mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bằng phần mềm proteus 8

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

BÁO CÁO MÔ PHỎNG

Môn : MẠCH ĐIỆN TỬ 1
Giáo viên hướng dẫn : Thầy: CHẾ VIẾT NHẬT ANH
Sinh viên thực hiện:

Lê Thành Huy

51101343

Lại Ngọc Tuân

51104466

Lưu Xuân Hải

51104449

Nguyễn Sang Trường Sơn

51102938

TP.HCM, THÁNG 8 NĂM 2014
1


I.

Phần mềm dùng để mô phỏng:
Phần mềm được sử dụng là Proteus 8, là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt dộng của
mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chuong trình điều khiển cho các họ vi
điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của
Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng…ngoài ra
còn mô phỏng các mạch số, mạch tuong tự một cách hiệu quả. Proteus là bộ công cụ
chuyên về mô phỏng mạch điện tử.

*Hướng dẫn sử dụng cơ bản Proteus :
Bước 1: Khởi động chương trình ISIS bằng cách chọn START -> All
Program -> Proteus 7 Professional -> ISIS 7 Professional từ màn hình
desktop của Window

2


Màn hình làm việc của ISIS xuất hiện với đầy đủ các menu lệnh cũng như các
thanh công cụ hỗ trợ cho việc tạo và mô phỏng mạch điện.

3


Bước 2: Lấy linh kiện từ thanh công cụ nhấp chọn vào Component Mode chọn tiếp Pick
from Libraries cửa sổ Pick Devices hiện ra

Muốn lấy linh kiện gì, chỉ cần gõ tên linh kiện đó, sau đó kích đúp vào linh kiện để lấy linh
kiện ra, ví dụ như cần lấy điện trở, ta gõ Res, sau đó kich đúp để lấy.

4

Sau khi đã kích đúp vào linh kiện trong thư viện, ta đóng cửa sổ Pick Devices, trong khung
device selector sẽ xuất hiện linh kiện, chúng ta nhấp chọn linh kiện và đưa ra vùng vẽ nhấp
chuột trái là đã vẽ xong linh kiện.

5


Sau khi vẽ mạch xong, chúng ta có thể cho mạch chạy bằng cách kích vào nút Play bên góc
trái phía dưới như trong hình

II.

Mục tiêu:
Mô phỏng được hoạt động của BJT và MOSFET, khảo sát mạch và so với lý thuyết đã
được học.
Làm quen với việc ứng dụng lý thuyết vào thực tế.

III.

Mô phỏng mạch khuếch đại:
A. Mạch khuếch đại BJT:
1. B chung (Common Base):
a) Giới thiệu:
Mạch khuếch đại BJT mắc theo kiểu B chung có chân B
đấu vào mass. Tín hiệu được đưa vào cực E và lấy ra trên cực
C.
 Ứng dụng của B-common Amplifier
Mạch này ít khi được sử dụng trong các mạch có tín hiệu

tần số thấp như là bộ khuếch đại dùng cho microphone. Mặt
khác, mạch này lại được sử dụng rộng rãi trong các mạch
6


tần số cao như VHF (Very High Frequency – 30 to 300MHz) và UHF (Ultra High
Frequency – 300MHz to 3GHz).
Chúng được sử dụng bởi vì tụ diện không bị ảnh huởng bới hiệu ứng Miller và có
sự cách ly cao giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra vì B (base) tách chúng ra. Vì sự cách
ly cao nên dẫn dến bị ảnh huởng nhỏ bởi hiện tượng hồi tiếp từ output trở về input
ổn định cao.
b) Mô phỏng:
Sơ đồ mạch khuếch đại BJT mắc B chung:
β = 240, VBE=0.7V

 Phân cực DC:

7


 Kết quả mô phỏng:
IB=19.2 µA
VC=6.26 V
VE=1.06 V
 Kết quả tính theo lí thuyết:
VTH =
VCC =
12 = 1.83V
RTH =
= 3.05 kΩ

VTH = RTHIB + VBE + (β+1)REIB
 IB=20 µA
VC = VCC – βRCIB = 12-240*1.2*20*10-3 = 6.24V
VE = (β+1)IBRE = 1.06V
 Chế độ AC:

8


 Kết quả mô phỏng:
vo = 2.9V
vi = 3.52V
 = 0.82
 Kết quả tính theo lí thuyết:
=
= 30.44
Sóng của Vin và Vout, màu vào là sóng của Vin, màu tím là sóng Vout.

