Thí nghiệm vật lí bán dẫn (ee1008) báo cáo thí nghiệm vật lí bán dẫn khảo sát diode chỉnh lưu zener

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THÍ NGHIỆM VẬT LÍ BÁN DẪN (EE1008) Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn GVHD: SV thực hiện: Nhan Hồng Kỵ Trần Minh Nhật – 2014008 Đỗ Minh Huy – 2013284 Lương Sĩ Hồng Long – 2011550 Nguyễn Hữu Trí – 2012283 Ngày tháng năm 2021 Mục lục KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C 1.1 MỤC TIÊU 1.2 CHUẨN BỊ 1.3 THÍ NGHIỆM 1.3.1 Mục tiêu 1.3.2 Yêu cầu 1.3.3 Kiểm tra 1.4 THÍ NGHIỆM 1.4.1 Mục tiêu 1.4.2 Yêu cầu 1.4.3 Kiểm tra 1.5 THÍ NGHIỆM 1.5.1 Mục tiêu 1.5.2 Yêu cầu 1.6 THÍ NGHIỆM 1.6.1 Mục tiêu 1.6.2 Yêu cầu 1.6.3 Kiểm tra KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU & ZENER 2.1 MỤC TIÊU 2.2 CHUẨN BỊ 2.3 THÍ NGHIỆM 2.3.1 Mục tiêu 2.3.2 Yêu cầu 2.3.3 Kiểm tra 2.4 THÍ NGHIỆM 2.4.1 Mục tiêu 2.4.2 Yêu cầu 2.4.3 Kiểm tra 2.5 THÍ NGHIỆM 2.5.1 Mục tiêu 3 4 4 5 5 7 8 8 10 10 10 11 11 11 11 12 12 12 13 13 13 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 2.5.2 Yêu cầu 2.5.3 Kiểm tra 2.6 THÍ NGHIỆM 2.6.1 Mục tiêu 2.6.2 Yêu cầu 2.6.3 Kiểm tra 2.7 THÍ NGHIỆM 2.7.1 Mục tiêu 2.7.2 Yêu cầu 2.7.3 Kiểm tra KHẢO SÁT BJT 3.1 MỤC TIÊU 3.2 CHUẨN BỊ 3.3 THÍ NGHIỆM 3.3.1 Mục tiêu 3.3.2 Yêu cầu 3.3.3 Kiểm tra 3.4 THÍ NGHIỆM 3.4.1 Mục tiêu 3.4.2 Chuẩn bị 3.4.3 Tiến hành 3.5 THÍ NGHIỆM 3.5.1 Mục tiêu 3.5.2 Chuẩn bị 3.5.3 Tiến hành 3.6 THÍ NGHIỆM 3.6.1 Mục tiêu 3.6.2 Chuẩn bị 3.6.3 Tiến hành 3.7 THÍ NGHIỆM 3.7.1 Mục tiêu 3.7.2 Chuẩn bị 3.7.3 Tiến hành 3.8 THÍ NGHIỆM 3.8.1 Mục tiêu 3.8.2 Chuẩn bị 3.8.3 Tiến hành Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 14 14 16 16 16 16 18 18 18 18 21 21 21 22 22 22 22 23 23 23 24 24 24 24 25 26 26 26 26 28 28 28 28 29 29 29 30 Trang 2/31 CHƯƠNG KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C 1.1 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 1.2 CHUẨN BỊ • Chuẩn bị PreLab nộp cho giáo viên trước vào lớp Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 1.3 THÍ NGHIỆM 1.3.1 Mục tiêu • Đọc kiểm chứng giá trị điện trở 1.3.2 Yêu cầu • Đọc giá trị điện trở R , R , R , R theo vòng màu, sau kiểm chứng giá trị thực R , R , R , R , R , R VOM • Đo giá trị biến trở VR5 • Các kết điền vào bảng 1: Đọc Đo Sai số 1.3.3 R1 22.101 223 R2 10.102 971 29 R3 200.101 1990 10 R4 10.100 9.8 0.2 R6 10.102 998 R7 15.102 1494 VR5 1Ω − 10kΩ 1.2Ω − 9.8kΩ 0.2Ω − 200Ω Kiểm tra • Xác định sai số kết đọc đo Sai số có với vòng màu sai số điện trở hay khơng? Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 4/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 1.4 THÍ NGHIỆM 1.4.1 Mục tiêu • Khảo sát mạch R-C, từ suy giá trị tụ điện 1.4.2 u cầu • Kết nối máy phát sóng oscilloscope sau: 1.4.3 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 • Quan sát điện áp tụ C dao động ký • Biên độ điện áp tụ C bao nhiêu? - Biên độ điện áp tụ C : U0C = 0.91 • Từ đó, q giá trị C bao nhiêu? Trình bày cách tính p U0R2 = U0 −U0C = 1.042 − 0.912 = 0.5V U0C I ZC U0C 0.91 = ⇒ ZC = R = 971 ≈ 1.767(kΩ) U0R2 I R U0R2 0.5 C1 = = 90.05(nF ) 2π f Zc1 Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 5/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Giá trị in C bao nhiêu? Từ suy sai số giá trị lý thuyết giá trị thực Giá trị in C 100nF Vậy sai số giá trị lý thuyết giá trị thực là: ∆ = |100 − 90.05| = 9.95(nF ) • Vẽ lại dạng sóng ngõ vào tụ C1 Hai sóng có tương quan phase nào? Giải thích - Nhận xét: Sóng ngõ tụ C trễ phase sóng ngõ vào Khi có dịng xoay chiều vào tụ điện, dòng 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 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 dịng điện chiều, tụ điện có trở kháng dương vơ Đặc tính ứng dụng mạch truyền tín hiệu Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 6/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Chuyển tín hiệu Vi n thành xung vuông tần số 1Khz, biên độ 2V Vẽ dạng sóng Vi n dạng sóng tụ điện Giải thích - Giải thích: Dạng sóng thể q trình nạp phóng tụ điện 1.5 THÍ NGHIỆM 1.5.1 Mục tiêu • Lặp lại thí nghiệm để đo giá trị tụ C 1.5.2 Yêu cầu • Kết nối R với tụ C • 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 • Quan sát điện áp tụ C dao động ký • Biên độ điện áp tụ C bao nhiêu? - Biên độ điện áp tụ C : 0.76V • Từ đó, giá trị C bao nhiêu? Trình bày cách tính U UC 0.76 1.98 I=p = ⇔p = ⇒ ZC ≈ 403.62Ω ZC R + ZC ZC 9712 + ZC 1 ⇒C = = ≈ 39.4nF Zc 2π f 403.62 × 2π × 10000 • Đọc giá trị in tụ C Giá trị điện áp tối đa theo lý thuyết C bao nhiêu? - Giá trị in tụ C 5µF Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 7/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 1.6 THÍ NGHIỆM 1.6.1 Mục tiêu • Khảo sát mạch R-L, từ suy giá trị cuộn cảm 1.6.2 u cầu • Kết nối máy phát sóng sau Dùng kênh oscilloscope đo dạng sóng Vi n , kênh đo dạng sóng L 1.6.3 Kiểm tra • Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số – 10MHz, biên độ 2Vp−p Quan sát kênh dao động ký để có dạng sóng xác • Quan sát điện áp cuộn dây L dao động ký • Biên độ điện áp cuộn dây L bao nhiêu? - Biên độ điện áp cuộn dây: 0.858V • Từ đó, giá trị L bao nhiêu? Trình bày cách tính U UL 0.858 1.98 = ⇔p = ⇒ ZL ≈ 466.88Ω p ZL R + R L ZL 9712 + ZL ZL 466.88 ⇒L= = = 1.49 × 10−5 (H) 2π f 2π × × 106 Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 8/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Vẽ lại dạng sóng ngõ vào L Hai sóng có tương quan phase nào? Giải thích - Giải thích: Sóng ngõ L 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 dịng điện cảm ứng để chống lại tăng dần Khi dịng điện giảm, từ trường giảm có dòng điện cảm ứng sinh để chống lại giảm Vì cuộn dây, dịng điện trễ pha so với điện áp • Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ L thay đổi nào? Giải thích - Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ L tăng/giảm tương