BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP.HCM
KHOA VẬT LÝ
DROS
NGHIEN CUU
DAY TOT BAI CHINH LUU
DONG DIEN XOAY CHIEU LOP 12
GVHD : Thac si Phan Thanh Van
SV : Nguyễn Thị Thu Nga
Khóa : 1998 - 2002
Trang 2Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều |
MUC LUC
Lời Mở Đậu - (5E 1S ES2S2151 3151513 1 51511 12211 1 E2 11212 1H vo Trang 2 Á::Dodle:Điit HẨNG 2á wis iis ci isan ata RR a Sa tna Trang 3 [ TỔN QUGt oo eecceccseseseneecseensesseseeenonesescseesnnvacneeneenseesversetencanceares Trang 3 IN: Chic loại diodà:bán GOI iscisiissosiiss tisniasesieistvvastocssaieeeviiscbeaasteder Trang 3
l) Diode chỉnh Ìiêu Ẳ - << S3 << 5x << +2kEESE+Erekekseessrss Trang 3 2) G( TNÊÏ uy i26cá22 020220 1601222002022866010616as86ã Trang 5
UN? 0i Trang 8
4) Nai be sadsxtvtworioaiicecocdaeosaygaagas Trang 10
4] ĐA Nền AE G1400 210xxdsea«i Trang 14 6) Diode hôi phục nhảy bậc ‹- ¿c5 362 Trang 15 LV DICE SCHON si RRR xxx Trang 16
B.Neguyén tle mach Chiles Cts icassssascsensavssessconsosersaerasciciavasevoptvanpnyecsiavan Trang 17
[.:CRih:hAi Ï BRG:NẪN CHA isis aaa sees eae dia Trang 17 HI Chỉnh lưu l pha hai ma chú kÌ 5 5S xcss Trang 18
1) Sơ đồ chỉnh lưu cầu ! pha - 55 5 s<< << <5 Trang 18 2) Sa db diing may BIEN AP o cccccecsceresceeseoeeeeeeeeverereeeseesees Trang 19
€C Dao động ký điện từ (Oscillocope) - 5 5S vs Trang 2l
I Nguyên tắc hoạt động của Oscillocope ¿5-55 <+3 Trang 2] l) ƠNG PRỐNG GIẾN ÑỄ GuáckcucGccccccjkcociseo Trang 2l
2) t0 Hy 1c seduee Trang 24 Il Cau tao va cach sử dụng dao động ký điện tử Trang 25 l) Dao động ký điện tử l chùm tía - Trang 25 2) Dao động ký điện tử 2 chùm tỉa - <5 5S: Trang 30
LH Phép đo chỉnh lưu dòng điện xoay chiểu ¿5 Trang 34
[00 0100 1l Greaeeesesssaexoveeeeeoaaeooaeoaenaaesevssan Trang 34 BET CR ID 2c20112136400%x4A0241À151ã6áG248801204ã20054 Trang 35
I aE KK ———— Trang 37
1) Di ĐRGT GD WGG0CG0 0A0 00tGaydaacacad Trang 37
2) LED phát vạ mặt và LED phát xạ cạnh Trang 38 3) Ung dung và một số kỹ thuật quan trọng của LED Trang 39
TT OG et Se! | Trang 39
SG AT Gái sodbeictG110G15200G24001á69514GÁ8288616023222ã46 Trang 45
6) LED Why Ady iii iiiicicti ii neaetiaai eek Trang 46
7) FAAS CHIME GOR siicasenesnastsgansceisakebsanhgannnisndsaniexdante sassnbiis Trang 47
Trang 3Nghiên cửu dạy tất bài chính lưu dòng điện xoay chiều 2 LỜI MỞ ĐẦU
Mục đích giáo dục ngày nay ở nước ta và trên thế giới không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kỹ nãng loài người đã tích lũy được trước đây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc cho họ bồi dưỡng năng lực sáng tạo ra những tri thức mới, phương pháp mới, cách giải quyết vấn dé mới phù hợp với hoàn cảnh của mỗi đất nước, mỗi dân tộc Trong xã hội biến đổi mau le như hiện nay và ở thế kỷ 21, người lao động cũng phải biết luôn đổi mới kiến thức và năng lực của mình cho phù hợp với sự phát triển của khoa
học, kỹ thuật Lúc đó, người lao động phải có khả năng tự định hướng và tự học để thích ứng với đòi hỏi mới của xã hội Giáo dục không phải chỉ chú ý
