,85V
.VCC =
RB1 + RB 2
18 + 5,6

RB = RTH =
VBB

Ta có: giả sử chọn VBE = 0, 61 ( Dựa vào đo phân cực tĩnh DC)

 VBB = I B .RB + VBE + I B .(1 +  ).( RE1 + RE 2 )
 VBB = I B .RB + VBE + I B .(1 +  ).( RE1 + RE 2 )
 I B = 0, 0393( mA)
 I C =  .I B = 4.99(mA)
VCC = RC I C + VCE + I E .( RE1 + RE 2 )

 VCE = 4,938V

Ta có điểm tĩnh Q (ICQ, VCEQ) = (4.99 mA; 4,938 V)
Ta có: r =  .
gm =

VT
= 0, 636k 
I CQ

IC
= 199.6(mA / V )
VT

14

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

1.2. Ở chế độ AC:
a. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp :
- Tần số dãy giữa : Bỏ qua ảnh hưởng của tất cả các tụ

Ta có: Rin = RB / / r =

RB .r
= 0,55 K 
RB + r

AMB = − g m .( RC / / RL ).

Rin
= −60.09
R in + Ri

- Tần số thấp :

15

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

+ Xét riêng tác động của tụ Ci; hai tụ CE và Co xem như ngắn mạch:
AV =

v0
= AMB .
vi
s+

Tần số cắt:

s
1
Ci ( RB / / r + Ri )

1
= 6, 437
Ci ( RB / / r + Ri )

P1 =

 f P1 =

P1
= 1.024 Hz
2

+ Xét riêng tác động của tụ CE; hai tụ Ci và Co xem như ngắn mạch:
AV =

v0
= AMB .
vi
s+

Tần số cắt:
P 2 =

s

1

 R / / RB + r  
CE  RE / /  i

 1+ 



1
= 909.32
Ri / / RB + r 

CE  RE / /(
)
1+ 



 fP2 =

P 2
= 144, 72 Hz
2

+ Xét riêng tác động của tụ Co; hai tụ Ci và CE xem như ngắn mạch:
AV =

v0
= AMB .

vi
s+

Tần số cắt:
P 3 =

1
C0 ( RC + RL )

 f P3 =

s
1
C0 ( RC + RL )
= 1,5152

P 3
= 0, 241Hz
2

+ Tần số cắt dưới:
Do f P 2 f P1 f P 3
 f L = f P 2 = 144, 72 Hz

16

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

- Tần số cao:

Ta có: Vi ' =

RB / / r
.Vi
RB / / r + Ri

Ri' = Ri / / RB / / r = 0,356K 
RL' = RC / / RL = 0,8485K 

Với

C1 = C (1 + gm.RL' )

1 
C2 = C   1 +
' 
 gm.RL 
C = Cob + Cobext

C =


2. .r . fT

= 220,991 pF

Ta có:

AV =

v0
1
= AMB .
vi
1 + s (C + C1 ) Ri'

Tần số cắt trên là:
fH =

1
2 .(C + C1 ) Ri'

Ta có Cob = 15.3585 pF
Với: Cobext=0 pF=> Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 157,6 kHz
Cobext=15 pF => Cu = 30,3585pF => C1 = 5,172nF => fH =82,89 kHz
Cobext=30 pF => Cu = 45,3585pF => C1 = 7,73nF => fH = 56,23 kHz
Ta có độ lợi áp toàn mạch là :
AV = AMB .

1
1− j

f p1
f

.

1

1− j

f p2
f

.

1
1− j

f p3
f

.

1
1+ j

f
fH

17

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

f

100
Hz

300
Hz

500
Hz

1
kHz

2
kHz

4,59
kHz

10
kHz

30
kHz

50
kHz

100
kHz

Av

35,16

54.12

57.72

59.47

59.92

60.04

59.96

59

57.27

50.74

35,16

54.12

57.72

59.47

59.90

64,53

62,61

58,87

51.65

38.34

35,16

54.12

57.72

59.47

59,89

64,4

59.15

53,02

44.9

29.45

Cobext=0pF

Av
Cobext=
15pF

Av
Cobext=
30pF

b. Mạch khuếch đại E chung có hồi tiếp:
- Tần số dãy giữa : Bỏ qua ảnh hưởng của tất cả các tụ

Hệ số khuếch đại áp là :
AMB = −

RB / /(r + (  + 1).RE1 )
 ( RC / / RL )
= −20, 48
.
r + (  + 1).RE1 RB / /(r + (  + 1).RE1 ) + Ri

18

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

- Tần số thấp:

+ Xét ảnh hưởng của tụ Ci, ngắn mạch tụ C0 và CE:
AV =

v0
= AMB .
vi
s+

s
1
Ci ( RB / /(r + (  + 1).RE1 ) + Ri )

