THÍ NGHIỆM MÔN VẬT LÍ BÁN DẪN

THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ––————— THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tuấn Hùng Lớp: L07 Nhóm: 05 Sinh viên thực hiện: Trương Tiến Dũng_2113083 Huỳnh Tấn Hiếu_2110166 Nguyễn Thúc Lễ_2112713 TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) MỤC LỤC BÀI THÍ NGHỆM I Mục tiêu II Chuẩn bị III Thí nghiệm IV Thí nghiệm V Thí nghiệm VI Thí nghiệm BÀI THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU & ZENER I Mục tiêu II Chuẩn bị 10 III Thí nghiệm 10 IV Thí nghiệm 12 V Thí nghiệm 15 VI Thí nghiệm 17 VII Thí nghiệm 19 BÀI THÍ NGHIỆM 22 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA DIODE 22 I Mục tiêu 22 II Chuẩn bị 22 III Thí nghiệm 23 IV Thí nghiệm 26 V Thí nghiêm 29 VI Thí nghiệm 32 BÀI THÍ NGHIỆM 34 KHẢO SÁT BJT 34 I Mục tiêu 34 II Chuẩn bị 34 III Thí nghiệm 35 IV Thí nghiệm 36 V Thí nghiệm 38 VI Thí nghiệm 40 VII Thí ngiệm 42 VIII Thí nghiệm 44 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) B À I T H Í N G H Ệ M I Mục tiêu KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C ​ Nắm cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo ​ Nắm đặc tính linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm ​ Thiết lập mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn cảm II Chuẩn bị ​ Chuẩn bị PreLab nộp cho giáo viên trước vào lớp THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) III Thí nghiệm 1 Mục tiêu ​ Đọc kiểm chứng giá trị điện trở Yêu cầu ​ Đọc giá trị điện trở R1, R2, R3, R4 theo vịng màu, sau kiểm chứng giá trị thực R1, R2, R3, R4, R6, R7 VOM ​ Đo giá trị biến trở VR5 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Các kết điền vào bảng sau: VR5 Đọc 220 1000 2000 10 1000 1500 1Ω−10kΩ Đo 210 990 1995 9,9 997 1498 1.2Ω−9.8kΩ Sai số 10 10 0,1 0.2Ω−200Ω Kiểm tra ​ Xác định sai số kết đọc đo ? Sai số có với vịng màu sai số điện trở hay không ? - Sai số kết đọc đo với vòng màu sai số điện trở IV Thí nghiệm Mục tiêu ​ Khảo sát mạch R-C, từ suy giá trị tụ điện Yêu cầu ​ Kết nối máy phát sóng oscilloscope sau: Kiểm tra ​ Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số 1KHz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) dao động ký để có dạng sóng xác THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ​ Quan sát điện áp tụ dao động ký ​ Biên độ điện áp tụ bao nhiêu? - Biên độ điện áp tụ 01 = 0.9 ​ Từ đó, giá trị bao nhiêu? Trình bày cách tính 02 01 = → = 02 01 = = = 990 = 1532.659134 0.84 = 2 02 25 ≈ 1532,66(Ω) = = = 1,30842316 10−7() 1000.1532.659134 ≈ 0,104 () ​ Giá trị in C1 bao nhiêu? Từ suy sai số giá trị lý thuyết giá trị thực - Giá trị in C1 là: 0,1µF - Vậy sai số giá trị lý thuyết giá trị thực là: ∆ = 0,1 − 0,104 = 0,004() ​ Vẽ lại dạng sóng ngõ vào sóng tụ C1 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ​ Quan sát dạng sóng ngõ vào dạng sóng tụ C1, hai sóng có tương quan phase nào? Giải thích Nhận xét: Sóng ngõ tụ C1 trễ phase sóng ngõ vào Khi códịng xoay chiều vào tụ điện, dịng điện bắt đầu tích điện cho tụ điện nhờ lượng điện tích nạp tụ điện bắt đầu tăng điện áp lên Điện áp không tăng lúc với cường độ dịng điện mà cần thời gian để phân bố điện tích tạo nên điện áp tụ Do đó, tụ điện điện áp trễ pha cường độ dòng điện ​ Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ tụ thay đổi nào? Giải thích ? Khi tăng tần số tín hiệu vào biên độ tụ giảm, giảm tần số tín hiệu vào biên độ tụ tăng Giải thích: tần số dịng điện lớn trở kháng tụ nhỏ, cường độ dòng điện hiệu dụng mạch lớn ngược lại Với dòng điện chiều, tụ điện có trở kháng dương vơ Đặc tính ứng dụng mạch truyền tín hiệu ​ Chuyển tín hiệu Vin thành xung vng tần số 1Khz, biên độ 2Vpp Vẽ dạng sóng Vin dạng sóng tụ điện? THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ​ Giải thích hình dạng sóng ngõ ngõ vào xung vng Giải thích: Dạng sóng thể q trình nạp phóng tụ điện V Thí nghiệm Mục tiêu ​ Lặp lại thí nghiệm để đo giá trị tụ C6 Yêu cầu ​ Kết nối tương tự thí nghiệm thay điện trở thành tụ điện thành tụ Kiểm tra ​ Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số 100 Hz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh dao động ký để có dạng sóng xác ​ Quan sát điện áp tụ dao động ký ​ Biên độ điện áp tụ bao nhiêu? - Biên độ điện áp tụ 6: 0,168 (V) ​ Từ đó, giá trị C6 bao nhiêu? Trình bày cách tính Giá trị :4,68 (μF) THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) I= UC ⇔→ Z = 0,168 U ZC C= = ZC = ZC2πf 1 399,9923124.2 π 100 = 399,9923124 (Ω) C = 4,681133582 10−6(F) ≈ 4,68 (μF) THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) 2,50 3,65 4,78 5,62 6,63 7,35 8,20 8,77 9,12 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) (mA) 𝑒 7,04 5,77 4,67 3,81 2,76 2,04 1,70 0,62 0,26 (V) ​ Với khoảng transistor dẫn khuếch đại? Khi ℎ𝑒 bao nhiêu? Với khoảng 10 ÷ 30μA transistor dẫn điện khuếch đại với ℎ𝑒 khoảng 209,5 ​ Nếu thay đặt tải (điện trở+led) cực C, ta đặt cực E hình sau Khi BJT có bão hịa khơng? Vì sao? (Câu hỏi trả lời nộp báo cáo, khơng cần trả lời lúc tiến hành thí nghiệm) BJT khơng thể bão hịa Vì pnp transistor hoạt động vùng bão hịa hai thành phần E-B C-B hoạt động miền phân cực thuận, nghĩa > > , từ suy < Mà ta lại có − = − − ( − ) = ≥ 0, nên BJT khơng thể bão hịa VI Thí nghiệm Mục tiêu ​ Khảo sát đặc tuyến vào BJT npn THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Chuẩn bị ​ Chỉnh nguồn biến đổi - 5V nhỏ (0V) THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ​ Chuyển board BJT part ​ Chỉnh biến trở giá trị nhỏ ​ Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi - 5V vào hai cực C-E Các VOM kết nối hình vẽ Hình 5: kết nối mạch đo đặc tuyến vào BJT Tiến hành ​ Bật nguồn Chỉnh điện áp VCE cố định 2V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng IB ghi vào bảng sau Trong q trình thí nghiệm lưu ý giữ V CE cố định 2V IB 10μA 15μA 20μA 25μA 30μA 35μA 40μA 45μA 50μA VBE 544,0 560,0 567,0 592,0 602,0 617,0 630,0 648,0 670,0 (mV) ​ Chỉnh điện áp VCE cố định 4V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng IB ghi vào bảng sau Trong trình thí nghiệm lưu ý giữ V CE cố định 4V IB 10μA 15μA 20μA 25μA 30μA 35μA 40μA 45μA 50μA VBE 500,0 545,0 558,0 573,0 583,0 598,0 626,0 653,0 680,0 (mV) THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ​ Vẽ đặc tuyến vào IB -VBE ứng với hai trường hợp VCE = 2V V CE = 4V THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Nhận xét: đặc tuyến giống với dạng diode Đặc tuyến ứng với = gần lùi bên trái so với = , nghĩa giá trị ( = 4) > ( = 2) VII Thí ngiệm Mục tiêu ​ Khảo sát đặc tuyến ngõ BJT npn Chuẩn bị ​ Chỉnh nguồn biến đổi 0-20V nhỏ (0V) ​ Chỉnh biến trở VR2 vị trí nhỏ ​ Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-20V vào mạch Các VOM kết nối hình vẽ THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Tiến hành ​ Bật nguồn Chỉnh dòng điện IB cố định 20μA, thay đổi Vin để có giá trị VCE theo bảng sau Điền giá trị tương ứng dòng IC VCE 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V IC 1,89 5,44 5,90 6,01 6,04 6,10 6,13 6,15 6,16 (mA) ​ ​ ​ Lặp lại thí nghiệm với IB= 25μA VCE 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V IC 2,34 6,65 7,33 7,51 7,56 7,59 7,64 7,68 7,72 Lặp lại thí nghiệm với IB=30μA VCE 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V IC 2,83 7,81 8,7 8,99 9,05 9,12 9,15 9,22 9,27 Vẽ đặc tuyến ngõ IC - VCE ứng với trường hợp THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) ​ Nhận xét tương quan đặc tuyến Ước tính điện áp Early Khi thấp (khoảng < 0,2), đặc tuyến dốc Khi tăng (khoảng >0,2), đặc tuyến gần nằm ngang, IC tăng lên tuyến tính với THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Lấy số liệu từ bảng = 20, lấy hai điểm ( ; IC) (0,7 ; 6,04) (0,5 ; 6,01), ta có độ dốc đặc tuyến: = 6,04 − 6,01 = 0,7 − 0,5 6,04 + 0,7 Giải phương trình, ta ≈ 40 Vậy ước tính điện áp Eraly = 40 VIII Thí nghiệm Mục tiêu ​ Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung Chuẩn bị ​ Đọc dùng VOM xác định lại giá trị điện trở Điện trở R9 R10 R11 R12 R13 Giá trị 99 9.96 9,97 9,91 9,9 ​ Kết nối mạch Hình Nguồn cấp Vin 12V ​ Chỉnh nguồn tín hiệu Vs có biên độ 1V, tần số 1Khz Sau giảm biên độ Vs 0V ​ Dùng VOM đo điện áp cực C E Q3 ​ Dùng kênh dao động ký đo dạng sóng Vs, kênh đo dạng sóng cực C Q3 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Hình 6: Sơ đồ mạch khuếch đại E chung THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Hình 7: Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại E chung Tiến hành ​ Bật nguồn Chỉnh biến trở VR8 để VCE = 6V ​ Tăng dần biên độ Vs Xác định biên độ tối đa Vs để ngõ không bị méo dạng (max swing) Nếu dạng sóng ngõ bị méo dạng đầu hình sine, chỉnh biến trở R8 để thay đổi phân cực cho đạt max swing Vẽ dạng sóng vs vce hệ tọa độ Hình 8: Biên độ = 4,8 Và biên độ 𝑒 = 0,212 ​ Xác định độ lợi mạch khuếch đại max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết Độ lợi: a= VCE = −4,68 =− 22,1 Theo lí thuyết : THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) VS a =− 0,212 ∗ gm(R12//r0) THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) , (R12//r0) ≈ R12 Với Rin ≈ (rpi//R10), rpi = β 26mV , gm = IC IC 26mV Do khơng đo β nên ta khơng thể tính xác độ lợi a theo lý thuyết Nên ta dự đoán xem kết đo a theo thực ngiệm có hợp lý khơng + Đầu tiên, theo lý thuyết a có giá trị âm, phù hợp 𝑛 𝑢 ngược pha + Thứ hai, vế gm(R12//r0) thường có giá trị vào khoảng 100-300 Mà Rin < R11 nên giá trị a = -22,1 có sở xảy ra, lúc Rin nhỏ R11 nhiều lần ​ Tắt nguồn, đo giá trị VR8 max swing kiểm chứng lại so với lý thuyết Đo ≈ 55 Giá trị tăng so với lúc đầu Nguyên nhân BJT vào vùng bão hịa, sóng bị méo dạng, ta điều chỉnh tăng để giảm IC làm tăng giới hạn bão hòa BJT ​ Kết nối tải R13 vào mạch Chuyển kênh dao động ký sang đo dạng sóng ngõ R3 Nhận xét? Dạng sóng ngõ không đổi Biên độ 𝑢 giảm không nhiều Lý giải nối tải, theo lý thuyết, độ lợi thay đổi theo công thức: a ∗ R R +R 13 13 12 =− 22,1 ∗ ≈ 10 =− 20,1 10 + a oc (n ol oa d) Kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết ​ Chỉnh lại Vs cho đạt max swing trường hợp có tải R13 Xác định độ lợi Vs Max Swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Tại Max Swing, đo = 0,262 𝑢 = 5,12 Độ lợi a = 𝑢 = −5,12 0,262 =− 19.5 THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Nhận xét: Như dự đốn tăng so với khơng có tải, có tải độ lợi giảm làm tăng giới hạn Kết độ lợi gần với đọ lợi lý thuyết tính ...THÍ NGHIỆM MƠN VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) MỤC LỤC BÀI THÍ NGHỆM I Mục tiêu II Chuẩn bị III Thí nghiệm IV Thí nghiệm V Thí nghiệm VI Thí nghiệm BÀI THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT DIODE... III Thí nghiệm 10 IV Thí nghiệm 12 V Thí nghiệm 15 VI Thí nghiệm 17 VII Thí nghiệm 19 BÀI THÍ NGHIỆM 22 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA DIODE 22 I Mục tiêu 22 II Chuẩn bị 22 III Thí nghiệm 23 IV Thí nghiệm. .. V Thí nghiêm 29 VI Thí nghiệm 32 BÀI THÍ NGHIỆM 34 KHẢO SÁT BJT 34 I Mục tiêu 34 II Chuẩn bị 34 III Thí nghiệm 35 IV Thí nghiệm 36 V Thí nghiệm 38 VI Thí nghiệm 40 VII Thí ngiệm 42 VIII Thí nghiệm