đến yêu cầu xã hội đối với người lao động, mà còn phải chú ý đến quyền lợi, nguyện vọng năng lực, sở trường của cá nhân Sự phát triển đa dạng của cá nhân sẽ dẫn đến sự phát triển mau lẹ, toàn diện và hài hòa của xã hội
Trong quá trình dạy học, cả giáo viên và học sinh có những nhiệm vụ cụ
thể, Giáo viên là người tổ chức điều khiển còn học sinh là người tự tổ chức, tự điều khiển, tự chiếm lĩnh trị thức, kỹ năng bằng chính những thao tác, hoạt động trí tuệ của riêng mình dưới sự tổ chức, điểu khiển của giáo viên Vì lẽ đó, trong xu thế dạy học hiện đại, phương pháp dạy học phải phát huy cao độ
tính tích cực, độc lập, sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh, làm
cho học sinh say mê, hứng thú học tập, đạt chất lượng và hiệu quả cao
Ngoài việc dùng lời nói, từ ngữ khi dạy học, giáo viên còn cần phải sử dụng các biện pháp và thủ thuật khác phù hợp với hoàn cảnh nhằm làm cho bài giảng sinh động, thực tế hơn, giúp học sinh có thể tiếp thu một cách tự
nhiên
Bên cạnh các dụng cụ thí nghiệm đã có sẵn, giáo viên có thể tự chế tạo thêm các dụng cụ đơn giản khác để đưa vào bài dạy Điều này đòi hỏi người
giáo viên phải có óc sáng tạo cao nhưng lại làm cho học sinh thích thú học môn vật lý hơn và giá thành của dung cụ lại không đắt
Luận văn này sẽ trình bày lý thuyết về các loại điode, dùng trong việc
chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, quan sát dòng điện trước và sau chỉnh lưu bằng dao động ký điện tử (Oscilloscope) và bảng mạch điện "chỉnh lưu 2 nửa chu ky” để minh họa cho học sinh khi không có đao động ký điện tử
Với mô hình đơn giản như vậy, ta có thể đưa vào hỗ trợ khi dạy bài chỉnh
lưu dòng điện xoay ở lớp 13 Học sinh sẽ rất thích thú khi được quan sắt sự mồ
Trang 4Nghiên ciều day tốt bài chỉnh lựa dòng điện xoay chiều 3
A DIODE BAN DAN
L Tổng quát:
Khi trong m6t tinh thé ban dan Silicium (Si), Gemanium (Ge) được pha để tạo thành vùng bán dẫn loại N (pha Phospho) và vùng bán dẫn loại P (pha Indium) thì trong chất bán dẫn hình thành vùng mối nối PN được gọi là Diode
Mối nới P_N (đdiode) chính là nền tảng phát triển của ngành điện tử ngày nay
Diode ban dẫn được định nghĩa là dụng cụ bán dẫn có I tiếp xúc chỉnh lưu và 2 cực điện chỉ cho dòng điện đi qua theo I chiều Sau này, do sự phát triển
mạnh mẻ của các dụng cụ bán dẫn, danh từ “điode” chỉ mang tính lịch sử
Nghĩa là các dụng cụ bán dẫn mang tên diode hiện nay không phải cũng chỉ có
2 cực và chỉ sử dụng như dụng cụ l chiều
Các thông số kỹ thuật của diode:
- Điện áp nghịch cực đại (Volt): mức điện áp giới hạn, trên mức này diode đi vào hiện tượng đánh thủng làm hư diode
Điện án DC nghịch ( Vreverse): mức điện áp danh định
- Dong trung bình thuận (ly: Forward): cường độ dòng điện làm việc của diode
-_ Dòng trung bình thuận cực đại (lr„„.): khi dẫn điện, diode bị đốt nóng
bởi công suất Pp = (Vọ.lg) Dòng Ig„„„ là mức giới hạn, quá dòng này diode sé
bị quá nhiệt và hư hỏng
- Đòng đột biến (l„„: surge): la dòng đột ngột tăng cao (khi mới mở may) dòng này cho thấy khả năng của diode chịu các trạng thái quá độ trong
mạch Thường dòng l„„; được quy địng trong thời gian Ì giây
- Vp (I= 10 mA): điện áp giảm trên mối nối P_N, điện áp này được đo ở đòng quy định Ở đây, dòng lấy làm chuẩn để do Vụ= 10mA
