Báo cáo thí nghiệm môn mạch điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⁂

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
MƠN:

MẠCH ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH PHƯƠNG

LỚP: DT01

NHÓM 9

13/05/2019


Mục lục
Bài 1: Kiểm chứng mạch khuếch đại BJT ghép E chung: DC và AC...........4
1. Mục tiêu thí nghiệm................................................................................. 4
2. Các giả thuyết phải kiểm chứng.............................................................. 4
3. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng....7
4. Các kết quả thí nghiệm............................................................................ 8
5. Phân tích so sánh và kết luận................................................................. 14
Bài 2: Kiểm chứng mạch khuếch đại ghép vi sai dùng BJT.........................18
1. Mục tiêu thí nghiệm............................................................................... 18
2. Các giả thuyết phải kiểm chứng............................................................18
3. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng. .21
4. Các kết quả thí nghiệm.......................................................................... 24
5. Phân tích so sánh và kết luận................................................................32

Bài 3: Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp..............................35
1. Mục tiêu thí nghiệm...............................................................................35
2. Các giả thuyết phải kiểm chứng............................................................35
3. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng. .40
4. Các kết quả thí nghiệm........................................................................41
5. Phân tích so sánh và kết luận...............................................................47
Bài 4: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại BJT ghép E chung.........51
1. Mục tiêu thí nghiệm...............................................................................51
2. Các giả thuyết phải kiểm chứng.............................................................51
3. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng. .60
4. Các kết quả thí nghiệm...........................................................................60
5. Phân tích so sánh và kết luận.................................................................67

2



Bài 1: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI BJT
GHÉP E CHUNG: DC VÀ AC
1.

Mục tiêu thí nghiệm

Khảo sát mạch khuếch đại BJT ghép E chung khơng hồi tiếp và có hồi tiếp
- Đo điểm tĩnh DC: đo được ICQ, IBQ ,VCEQ của BJT ở chế độ DC.
���
- Tính được hệ số β =
, so sánh với khoảng giá trị của β trong datasheet.
���

- Dùng kết quả điểm tĩnh DC để tính các giá trị AV, ZIN, ZOUT theo lý thuyết.
- Sử dụng thành thạo Scope có 2 chanel để quan sát dạng sóng ngõ vào ,
dạng sóng ngõ ra .
- Tìm biên độ lớn nhất của áp ngõ vào mà ngõ ra khơng méo dạng |max để
tìm được chính xác.
- Xác định tần số dãy giữa và đo AV mạch ở tần số dãy giữa: khoảng tần số
tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ngược pha, khi đó các tụ ghép xem như ngắn
mạch, các tụ kí sinh xem như hở mạch, kết quả độ lợi áp ít bị ảnh hưởng bởi
các tụ điện.
- Với tần số dãy giữa, quan sát trên dao động kí dạng sóng ngõ vào và ngõ ra,
đọc biên độ V , V
và tính độ lợi áp A
|���|
V=
.
IN
OUT
|
����|

- Từ đó đưa ra nhận xét về sự khác nhau về độ lợi áp của BJT ghép E
chung có hồi tiếp và khơng có hồi tiếp.
- Đo tổng trở ngõ vào ZIN, so sánh với kết quả tính lý thuyết.
- Đo tổng trở ngõ ra ZOUT, so sánh với kết quả tính lý thuyết.
- Thấy được sự khác nhau của mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp và
không hồi tiếp. Tác dụng của từng loại mạch và công dụng của các phần tử
trong mạch.
2. Các giả thuyết phải kiểm chứng
2.1. Nguyên lý hoạt động:

Điện áp xoay chiều Vi đưa vào chân B của BJT, tín hiệu ở tần số dãy giữa,
các tụ điện ghép xem như ngắn mạch, cho tín hiệu AC đi qua đồng thời cách li
thành phần DC, do BJT được phân cực hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu đưa
vào là tín hiệu bé, độ dốc của IC gần như đường thẳng, mạch hoạt động gần như


tuyến tính, nên tín hiệu lấy ra ở chân C VO được khuếch đại, ngược pha với tín
hiệu ngõ vào.
2.2. Sơ đồ tương đương và các thông số quan trọng

a) Mạch BJT khuếch đại E chung khơng hồi tiếp:

Hình 2.1: Mạch khuếch đại ghép E chng không hồi tiếp
 Điểm tĩnh Q:

�.(12
ICQ =

� �2

��1+
��2

−
�

��)

(��1 // ��2) +
( ( + 1)(��1+ ��2)

VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2)