ứng - Giải thích: UL = I ZL = I 2π f L Khi tăng tần số tín hiệu biên độ điện áp cuộn tăng Khi giảm tần số tín hiệu biên độ điện áp cuộn giảm Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 9/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Giá trị đỉnh sóng ngõ bao nhiêu? Giải thích - Giá trị đỉnh sóng ngõ 1,4V - Nguyên nhân sóng ngõ có giá trị đỉnh thấp sóng ngõ vào thấp giá trị đỉnh sóng ngõ trường hợp chỉnh lưu bán kì bán kì, hai đầu chỉnh lưu cầu phải có sụt áp lớn hai lần điện áp ngưỡng diode diode dẫn, Vout ≈ Vi n − 2VON • Nối ngõ vào tụ C Vẽ lại dạng sóng ngõ giải thích khác so với khơng có tụ C - Giải thích: Khi có tụ C dạng sóng ngõ phẳng Vì tụ điện nạp điện từ nguồn ( Vc tăng ) Vi n –Vd > Vc , xả điện (Vc giảm) Vi n –Vd < Vc Nhưng khoảng thời gian cần để tụ xả điện lớn khoảng thời gian mà Vi n –Vd < Vc nhiều, Vc giảm khơng nhiều, nên dạng sóng ngõ phẳng Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 17/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 2.7 THÍ NGHIỆM 2.7.1 Mục tiêu • Khảo sát diode zener 2.7.2 Yêu cầu • Dùng VOM đo giá trị R3 R4 R = 550Ω R = 324Ω • Kết nối nguồn điện 0-20V vào mạch, chỉnh điện áp 0V Dùng VOM chế độ đo mA kết nối R D Dùng VOM đo điện áp vào điện áp 2.7.3 Kiểm tra • Tăng dần điện áp vào, ghi nhận điện áp Zener dòng điện qua Zener bảng: Vi 10 12 14 16 Vd z 1.937 3.826 4.848 4.886 4.904 4.915 4.926 4.941 Id 0.15µA 0.16µA 1.81mA 5.39mA 9.01mA 12.63mA 16.36mA 19.89mA • Vẽ đặc tuyến Zener xác định Vz Tính cơng suất R I d = I R3 = 20mA Xác định dòng ổn áp tối thiểu Dòng ổn áp tối thiểu I zmi n ≈ 1.81 mA Điện áp Vz ≈ 4, 848V Công suất R P R3 = I R3 R = (20.10−3 ) 550 = 0.22(W ) Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 18/31 18 4.949 23.51 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử Hình 2.1: Đặc tuyến Zener • Chỉnh Vin cho I d = I R3 = mA Sau kết nối tải R song song với Zener Quan sát Volt kế Miliampe kế có tải giải thích thay đổi - Khi I D = mA, chưa mắc với R , Volt kế 4.902 V Đang trạng thái ổn áp - Khi mắc với R giá trị Ampe kế tăng lên 8.772 mA, giá trị Volt kế giảm xuống 2.818V Có nghĩa mạch khơng cịn ổn áp Vd = 2,818 < Vz = 4,848 Có thay đổi do: Vi n thông thường R4 < Vz mạch hoạt động mạch hai điện trở nối tiếp R4 + R3 Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 19/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Giảm Vi n mạch khơng cịn ổn áp So sánh với giá trị Vi n theo lý thuyết: Vi n = 5.1V - Vì mạch khơng cịn ổn áp nên giảm khơng ổn áp - Theo lý thuyết mắc mạch với R , để mạch ổn áp Vi n thỏa điều kiện: Vi n R4 ≥ Vz R4 + R3 - Vi n nhỏ để mạch ổn định bằng: Vi n mi n = Vz Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 R3 + R4 = 13.078V R4 Trang 20/31 CHƯƠNG KHẢO SÁT BJT 3.1 MỤC TIÊU • Nắm cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo • Nắm đặc tính linh kiện BJT loại npn, pnp • Khảo sát mạch khuếch đại, mạch đóng/ngắt dùng BJT 3.2 