Trang 5Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu 4
- Đòng thuận là dòng dién di qua diode từ anod đến cathod khi phân cực thuận, cũng là chiều hướng từ bán dẫn P sang bán dẫn N, là chiều mũi tên
trong kí hiệu mạch của diode
Anode › Cathode
Hình 1
-_ Những điode trước đây thường làm bằng phương pháp hợp kim (phương
pháp đơn giản nhất), là phương pháp làm nóng chảy viên bi kim loại để tạo lớp chuyển tiếp PN Hiện nay, các diode chủ yếu được chế tạo bằng phương pháp khuếch tán
- Cấu trúc bên trong va hinh dang vỏ bọc bên ngoài phải đảm bảo 3 yêu cầu: sự tán nhiệt tốt khi diode làm việc ở chế độ dòng lớn, hạn chế các yếu tố kí sinh khi làm việc ớ tần số cao, có kích thước nhỏ nhất 03cm a/ - 8.Scem ~ bí ở : 3,5em zy cí Mu.” lLãk(( H.2: Hinh dạng bên ngoài của một số diode điển hình a Dòng nhỏ b Dòng trung bình c Dòng lớn
Thân của diode dòng nhỏ có thể dài cỡ 0,3 cm; trên vỏ diode có các vòng
nhiểu màu để chỉ loại va loai chat tao diode, Loai diode dòng nhỏ có dòng
thuận cỡ 100mA, dòng ngược bão hòa điển hình cỡ 5 ở 25°C điện áp đánh thủng nhỏ hơn 75V Các diode dòng trung bình thì lớn hơn (về kích thước), trên vỏ ghi ký hiệu điode nên dễ dàng xác định cực của nó Dòng thuận cỡ 100mA, điển áp đánh thủng ngược nhỏ hơn 200V Phương pháp tỏa nhiệt chủ yếu của điode dòng nhỏ và dòng trung bình là dựa vào sự đối lưu không khí và sự dẫn
nhiệt qua chân diode
Trang 6Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lieu dòng điện xoay chiều 5 Ith(maA) A 80 Uth 60 ——— 40 Ith 20 U(v) (xì 02 03 04 02 03 04 06 08 1 Uát 2 3 (uA)
H.3: Đặc tuyến Voit - Ampe của diode silic dòng nhỏ
Từ đặc tuyến Volt_Ampere, có thể thấy những tham số quan trọng nhất
của diode chỉnh lưu:
- Dòng bão hoà ngược I,„ : càng nhỏ hơn so với dòng thuận càng tốt - Điện áp thông thuận Uy : là điện áp phân cực thuận, bắt đấu từ đấy
đòng thuận tăng lên đáng kể Điện áp thông thuận phụ thuộc vào đặc tính của
vật liệu bán dẫn chế tao diode
- Dòng thuận cực đại I„„, (Igu) là dòng thuận lớn nhất có thể cho qua diode Đôi khi tham số này thay bằng công suất cực đại Đây là thông số quan
trọng, nói lên khả năng ứng dụng của điode
- Điện trở động của điode rạ là độ đốc của đặc tuyến thuận điode tại
điểm khảo sát, được xác định bằng tỉ số giữa gia số của điện áp và gia số của
đòng điện tương ứng
Diode chỉnh lưu dùng để đổi điện xoay chiểu (50 Hz⁄ 60 Hz) sang điện một chiều Đây là loại diode rất thông dụng, chịu được dòng tif vai tram mA đến loại công suất cao chịu được vài trăm Ampere (ding trong công nghiệp),
diode chỉnh lưu thông thường là loại Sỉ
Ngoài ra, người ta còn loại diode tách sóng có hình dạng nhỏ, thuộc loại tiếp điểm, hoạt động tẩn số cao, có nhiệm vụ như điode chỉnh lưu nhưng chủ yếu là với tín hiệu biên độ nhỏ và ở tần số cao
Trang 7Nghiên cứu dạy tất bài chính lưu đòng điện xoay chiều 6
Là diode làm việc dựa trên cơ sở hiệu ứng đánh thủng thác lũ và đánh
thủng zener chuyển tiếp PN giúp cho hiệu điện thế 2 đầu Zener có giá trị không đổi (đặc tính ghim áp) Diode ổn định thường hoạt động ở chế độ phân
cực ngược do các hạt dẫn sinh ra trong quá trình đánh thủng thác lũ và đánh
thủng Zener Vì thường dùng ở chế độ dòng lớn nền là diode silic tiếp mặt a c tuyén Volt V 6 5: U À anode cathode Uz : ỳ ' i om lec anode cathode ly } anode cathode r Đ 4 H.4: Đặc tuyến Volt - Ampe (a) và ký hiệu mạch (b) của diode ốn định
- Phần thuận của đặc tuyến có dạng giống đặc tuyến thuận của diode thường Vì điode công tác ở chế độ phân cực ngược nên đặc tuyến ngược của
nó có ý nghĩa quan trọng
- Từ đặc tuyến, ta có các tham số điện cần chú ý sau:
+ Điện áp ổn đỉnh U; (điện áp Zener): là điện áp ngược đặt vào diode
làm phát sinh hiện tượng đánh thủng, trong quá trình làm việc, diode giữ ổn định ở điện áp này Với mỗi loại diode ổn định, điện áp ổn định biến thiên
Trang 8Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiễu 7 + Trở kháng đông Z„„ được xác định bằng độ dốc của đặc tuyến tĩnh tại điểm công tác z, - We: dl
Ta thấy, trở kháng động càng nhỏ, đặc tính ổn định càng cao, trường hợp lý tưởng, độ đốc đặc tuyến gần bằng không, nghĩa là đặc tuyến ngược gần
vuông góc với trục hoành
Trở kháng động là tham số đặc trưng cho khả năng ổn định của diode
+ Điện trở tĩnh R là tỉ số giữa điện áp và dòng điện trên diode ổn định tại
điểm công tác
R= U,/ IL,
Điển trở tĩnh phụ thuộc dòng điện chảy qua diode, trong khoảng điện áp ổn định, điện trở tĩnh có giá trị hầu như không đổi
+ Hệ số ổn định Z: là tỷ số giữa độ biến đổi tương đối của dòng điện qua
diode và độ biến đổi tương đối của điện áp trên diode
Như vậy, Z là tỷ số giữa điện trở tĩnh và điện trở động tại điểm công tác của điode nên diode có hệ số ổn định Z càng cao càng tốt Các điode ổn định silic thường có hệ số ổn định Z = 100
+ Hệ số nhiệt đô của điện áp ổn định 6y : cho biết sự biến đổi tương đối
của điện ấp ổn định khi nhiệt độ thay đổi 1C:
"s.: hU, đĩT
J veut
Hệ số nay có giá trị âm nếu hiện tượng đánh thủng chủ yếu do hiệu ứng Zener gây ra và có giá trị dương khi hiện tượng đánh thủng chủa yếu do hiệu
ứng thác lũ gây ra
+ Công suất tiều tấn P„;: là công suất cực đại cho phép diode công tác hình thường Đôi khi thay cho tham số này có thể cho đòng công tác cực đại lạm
Trang 9Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lu dòng điện xoay chiêu 8
b) Ung dung:
Diode ổn áp được dùng chủ yếu làm ổn định điện áp,ổn định dòng điện và các điện lượng kể trên khi nhiệt độ thay đổi (bù nhiệt)
Ổn định điện áp phân cực thuận trên các chuyển tiếp PN khi nhiệt độ thay đổi là vấn để rất quan trọng khiến các dụng cụ bán dẫn làm việc ổn định
Các chuyển tiếp PN bán dẫn silic có hệ số nhiệt âm, trong khi diode ổn định có
thể có hệ số nhiệt dương Người ta lợi dụng đặc tính này để bù nhiệt
3 Diode ngugc (suy biển):
Diode tunnel hoat déng dựa trên hiệu ứng tunnel của chuyển tiếp PN Đối
với các diode chỉnh lưu, nỗng độ đono trong bán dẫn N và acxep to trong bán
dẫn P nằm trong khoảng giới hạn nhất định và mức Fermi của loại diode này Ở khoảng gắn giữa vùng cấm Nếu tăng nồng độ tạp chất trong bán dẫn P và N lên tới mức làm bán dẫn thành bán dẫn suy biến, Lúc này mức Fermi đã dịch
