Báo cáo thí nghiệm vật lý bán dẫn

BÀi báo cáo thí nghiệm môn Vật lý bán dẫn học online bằng phần mềm proteus Đại học Bách Khoa TPHCM (HCMUT)bao gồm: Bài thí nghiệm 1: HOMEBài thí nghiệm 2: KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU ZENNERBài thí nghiệm 3: KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN CỦA BJT ỨNG DỤNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

BỘ MÔN: VẬT LÝ BÁN DẪN

Nhóm: L01

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Nhan Hồng Kỵ

Năm học: 2020 – 2021

BÀI THÍ NGHIỆM 1

➢ Sinh viên tiến hành đo điện áp và dòng điện qua L sử dụng Volt kế và Ampe kế

➢ Trình bày công thức tính tay và đối chiếu với kết quả đo

➢ Sinh viên tiến hành vẽ đo dạng sóng Vin và VL dùng Oscilloscope Tìm độ lệch phagiữa Vin và VL Trình bày công thức

● Ảnh mô phỏng:

● Bài giải tay:

➢ Sinh viên tiến hành đo điện áp và dòng điện qua R sử dụng Volt kế và Ampe kế.

➢ Trình bày công thức tính tay và đối chiếu với kết quả đo

➢ Sinh viên tiến hành vẽ đo dạng dóng Vin và VC dùng Oscilloscope Tìm độ lệchpha giữa Vin và VC Trình bày công thức

:Vin :VC

VC trễ pha hơn Vin góc :

=> Đồng pha

BÀI THÍ NGHIỆM 2:

KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU - ZENNER

THÍ NGHIỆM 1:

Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến thuận của diode chỉnh lưu.

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, diode chọn linh kiện có

mã 1N4007, biến trở R có điện trở tối đa 2KΩ Nguồn VΩ Nguồn Vin = 4V Tiến hành lắp thêm cácvolt kế và ampe kế để đo được dòng qua diode và áp giữa Anode và Cathode của diode

Mạch mô phỏng của SV:

8

Kiểm tra:

 Sinh viên tiến hành thanh đổi giá trị của biến trở theo các mức % (từ 0% đến100%) và điền giá trị dòng I qua diode, áp V trên diode vào bảng giá trị 1

Lưu ý: Trong quá trình thay đổi, nếu I và V nhỏ và hiện 0, sinh viên có thể thay đổi

thang đo của đồng hồ (click chuột phải lên đồng hồ, chọn Edit Properties và thay

Display Range xuống mức hiển thị nhỏ hơn).

Bảng 1: Bảng giá trị dòng qua áp qua diode

 Từ bảng số liệu trên, sinh viên tiến hình vẽ đặc tuyến I-V của diode Từ đồ thị, sinh

viên tiến hành rút ra phương trình đặc tuyến của diode và điện áp mở của diode

(giá trị xấp xỉ gần đúng)

Lưu ý:

- Sinh viên có thể sử dụng excel để vẽ đường cong trơn đi qua các điểm trên bảng

- Sử dụng pp bình phương tối thiểu tìm phương trình đặc tuyến

Phương trình đặc tuyến :

(A)Điện áp mở Von = 0.65V

 Sinh viên sử dụng công cụ vẽ hàm truyền Vẽ mạch mô phỏng để đo đặc tuyến I-Vcủa diode

 Lựa chọn nguồn thay đổi là V có tầm thay đổi từ 0  1.5V, số bước là 1000 KΩ Nguồn Vếtquả vẽ đồ thị I theo V trên diode So sánh hai đồ thị I-V có được bởi hai cách

 So sánh kết quả thu được khi mô phỏng với lý thuyết ?

10

Đặc tuyến ID theo Vin: Vin = 0.5V là giá trị điện áp ngưỡng xấp xỉ với kết quả trên.

Vì Vin < Von: diode off => dòng ID=0 Vin Von: diode on => bắt đầu có dòng chạy qua

THÍ NGHIỆM 2

Mục tiêu: Nắm được mạch chỉnh lưu bán kỳ dùng diode

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, diode có mã 1N4007,

giá trị R = 10 KΩ Nguồn VΩ Nguồn Vin là sóng sin có f=50Hz và 4Vpp Sinh viên sử dụng công cụOscilloscope để đo dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R)

Mạch mô phỏng của SV:

Kiểm tra:

 Sinh viên chụp kết quả của Oscilloscope, lưu ý chỉnh thang đo của 2 dạng sóngbằng nhau

12

 Sinh viên giải thích tại sao lại có dạng sóng như vậy.

Nguyên nhân cho việc sóng ngõ ra thấp hơn sóng ngõ vào là do ở diode phải có sụt

áp giữa anode và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thì diode mới dẫn, với

Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, nguyên nhân do khi có tụđiện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện xả để duy trìđiện áp qua tải được ổn định Nhờ tác dụng lọc của tụ mà dạng sóng ngõ ra phẳng hơn.

 Sinh viên thay đổi với 3 cặp giá trị R và C khác nhau Rút ra kết luận

KΩ Nguồn Vhi tăng C hoặc R, VR càng phẳng

THÍ NGHIỆM 3

14

Mục tiêu: Nắm được mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng diode

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, các diode có mã

1N4007, giá trị R = 10 KΩ Nguồn VΩ Nguồn Vin là sóng sin có f=50Hz và 4Vpp Sinh viên sử dụngcông cụ Oscilloscope để đo dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R)

Lưu ý: Sinh viên sử dụng nguồn VSINE trong thư viên linh kiện, không lấy GROUND trong mục TERMINAL.

Mạch mô phỏng của SV:

 Sinh viên chụp kết quả của Oscilloscope khi đo 2 dạng sóng.

 Sinh giải thích tại sao lại có dạng sóng như vậy

Giá trị đỉnh sóng ngõ ra là 0.6V, giá trị đỉnh sóng ngõ vào là 2V

Nguyên nhân sóng ngõ ra có giá trị đỉnh thấp hơn sóng ngõ vào và thấp hơn giá trịđỉnh sóng ngõ ra trong trường hợp chỉnh lưu bán kì là do trong mỗi bán kì, giữa haiđầu chỉnh lưu cầu đều phải có sụt áp lớn hơn hai lần điện áp ngưỡng của mỗi diode thìdiode mới dẫn, VR= Vin – 2Von

 Sinh viên tiến hành vẽ thêm tụ C song song với điện trở R như hình vẽ Chọn C =1μF.F

Sử dụng công cụ Oscilloscope để đo lại dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R)

16

 Sinh viên so sánh dạng sóng trên R trước và sau khi có tụ C? Giải thích?

Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, nguyên nhân do khi có tụđiện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện xả để duy trìđiện áp qua tải được ổn định Nhờ tác dụng lọc của tụ mà dạng sóng ngõ ra phẳng hơn

 Sinh viên thay đổi với 3 cặp giá trị R và C khác nhau Rút ra kết luận

THÍ NGHIỆM 4:

Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến nghịch của diode zenner.

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, zenner chọn linh kiện có

mã 1N4734A, điện trở R1=R2=100Ω Nguồn Vin Tiến hành lắp thêm các volt kế và ampe

kế để đo được dòng qua zenner và áp giữa Anode và Cathode của zenner

Mạch mô phỏng của SV:

Kiểm tra:

 Sinh viên tiến hành thanh đổi nguồn Vin từ 0 đến 18V Đọc và điền giá trị dòng Iqua diode, áp V trên diode vào bảng giá trị 2

Lưu ý: Trong quá trình thay đổi, nếu I và V nhỏ và hiện 0, sinh viên có thể thay đổi

thang đo của đồng hồ (click chuột phải lên đồng hồ, chọn Edit Properties và thay

Display Range xuống mức hiển thị nhỏ hơn).

