Báo cáo thí nghiệm khảo sát mạch khuếch đại vi sai dùng bjt

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA</b>

<b>BÁO CÁO THÍ NGHIỆM</b>

<b>KHẢO SÁT MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG BJT</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM</b>

1 2011458 Trần Lê Khương _{nghiệm, Thơng số mạch}^{Ngun lý hoạt động, Quy trình thí}

2 1920078 Lê Hồng Vũ

Mục tiêu thí nghiệm, Chức năng, Phương pháp đo & Kết quả thí nghiệm: Đo các giá trị phân cực tĩnh DC

3 2013769 ^{Nguyễn Đặng Nhật}_Minh

Viết báo cáo, Nguyên lý hoạt động, Phương pháp đo & Kết quả thí nghiệm: Đo độ lới cách chung Ac

4 2021525 Huỳnh Tấn Ln

Viết báo cáo, Tính tốn lý thuyết, Phương pháp đo & Kết quả thí nghiệm: Đo độ lợi vi sai Ad

<b>BẢNG CHẤM ĐIỂM CHÉO TRONG NHÓM</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

III. LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO & PHƯƠNG PHÁP ĐO ... 13

1. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào ... 13

2. Phương pháp đo ... 13

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ... 17

V. NHẬN XÉT & KẾT LUẬN ... 28

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

I. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM

Bài thí nghiệm giúp nhóm kiểm chứng ngun lý hoạt động và các thơng số cơ bản của mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT . Những số liệu sai lệch khi tính toán 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.

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 CẦN KIỂM CHỨNG 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 ngoài. Liên kết giữa các tầng mà không 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. 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. Cụ thể là bộ khuếch đại vi sai chỉ nhằm đáp ứng sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào, v1 và v2. Tuy nhiên, trong thực tế, đầu ra phụ thuộc vào một mức độ nào đó trên tổng của các đầu vào này. Ví dụ, nếu cả hai đầu vào đều bằng nhau, điện áp đầu ra lý tưởng là bằng 0, nhưng trong một bộ khuếch đại thực tế thì khơng. Nếu hai đầu vào được

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

làm bằng nhau, chúng ta nói mạch nằm trong chế độ thông thường , trường hợp khi mạch phản ứng với sự khác biệt là gọi là chế độ vi sai

Bất kỳ hai điện áp đầu vào, �_�1và �_�2, có thể được giải quyết thành một phần chung và một phần khác biệt. Chúng ta xác định hai điện áp đầu vào mới như sau:

= � _{�1 �2}−

�_�=�_�1+ �_�2₂

Điện áp, �_�, là điện áp đầu vào chế độ vi sai và nó chỉ đơn giản là sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào. Điện áp �<small>�</small>, là điện áp đầu vào chế độ chung, và nó là trung bình của hai điện áp đầu vào.

Và người ta chứng minh được công thức:

�<small>� </small>= �<small>�</small>�<small>� </small>+ �<small>�</small>�<small>�</small> Với: �<small>� </small>là độ lợi áp vi sai

�_�là độ lợi áp cực chung

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

3. Thông số mạch

Hai mạch khuếch đại vi sai với �_�ở cực phát và mạch khuếch đại vi sai vở nguồn dịng ở cực phát tương đối giống nhau:

+Điểm chung: Vì tính chất của mạch khuếch đại vi sai nên rất đối xứng, sử dụng cặp �<small>�1 </small>= <small>�2 </small>= 5.6 Ω , �<small>�1 </small>= <small>�2 </small>= 1.2 Ω, �<small>� </small>= 5.6 Ω và con tụ ghép tải ở Ac �<small>� </small>= 10 0 và cặp BJT Q1Q2 có thơng số như nhau.

+Điểm khác: ở cực E của 2 mạch thì 1 mạch sử dụng �_�= 5. Ω 6 mạch kia sử dụng một con BJT dùng làm nguồn dịng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Hình 4.1.3 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ (π model) Do cả 2 BJT đều được phân cực ở điểm tĩnh như nhau nên

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Hình 4.2.1 Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát khi phân cực

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<i>KVL: 12 IC1RC1 VCE1 VCE3 IE3R_E3</i> 12 <i>V_CE1V_CE2</i> 7.28( )<i>V </i>

Ta thấy <i>VCE1 VCE VCE</i>2 <i>_sat</i>và <i>VCE3 VCE_sat</i>nên giả định đặt ra ban đầu đúng. Xét mạch ở chế độ AC, vẽ mơ hình tương đương tính hiệu nhỏ (� model):

Hình 4.2.2 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ (π model)

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

III. LỰA CHỌN CÁC DỮ KIỆN ĐẦU VÀO & PHƯƠNG PHÁP ĐO 1. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào

Các thông số mạch DC như hệ số khuếch đại hfe và �<small>�� </small>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 �_�1, _�2(=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 :