đến sát đáy vùng dẫn bên bán dẫn N và đỉnh vùng hóa trị bên bán dẫn P Khi
đó ta có điode ngược ( diode suy biến)
Diode ngược có ký hiệu mạch và đặc tuyến Volt_Ampere có dạng:
Ái
anode cathode
voc
b/
H.6 : Đặc tuyến Volt - Ampe (a) và kỷ hiệu mạch (b) của diode ngược
a) Nguyên lý làm việc của diode ngược: dựa vào giản đổ vùng năng
lượng
Mức Fermi nằm sát đáy vùng dẫn bên N và đỉnh vùng hóa trị bên P Chỉ cẩn l điện áp phân cực ngược nhỏ đã xuất hiện hiệu ứng xuyên hẩm theo ngược chiều, làm dòng ngược tăng rất nhanh, không có đoạn bão hòa như
điode chỉnh lưu thông thường
Trang 10
Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dong điện xoay chiếu Ụ
sự tăng đòng điện chậm hơn nhiều so với sự tăng điện áp Và điểm uốn của đặc tuyến thuận cũng xảy ra muộn hơn so với trường hợp bình thường Ec — D5 Er Ec H.4 - Giản đồ vùng năng lượng của diode ngược a/ Khi cân bằng b/ Khi phân cực ngược b) Các thông số:
Diode ngược thường dùng trong các mạch tách và trộn sóng ở nhiều dải tần số khác nhau (ở dãi tần số siêu cao) Tham số quan trọng hàng đầu của diode này là tần số giới hạn cao, nên diode phải có điện dung nhỏ Người ta thường dùng các diode tiếp điểm làm từ chuyển tiếp PN với điện dung rào thế Cpxy cỡ nhỏ hơn l pE hoặc diode tiếp xúc MS
Ngoài ra còn có các tham số:
- Đô nhạy dòng h: là tỉ số giữa dòng nắn ngắn mạch và công suất tín hiệu cao tần đưa vào diode
hạ = lọ / Pvcy
Cho biết khả năng của diode tách tín hiệu có ích ở đầu ra khi đưa vào đầu
Trang 11Nghiên ciêu đạy tốt bài chỉnh [đá dòng điện xoay chiêu I0 - Nhiệt đô tạp âm tương đối Tụ,: bằng tỈ số giữa công suất tạp âm vốn có của điode ở đải tấn pf và tạp âm nhiệt trong dải tần ấy
Py, = P,/ kTpf
CHá trì nhiệt độ tạp âm tương đổi khác nhau tùy theo giá trị và dạng tin
hiệu đặt vào diodc tách sóng
- Tổn hao biến đổi L: tỉ số giữa công suất tần số cao đưa vào diode trộn sóng và công suất tần số trung bình trên điện trở tải R, ở điều kiện phối hợp trở kháng F.(c) L=101 © (fb) dB c) Ung dung:
Tách trộn sóng hay dùng trong các mạch khóa xung có biên độ nhỏ
- Ưu điểm: Độ nhạy dòng cao (10-20 lan) trong mạch V tách sóng Trong mạch trộn sóng vùng tần số âm thanh và hình ảnh, tạp âm thấp
- Khuyết điểm: Áp vào dòng hoạt động nhỏ
- Chú ý: chịu ảnh hưởng nhiệt
4.Diode tunnel:
Khi ta đã có được diode suy biến ở nồng độ tạp chất trong bán dẫn P và N nhất định, nếu vẫn tiếp tục tăng nồng độ của chúng lên thì sẽ làm mức Fermi nằm sau vào đáy vùng dẫn bên bán dẫn N và đỉnh vùng hóa trị lên bán dẫn P
Lúc đó ta có diode tunnel (diode Esaki) và điode hoạt động cũng dực trên hiệu ứng tunnel
Vật liệu chế tạo điode này thường gặp là Ge hay GaAs với nồng độ hạt dẫn rất cao nên có vùng tiếp xúc hẹp, hiệu số thế tiếp xúc khá lớn
Ký hiệu:
Anode » Cathode
a) Đặc tuyến Volt_Ampére:
- Đường đặc tuyến có dạng hình chữ N Đặc điểm nổi bật của đường đặc tuyến là nó có đoạn điện trở âm Khi phân cực thuận thích hợp, diode tunnel
Trang 12Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều H —_—~—> lo [mA] 4 Miễn điện trổ âm Uc _ i Al |: v t_ -~ AU j | u Ỉ : Udy u»[mV] Hình 8
Đặc tuyến Volt-Ampere của diode tunnel dựa theo tính toán lý thuyết
