Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài số 2

lOMoARcPSD|20597457

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
MẠCH ĐIỆN TỬ
BÀI SỐ 2
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TRẦN QUANG VIỆT


lOMoARcPSD|20597457

I. Mục tiêu thí nghiệm:
- Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản của

mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT . Những số liệu sai lệch khi tính tốn lý thuyết và đo
được trên thực tế đã đưa ra nhiều câu hỏi giúp nhóm tìm hiểu và hiểu thêm hơn về sự sai số
trong môi trường thực nghiệm. ( Các phân tích cụ thể được nhóm trình bày trong mục V )
- Trong q trình thí nghiệm, bài thí nghiệm đã giúp các thành viên trong nhóm thành thạo

hơn trong việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm (dao động ký, máy đo đa năng...), nắm rõ
các quy tắc an tồn trong phịng thí nghiệm.
- Bài thực hành thí nghiệm giúp rèn luyện cho các thành viên khả năng làm việc nhóm chung,

phân chia và sắp xếp cơng việc hợp lý, đặc biệt hơn hết là rèn luyện khả năng xử lý vấn đề
khi nhóm gặp những sự cố trong quá trình thực hiện lắp mạch và đo đạc.
II. Các lý thuyết phải kiểm chứng:
- Mạch khuếch đại vi sai với ở cực phát.

2


lOMoARcPSD|20597457

-

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

1. Chức năng
-

Có khả năng khuếch
đại cái tín hiệu có tần
số nhỏ( tín hiệu một
chiều, có tần số vài
Hz), giảm thiểu tiếng

ồn do linh kiện và sự cản trở từ bên ngồi. Liên kết giữa các tầng mà khơng cần dùng
đến tụ.
-

Khuếch đại vi sai được sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn dưới nhỏ
(tới vài Hz), gọi là tín hiệu biến thiên chậm hay tín hiệu một chiều.

-

Khuếch đại vi sai là cơ sở để xây dựng khuếch đại thuật toán sử dụng Op- Amp.

2. Ngun lý hoạt động.
-

Khuếch đại vi sai có tín hiệu ra không 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.

3. Thông số mạch
-

Mạch gồm hai BJT giống nhau về thơng số nguồn dịng Emitter và điện áp các chân, các
điện trở mắc vào các chân C, B của hai BJT giống hệt nhau (). Điện trở mắc chung vào
chân E của hai BJT (đối với mạch khuếch đại vi sai với ở cực phát) và bộ BJT và các điện
trở đóng vài trị như một nguồn dịng (đối với mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực

phát). Tải mắc vào chân C của BJT thông qua tụ .
- BJT 2SD468 có các thơng số mạch ở
.
3


lOMoARcPSD|20597457

- Tụ : ngăn cản ảnh hưởng của tải đối với mạch DC.
- Điện trở : điện trở hồi tiếp âm, giúp ổn định phân cực chân C, giảm lưởng biến thiên dịng ở

cực phát.
- Nguồn dịng có tổng trở rất lớn, làm giảm CMRR ( hệ số tiệt tiêu dòng đồng pha), tăng khả
năng ứng dụng của mạch vi sai.
4. Tính tốn lý thuyết:
Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát
Tìm điểm phân cực tĩnh DC
Xét
Ta có VE1 = VE2 = RE (IE1 + IE2) + (-12)
= 2IE1RE – 12
= 2IE2RE – 12
Do mạch hoàn toàn đối xứng, ta tách thành 2 nhánh mạch với
R’E = 2RE
Giả sử cả hai BJT đều hoạt động ở chế độ tích cực thuận.
Xét định lý KVL tại vịng BE:
I B RB1 + VBE + 2 RE I E − 12 = 0
→ IB =

12 − VBE
≈ 0.0042( mA)
RB1 + 2( β + 1) RE

→ I E1 = I E2 = 1.01(mA)
→ I C1 = I C2 =
→ VCE1 = VCE2

β
I E = 1(mA)
β +1 1
= 12 − (−12) − IC1 ( RC1 + 2 RE ) = 7.2(V )

VCE1 = VCE2 = 7.2V > VCEsat

Ta thấy

nên giả định đặt ra ban đầu đúng.
Q1 = (1.5mA;7.2V )

 Vậy

Q2 = (1.5mA;7.2V )

và

4


lOMoARcPSD|20597457

_Xét mạch ở chế độ AC, vẽ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ ( model):

Do cả 2 BJT đều được phân cực ở điểm tĩnh như nhau nên

g m1 = gm 2 = g m =

I CQ
VT

rπ 1 = rπ 2 = rπ =

= 40( mA)

β
= 6(k Ω)
gm

và
Xét KCL tại node E ta có:

vπ 1
v
v
+ g m vπ 1 + g m vπ 2 + π 1 = E
rπ
rπ
RE
→ vπ 1 (

1+ β
1+ β
v
) + vπ 2 (
)= E
rπ
rπ
RE

vπ 1 v1 − vE vπ 2 v2 − vE
=
;

=
rπ
RB + rπ rπ
RB + rπ
Mặt khác:

(v1 + v2 − 2vCE )