𝛽+ ICQ
1
𝛽

 Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ mạch khuếch đại BJT E chung không hồi
triếp:


hie

;

0.025.ℎ��
=

hfe ≈ β

���

Theo sơ đồ:

ZIN = Rb // hie = RB1 // RB2 // hie
ZOUT = RC
AV = - hfe � .
�
. ��

�� +

��

�� // ��1 // ��2

. ℎ��+ �� // ��1 //
� �2

1

. ��

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

Hình 2.2: Mạch khuếch đại ghép E chung có hồi tiếp
 Điểm tĩnh Q:

𝛽.(12
ICQ =

� �2

��1+
��2

−
�

��)

(��1 // ��2) +

( ( + 1)(��1+ ��2)
VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2)

 Sơ
đồ
tư
ơn

g đương tín hiệu
nhỏ:


𝛽+1

𝛽

ICQ


hie

;

0.025.ℎ��
=

hfe ≈ β

���

Theo sơ đồ:

ZIN = RB1 // RB2 // (hie +RE1(hfe + 1))
ZOUT = RC

AV = - hfe � .
�
. ��

�� +
��

� // �

// �

1

�1
�2
. ℎ��+ ��1 (ℎ� �� +1)+
�� // ��1 // . ��

� �2

3. Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng
3.1. Đo DC:
+ Lắp mạch theo module trong hộp thí nghiệm.
+ Ngắn mạch thành phần AC
+ Đo ICQ: dùng máy đo ở chế độ DC, thang đo 100mA, đo dòng ICQ chỉ

vài mA, que đo nối tiếp với dòng ICQ
+ Đo IBQ: máy đo ở chế độ DC, thang đo 100mA, dịng IBQ có giá trị rất
nhỏ, que đo nối tiếp với dòng IBQ.
+ Đo VCEQ: máy đo cho đo V ở chế độ DC, cắm que đo vào đầu C và đầu
E của BJT.
���
+
I Từ I ,
tính β =
CQ

BQ

���

+ Chọn ngõ vào Vi là sóng sin, biên độ tầm mV
3.2. Đo AV:

+ Chọn các giá trị Vi nhỏ hơn |Vi|max để ngõ ra Vo không bị méo dạng.


+ Chọn tầm số đo là tần số dãy giữa để mạch xem như là thuần trở, AV
không phụ thuộc vào trở kháng của các tụ điện (3kHZ, 5kHz, 8kHz)


+ Quan sát dạng sóng bằng dao động ký, Vi vào CH1, Vo vào CH2, chọn
xem ở chế độ DUAL, điều chỉnh VOL/DIV phù hợp, ghi lại kết quả Vi, Vo
theo trị đỉnh – đỉnh từ đó tính AV

�� �−�

= − �� �−�

3.3. Đo Zin:

+ Cố định Vi và tần số, thay đổi các trở Ri, quan sát và ghi lại các giá trị
Vo khác nhau trên oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh).
+ Chọn (Ri1, Ri2) = (1k, 2.7k), (1k, 6.8k), (2.7k, 6.8k). Các Ri khác nhau,
chênh lệch đáng kể, ngõ ra sẽ chênh lệch, khơng q gần nhau.
+ Tính Zin
3.4. Đo Zout:

+ Cố định Vi và tần số, thay đổi các trở RL, quan sát và ghi lại các giá trị
Vo khác nhau trên oscilloscope (trị đỉnh – đỉnh).
+ Chọn (RL1, RL2) = (5.6k, 1.2k), (5.6k, 1k), (1k, 1.2k)
+ Tính Zout
4. Các kết quả thí nghiệm
4.1. Đo phân cực tĩnh DC

Kết quả đo
ICQ = 5.201 mA ; IBQ = 0.019 mA ; VCEQ = 4.67 V
���

β = ��� =

5.201

= 273.74

0.019

4.2. Đo độ lợi áp AV :

a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp:
Ngõ ra không bị méo dạng:
Bảng 4.1: Kết quả đo AV mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Tần số

Vipp

Vopp

AV

3kHz

0.04V

3.2V

-80

5kHz

0.08V

6.4V

-80

8kHz

0.1V

8V

-80


Hình 4.1: Kết quả đo Av1

Hình 4.2: Kết quả đo AV2


Hình 4.3: Kết quả đo AV3

�̅ � =
∆AV

��1 + ��2 + ��3
3

=

−80−80−80
= - 80
3

=
|

�̅
̅�̅− ��1 |
+|
�̅
̅�̅− ��2 |
+|
�̅
̅�̅− ��3 |

=

3
|−80−(−80)|+|−80−(−80)|+|−80−(−80)|
3

=0

→ AV = �̅�̅ ± ∆AV = - 80
b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp:
Ngõ ra khơng bị méo dạng

