I. MỤC ĐÍNH THÍ NGHIỆM ̶ Vẽ các đặc tuyến tĩnh của transistor, xác định hệ số khuếch đại của transistor. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc của transistor Bán dẫn là những chất có điện trở suất lớn hơn của kim loại nhưng nhỏ hơn của điện môi, thành phần hạt mang điện bao gồm electron và lỗ trống. Bán dẫn pha tạp là chất bán dẫn được pha lẫn một ít tạp chất. Tuỳ vào chất pha tạp và nồng độ pha tạp mà độ dẫn điện của bán dẫn tăng lên hàng vạn, hàng triệu lần. Bán dẫn pha tạp được chia thành hai loại: loại p (positive), loại n (negative). Bán dẫn loại p có thành phần hạt mang điện cơ bản là lỗ trống, loại n có thành phần mang điện cơ bản là electron. Transistor là dụng cụ bán dẫn được cấu tạo từ ba phần có tính dẫn điện khác nhau. Nếu phần ở giữa là bán dẫn loại p thì hai bên là bán dẫn loại n (ta có transistor NPN), nếu phần ở giữa là bán dẫn loại n thì hai bên là bán dẫn loại p (ta có transistor PNP). Transistor có 3 miền bán dẫn: emitơ, bazơ, colector. Theo thói quen ta thường gọi transistor loại PNP là phân cực thuận, NPN là phân cực ngược. Khi vẽ transistor ta cần chú ý đến ký hiệu mũi tên của nó để phân biệt hai loại transistor. Miền emitor là miền có nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền này gọi là điện cực E (cực phát). Miền bazơ có nồng độ tạp chất nhỏ nhất và bề dày rất nhỏ (cỡ m tới nm), điện cực nối với miền này gọi là B (cực gốc). Miền colector có nồng độ tạp chất trung bình, điện cực nối với miền này là C (cực góp). Tiếp giáp pn giữa miền E và B gọi là tiếp giáp emitơ (JE), giữa miền C và B gọi là tiếp giáp colector (JC). Để transistor làm việc ta phải dùng hai điện áp ngoài đặt vào ba cực của nó, tức là phải phân cực cho nó. Ở chế độ khuếch đại thì tiếp giáp emitơ JE¬ phải được phân cực thuận để mở cho các hạt dẫn cơ bản xuất phát, còn tiếp giáp colector JC phải được phân cực ngược để tạo điện trường gia tốc cho các hạt dẫn cơ bản chạy đến cực C hình thành dòng điện chạy qua transistor. Để phân tích nguyên lý làm việc ta lấy transistor PNP làm ví dụ. Do JE phân cực thuận ở trạng thái mở, các hạt cơ bản (lỗ trống) từ miền E chạy qua JE tạo nên dòng emitor (IE), chúng tràn qua miền bazơ hướng tới JC. Trong quá trình khuếch tán một số lỗ trống bị tái hợp với các điện tử của miền B tạo nên dòng bazơ (IB). Do miền B được cấu tạo rất mỏng nên hầu hết các lỗ trống (hạt cơ bản của miền E) khuếch tán đến được bờ của JC và được điện trường gia tốc (do JC phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền C đến cực C tạo thành dòng colector (IC). Mối quan hệ giữa các dòng điện trong transistor là:
BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Bài thí nghiệm số 10 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR I MỤC ĐÍNH THÍ NGHIỆM ̶ Vẽ đặc tuyến tĩnh transistor, xác định hệ số khuếch đại transistor II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc transistor - Bán dẫn chất có điện trở suất lớn kim loại nhỏ điện môi, thành phần hạt mang điện bao gồm electron lỗ trống Bán dẫn pha tạp chất bán dẫn pha lẫn tạp chất Tuỳ vào chất pha tạp nồng độ pha tạp mà độ dẫn điện bán dẫn tăng lên hàng vạn, hàng triệu lần Bán dẫn pha tạp chia thành hai loại: loại p (positive), loại n (negative) Bán dẫn loại p có thành phần hạt mang điện lỗ trống, loại n có thành phần mang điện electron - Transistor dụng cụ bán dẫn cấu tạo từ ba phần có tính dẫn điện khác Nếu phần bán dẫn loại p hai bên bán dẫn loại n (ta có transistor NPN), phần bán dẫn loại n hai bên bán dẫn loại p (ta có transistor PNP) Transistor có miền bán dẫn: emitơ, bazơ, colector Theo thói quen ta thường gọi transistor loại PNP phân cực thuận, NPN phân cực ngược Khi vẽ transistor ta cần ý đến ký hiệu mũi tên để phân biệt hai loại transistor - Miền emitor miền có nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền gọi điện cực E (cực phát) Miền bazơ có nồng độ tạp chất nhỏ bề dày nhỏ (cỡ m tới nm), điện cực nối với miền gọi B (cực gốc) Miền colector có nồng độ tạp chất trung bình, điện cực nối với miền C (cực góp) Tiếp giáp p-n miền E B gọi tiếp giáp emitơ (JE), miền C B gọi tiếp giáp colector (JC) - Để transistor làm việc ta phải dùng hai điện áp đặt vào ba cực nó, tức phải phân cực cho Ở chế độ khuếch đại tiếp giáp emitơ JE phải IC phân cực thuận để mở cho hạt dẫn xuất phát, C tiếp giáp colector JC phải phân cực ngược để tạo điện P trường gia tốc cho hạt dẫn chạy đến cực C hình thành dịng điện chạy qua transistor Etx + + - Để phân tích nguyên lý làm việc ta lấy transistor PNP làm ví dụ Do JE phân cực thuận trạng thái mở, hạt (lỗ trống) từ miền E chạy qua JE tạo nên dòng emitor (IE), chúng tràn qua miền bazơ hướng tới JC Trong trình khuếch tán số lỗ trống bị tái hợp với điện tử miền B tạo nên dòng bazơ (IB) Do miền B cấu tạo mỏng nên hầu hết lỗ trống (hạt miền E) khuếch tán đến bờ JC điện trường gia tốc (do JC phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền C đến cực C tạo thành dòng colector (IC) - Mối quan hệ dòng điện transistor là: JC IB N Etx JE + + - B + UBE UCE E IE Hình Minh hoạ nguyên lý làm việc transistor PNP chế độ khuyếch đại - Để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán hạt tràn qua miền B, người ta định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện transistor: I C / I E Hệ số ln bé có giá trị gần transistor tốt - Để đánh giá tác dụng điều khiển dòng IB tới dòng IC người ta định nghĩa hệ số khuếch đại K transistor mắc E chung: IC IB (hệ số khuếch đại K có giá trị từ vài chục đến vài trăm lần) - Ta có mối quan hệ + P I E I B IC K - K K 1 Ba cách