2. Phương pháp đo

Đo các giá trị phân cực tĩnh DC

<i>Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát<small>E </small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Khi mạch ở DC, nối tắt tải R bằng tụ, lắp mạch. Sử dụng DMM đo các số liệu <small>L </small> I<small>C1</small>,I ,I ,V<small>E1 B1BE1 </small>của BJT Q , I<small>1C2</small>,I ,I ,V<small>E2 B2BE2 </small>của BJT Q2

<i>Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Khi mạch ở DC, nối tắt tải R bằng tụ, lắp mạch. Sử dụng DMM đo các số liệu <small>L </small> I<small>C1</small>,I ,I ,V<small>E1 B1BE1 </small>của BJT Q , I<small>1C2</small>,I ,I ,V<small>E2 B2BE2 </small>của BJT Q2

Đo độ lợi cách chung Như đã nêu phía trên:

�_�= �<small>�</small>�_�+ �_��_�

Thì muốn đo độ lợi cách chung �<small>� </small>thì thành phần � �<small>�� </small>= 0 ➔ �<small>� </small>= 0 vậy phải chọn ngõ vào �<small>�1 </small>= �<small>�2 �</small>= Dấu: �_�mang dấu (+) nếu cùng pha

� mang dấu (-) nếu ngược pha

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

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

<i>v</i><small>1 </small>và<i>v</i><small>2 </small>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 �<small>�1</small>à � <small>�2</small>, mắc như vậy để �<small>1 </small>à �<small>2</small> 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 �<small>�</small>, , <small>1 2 </small>bằng dao động ký.

Tính độ lợi cách chung theo công thức �_���_�+ <small>�</small>�_�= <small>�</small>,với �<small>� </small>= − <small>2 1</small> và �<small>�</small>

=^�¹⁺₂<small>2 </small>= 0.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Đo các giá trị phân cực tĩnh DC

Từ thông số đo được của 2 BJT mạch R ở cực phát ta có :<small>E </small>

Ta thấy sai số giữa thực tế và lí thuyết khơng q lớn => Kiểm chứng mạch đúng Đo độ lợi cách chung

� �

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<i>i.Mạch khuếch đại vi sai với �</i><small>�</small>ở cực phát

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Do biên độ v lớn làm dạng điện áp ngõ ra v bị xén<small>i o </small>

<b>TH2: Chọn ngõ vào có biên độ nhỏ hơn</b>

�_�= 4 sin( ) ; = 1 ���2 Kết quả thí nghiệm:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<i>Thông số đo được</i> ngõ ra ngược pha với ngõ vào)

<i>ii.Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng cực phát</i>

Mắc mạch như hình:

Chọn ngõ vào �<small>1 </small>= = (2 ngõ vào phải bằng nhau)<small>2 � </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>TH2: Chọn ngõ vào có biên độ nhỏ hơn</b>

�<small>� </small>= 5 sin( ) ; = 1 ���2 Kết quả thí nghiệm:

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<i>Thông số đo được</i>

Đo độ lợi vi sai A<small>d</small> Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát<small>E </small>

Hình 4. Mạch khuếch đại vi sai với R ở cực phát<small>E </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>TH1 : �</b><small>� </small>= 1 sin( ) = 2ớ 1

Do biên độ v lớn làm dạng điện áp ngõ ra v bị xén<small>i o </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Mạch khuếch đại vi sai với nguồn dòng ở cực phát

<b>TH1 : �</b><small>� </small>= 1 sin( ) = 2ớ 1

Do biên độ v lớn làm dạng điện áp ngõ ra v bị xén<small>i o </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

V. NHẬN XÉT & KẾT LUẬN

Độ lợi cách chung Acm đo được khác với lý thuyết ( Bằng 0) vì khi tính tốn lý thuyết ta đang giả sử nguồn dịng lý tưởng ( Trở nguồn dòng bằng 0) còn khi thực hiện mạch thực, giá trị trở của nguồn dòng vẫn tồn tại.

Độ lợi vi sai giảm nếu mắc trở RE thay vì nguồn dịng ở chân E, vì nếu mắc thêm điện trở RE tổng trở ngõ vào của mạch khi ở chế độ vi sai sẽ tăng, dẫn đến vd tăng mà vd tỉ lệ nghịch với độ lợi nên Ad sẽ giảm.

Bổ sung: dựa vào dao động ký, khi đo độ lợi cách chung của mạch khuếch đại vi sai có nguồn dịng ở cực phát, ta thấy vcm lệch pha 900 so với vi. Ta có thể giải thích, lắp nguồn dịng hay bjt Q3 ở cực phát để tăng trở hồi tiếp âm, tăng hệ số CMRR giúp triệt tiêu tín hiệu đồng pha (nhiễu ). Khi tín hiệu vào là nguồn sin thì vcm là hàm cos, khi vi dần về 1 thì vcm dần về 0, Acm dần về 0 giúp cho mạch khuếch đại vi sai trở nên lý tưởng.

</div>