Bài giảng về Mạch điện tử 2

Chia sẻ: peheo_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 = [fH – fL] (Hz)...

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Bài giảng về Mạch điện tử 2

 

  1. 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
  2. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 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 = [fH – fL] (Hz)  Mạch khuếch đại được đặc trưng bởi hàm truyền hệ số khuếch đại, được gọi là Ai hay Av.  Đáp tuyến băng thông của mạch khuếch đại Ax (dB) Midband A gain Am m 2 f(Hz) fL fH 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 R1 Vo + V1 vi I1 R2 C ie Rc - 0 1
  3. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC i Rc i Vo 1 Ta có Av    e  e   Rc  1 Vi ie vi R2  jwC R1  1 R2  jwC 1 ( R2 ) (1  jwCR2 ) Rc jwC Av   Rc    ( R  R2 ) R1  R2 1  jwC ( R1 // R2 ) R1 R2  1 jwC (1  jwCR2 ) Rc Av    Vậy R1  R2 1  jwC ( R1 // R2 ) 1 1 W1  W2  Đặt , CR2 C ( R1 // R2 ) w (1  j ) Rc W1 Av    => R1  R2 (1  j w ) W2 w2 1 ( ) Rc W1 Av   Vậy: (1) R1  R2 w2 1 ( ) W2  Vẽ biểu đồ Bode cho tần số tín hiệu Khai triển decibel ta được: Av dB   20 lg Av  20 lg( Rc w w )  20 lg 1  ( ) 2  20 lg 1  ( ) 2 (dB) R1  R2 W1 W2 Hay Av (dB)  A0  A1  A2   0dB ( w  0) w2  Xấp xĩ gần đúng A1  20 lg 1  ( )   3dB ( w  W1 ) W1  w 20 lg W ( w  W1 )  1 Biểu đồ Bode cho A1 2
  4. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC A1 (dB) 20 20dB/decad e w(rad/s) w 10w1 1 Biểu đồ Bode cho các A0, A1, A2 Ax (dB) A1 A0 20 20dB/decad e W2 10w2 w(rad/s) W1 10w1 A2 Biểu đồ Bode tổng của Av Av (dB) Mid-bank gain A 0 20dB/decad w(rad/s) e W1 W2 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 3
  5. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC V3 12Vdc Rc Rb1 0 1k Cc 100k 10u Cb Q1 10u Q2SC1815 20mVac R1 V2 Rb2 10k Re Ce RL 0Vdc 10k 100 100u 1k 0 Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (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 vi1 = Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 v i1 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 2): b. Giá trị đo lần 2: Tín hiệu vào vi2 = Tần số f Tín hiệu ra V0 4
  6. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC v0 Độ lợi Av= vi 2 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 3): 3> Chạy mô phỏng Pspice để xác định kết quả Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (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 m ô 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 5
  7. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC Vcc Các linh kiện FET trong thực tế có các giá trị: Rd gm : trở dẫn (khoảng vài mili 1/Ω) Cd rds : Trở kháng ngõ ra DS (vài chục - vài trăm KΩ) ri Cg 2 3 Cgs: giá trị cảm kháng ngỏ vào GS (vài 1 PF - vài chục PF) RL Rg Cgd: giá trị cảm kháng ngõ ra GD ( 0.1 Rs Cs Vi PF - vài PF) 1MEG 0 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 Cs và đáp ứng của tụ Coupling. Đáp ứng của tụ Bypass Mạch tương đương tín hiệu bé như hình vẽ rds D i0 iL ri S G gm vgs Rg Rs Rd Vi Cs RL 1MEG 0 Mạch tương đương thevenin rds _ i0 D ri iL S G + gm rdsvg s Rg Rs Rd Vi Cs RL 1MEG 0 Ta có, v gs  v g  vs , và dặt   g m rd s 6
  8. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC rds _ _ i0 D iL S + + vS vi Rs Rd Cs RL 0 vS vi rds S_ _ i0 D +M iL + Rs Rd Cs RL 0 Dùng phép biến đổi tương đương Thevenin cho đoạn mạch MO vi_ rds i0 D iL M + (1   ) Rs Rd Cs RL (1   ) 0 v vL Ri i Vậy, Av   LL  0  i  vi vi vi i0 RR 1   L d  Rd  RL r  R // R  1   [ R //( 1 )] jCS ds d L S  1 1    ( RL // Rd )  ( RL // Rd ) (1   ) RS rds  RL // Rd (1   ) RS rds  RL // Rd   1  jRS CS (1   ) 1  jRS CS rds  RL // Rd Đặt Ri  (1   ) Ta có,   1  jRS CS 1 Av   ( RL // Rd ) ( RL // Rd ) (1   ) (1   ) Ri  jRS RiCS  RS RS Ri  1  jRS CS 7
  9. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC  1  jRS CS  RL // Rd 1  jRS CS   ( RL // Rd ) (1   ) Ri  RS  jRS RiCS (1   ) Ri  RS 1  j RS Ri C Ri  RS S 1  jRS CS  RL // Rd Hay, Av   (1   ) Ri  RS 1  j ( Ri // RS )CS Viết gọn lại ta được:  1  1  R C R // Rd 1  j / 1   Av   L  , với  SS (1   ) Ri  RS 1  j / 2 1  2    ( Ri // RS )C S Ta thấy: RS CS > ( Ri // RS )CS 1 1 L  , Hay f L  Vậy tần số cắt dưới: 2 ( Ri // RS )CS ( Ri // RS )C S 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 cắt fc= vi V4 12Vdc Rd 3.3k Cd 0 10u Cg J1 10u BC264A 50mVac RL V3 Rg Rs 100k Cs 0Vdc 1Meg 100 110u 0 Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 1): 8
  10. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 2> Lắp ráp mạch, đo đạc đáp ứng giá trị thực tế của mạch a. Giá trị đo lần 1: Tín hiệu vào vi1 = Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 v i1 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 2): b. Giá trị đo lần 2: Tín hiệu vào vi2 = Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 vi 2 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 3): 9
