Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại bjt ghép e chung (báo cáo thí nghiệm mạch điện tử)

lOMoARcPSD|20597478

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:

Nguyễn Thanh Phương

Sinh viên thực hiện:

TP HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2022


lOMoARcPSD|20597478

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 công việc sau này.

II. CÁC GIẢ THUYẾT PHẢI KIỂM CHỨNG:

1. Sơ đồ nguyên lí hoạt động:
a. Mạch khuếch đại ghép E chung không hồi tiếp:

2


lOMoARcPSD|20597478

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.

3


lOMoARcPSD|20597478

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 không bị méo dạng.
- 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/ 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.

4


lOMoARcPSD|20597478

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
5


lOMoARcPSD|20597478

2. 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:

6

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

f L 143.62385Hz , f H 147.88423KHZ

- Cob= 15pF:

Từ thông số trên đồ thị ta có:
f L 143.71802 Hz , f H 77.547322 KHZ

- Cob= 30pF:

Từ thông số trên đồ thị ta có:
f L 142.79353Hz , f H 52.71972 KHZ

7

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

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

8

Downloaded by Vu Gi ()

lOMoARcPSD|20597478

- Cob= 1nF:

Từ thơng số trên đồ thị ta có:
f L 49.552693Hz , f H 6.9670564 KHZ

9

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

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
RB RTH 

RB1.RB 2
18.5, 6

4, 27 K 
RB1  RB 2 18.5, 6

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  .

VT
0, 636k 
I CQ

I
g m  C 199.6(mA / V )
VT

10

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

1.2. Ở chếế 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 :

11

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

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

v0

 AMB .
vi
s

s
1
Ci ( RB / / r  Ri )

Tần số cắt:
P1 

1
6, 437
Ci ( RB / / r  Ri )

 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

s

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

Tần số cắt:
1
909.32

Ri / / RB  r 
CE  RE / /(
)
1 



 f P 2  P 2 144, 72 Hz
2

P 2 

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

v0

 AMB .
vi
s

s
1
C0 ( RC  RL )

Tần số cắt:
P 3 

1
C0 ( RC  RL )

 f P3 

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

12

Downloaded by Vu Gi ()

lOMoARcPSD|20597478

- Tần số cao:

Ta có:

Vi ' 

RB / / r
.Vi
RB / / r  Ri

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

C1 C (1  gm.RL' )

Với


1 
C2 C  1 
' 
 gm.RL 
C 


220, 991 pF
2. .r . fT

AV 

v0
1
 AMB .
vi
1  s (C  C1 ) Ri'

Ta có:

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 :

f

100
Hz

300
Hz

500
Hz

1
kHz

2
kHz

4,59
kHz

10
kHz

30
kHz

50
kHz

100
kHz

13

Downloaded by Vu Gi ()

lOMoARcPSD|20597478

Av
Cobext=0pF

Av
Cobext=
15pF

Av
Cobext=
30pF

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

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 

 ( RC / / RL )
RB / /( r  (  1).RE1 )
.
 20, 48
r  (   1).RE1 RB / /(r  (   1).RE1 )  Ri

14

Downloaded by Vu Gi ()

lOMoARcPSD|20597478

15

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

- 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 :
 p1 

f p1 

1

3, 4378
Ci ( RB / /( r  (   1).RE1 )  Ri )

 p1
0,547 Hz
2

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

Ta có tần số :
 p2 
f p2 

1
C0 ( RC  RL )

1, 5152

p2
0, 241Hz
2

16

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

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

AV 

v0
 AMB .
vi
s

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

Ta có tần số :
 p3 

1



1
CE  RE 2 / /  RE1 
 r  RB / / Ri   

 1




398, 43

 p3
f 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 L max( f p1 , f p 2 , f p 3 ) 63.41Hz

- Tần số cao:

Ta có:

Vi ' 

RB / / r
.Vi
RB / / r  Ri

17

Downloaded by Vu Gi ()

lOMoARcPSD|20597478

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

C1 C (1  gm.RL' )

Với

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

C 


220,991 pF
2 r fT

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 :

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=1
nF

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:

18

Downloaded by Vu Gi ()


lOMoARcPSD|20597478

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 82,89kHz
f H 56, 23kHz

f H 147.88kHz
f H 77,55kHz
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 6,507 kHz

f H 426.62kHz

( 0; 15pF ; 30pF )

( 0; 1nF )

f H 6,97 kHz

- Các giá trị độ lợi tính tốn 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 toàn 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.

19

Downloaded by Vu Gi ()