Ta có tần số :
1

 p1 =

Ci ( RB / /(r + (  + 1).RE1 ) + Ri )

= 3, 4378

 p1
= 0,547 Hz
2

f p1 =

+ Xét ảnh hưởng của tụ C0 , ngắn mạch tụ Ci và CE:
AV =

v0
= AMB .
vi
s+

s
1
C0 ( RC + RL )

Ta có tần số :
 p2 =

1
C0 ( RC + RL )

= 1,5152

19

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

f p2 =

 p2

= 0, 241Hz
2

+ Xét ảnh hưởng của tụ CE , ngắn mạch tụ Ci và C0:
AV =

v0
= AMB .
vi
s+

Ta có tần số :
 p3 =

s
1



1
CE  RE 2 / /  RE1 +
( r + RB / / Ri )  
 +1




1




1
CE  RE 2 / /  RE1 +
( r + RB / / Ri )  
 +1




= 398, 43

 p3
= 63, 41Hz
2
Ta có: Do sự chênh lệch giữa các tần số là rất lớn nên ta con tần số cắt dưới dựa trên
công thức
Tần số cắt dưới là:
f p3 =

f L = max( f p1 , f p 2 , f p 3 ) = 63.41Hz

- Tần số cao:

20

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

Ta có: Vi ' =

RB / / r
.Vi
RB / / r + Ri

 R + RE1 
Ri' = RB / / r / /  i
 = 0,1412 K 
1
.
+
gm
R

E1 
'
RL = RC / / RL = 0,8485K 

Với

C1 = C (1 + gm.RL' )


1 
C2 = C   1 +
' 
 gm.RL 
C = Cob + Cobext

C =


2 r fT

= 220,991 pF

Ta có :
AV =

v0
1
= AMB .
vi
1 + s (C + C1 )( Ri' + RE1 )

Tần số cắt trên là:
fH =

1
2 .(C + C1 ) Ri'

Ta có Cob=15,4208pF
Với

Cobext=0 => Cu = 15,3585pF => C1 = 2,616nF => fH = 397,308kHz
Cobext=1nF => Cu = 1,0154nF => C1 = 172,984nF => fH = 6,507kHz
Ta có độ lợi áp tồn mạch là :
AV = AMB .

1
1− j

f p1
f

1

.

1− j

f p2

.

f

1
1− j

f p3
f

.

1
1+ j

f

fH

f

100
Hz

200
Hz

500
Hz

1
kHz

5
kHz

10
kHz

30
kHz

40
kHz

70
kHz

100
kHz

Av

18,53

20,27

20,85

20,96

20,97

20,96

20,95

20,9

20,63

20,3

18,53

20,26

20,79

20,39

16,46

11,22

6,33

4,33

1,89

1,33

Cobext=0

Av
Cobext=
1nF

21

Downloaded by Hei Ut ()


lOMoARcPSD|11617700

2. So sánh và kết luận

- Từ kết quả tính lý thuyết và từ đồ thị làm thí nghiệm ta thấy các tần số cắt cao và thấp
xấp xỉ nhau:
Tính tốn lý thuyết

Đo từ đồ thị

f L mạch khơng hồi tiếp

f L = 144, 72 Hz

f L  143.7 Hz

f H mạch không hồi tiếp

f H  157.6kHz

f H  147.88kHz

( 0; 15pF ; 30pF )

f H  82,89kHz

f H  77,55kHz

f H  56, 23kHz

f H  52, 72kHz

f L mạch có hồi tiếp

f L = 63.41Hz

f L  49.87 Hz

f H mạch có hồi tiếp

f H  397.308kHz

f H  426.62kHz

f H  6,507 kHz

( 0; 1nF )

f H  6,97 kHz

- Các giá trị độ lợi tính toán ở 2 bảng trên khi lấy giá trị với thang đo là dB thì sẽ có giá
trị xấp xỉ các giá trị trên đồ thị đáp ứng tần số.
- Các giá trị độ lợi tần số dãy giữa xấp xỉ tính tốn khi tính ở tần số dãy giữa, tính độ lợi
cho tồn mạch và đo từ đồ thị khảo sát đặc tính tần số.
- Nhìn chung độ lợi áp ( các trường hợp Cobext ≠0 ) có giá trị theo tần số giảm nhanh
hơn so với độ lợi áp khi Cobext=0.
- Các đại lượng có giá trị sai lệch nhau là do trong q trình tính tốn có nhiều sai số, hạn
chế của phần mềm mơ phỏng khó lấy chính xác các giá trị tần số cần quan sát, chỉ có thể
lấy gần đúng, tương đối.

22

Downloaded by Hei Ut ()