CHUẨN BỊ • Chuẩn bị prelab • Xem lại cách sử dụng công cụ đo VOM, DVM Oscilloscope (dao động ký - dđk) 21 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 3.3 THÍ NGHIỆM 3.3.1 Mục tiêu • Đo kiểm tra BJT 3.3.2 Yêu cầu • Dùng VOM đo kiểm tra BJT module 2, phần BJT 3.3.3 Kiểm tra • Đưa VOM chế độ đo diode Đo điện áp chân BJT khối I II ghi nhận vào bảng sau: - Transistor Q : Điểm đo P − P P − P P − P P − P P − P P − P Giá trị 0.664 OL 0.663 OL OL OL - Transistor Q : Điểm đo P − P P − P P − P P − P P − P P − P Giá trị 0.654 OL OL OL OL 0.665 - Xác định xem transistor loại chân P1-P2-P3 chân gì, BJT cịn tốt hay khơng Giải thích P1 P2 P3 Loại BJT Chất lượng Q1 Base Collector/Emitter Emitter/Collector NPN Tốt Q Collector/Emitter Base Base/Collector PNP Tốt - Giải thích: + Với Q : ( V12 = 0.664 ⇒ p − p : p − n V13 = 0.663 ⇒ p − p : p − n + Với Q : ⇒ Q loại NPN với P cực Base ( V12 = 0.654 ⇒ p − p : p − n V32 = 0.665 ⇒ p − p : p − n ⇒ Q loại PNP với P cực Base Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 22/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 3.4 3.4.1 THÍ NGHIỆM Mục tiêu • Khảo sát miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hịa BJT npn 3.4.2 Chuẩn bị • Đọc xem điện trở R có giá trị kiểm chứng lại VOM R = 10.102 ± 5%Ω (Giá trị đọc) R = 978Ω (Giá trị đo) • Chỉnh nguồn điện 12V kết nối mạch Hình 3.2 Một VOM đo dịng điện I b tầm µ A, VOM đo dịng I c tầm mA, VOM đo điện áp Vce • Vặn biến trở VR3 mức nhỏ Hình 3.1: Sơ đồ phần III Hình 3.2: Layout thực tế module thí nghiệm Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 23/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 3.4.3 Tiến hành • Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện I b , quan sát giá trị I c Vce điền vào bảng sau: Ib I c (mA) Vce (V ) 10µA 3.32 6.2 15µA 4.94 4.53 20µA 6.49 2.951 25µA 7.99 1.444 30µA 8.99 0.286 35µA 9.19 0.2 40µA 9.25 0.172 45µA 9.29 0.156 50µA 9.31 0.146 • Với I b khoảng transistor dẫn khuếch đại ? Khi h f e ? - Với I b khoảng 10 ÷ 25µA transistor dẫn khuếch đại với h f e khoảng 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 hòa transistor cho dòng điện qua có Vce nhỏ, hoạt động ngắn mạch, thực chức đóng Khi chế độ tắt transistor khơng cho dịng điện qua, hoạt động mạch hở, thực chức ngắt 3.5 3.5.1 THÍ NGHIỆM Mục tiêu • Khảo sát miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa BJT pnp 3.5.2 Chuẩn bị • Đọc xem điện trở R có giá trị kiểm chứng lại VOM • Chỉnh nguồn điện 12V kết nối mạch Hình 3.4 Một VOM đo dịng điện I b tầm µA , VOM đo dịng I c tầm µA , VOM đo điện áp Vce Hình 3.3: Sơ đồ khối BJT pnp Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 24/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử Hình 3.4: Sơ đồ kết nối module thí nghiệm phần BJT pnp • Vặn biến trở VR3 mức lớn 3.5.3 Tiến hành • Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện I b , quan sát giá trị I c Vce điền vào bảng