Bảng 4.2: Kết quả đo AV mạch khuếch đại BJT E chung co hồi tiếp
Tần số

Vipp

Vopp

AV

3kHz

0.15V

3.2V

21.333

5kHz

0.2V

4.4V

22

8kHz

0.38V

7.6V

20


Hình 4.4: Kết quả đo Av1


Hình 4.5: Kết quả đo AV2

Hình 4.6: Kết quả đo GV3
�̅ � =
∆AV

��1 + ��2 + ��3
3

=
|

�̅
̅�̅− ��1 |
+|
�̅
̅�̅− ��2 |
+|
�̅
̅�̅− ��3 |

=

−21.333 +(−22)+(−20)
= - 21.111
3


3

=

|−21.111−(−21.333)|+|−21.111−(−22)|+|−21.111−(−20)|
3

→ AV = �̅�̅ ± ∆AV = -21.111 ± 1.407

= 1.407


4.3. Đo tổng trở ngõ vào:

a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Bảng 4.3: Kết quả đo Zin mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Ri1

Ri2

Vo1

Vo2

Zin

1kΩ

2.7kΩ

8V

4.5V

1.185kΩ

1kΩ

6.8kΩ

8V

2.1V

1.064kΩ

2.7kΩ

6.8kΩ

4.5V

2.1V

0.8875kΩ

���1+ ��1
��2

=

→

���1+ 1

=

���1+ ��2

���1+ 2.7

��1

8

Tương tự:

4.8

= 1.185 kΩ

→
in1

Zin2 = 1.068kΩ
Zin3 = 0.8875kΩ

̅̅��
�̅ =

���1+ ���2+ ���3
3

∆Zin =

̅ ���1 |+| �
̅ ̅�̅�̅− ���2 |+| �̅�̅�̅− ���3 |
|�̅�̅�−
3

=

=

1.185+1.068+0.8875
3

= 1.047 kΩ

|1.047−1.185|+|1.047−1.068|+|1.047−0.8875|
3

=

0.106

→ Zin = �̅�̅�̅ ± ∆Zin = 1.047 ± 0.106 kΩ
b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp
Bảng 4.4: Kết quả đo Zin mạch khuếch đại BJT E chung co hồi tiếp
Ri1

Ri2

Vo1

Vo2

Zin

1kΩ

2.7kΩ

7V

4.8V

2.709kΩ

1kΩ

1.2kΩ

7V

6.6V

2.3kΩ

1.2kΩ

2.7kΩ

6.6V

4.8V

2.8kΩ

���1+ ��1
��2

=

1
→

���1+

=

4.8

→

= 2.709kΩ
���1+ ��2


��1

�
��

1

+
2
.
7

6.1

i
n
1


Tương tự:

Zin2 = 2.3kΩ
Zin3 = 2.8kΩ


̅̅��
�̅ =

���1+ ���2+ ���3
3

∆Zin =

̅ ���1 |+| �
̅ ̅�̅�̅− ���2 |+| �̅�̅�̅− ���3 |

|�̅�̅�−
3

=

=

2.709 + 2.3 +2.8
3

= 2.603 kΩ

|2.603−2.709|+|2.603−2.3|+|2.603−2.8|
3

=

0.202 kΩ

→ Zin = �̅�̅�̅ ± ∆Zin = 2.603 ± 0.202 kΩ
4.4. Đo tổng trở ngõ ra:

a) Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp
Bảng 4.5: Kết quả đo Zout mạch khuếch đại BJT E chung khơng hồi tiếp
RL1

RL2

Vo1

Vo2

Zout

5.6kΩ

2.7kΩ

8V

6.8V

1.1kΩ

5.6kΩ

1kΩ

8V

4.8V

0.95kΩ

1kΩ

2.7kΩ

4.8V

6.8V

0.877kΩ

Cơng thức tính tổng trở ngõ ra :
2.7( 5.6 + ����1)

→
→Z

=

7

= 1.1 kΩ
out1

5.6 (2.7 + ����1)
8

Tương tự:

Zout2 = 0.95 kΩ
Zout3 = 0.877 kΩ

̅̅���
�̅ =

����1+ ����2+ ����3
3

∆Zout =

=

1.1+0.95+0.877
3

=

0.976 kΩ

|�̅�̅�̅� − ����1 |+| ̅�̅�̅�̅� − ����2 |+| ̅�̅�̅�̅� − ����3 |
3

=

|0.976−1.1|+|0.976−0.95|+|0.976−0.877|
3

→ Zout = �̅�̅�̅� ± ∆Zout = 0.976 ± 0.083 kΩ

= 0.083


b) Mạch khuếch đại BJT E chung có hơi tiếp
Bảng 4.6: Kết quả đo Zout mạch khuếch đại BJT E chung có hồi tiếp
RL1

RL2

Vo1

Vo2

Zout

5.6kΩ

1.2kΩ

6.5V

4.2V

0.983kΩ

5.6kΩ

1kΩ

6.5V

3.8V

0.89kΩ

1kΩ

1.2kΩ

3.8V

4.2V

1.333kΩ

Cơng thức tính tổng trở ngõ ra :
1.2(5.6 + ����1)

→
→Z

5.6 (1.2 + ����1)

∆Zin =

����1+ ����2+ ����3
3

=

= 0.983kΩ
out1

6.
2

Tương tự:

̅̅���
�̅ =

4.2

=

Zout2 = 0.89kΩ
Zout3 = 1.333kΩ

0.983+0.89+1.333
3

=

1.068 kΩ

|�̅�̅�̅� − ����1 |+| ̅�̅�̅�̅� − ����2 |+| ̅�̅�̅�̅� − ����3 |
3

=

|1.068−0.983|+|1.068−0.89|+|1.068−1.333|
3

→ Zout = �̅�̅�̅� ± ∆Zout = 1.068 ± 0.176 kΩ
5. Phân tích so sánh và kết luận:
Tính tốn lý thuyết theo 2 dữ liệu đo được lúc làm thí nghiệm:
hfe = β = 273.74, VBE = 0.621V
5.1. Phân cực tĩnh DC:

 Lý thuyết

��2
� � 1+
� �2

�.(12
ICQ =

−
�

��)

(��1 // ��2) +
( (� + 1)(��1+ ��2)

=

0.176


273.74(12 ×

= 5.6

5.6

−0.621)

= 5.1885 (mA)

18+5.
6

+274.74(22+390)×1
×18
5.6+1 0−3
8
VCEQ = 12 – RC.ICQ – (RE1 + RE2)

�+1

ICQ
�
273.74+1
= 12 – 1×5.1885 – (22 + 390) × 10−3 ×
273.74

 Sai số so với thực tế
Cơng thức sai số: %sai số = |
%ICQ = |

×5.1885 = 4.666 (V)

Thực tế −lý thuyết
Lý thuyết

| .100%

5.201−5.18
85
|.100% = 0.24%

5.1885
4.67−4.6
66
%VCEQ = | 4.66
6

|. 100% = 0.21%

 Phân tích đánh giá
+ hfe theo datasheet của BJT 2SD468 là 85 – 240 nhưng khi đo thì hfe của
BJT là 273.74 . Nguyên nhân là do h fe thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng
tăng thì hfe càng lớn .
+ Nhìn chung các sai số khi đó phân cực tĩnh DC là I CQ và VCEQ khơng
khác biệt lắm so với tính tốn trên lý thuyết.
5.2. Mạch khuếch đại BJT E chung không hồi tiếp:

 Lý thuyết
hie
0.025.ℎ��
=
���

=

0.025 ×273.74
5.1885

= 1.32kΩ

- Độ lợi áp
AV = - hfe � .
�
. ��

�� +
��

�� // ��1 // ��2

. ℎ��+ �� // ��1 //
� �2

1
1 1 +1
+

1

. ��


= -273.74

1 18 5.6

×

1×5.6

1+ 5.6

1.32

1
1 1 +1
+
1 18 5.6

- Tổng trở ngõ vào
ZIN = RB1 // RB2 // hie =
- Tổng trở ngõ ra
ZOUT = RC = 1kΩ

 Sai số so với thực tế
%AV = |

−80 −
(−88.345)

×

1
1
1.32

1

= -88.345

1 = 1.008 kΩ

1

+

1

+

18

5.6

|. 100% = 9.446%

−88.34
5

1.047−1.0
08
|. 100% = 3.869%
%Zin = |
1.008

%Zout = |

0.976−1
1

|. 100% = 2.4%

 Phân tích đánh giá
+ 2 đại lượng Zin và Zout khá đúng với thực tế nhưng AV thì lại có sai số
khá lớn. Ngun nhân là do dụng cụ đo không hiển thị được giá trị cụ thể mà
chỉ nhìn vào vạch chia để xác định giá trị Vp-p sau đó lập tỉ số nên dẫn đến
việc sai sót trong số liệu.
+ Hướng giải quyết: Chỉnh Volt/div nhỏ lại để có thể tăng độ chính xác
khi đọc giá trị Vout và Vin. Đồng thời làm thí nghiệm ở một nơi có nhiệt độ
mơi trường ổn định để hfe không bị thay đổi
5.3. Mạch khuếch dại BJT E chung có hồi tiếp:

 Lý thuyết
hie

0.025.ℎ
=
��
���

=

0.025 ×273.74
5.1885

= 1.32kΩ

- Độ lợi áp
AV = - hfe � .
�
. ��

�� +
��

� // �

1
+
1

= -273.74

1+ 5.6

1

� �2

1×5.6

×

// �

�1

�2
. ℎ��+ ��1 (ℎ� �� +1)+
�� // ��1 // . ��

1
1

+
5.
6

1
1

18
1.32+22×10−3×274.74

+ 1

1+

×

1
1
+ 5.6
18

1
1

= - 23.022
- Tổng trở ngõ vào
ZIN = RB1 // RB2 // (hie +RE1(hfe + 1))

1

=

1
1 = 2.7033 kΩ
1
+ +
18 5.6
1.32+22×10−3×274.74

- Tổng trở ngõ ra
ZOUT = RC = 1kΩ

 Sai số so với thực tế

−21.111 −
(−23.022)

%AV = |

|. 100% = 8.3%

−23.022

2.603−2.70
33
|. 100% = 3.71%
%Zin = |
2.7033

%Zout = |

1.068−1
1

|. 100% = 6.8%

 Phân tích đánh giá
+ Các đại lượng Zin, Zout khơng có sự chênh lệch nhiều giữa lý thuyết với
thực tế nhưng AV lại có sự chênh lệch khá lớn.
+ Nguyên nhân: do dụng cụ đo không hiển thị được giá trị cụ thể mà chỉ
nhìn vào vạch chia để xác định giá trị Vp-p sau đó lấp tỉ số nên dẫn đến việc
sai sót trong số liệu. Bên cạnh đó giá trị AV cịn phụ thuộc vào hfe (một đại
lượng thay đổi theo nhiệt độ môi trường).


Bài 2: KIỂM CHỨNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP
VI SAI DÙNG BJT
1. Mục tiêu thí nghiệm
Kiểm chứng được mạch khuếch đại vi sai dùng BJT:
- Biết cách lắp mạch ghép BJT tạo thành mạch khuếch đại vi sai từ module
thí nghiệm, hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai dùng
BJT với điện trở RE ở cực phát và nguồn dịng ở cực phát

- Đảm bảo mạch có nguồn DC duy trì hoạt động, dùng máy đo đa năng đo
được phân cực DC của mạch và cách li thành phần DC với ngõ ra bằng
cách ghép nối tụ điện.
- Biết cách sử dụng máy phát sóng để tạo sóng ngõ vào phù hợp: điều
chỉnh biên độ phù hợp, tần số dãy giữa để quan sát ngõ ra không méo
dạng, biết cách tạo hai tín hiệu v1, v2 cùng pha, ngược pha từ những luật
mạch cơ bản áp dụng trên module thí nghiệm theo yêu cầu của bài thí
nghiệm.
- Sử dụng hiệu quả dao động ký để quan sát sóng ngõ vào, ngõ ra, đọc
được các giá trị đỉnh đỉnh trên dao động ký để phục vụ cho việc tính tốn
độ lợi áp.
- Đo đạc, kiểm chứng độ lợi áp cách chung AC khi hai sóng ngõ vào chân
B cùng pha, độ lợi áp vi sai Ad khi hai sóng ngõ vào chân B ngược pha
của cả hai mạch, so sánh với lý thuyết, rút ra nhận xét, đánh giá và giải
thích về sự khác nhau giữa các kết quả.
- Từ kết quả đo được độ lợi áp cách chung, độ lợi áp vi sai, tính được tỷ
lệ triệt tín hiệu đồng pha CMRR.
2. Các giả thuyết cần kiểm chứng
2.1. Mạch khuếch đại vi sai với RE ở cực phát:
 Nguyên lý hoạt động: Mạch gồm 2 BJT giống nhau về mọi thông số,
ghép chung chân C, chân E, tín hiệu đầu vào đưa vào chân B, điện trở RE hồi
tiếp âm giúp mạch luôn hoạt động ở chế độ tích cực, tín hiệu ngõ ra lấy ở chân
C là khuếch đại hiệu giữa 2 tín hiệu đầu vào ( tín hiệu bé).