9


c) Kết luận:
Kết quả tính toán các giá trị DC lý thuyết gần sát với các giá trị khi mô
phỏng. Hệ số khuếch đại A lý thuyết có sự chênh lệch lớn với thực tế, 0.82
so với 0.1
Sai số có thể do:
 Sai số của các thông số linh kiện.
 Các thông số của BJT BC547 trên thực tế có thể sai khác với các
thông số lý thuyết đã được làm tròn.
2. C chung (common collector):

a) Giới thiệu:
Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn. Tín
hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E, mạch có sơ đồ như sau :
 Ứng dụng của mạch C chung:
Mạch được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper), truớc
khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh, nguời ta thuờng dùng mạch Damper để
khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn. Ngoài ra mạch còn được dùng rất nhiều
trong các mạch ổn áp nguồn.
b) Mô phỏng:
Sơ đồ mạch khuếch đại BJT mắc C chung:

10


 Phân cực DC:

 Kết quả mô phỏng:
IB=17.4 µA
11


VC=12 V
VE=1.06 V
 Kết quả tính theo lí thuyết:
VTH =
VCC =
12 = 1.83V
RTH =
= 3.05 kΩ
VTH = RTHIB + VBE + (β+1)REIB

 IB=20 µA
VC = 12V
VE = (β+1)IBRE = 1.06V
 Chế độ AC:

 Kết quả mô phỏng:
vo = 2 V
vi = 3.53V
 = 0.57
 Kết quả tính theo lí thuyết:
=
= 0.97
Sóng của Vin và Vout, màu vào là sóng của Vin, màu tím là sóng Vout.

12


c) Kết luận:
Kết quả tính toán các giá trị DC lý thuyết gần sát với các giá trị khi mô
phỏng. Hệ số khuếch đại A lý thuyết có sự chênh lệch lớn với thực tế, 0.57
so với 0.97
Sai số có thể do:
ố của các thông số linh kiện.
ố của BJT BC547 trên thực tế có thể sai khác với các thông số
lý thuyết đã được làm tròn.
3. E chung có RE:
a) Giới thiệu:
Mạch khuyếch đại BJT mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống
mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu
đưa vào cực B và lấy ra trên cực C.

Mạch khuyếch đại E chung có sơ đồ như sau :

13


Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị
điện tử.
b) Mô phỏng:
Sơ đồ mạch khuếch đại BJT mắc E chung:

 Phân cực DC:

14


 Kết quả mô phỏng:
IB=19.2 µA
VC=6.26 V
VE=1.06 V
 Kết quả tính theo lí thuyết:
VTH =
VCC =
12 = 1.83V
RTH =
= 3.05 kΩ
VTH = RTHIB + VBE + (β+1)REIB
 IB=20 µA
VC = VCC – βRCIB = 12-240*1.2*20*10-3 = 6.24V
VE = (β+1)IBRE = 1.06V
 Chế độ AC:

15


 Kết quả mô phỏng:
vo = 4.54 V
vi = 3.52V
 = 1.29
 Kết quả tính theo lí thuyết:
=
= -2.41

Sóng của Vin và Vout, màu vào là sóng của Vin, màu tím là sóng Vout.

16


d) Kết luận:
Kết quả tính toán các giá trị DC lý thuyết gần sát với các giá trị khi mô phỏng
4. E chung không có RE:
a) Giới thiệu:
Mạch khuyếch đại BJT mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống
mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu
đưa vào cực B và lấy ra trên cực C.
Mạch khuyếch đại E chung có sơ đồ như sau :

Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết
bị điện tử.
b) Mô phỏng:

17


 Phân cực DC:

18


 Kết quả mô phỏng:
IB=0.35 mA
VC=0.36 V
VE=0 V
 Kết quả tính theo lí thuyết:
VTH =
VCC =
12 = 1.83V
RTH =
= 3.05 kΩ
VTH = RTHIB + VBE
 IB=0.37 mA
VC = VCC – βRCIB = 12-240*1.2*0.37 <0  cut off
VE = 0 V
Sóng của Vin và Vout, màu vào là sóng của Vin, màu tím là sóng Vout.

19


c) Kết luận:
Kết quả VC trong mô phỏng sai so với lí thuyết. Điều này có thể do phần
mềm.

B. Mạch khuếch đại MOSFET:
1. G chung :
a) Mô phỏng:
Sơ đồ mạch khuếch đại MOSFET mắc G chung:

20


Sử dụng MOSFET IRF540 có kn=2.75 A/V2 và Vt=2 V
 Phân cực DC:

21


 Kết quả mô phỏng:
ID = 1 mA
VGS = 2.06 V
 gm =
= 67 mA/V
 Kết quả tính theo lí thuyết:
VTH =
VCC =
15 = 2.29 V
RTH =

= 3.05 kΩ

IB=0  VG=VTH=2.29 V
ID= kn(VGS-Vt)2

 ID=1.2mA
 VGS=VG – VS = 2.29-1.2*0.22=2.03V
 Chế độ AC:

22


 Kết quả mô phỏng:
vo = 5.32 V
vi = 3.53V
 = 1.5
 Kết quả tính theo lí thuyết:
= gm(RD//RL) = 1.2
Sóng của Vin và Vout, màu vào là sóng của Vin, màu tím là sóng Vout.

23


b) Kết luận:
Các thông số thu được trên mạch mô phỏng chỉ có kết quả gần dúng so
với lý thuyết.
ệc xảy ra sai số có thể do:
- Các sai số của linh kiện điện tử.
- Do các thông số của JFET được mặc định trong mô phỏng là cố định,
còn trên thực tế JFET được tra các thông số ở các diều kiện khác nhau
(datasheet).
- Do bỏ qua điện trở 𝑟 trong quá trình tính toán trên lý thuyết (đối với tính
𝐴v ).

2. D chung:

a) Mô phỏng:
Sơ đồ mạch khuếch đại MOSFET mắc D chung:

24


 Phân cực DC:

25