mắc mạch transistor - Khi dùng transistor để khuếch đại, tín hiệu điện đưa vào hai điện cực lấy từ hai điện cực Trong điện cực nối chung cho đầu vào đầu điện cực chung Về nguyên tắc cực nối chung phải nối với đất mặt điện xoay chiều để lấy làm so sánh điện áp lối điện áp lối vào Có cách mắc là: mắc emitơ chung, mắc bazơ chung, mắc colector chung IC IB IC IE Ura Uvµo IE (a) Ura IC (b) Hình Ba cách mắc transistor b Mắc bazơ chung Ura Uvµo IB a Mắc emitơ chung IE IB (c) c Mắc colector chung Các họ đặc tuyến tĩnh transistor A - Khi tính tốn thiết kế mạch điện dùng transistor ta cần biết thông số kỹ thuật transistor thông qua đặc tuyến tĩnh Sau ta xét cụ thể cách mắc emitơ chung 40 IB UCE=2V 30 20 UCE=4V 10 - Có họ đặt tuyến tĩnh transistor: đặc tuyến tĩnh vào, đặc tuyến tĩnh ra, đặc tuyến tĩnh truyền đạt a Họ đặc tuyến tĩnh vào transistor 0,2 transistor A IB=50A UCE=4V IC IB=40A IB=30A b Họ đặc tuyến tĩnh transistor - Đặc tuyến tĩnh transistor đồ thị mơ tả phụ thuộc dịng điện IC hiệu điện thể UCE dòng điện IB giữ không đổi (𝐼 = 𝑓(𝑈 ) 𝑘ℎ𝑖 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) V Hình Họ đặc tuyến tĩnh vào - Đặc tuyến tĩnh vào transistor đồ thị mơ tả phụ thuộc dịng IB vào hiệu điện UBE hiệu điện UCE giữ không đổi (𝐼 = 𝑓(𝑈 ) 𝑘ℎ𝑖 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) - Với giá trị không đổi UCE ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành họ đặc tuyến tĩnh vào transistor Các đặc tuyến có dạng hình vẽ bên 0,4 0,6 UBE IB=20A UCE=1V A 50 40 30 20 IB 10 IB=10A UCE Hình Họ đặc tuyến tĩnh transistor - Với giá trị khơng đổi IB ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành học đặc tuyến tĩnh transistor c Họ đặc tuyến tĩnh truyền đạt transistor - Đặc tuyến tĩnh truyền đạt đồ thị mơ tả phụ thuộc dịng điện IC vào IB UCE giữ không đổi (𝐼 = 𝑓(𝐼 ) 𝑘ℎ𝑖 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ) V - Với giá trị không đổi IB ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành họ đặc tuyến tĩnh transistor - Họ đặc tuyến tĩnh truyền đạt suy từ họ đặc tuyến tĩnh III KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Bảng Kết đo IB theo giá trị UBE tương ứng bảng, đơn vị V ( UCE = V) Lần đo 0,00 0,20 0,40 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0 2 16 37 0 16 37 0 2 17 36 𝑰𝑩 ± ∆𝑰𝑩 𝐼 = 0,00 ± 0,00 𝐼 = 0,00 ± 0,00 𝐼 = 0,00 ± 0,00 𝐼 = 2,00 ± 0,00 𝐼 = 2,33 ± 0,44 𝐼 = 8,67 ± 0,56 𝐼 = 16,33 ± 0,44 𝐼 = 36,67 ± 0,56 IB, μA 40 36,67 35 30 UCE=5V 25 20 16,33 15 8,677 10 0 0 0,2 0,4 2,33 0,5 0,55 UBE, V 0,6 0,65 0,7 Nhận xét: - Đồ thị mơ tả phụ thuộc dịng IB vào hiệu điện UBE hiệu điện UCE giữ không đổi (𝐼 = 𝑓(𝑈 ) 𝑘ℎ𝑖 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) - Với giá trị không đổi UCE ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành họ đặc tuyến tĩnh vào transistor Bảng Kết đo IC với giá trị UCE tính theo đơn vị V ( 𝑰𝑩 = 𝟏𝟎𝝁𝑨, 𝑰𝑩 = 𝟐𝟎𝝁𝑨, 𝑰𝑩 = 𝟑𝟎𝝁𝑨 ) IB 10 Lần đo 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,5 0.00 0.65 1.10 1.15 1.15 1.10 1.15 1.10 0.00 0.55 1.15 1.10 1.05 1.15 1.15 1.05 0.00 0.60 1.10 1.05 1.15 1.05 1.05 1.10 𝐼 = 0,00 ± 0,00 0.00 𝐼 = 0,60 ± 0,03 1.10 𝐼 = 1,12 ± 0,02 2.25 𝐼 = 1,10 ± 0,03 2.20 𝐼 = 1,12 ± 0,04 2.30 𝐼 = 1,10 ± 0,02 2.25 𝐼 = 1,12 ± 0,04 2.20 𝐼 = 1,08 ± 0,02 2.15 0.00 1.15 2.25 2.30 2.20 2.20 2.25 2.20 0.00 1.10 2.25 2.25 2.25 2.25 2.30 2.15 𝑰𝑪 ± ∆𝑰𝑪 𝐼 = 0,00 ± 0,00 0.00 𝐼 = 1,12 ± 0,02 1.75 𝐼 = 2,25 ± 0,00 3.35 𝐼 = 2,25 ± 0,03 3.25 𝐼 = 2,25 ± 0,03 3.40 𝐼 = 2,23 ± 0,09 3.40 𝐼 = 2,25 ± 0,03 3.30 𝐼 = 2,17 ± 0,02 3.35 0.00 1.65 3.40 3.30 3.35 3.40 3.35 3.35 0.00 1.70 3.35 3.35 3.30 3.35 3.30 3.25 𝑰𝑪 ± ∆𝑰𝑪 𝐼 = 0,00 ± 0,00 𝐼 = 1,70 ± 0,03 𝐼 = 3,37 ± 0,02 𝐼 = 3,30 ± 0,03 𝐼 = 3,35 ± 0,03 𝐼 = 3,38 ± 0,02 𝐼 = 3,32 ± 0,02 𝐼 = 3,32 ± 0,04 𝑰𝑪 ± ∆𝑰𝑪 20 30 IC, μA IB=30μA 3,5 IB=20μA 2,5 IB=10μA 1,5 0,5 UCE, V 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 2,5 Nhận xét: - Đồ thị mô tả phụ thuộc dòng điện IC hiệu điện thể UCE dịng điện IB giữ khơng đổi (𝐼 = 𝑓(𝑈 ) 𝑘ℎ𝑖 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) - Với giá trị khơng đổi IB ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành học đặc tuyến tĩnh transistor Bảng Kết đo IC theo giá trị IB bảng, đơn vị 𝝁𝑨 (𝑼𝑪𝑬 = 𝟓𝑽) Lần đo 10 20 30 40 50 1.05 2.30 3.25 4.45 5.50 1.10 2.25 3.30 4.40 5.55 1.20 2.20 3.40 4.35 5.45 𝑰𝑪 ± ∆𝑰𝑪 𝐼 = 1,12 ± 0,06 𝐼 = 2,25 ± 0,03 𝐼 = 3,32 ± 0,06 𝐼 = 4,40 ± 0,03 𝐼 = 5,50 ± 0,03 Ta có: 𝐾= Với 𝐼 = 10𝜇𝐴 → 𝐾 = = Với 𝐼 = 20𝜇𝐴 → 𝐾 = = Với 𝐼 = 30𝜇𝐴 → 𝐾 = = Với 𝐼 = 40𝜇𝐴 → 𝐾 = = Với 𝐼 = 50𝜇𝐴 → = = , , , = 0,112 = 0,113 = 0,111 = 0,110 = 0,110 Giá trị thực nghiệm K: 𝐾= 𝑑𝐾 = 𝐾 +𝐾 +𝐾 +𝐾 +𝐾 = 0,111 𝑑(𝐾 + 𝐾 + 𝐾 + 𝐾 + 𝐾 ) ∆𝐾 + ∆𝐾 + ∆𝐾 + ∆𝐾 + ∆𝐾 → ∆𝐾 = = 0,001 5 𝑉ậ𝑦 →𝛿= ∆𝐾 = 0,009 𝐾 𝐾 = 0,111 ± 0,001 ℎ𝑜ặ𝑐 𝐾 = 0,111 ± 0,9% IC, μA 5,5 4,4 UCE = 5V 3,32 2,25 1,12 IB, μA 10 20 30 40 50 Nhận xét: Đồ thị mơ tả phụ thuộc dịng điện IC vào IB UCE giữ không đổi (𝐼 = 𝑓(𝐼 ) 𝑘ℎ𝑖 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ) Với giá trị khơng đổi IB ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành họ đặc tuyến tĩnh transistor ̶ ̶ Ngày …10… tháng …09… năm …2021… Xác nhận giáo viên hướng dẫn thí nghiệm IV NHẬN XÉT Nguyên nhân sai số: - Do máy móc dụng cụ đo thiếu xác Do người đo với trình độ tay nghề chưa cao, khả giác quan bị hạn chế Do điều kiện ngoại cảnh bên tác động tới Do người thực hành khơng thao tác đúng, quan sát khơng xác ... tuyến tĩnh transistor: đặc tuyến tĩnh vào, đặc tuyến tĩnh ra, đặc tuyến tĩnh truyền đạt a Họ đặc tuyến tĩnh vào transistor 0,2 transistor A IB=50A UCE=4V IC IB=40A IB=30A b Họ đặc tuyến tĩnh. ..