  11. Bài 1: Khảo sát đáp ứng tần số thấp của mạch Khuếch đại ghép RC 3> Chạy mô phỏng Pspice để xác định kết quả Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (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 10
  12. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC Bài 2: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CAO 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> Đặc tính Transistor ở tần số cao Ở dãy tần số cao, đáp ứng tần số của transistor bị giới hạn do các điện dung kí sinh giữa các lớp tiếp giáp PN. Thông thường các Cb’e có giá trị vài trăm ÷ vài chục pF, với BJT cao tần Cb’e khoảng vài chục pF. Cb’e, Cb’c, quyết định tần số giới hạn trên trong đáp ứng cao tần. Cb’c có giá trị vài chục ÷ vài pF, với BJT cao tần Cb’c < 1 pF 1 fb  , vCF  0 Tần số cắt trên 2rbe (Cbe  Cbc ) f T  f B Tần số giới hạn trên của BJT Các thông số được cung cấp của nhà sản xuất cho BJT cao tần  , Cbe , Cbc , fT , P max, VBE max 2> Phân tích mạch khuếch đại BJT ở tần số cao 2.1> Phương pháp khảo sát Dạng mạch tổng quát Vcc R1 Rc + Cc Cb RL + R2 ri Re ii Ce Giá trị các tụ ghép thường được chọn sao cho thỏa mãn đáp ứng tần số thấp 11
  13. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ dùng hiệu ứng Miller +v b'e R Rc RL Ii Rb'e gm v b'e Cb'e CM C R'L Rbe  ri // RB // rbe g , và Cbe  m  RL  RC // RL wT  25mV rbe  hee  m , gm  I eQ rbe  CM  (1  g m RL )Cbc rb 'e Cbe R (1  )  Cbc C  g m RbeCbc Lưu ý: R và C chỉ dùng để tính trở kháng ngõ ra Zin  Rbe //( Cbe  Cbc ) Z 0  RC //( R  1 jwC ) Hàm truyền i i gV V Ai  L  L  m be  be ii g mVbe Vbe ii RC 1  Ai   g m Rbe  RC  RL [1  jwR be (Cbe  CM )] 1  Ai  A0   (1  j ) H  g m RC Rbe  A0   R  R  C L Với  1 H  R be Cbe  CM    1 fH  Tần số cắt trên của mạch là (Hz) 2Rbe Cbe  CM  Đáp tuyến tần số 12
  14. 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 0 1k Cc 33k 1u Ri Cb Q1 1k 1u Q2SC1815 20mVac RL V2 R b2 Re Ce 470 0Vdc 6.8k 220 10u 0 Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (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 vi1 = 13
  15. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 v i1 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 2): b. Giá trị đo lần 2: Tín hiệu vào vi2 = Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 vi 2 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 3): 3> Chạy mô phỏng Pspice để xác định kết quả Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 4): 14
  16. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC 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 Phân tích mạch khuếch đại FET tần số cao Mạch khuếch đại FET ở tần số cao dạng C-S: Vdd Rd Cd Cg ri Vi Rs RL Rg Cs 0 Sơ đồ tương đương: Cgd G D ri gm Vg rds rds Vi Cgs RL S Cgs từ vài chục ÷ vài pF Cgo từ vài pF  nhỏ hơn 1pF Ở tần số cao xem như nối tắt Cg,Cs,Cd Sơ đồ tương đương Miller V +v gs ri L gm v gs rds//Rd//RL Vi Cgs CM 15
  17. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC CM=[1 + gM(rds // Rd // RL)]Cgd 1 jw(C gs  C M ) VL VL V gs g mV gs (rds // Rd // RL ) AV      1 Vi V gs Vi V gs ri  jw(C gs  C M ) 1  Av   g m (rds // Rd // R L )  1  jwri (C gs  C M ) 1  A v  A0  jw 1 w1  A0   g m (rds // Rd // R L )  với:  1 1 w1   fH   2 ri (C gs  C M ) ri(C gs  C M )  Biểu đồ Bode: Av dB f fH 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 cắt fc= vi V4 12Vdc Rd 1k Cd 0 0.01u Ri Cg J2SK300 J2 6.8k 0.01u 50mVac RL V3 Rg Rs 1k Cs 0Vdc 390k 270 0.1u 0 Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 1): 16
  18. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC 2> Lắp ráp mạch, đo đạc đáp ứng giá trị thực tế của mạch a. Giá trị đo lần 1: Tín hiệu vào vi1 = Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 v i1 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 2): b. Giá trị đo lần 2: Tín hiệu vào vi2 = Tần số f Tín hiệu ra V0 v Độ lợi Av= 0 vi 2 Độ lợi Av (dB) Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (thang dB) (biểu đồ 3): 17
  19. Bài 2: Khảo sát đáp ứng tần số cao của mạch khuếch đại ghép RC 3> Chạy mô phỏng Pspice để xác định kết quả Vẽ biểu đồ hàm truyền Av (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 18
  20. Bài 3: Khảo sát đáp ứng tần số của mạch khuếch đại cộng hưởng Bài 3: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI CỘNG HƯỞNG 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 Mạch cộng hưởng đơn dùng BJT transistor Phân tích lý thuyết 1.1. Sơ đồ mạch lý thuyết Sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ 19
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản