Bộ Công thương Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh    Thí nghiệm MẠCH ĐIỆN TỬ 2 Người biên soạn Nguyễn Hoàng Việt Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 1 Bài 1: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ THẤP CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHÉP RC A. Thiết bị sử dụng: - Modul thí nghiệm - Dao động ký, VOM - Dây nối - Máy phát sóng sin - Máy tính có phần mềm Orcad B. Phần thực hành: I. Dùng BJT I.I> Lý thuyết cơ bản 1.1. Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại  Mỗi mạch khuếch đại đều có một khoảng tần số hoạt động nhất định, gọi là băng thông (Bank width) hoạt động của hệ thống. Ký hiệu: BW = [f H – f L ] (Hz)  Mạch khuếch đại được đặc trưng bởi hàm truyền hệ số khuếch đại, được gọi là A i hay A v .  Đáp tuyến băng thông của mạch khuếch đại 1.2. Phương pháp khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại a. Phương pháp khảo sát: i. Bước 1: Vẽ mạch tương đương ở vùng tần số hoạt động ii. Bước 2: Thiết lập biểu thức của hàm truyền hệ số KĐ iii. Bước 3: Vẽ biểu đồ Bode cho tần số và pha Ví dụ: Cho mạch điện tương đương sau 0 Vo I1 ie C R1 R2 Rc V1 vi + - )(dBA x f(Hz) A m 2 m A f L f H Midband gain Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 2 Ta có jwC R jwC R R Rc v i i Rci Vi Vo A i e e e v 1 1 1 2 2 1     )//(1 )1( )( ) 1 ( 21 2 21 21 21 2 RRjwC jwCR RR Rc jwC RR RR jwC R RcA v          Vậy )//(1 )1( 21 2 21 RRjwC jwCR RR Rc A v      Đặt )//( 1 , 1 21 2 2 1 RRC W CR W  => )1( )1( 2 1 21 W w j W w j RR Rc A v      Vậy: 2 2 2 1 21 )(1 )(1 W w W w RR Rc A v      (1)  Vẽ biểu đồ Bode cho tần số tín hiệu Khai triển decibel ta được:   2 2 2 121 )(1lg20)(1lg20)lg(20lg20 W w W w RR Rc AdBA vv    (dB) Hay 210 )( AAAdBA v  Xấp xĩ gần đúng            )(lg20 )(3 )0(0 )(1lg20 1 1 1 2 1 1 Ww W w WwdB wdB W w A Biểu đồ Bode cho A1 Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 3 Biểu đồ Bode cho các A0, A1, A2 Biểu đồ Bode tổng của Av I.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm: 1> Tính toán lý thuyết Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ Tính độ lợi A v = i v v 0 . Tần số cắt f c = )( 1 dBA w(rad/s) w 1 10w1 20 20dB/decad e )(dBA x w(rad/s) W 1 10w 1 20 20dB/decad e W 2 10w 2 A1 A2 A0 )(dBA v w(rad/s) W 1 A 0 20dB/decad e W 2 Mid-bank gain Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 4 V2 20mVac 0Vdc 0 Q1 Q2SC1815 Cc 10u V3 12Vdc Re 100 Rc 1k Rb1 100k Ce 100u 0 RL 1k R1 10k Cb 10u Rb2 10k Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 1): 2> Lắp ráp mạch, đo đạc đáp ứng giá trị thực tế của mạch a. Giá trị đo lần 1: Tín hiệu vào v i1 = Tần số f Tín hiệu ra V 0 Độ lợi A v = 1 0 i v v Độ lợi A v (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 2): b. Giá trị đo lần 2: Tín hiệu vào v i2 = Tần số f Tín hiệu ra V 0 Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 5 Độ lợi A v = 2 0 i v v Độ lợi A v (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 3): 3> Chạy mô phỏng Pspice để xác định kết quả Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 4): 4> Đánh giá kết quả: Lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm a> Nhận xét sự khác nhau giữa biểu đồ 2 và biểu đồ 3: Kết quả giữa 2 lần đo thực nghiệm b> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 1, 2 và 3: Kết quả giữa tính toán lý thuyết và đo thực nghiệm c> Nhận xét sự khác nhau giữa 3 biểu đồ 2, 3 và 4: Kết quả giữa đo thực nghiệm và mô phỏng II. Dùng FET II.I> Lý thuyết cơ bản 1> Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch khuếch đại FET ghép RC Cho mạch khuếch đại FET đặc trưng như hình vẽ Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 6 0 Vcc 2 3 1 Vi 1MEG Rd Rs ri RL Rg Cs Cg Cd Các linh kiện FET trong thực tế có các giá trị: g m : trở dẫn (khoảng vài mili 1/Ω) r ds : Trở kháng ngõ ra DS (vài chục - vài trăm KΩ) C gs : giá trị cảm kháng ngỏ vào GS (vài PF - vài chục PF) C gd : giá trị cảm kháng ngõ ra GD ( 0.1 PF - vài PF) Phương pháp khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch FET cũng giống như với BJT, ta chia mạch làm hai trường hợp: Đáp ứng của cụ Bypass C s và đáp ứng của tụ Coupling. Đáp ứng của tụ Bypass Mạch tương đương tín hiệu bé như hình vẽ Mạch tương đương thevenin Ta có, sggs vvv  , và dặt dsm rg  0 1MEG Vi RdRs ri RL Rg Cs gsm vg G S r ds D i L i 0 0 1MEG Vi Cs Rs Rd ri RL Rg D i L i 0 G S r ds gsdsm vrg + _ Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 7 Dùng phép biến đổi tương đương Thevenin cho đoạn mạch MO Vậy, i i i LL i L v v v v i i iR v v A    0 0           )] 1 //([1// 1 S SLdds Ld dL Cj RRRr RR RR SS SdLds dL SS S dLds dL CRj RRRr RR CRj R RRr RR                 1)1( // 1 )//( )1( 1 )1( // 1 )//( Đặt )1( //     dLds i RRr R Ta có, SSiSi SS dL SS S i dLv RCRRjR CRj RR CRj R R RRA                1 )//( )1( 1 1 )//( )1( 0 Rd RLCs Rs S r ds D i L i 0 i v  + _ + _ S v  0 Cs Rs RL Rd S r ds i v  + _ + _ S v  D i 0 i L M 0 Rd RL s R)1(   )1(   s C i v  + _ D i 0 i L r ds M Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 8 S Si iS SS Si dL SiSSi SS dL C RR RR j CRj RR RR CRRjRR CRj RR                  1 1// )1( 1 )//( )1( Hay, SSi SS Si dL v CRRj CRj RR RR A )//(1 1// )1(         Viết gọn lại ta được: 2 1 /1 /1 // )1(     j j RR RR A Si dL v        , với          SSi SS CRR CR )//( 1 1 2 1   Ta thấy: SS CR > SSi CRR )//( Vậy tần số cắt dưới: SSi L CRR )//( 1   , Hay SSi L CRR f )//(2 1   II.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm: 1> Tính toán lý thuyết Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ Tính độ lợi A v = i v v 0 . Tần số cắt f c = Cd 10u Cs 110u Rd 3.3k 0 Cg 10u Rs 100 Rg 1Meg V4 12Vdc J1 BC264A V3 50mVac 0Vdc 0 RL 100k Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 1): Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 9 2> Lắp ráp mạch, đo đạc đáp ứng giá trị thực tế của mạch a. Giá trị đo lần 1: Tín hiệu vào v i1 = Tần số f Tín hiệu ra V 0 Độ lợi A v = 1 0 i v v Độ lợi A v (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 2): b. Giá trị đo lần 2: Tín hiệu vào v i2 = Tần số f Tín hiệu ra V 0 Độ lợi A v = 2 0 i v v Độ lợi A v (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền A v (thang dB) (biểu đồ 3): [...]... sinh viên tự vẽ được biểu đồ Bode cho mạch cộng hưởng I.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm: 1> Tính toán lý thuyết Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ v Tính độ lợi Av= 0 Tần số cộng hưởng f0= vi V3 12Vdc Rc Rb1 1k Cc 0 27 k Ri 10u Q2 Cb 2N 222 2A/ZTX 1k 20 mVac V2 2 10u L1 RL C1 0Vdc 0.58uH 1 33p Rb2 Re Ce 22 0 100u 5.6k 0 23 500 Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng Vẽ biểu đồ... 1  1  n1,n 2  2  1  R C 1   i Đặt      Ri  1 1 4 2 2    L 1 n1,n 2   2  1       H  1 1  1  4 2  2 1    Do 1 4 2 1  1      L  1  1  4 2  1  2 1    BW  f H  f L  1 1 1 (H  L )  1  2 2 2 R C i Tần số cộng hưởng Ri 0 L 1 1  f0  LC 2 LC ( Ai ) max  CRi   0  21 Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại... cộng hưởng Tính toán các giá trị trên lí thuyết 1 .2 V 6,8 12. 6,8 V  CC   2, 05V BB 33  6,8 39,8 6,8K 33K RBB   5.64 K  6,8K  33K R  V I  BB  R   V BB CQ   E  BE   V V BE  2, 05  0,6  12, 22mA I  BB CQ R 5,6 K BB  R  100 300 E   25 h r  ie b ' e I Mặc khác: CQ  300 .25  614 12, 22  300 rb 'e 614     9 72 pF T 2 fT 2 80.106 gm Cb 'e gm   rb ' e   300  0,49 614... C' R2 n1 Mạch tương đương AC 30 Re Ce Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng VL n2 ri Ii L' C' Rb//rb'e Cb'e+CM gm.Vbe Rc n1 Mạch tương đương rút gọn + ii Ri L vb'e a C _ Với: C=C’+a2(Cb’e + CM)), và Ri= ri //RP//( Trong đó a  iL g m vb 'e RC R C L Rb // rb' e ) a2 n1 n2 U 2 U1 Z1 = 2  2 i2 a i1 a U 2 n2 1 i n ; 2  1 a   U1 n1 a i1 n2 Ta có: Ztđ = vb 'e i iL gm.vb 'e RC...  Tần số cắt trên của mạch là fH  1 (Hz) 2 Rbe Cbe  CM  Đáp tuyến tần số 12 RL Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC Ai dB f fH I.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm: 1> Tính toán lý thuyết Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ v Tính độ lợi Av= 0 Tần số cắt fc= vi V3 12Vdc Rc Rb1 1k Cc 0 33k Ri 1k 20 mVac Cb 1u 1u Q1 Q2SC1815 RL V2 Rb2 Re Ce 22 0 0Vdc 470 10u 6.8k 0... C=C’+a2(Cb’e + CM)) 2 L' C R // rb' e Ri= ri //RP// b 2 a Sinh viên tự vẽ biểu đồ Bode III.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm: 1> Tính toán lý thuyết Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ 31 RL Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng Tính độ lợi Av= v0 Tần số cộng hưởng f0= vi 12Vdc V2 R1 R2 0 C1 R6 10k Q1 0.1u 2 56 C3 2k L1 0.1u Q2SC945 0.3uH R5 10mVac V1 0Vdc 1k C4 10n 1 2 R3... cho mạch cộng hưởng II.II> Khảo sát thực nghiệm Modul thí nghiệm: 1> Tính toán lý thuyết Vẽ mạch tương đương tín hiệu nhỏ v Tính độ lợi Av= 0 Tần số cộng hưởng f0= vi V3 12Vdc Rd 1k Ri 50 20 mVac V2 Cg 2 10u 0.5uH 1 0 10u J2 J2SK300 L1 RL C1 0Vdc Cd 1n Rg Rs Cs 1k 100u 470k 0 Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 1): 28 1.5k Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng 2> Lắp... 0,49.600  .2  590 pF Suy ra: C  CM  Cb'e  C ' =590 + 9 72+ 100000 ≈ 100F C = 100nF Hàm truyền RC 1  RC  RL 1  j  / 1   2 /   R R 1 Av  Ai  L   g m RC // RL  i  ri ri 1  j  / 1  2 /   Ai   g m Ri  Băng thông BW  1 1   31, 6 Khz 2 R C 2 49,56.101548.10 12 i 22 Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng Tần số cộng hưởng 1 1 f    706.3KHz o 2 LC 6.101548.10 12. .. Mặt khác: 20 Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng Av  Ai  R RL 1   g m RC // RL  i  ri ri 1  j  / 1  2 /   Băng thông Ta có tại tần số cắt: Ai Ao   3dB  dB Ai 1  Ao 2 1 R   1  j  CR  i   i L     1  2 2 1 R   1   CR  i   i L    2  1 2 2 R  R    i   2   CR  i   1  1   CR  i L  i L          1 1 4 2  1... C 27 M ≈ C’ = 1003pF  2  ) 1  Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng Av   g m ( RL // Rd // rds )  RP // ri  ri 1 R // r   1  j  ( RP // ri )C  P i  L   Băng thông BW  1 1   3.17 MHz 2 R C 2 50.1003,1.10 12 i Tần số cộng hưởng 1 1 f    7.1MHz 0 2 L.C 6.1003,1.10 12 2 0,5.10 Biểu đồ Bode lí thuyết Av dB  20 log( 0.3)  20 log 1  j (CRi  Ri ) . được:   2 2 2 121 )(1lg20)(1lg20)lg (20 lg20 W w W w RR Rc AdBA vv    (dB) Hay 21 0 )( AAAdBA v  Xấp xĩ gần đúng            )(lg20 )(3 )0(0 )(1lg20 1 1 1 2 1 1 Ww W w WwdB wdB W w A . jwC R jwC R R Rc v i i Rci Vi Vo A i e e e v 1 1 1 2 2 1     )//(1 )1( )( ) 1 ( 21 2 21 21 21 2 RRjwC jwCR RR Rc jwC RR RR jwC R RcA v          Vậy )//(1 )1( 21 2 21 RRjwC jwCR RR Rc A v      . )//(1 )1( 21 2 21 RRjwC jwCR RR Rc A v      Đặt )//( 1 , 1 21 2 2 1 RRC W CR W  => )1( )1( 2 1 21 W w j W w j RR Rc A v      Vậy: 2 2 2 1 21 )(1 )(1 W w W w RR Rc A v      (1)  Vẽ