1+ β
v
v1 + v2
= E → vE =
r + RB
rπ + RB RE
2+ π
(1 + β ) RE

Do đó:
→ vE =

v1 = vcm + vd / 2
Ta có

v2 = vcm − vd / 2

vcm
RB + rπ
1+
2( β + 1) R E

và
5


lOMoARcPSD|20597457

vo = − g mvπ 2 [RC / / RL ]
= − g m [RC / / RL ]

rπ
(v2 − vE )
RB + rπ

= − g m [RC / / RL ]

rπ
v
(vcm − d −
RB + rπ
2 1+

vcm
)
RB + rπ
2( β + 1) R E

= Ad vd + Acm vcm

Từ đó suy ra:
β [RC / / RL ]

rπ

 Ad = g m [RC / / RL ] 2( R + r ) = 2( R + r ) ≈ 63.6(V / V )

B
B
π
π

− β [RC / / RL ]
A =
≈ −0.5(V / V )
cm

RB + rπ + 2( β + 1) RE

CMRR =

Ad
≈ 127.2
Acm

Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dịng ở cực phát
Tìm điểm phân cực tĩnh DC
Xét
Sử dụng sơ đồ tương đương Thevenin ta có:

RTH = RJ 1 / / RJ 2 = 3.4( k Ω)
VTH =

RJ 1
(−12) = −6(V)
RJ 1 + RJ 2

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

6


lOMoARcPSD|20597457

2 I E1 = 2 I E 2 = I C 3 = β I B 3 = 1.94( mA)
→ I E1 = I E 2 = 0.97(mA)

I B3 =

VTH + 12 − VBE
β
= 0.008(mA) → I C1 = I C 2 =
I E1 = 0.968(mA)
RTH + ( β + 1) RE
β +1

I B1 RB1 + VBE + VCE 3 + I E 3 RE 3 = 12 → VCE 3 = 6.06(V )

KVL:
12 = I C1 RC1 + VCE1 + VCE 3 + I E 3 RE 3 − 12 → VCE1 = VCE 2 = 7.28(V )

KVL:

VCE1 = VCE 2 > VCEsat

Ta thấy

VCE 3 > VCEsat

và

nên giả định đặt ra ban đầu đúng.

_Xét mạch ở chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tính hiệu nhỏ ( model):

β [RC / / RL ]

 Ad = 2( R + r ) ≈ 61.9(V / V )

B
π

− β [RC / / RL ]
A =
cm

RB + rπ + 2( β + 1) Ro

Tương tự ta có:
Ro = ro =

VA
IC

Với

VA → ∞

trong đó VA là điện áp Early,

Ro → ∞

nên

Do đó Acm -> 0

7

Downloaded by hong chinh ()


lOMoARcPSD|20597457

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. Nguyên 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 (=1k2Ω). 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 còn lại ta chọn theo các giá trị trong danh
sách linh kiện bên dưới.

Phương

2.

pháp đo đạc
các đại
lượng:
a. Đo

các
giá
trị

phân cực tĩnh DC:
- Do ảnh hưởng của dịng lên hệ sơ 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.

8

Downloaded by hong chinh ()


lOMoARcPSD|20597457

Module

mạch phân
tĩnh DC

cực
Mạch khuếch đại E chung với ở cực phát

Mạch
khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát
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 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.
9

Downloaded by hong chinh ()


lOMoARcPSD|20597457

- 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 đơ lợi cách chung (Mạch nối nguồn dịng ở cực phát)
10

Downloaded by hong chinh ()


lOMoARcPSD|20597457

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 cơng thức ,với

và .

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

11

Downloaded by hong chinh ()

lOMoARcPSD|20597457

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

IV. Các kết quả thí nghiệm:
1. Đo phân cực tĩnh DC
 Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát

Dòng đo được: .
Dòng đo được:
Chênh lệch áp giữa hai chân B và E đo được: .
Điện áp phân cực tĩnh đo được: .
Độ lợi áp hfe được xác định theo công thức: .


Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

Dòng đo được: .
Dòng đo được:
Chênh lệch áp giữa hai chân B và E đo được: .
Điện áp phân cực tĩnh đo được: .
Độ lợi áp hfe được xác định theo công thức: .
2. Đo độ lợi cách chung Acm

Tiến hành theo module các mạch, ta được bảng giá trị:
Mạch
khuếch
đại vi

sai
RE ở cực
phát
Nguồn

Acm (V/V)
V0

V1

V2

Vcm

Lý
thuyết

Thực
nghiệm

3,2V

9,2V

9,2V

9,2V

-0.5

-0.35

0,76V

9,2V

9,2V

9,2V

0

0,0083
12

Downloaded by hong chinh ()


lOMoARcPSD|20597457

dòng ở
cực phát

Kết quả đo trên máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát: (phần phụ lục
hình ảnh): hình 1.1
Kết quả đo trên máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dịng ở cực phát: (phần
phụ lục hình ảnh): hình 1.2
3. Đo độ lợi vi sai Ad

Tiến hành theo module các mạch, ta được bảng giá trị:

Mạch
khuếch
đại vi
sai
RE ở cực
phát
Nguồn
dòng ở
cực phát

Ad (V/V)
V0

V1

V2

Vd

Lý
thuyết

Thực
nghiệm

7,22V

-0,17V

0,17V

0,34V

63,6

21,18

2,8V

-0,026V

0,026V

0,052
V

61,9

53,85

Kết quả đo trên máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát: (phần phụ lục
hình ảnh): hình 1.3
Kết quả đo trên máy dao động ký mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát: (phần
phụ lục hình ảnh): hình 1.4

 PHẦN PHỤ LỤC HÌNH ẢNH:

13

Downloaded by hong chinh ()

lOMoARcPSD|20597457

(hình 1.1)

(hình 1.2)

(hình 1.3)

(hình 1.4)

14

Downloaded by hong chinh ()