(TIỂU LUẬN) THÍ NGHIỆM môn vật lí bán dẫn (EE1008) bài THÍ NGHỆM1 KHẢO sát LINH KIỆN r l c

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử 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 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử 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 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử BÀI THÍ NGHỆM KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C I Mục tiêu  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 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 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Các kết điền vào bảng sau: Đọc Đo Sai số 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 dao động ký để có dạng sóng xác Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử  Quan sát điện áp tụ  Biên độ điện áp tụ - Biên độ điện áp tụ  Từ đó, giá trị 1 02 1=  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=lý0,1thuyết−0,104vàgiá=trị0,004( )thựclà: Vẽ lại dạng sóng ngõ vào sóng tụ C1 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử  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 khơng 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 dịng 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? Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử  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 6: 0,168 (V)  Từ đó, giá trị C6 bao nhiêu? Trình bày cách tính Giá trị :4,68 (μF) I= R C= ZC2πf Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử  Đọc giá trị in tụ C6 Giá trị điện áp tối đa theo lý thuyết C6 bao - Giá trị in tụ VI Thí nghiệm Mục tiêu  Khảo sát mạch R-L, từ suy giá trị cuộn cảm Yêu cầu  Kết nối máy phát sóng sau Dùng kênh oscilloscope đo dạng sóng Vin, kênh đo dạng sóng Kiểm tra  Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số 100KHz, biên độ 2Vp-p Qua kênh dao động ký để có dạng sóng xác   - Quan sát điện áp cuộn dây Biên độ điện áp cuộn dây Biên độ điện áp cuộn dây I= Trường Đại Học BáchZ Khoa51,54974243Tp.HồChíMinh Khoa Điện - Điện Tử 2πfL = π 100000 = 8,204396323 10−5 ≈ 8,2 10−5(H)  C= Vẽ lại dạng sóng ngõ vào L5 Hai sóng có tương quan phase nào? Giải thích? Giải thích: Sóng ngõ có pha sớm sóng ngõ vào Khi có dịng điện qua cuộn dây cuộn dây đồng thời tạo từ trường chạy lòng cuộn dây Dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, từ trường tăng dần theo dịng điện cuộn dây sinh dòng điện cảm ứng để chống lại tăng dần Khi dịng điện giảm, từ trường giảm có dịng điện cảm ứng sinh để chống lại giảm Vì cuộn dây, dòng điện trễ pha so với điện áp  Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ L5 thay đổi nào? Giải thích? Khi tăng tần số tín hiệu biên độ điện áp cuộn tăng Khi giảm tần số tín hiệu biên độ điện áp cuộn giảm Giải thích: = I = I.2πf L BÀI THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU & ZENER I Mục tiêu Nắm cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo Nắm đặc tính linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang diode zener Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Thiết lập mạch ổn áp đơn giản II Chuẩn bị Chuẩn bị prelab Xem lại cách sử dụng dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng III Thí nghiệm 1 Mục tiêu Khảo sát đặc tính diode miền thuận Yêu cầu 10 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử III Thí nghiệm 1 Mục tiêu  Đo kiểm tra BJT Yêu cầu  Dùng VOM đo kiểm tra BJT module 2, phần BJT Kiểm tra  Đưa VOM chế độ đo diode Đo điện áp chân BJT khối I II ghi nhận vào bảng sau: Transistor Q1: Điểm đo P Giá trị 35 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Transistor Q2:  Điểm đo P Giá trị Xác định xem transistor loại chân P1-P2-P3 chân gì, BJT cịn tốt hay khơng? Giải thích? Q1 Q2 - Giải thích 12 + Với 13 + 12 Với 32 IV Thí nghiệm Mục tiêu  Khảo sát miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa BJT npn Chuẩn bị Đọc xem điện trở R1 có giá trị kiểm chứng lại VOM R1=995Ω(giá trị đo)  R =10.102 ±5%Ω(giá trị đọc)  ChỉnhμAnguồn điện 12V kết nối mạch Hình Một VOM đo dòng điện Ib tầm , VOM đo dòng I c tầm mA, VOM đo điện áp Vce  Vặn biến trở VR3 mức nhỏ 36 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Hình 1: Sơ đồ phần III Hình 2: Layout thực tế module thí nghiệm Tiến hành  Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện Ib, quan sát giá trị Ic Vce điền vào bảng sau: Ib μA 10 15 μ A 20 μ A 25 μ A 30 μ A 37 35 μ A 40 μ A 45 μ A 50 μA Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Ic 3,32 (mA) Vce(v) 6,2  Với Ib khoảng transistor dẫn khuếch đại? Khi hfe bao nhiêu? khoảng 10 ÷ Với 325  Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ nào? Vì sao? Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt ta đưa transistor chế độ bão hịa/tắt Vì chế độ bão hịa transistor cho dịng điện qua có nhỏ, hoạt động ngắt mạch, thực chức đóng Khi chế đọ tắt transistor không cho dongf điện qua, hoạt động mạch hở, thực chức ngắt V Thí nghiệm Mục tiêu  Khảo sát miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa BJT pnp Chuẩn bị = 10 102 ± 5% ( ịđọ )  Đọc xem điện trở = 997 ( ịđ ) μA  Chỉnh nguồn 12V kết nối mạch hình Một VOM đo dòng điện , VOM đo dòng 38 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Hình 3: Sơ đồ khối BJT pnp Hình 4: Sơ đồ kết nối module thí nhiệm phần BJT pnp  Vặn biến trở VR3 Về mức lớn Tiến hành  Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đỏi dòng điện vào bảng sau: 10μA 2,50 39 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử (mA) (V)  209,5 Với Với  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, không cần trả lời lúc tiến hành thí nghiệm) BJT khơng thể bão hịa Mà ta lại có Vì pnp transistor hoạt động vùng bão hịa hai thành phần E-B C-B hòa − = −0−( − )= ≥0, hoạt động miền phân cực thuận, nghĩa nên BJT khơng thể bão VI Thí nghiệm Mục tiêu  Khảo sát đặc tuyến vào BJT npn Chuẩn bị  Chỉnh nguồn biến đổi - 5V nhỏ (0V) 40 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử  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 VCE cố định 2V IB 10μA VBE 544,0 (mV)  Chỉnh điện áp VCE cố định 4V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng IB ghi vào bảng sau Trong q trình thí nghiệm lưu ý giữ VCE cố định 4V IB 10μA VBE 500,0 (mV)  Vẽ đặc tuyến vào IB -VBE ứng với hai trường hợp VCE = 2V VCE = 4V 41 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Nhận xét: đặc tuyến giống với dạng diode Đặc tuyến ứng với 2) bên trái so với 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 42 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử 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 IC 1,89 (mA)    Lặp lại thí nghiệm với I VCE 0.1V IC 2,34 Lặp lại thí nghiệm với IB=30μA VCE 0.1V IC 2,83 Vẽ đặc tuyến ngõ IC - VCE ứng với trường hợp  Nhận xét tương quan đặc tuyến Ước tính điện áp Early Khi tuyến gần Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh ta có độ dốc đặc Khoa Điện - Điện Tử Lấy số liệu từ bảng Giải phương trình, ta VIII T hí ng hiệ m Mục tiêu  Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung Chuẩn bị  Đọc dùng VOM xác định lại giá trị điện trở Điện trở Giá trị  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 Hình 6: Sơ đồ mạch khuếch đại E chung 44 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử 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 V s để ngõ không bị méo dạng (max swing) Nếu dạng sóng ngõ bị méo dạng đầu hình sine, chỉnh biến trở R để thay đổi phân cực cho đạt max swing Vẽ dạng sóng v s vce hệ tọa độ Hình 8: Biên độ = 4,8 Và biên độ  = 0,212 Xác định độ lợi mạch khuếch đại max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết Độ lợi: Theo lí thuyết : 45 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Với R in ≈ (rpi//R10 Khoa Điện - Điện Tử + + Do không đo β nên ta khơng thể tính xác độ lợi a theo lý thuyết Nên ta dự Đầu tiên, theo lý thuyết a có giá trị âm, phù hợp ngược pha Thứ hai, vế gđốnxemkếtquảđoatheothựcngiệmcóhợplýkhơng m(R12//r0) thường có Rgiá trị vào khoảngR 100-300 Mà Rin < R11 nên giá trị a = -22,1 có sở xảy ra, lúc in nhỏ 11 nhiều lần R8  Tắt nguồn, đo giá trị V max swing kiểm chứng lại so với lý thuyết Giá trị Đo dạng, t a điề u chỉnh tă ng sóng bị méo  Kết nối tải R13 vào mạch Chuyển kênh dao động ký sang đo dạng sóng ngõ R3 Nhận xét? giảm khơng nhiều.Dạngsóngngõrakhơngđổi.Biênđộ R Lý giải nối tải, theo lý thuyết, độ lợi thay đổi10theo công thức: a ≈ aoc(noload) ∗ R13 + 13 R12 =− 22,1 ∗ 10 + =− 20,1 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 Tại Max Swing, đo được= 0,262 và= 5,12 =− 19.5 46 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử Nhận xét: Như dự đoán tăng giới hạn 47 ... 44 Trường Đại H? ?c Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử BÀI THÍ NGHỆM KHẢO SÁT LINH KIỆN R- L- C I M? ?c tiêu  Nắm c? ?ch sử dụng kit thí nghiệm, dụng c? ?? đo  Nắm đ? ?c tính linh kiện điện trở,... Đ? ?c giá trị điện trở R1 , R2 , R3 , R4 theo vịng màu, sau kiểm chứng giá trị th? ?c R1 , R2 , R3 , R4 , R6 , R7 VOM  Đo giá trị biến trở VR5 Trường Đại H? ?c Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử C? ?c. .. điện, cuộn c? ??m  Thiết l? ??p mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn c? ??m II Chuẩn bị  Chuẩn bị PreLab nộp cho giáo viên trư? ?c vào l? ??p III Thí nghiệm 1 M? ?c tiêu  Đ? ?c kiểm chứng giá trị điện trở Yêu c? ??u