sau: Ib I c (mA) Vce (V ) 10µA 2.19 7.10 15µA 3.21 6.06 20µA 4.19 5.079 25µA 5.11 4.134 30µA 6.78 3.254 35µA 7.52 2.445 40µA 8.17 1.7 45µA 8.17 1.043 50àA 8.74 0.485 ã Vi I b khong transistor dẫn khuếch đại? Khi h f e bao nhiêu? - Với I b khoảng 10 ữ 30à A thỡ transistor dn khuch i vi h f e 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, không cần trả lời lúc tiến hành thí nghiệm): Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 25/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử - 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 VE > VB VC > VB , từ suy VEC < VE B Mà ta lại có VEC − VE B = VE –0–(VE –VB ) = VB ≥ 0, nên BJT khơng thể bão hịa 3.6 3.6.1 THÍ NGHIỆM Mục tiêu • Khảo sát đặc tuyến vào BJT npn 3.6.2 Chuẩn bị • Chỉnh nguồn biến đổi 0-5V nhỏ (0V) • Chỉnh biến trở VR2 vị trí nhỏ • Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-5V vào hai cực C-E Q Các VOM kết nối hình vẽ Hình 3.5: Kết nối mạch đo đặc tuyến vào BJT 3.6.3 Tiến hành • Bật nguồn Chỉnh điện áp VC E cố định 2V, chỉnh biến trở R để thay đổi dòng I B ghi vào bảng sau Trong q trình thí nghiệm lưu ý giữ VC E cố định 2V I B (mA) VB E (V) 10µA 0.5 15µA 0.53 20µA 0.56 25µA 0.58 30µA 0.59 35àA 0.62 40àA 0.63 45àA 0.64 50àA 0.68 ã Chỉnh điện áp VC E cố định 4V, chỉnh biến trở R để thay đổi dòng I B ghi vào bảng sau Trong q trình thí nghiệm lưu ý giữ VC E cố định 4V I B (µ A) 10µA 15µA 20µA 25µA 30µA 35µA 40µA 45µA 50µA VB E (V) 0.46 0.51 0.55 0.57 0.58 0.59 0.61 0.63 0.65 Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 26/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Vẽ đặc tuyến vào I B − VB E ứng với hai trường hợp VC E = 2V VC E = 4V Nhận xét Nhận xét: Đặc tuyến giống với dạng diode Đặc tuyến ứng với VC E = 4V gần lùi bên trái so với VC E = 2V, nghĩa giá trị VB E I B (VC E = 4V ) > I B (VC E = 2V ) Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 27/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử 3.7 THÍ NGHIỆM 3.7.1 Mục tiêu • Khảo sát đặc tuyến ngõ BJT npn 3.7.2 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 3.7.3 Tiến hành • Bật nguồn Chỉnh dịng điện I B cố định 20µ A, thay đổi Vi n để có giá trị VC E theo bảng sau Điền giá trị tương ứng dòng IC VC E 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V I c (mA) 1.88 5.42 5.89 6.01 6.04 6.06 6.1 6.13 6.15 • Lặp lại thí nghiệm với I B = 25µ A I B = 30µA VC E 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V I c (mA) 2.34 6.65 7.33 7.51 7.56 7.59 VC E I c (mA) 0.1V 2.83 0.2V 7.81 0.3V 8.7 0.5V 8.99 0.7V 9.05 1V 9.11 1.5V 7.64 2V 7.68 2.5V 7.72 1.5V 9.16 2V 9.22 2.5V 9.26 • Vẽ đặc tuyến ngõ IC − VC E ứng với trường hợp Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 28/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử Nhận xét: - Khi VC E thấp (khoảng < 0.2), đặc tuyến dốc Khi VC E tăng (khoảng > 0.2) đặc tuyến gần nằm ngang, IC tăng tuyến tính với VC E - Lấy số liệu từ bảng I B = 20µ A, lấy hai điểm ( VC E ; IC ) (0.7 ; 6.04) (0.5 ; 6.01), ta 6.04 6.04 − 6.01 d IC = = dVC E 0.7 − 0.5 V A + 0.7 - Giải phương trình, V A ≈ 40V Vậy ước tính điện áp Early V A = 40V có độ dốc đặc tuyến: 3.8 3.8.1 THÍ NGHIỆM Mục tiêu • Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung 3.8.2 Chuẩn bị • Đọc dùng VOM xác định lại giá trị điện trở Điện trở R9 R 10 R 11 R 12 R 13 Giá trị (kΩ) 9.76 9.96 9.95 9.91 9.9 • Kết nối mạch Hình 3.7 Nguồn cấp Vi n 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 Q • Dùng kênh dao động ký đo dạng sóng Vs , kênh đo dạng sóng cực C Q Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 29/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử Hình 3.6: Sơ đồ mạch khuếch đại E chung Hình 3.7: Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại E chung 3.8.3 Tiến hành • Bật nguồn Chỉnh biến trở VR8 để VC E = 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 R để thay đổi phân cực cho đạt max swing Vẽ dạng sóng Vs Vce hệ tọa độ Hình 3.8: Biên độ Vs = 4.8V & biên độ Vce = 0.212V Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 30/31 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện tử • Xác định độ lợi mạch khuếch đại max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết Vce −4.68 - Độ lợi a = = = −22.1 Vs 0.212 ´ ³ R in g m (R 12 //r ) - Theo lí thuyết: a = − R i n + R 11 26mV Ic với R i n ≈ (r pi //R 10 ), r pi = β , gm = , (R 12 //r ) ≈ R 12 Ic 26mV - Do không đo β nên ta khơng thể tính xác độ lợi a theo lý thuyết Nên ta dự đoán xem kết đo a theo thực nghiệm có hợp lý khơng: + Đầu tiên, theo lý thuyết a có giá trị âm, phù hợp với kết đo phù hợp Vi n Vout ngược pha + Thứ hai, vế g m (R 12 //r ) thường có giá trị vào khoảng 100-300 Mà R i n < R 11 nên giá trị a = -22.1 có sở xảy ra, lúc R i n nhỏ R 11 nhiều lần • Tắt nguồn, đo giá trị VR8 max swing kiểm chứng lại so với lý thuyết - Đo VR8 ≈ 55kΩ - Giá trị VR8 tăng so với lúc đầu Nguyên nhân BJT vào vùng bão hòa, sóng bị méo dạng, ta điều chỉnh tăng VR8 để giảm IC làm tăng giới hạn bão hòa BJT • Kết nối tải R 13 vào mạch Chuyển kênh dao động ký sang đo dạng sóng ngõ R Nhận xét Hình 3.9: Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại E chung - Dạng sóng ngõ khơng đổi Biên độ Vout giảm không nhiều - Lý giải nối tải, theo lý thuyết, độ lợi thay đổi theo công thức: a ≈ a oc(nol oad ) R 13 10 = −22.1 = −20.1 R 13 + R 12 11 Kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết • Chỉnh lại Vs cho đạt max-swing trường hợp có tải R 13 Xác định độ lợi Vs Max Swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết - Tại maxswing, đo Vs = 5.12 V Vout = 0.262 V Độ lợi: a = Vout −5.12 = = −19.5 Vs 0.262 - Nhận xét: Như dự đốn, Vs tăng so với khơng có tải, có tải, độ lợi giảm làm tăng giới hạn Vs Kết độ lợi gần so với độ lợi lý thuyết tính Báo cáo thí nghiệm Vật Lí Bán Dẫn – Học kỳ 202, năm học 2020-2021 Trang 31/31