18

Bảng 2: Bảng giá trị dòng qua áp qua diode zenner

 Từ bảng số liệu trên, sinh viên tiến hình vẽ đặc tuyến I-V của zenner ở miền

nghịch Từ đồ thị, sinh viên tiến hành rút ra giá trị ổn áp của diode zenner (giá trị

xấp xỉ gần đúng)

Giá trị ổn áp của diode zenner là 5.5V

BÀI THÍ NGHIỆM 3

KΩ Nguồn VHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN CỦA BJT - ỨNG DỤNG

THÍ NGHIỆM 1:

Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến ngõ vào của BJT.

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, BJT chọn linh kiện có

Kiểm tra:

 Sinh viên tiến hành chụp kết quả

 Từ đồ thị, sinh viên tiến hành rút ra điện áp mở của tiếp giáp BE (giá trị xấp xỉ

gần đúng)

Điện áp mở của tiếp giáp BE: VBE = 0.75V

 Sinh viên chỉnh thêm Source 2 là Vo với giá trị từ 5 đến 10V Số bước chạy là 1như hình

Việc thay đổi này có thể hiểu đơn giản: đồ thị I-V vẽ tại Vo=5V và Vo=10V Sinhviên chụp lại kết quả Giải thích hình dạng đồ thị

KΩ Nguồn Vhi Vin đạt giá trị áp ngưỡng, Ib tăng vọt

 Tăng giá trị Vo chạy từ 1 đến 10V, số bước Vo lên 10 Chụp lại kết quả và nhận xét vềhình dạng đặc tuyến khi Vo tăng

22

Vo tăng => Ib càng dốc

THÍ NGHIỆM 2

Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến ngõ ra của BJT.

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, BJT chọn linh kiện có

mã 2N5551

Lưu ý: khi vẽ cần lấy probe CURRENT đo (nhớ xoay lại cho đúng chiều dòng điện).

Chọn giá trị Ib = 10μF.A Để chọn nguồn dòng DC Ta chỉnh như hình

Kiểm tra:

 Sinh viên chụp lại kết quả

 Từ đồ thị, sinh viên tiến hành tính toán để rút ra điện áp bão hòa VCEsat (giá trị xấp

xỉ gần đúng) và hệ số khuếch đại β (giá trị trung bình) Giải thích cách làm.

24

Với Ib = 50μF.A ta đo được giá trị Ic =10.5 mA

Mục tiêu: Nắm được sơ đồ nguyên lí mạch khuếch đại dùng BJT

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, BJT có mã 2N5551, giá

trị Rc = 10 KΩ Nguồn VΩ, Re = 100 Ω, R1 = 44 KΩ Nguồn VΩ và biến trở R2 có giá trị tối đa là 10 KΩ Nguồn VΩ.Nguồn Vcc =12V Sinh viên sử dụng Ampere kế và Volt kế để đo giá trị VCE và IC

26

Mạch mô phỏng của SV:

Q(0.07 V; 1.18mA)

Kiểm tra:

 Chỉnh R2 có giá trị 60%, điểm tĩnh Q của BJT KΩ Nguồn Viểm chứng kết quả với lý thuyết

Lưu ý: KΩ Nguồn Vhi tính lý thuyết các thông số β và VCE lấy từ datasheet của BJT

Giả sử BJT KΩ Nguồn Vhuếch đại:

Mạch tương đương Thevernin:

28

Chọn VBE= 0.7V,

 => VCE <0 (không thỏa)

 BJT bão hòa: VBE=VBEsat=0.8V, VCE=VCEsat=0.2V



 Q(0.2V, 1.167mA)

 Điều chỉnh biến trở R2 để VCE=6V, khi này R2, Ic bằng bao nhiêu

R2 = 2,8 KΩ Nguồn VΩ

Nguồn Vi là nguồn sóng sine có tần số 100Hz và biên độ 100mV Sử dụng công cụOscilloscope đo Vi và Vo

Mạch mô phỏng của sinh viên

30

Chụp kết quả dạng sóng

Lưu ý: Sinh viên điều chỉnh các kênh đo để có kết quả rõ ràng.

 Vo được khuếch đại lên bao nhiêu lần?