- Dựa vào giản đổ vùng năng lượng chuyển tiếp PN pha tạp nhiều, ta
thấy:
+ Khi phân cực ngược:
Giản đồ vùng năng lượng dịch chuyển ! đoạn qU (U: điện áp ngoài đặt
vào) theo hướng làm vùng năng lượng uốn cong thêm, l số điện tử nằm trong vùng hóa trị bên P có năng lượng bằng mức năng lượng bỏ trống bên N Do đó,
ngoài số điện tử bị cuốn bởi điện trường, còn nhiều điện tử đi từ P sang N theo
phương thức xuyên hầm
Càng tăng điện áp ngược, đáy vùng dẫn bên N càng thấp, miền hóa trị bị điện tử chiếm đầy bên P đối diện với miền dẫn bỏ trống bên N càng lớn, hiệu ứng tunnel theo chiều ngược càng mạnh, dòng ngược tăng vọt Trong dòng ngược của điode tunnel, thành phẩn dòng Iy c đóng vai trò chủ yếu, còn dòng Icey va dòng ngược tuy vẫn tổn tại nhưng rất nhỏ so với dòng Iy ¿ nên có thể bỏ qua
Đặc tuyến ngược của diode tăng đột ngột khi điện áp ngược tăng không
có đoan bão hòa
+ Khi phân cực thuận:
Tăng dan điện áp thuận từ trạng thái cân bằng dòng thuận (I„=0), đáy vùng dẫn dịch chuyển lên trên I lượng qU làm chiều cao rào thế giảm và làm
tăng thành phần khuyếch tán điện tử từ N sang P Khi đó, các điện tử sẽ đi từ
miền N sang P theo phương thức xuyên hầm
Ngay khi phân cực thuận còn nhỏ, các hạt dẫn di chuyển không chỉ bằng
hiện tượng khuyếch tấn mà còn bằng phương pháp xuyên hẩấm là chủ yếu,
Trang 13Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 12
chiếm đẩy bên N đối diện với số mức bỏ trống bên P lớn nhất) Lúc đó, nếu
tiếp tục tăng điện áp thuận, dòng thuận giảm Hiệu ứng tunnel theo chiều thuận do đó giảm đi Và đoạn đặc tuyến Volt _ Ampere lúc này là đoạn quan trong nhất vì có xuất hiện điện trở âm (dòng giảm khi điện áp tăng) 6) # > ⁄ i Olode chỉnh lưu Diode c) turnen Hình 8 Hình 98
Giản đồ vùng năng lượng chuyển tiếp PN khi phân cực ngược; a) chuyển tiếp PN thông thường: b) diode tunnel phân cực nhé; c) diode tunnel khi phân cực lồn;
Trang 14Nghiên ciêu dạy tất bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiễu 13
Khi các mức điện tử chiếm đẩy bên N đối diện hoàn toàn với vùng cấm
bên P Hiệu ứng tunnel không còn, đòng thuận do hiệu ứng giảm cực tiểu Lúc
này, dòng thuận chủ yếu là dòng ly Tiếp tục tăng điện áp theo chiều thuận,
điode sẽ hoạt động như diode chỉnh lưu thông thường
Evo Evp Ern
Epp : cre Ere Een a) b) Eup EFx Erw Eos Ecn cì a -đ) m 2 `Ìm z Vhidleadd dc Ecn (A000 Hình 10 Giản đồ vùng nàng lượng của diode tunnel khi phân cực thuận b) Các thông số: - Dong dinh Ly, va dong day Ly, là dòng thuận max và min khi xảy ra hiệu ứng tunnel
- Điện áp dinh Uy», va điện áp đáy Ủ¿, là trị điện ấp min và max rơi trên
điode khi xuất hiện điện trở âm
Trang 15Nghiên cứu day tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiễu 14
- Dién rd im Ry là giá trị nghịch đảo của độ đốc đoạn điện trở âm Rp = -Up/ Ip Thực tế, tại mỗi điểm trong khoảng điện trở âm có thể có giá trị điện trở am khác nhau c) Ung dung: - Có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực siêu cao tấn
- Diode tunnel dùng trong dang mạch như phát cao tắn, khuyếch tán, đóng mở
mach siéu cao hay các mạch xung số tốc độ nhanh
- u điểm: Tốc độ truyền tín hiệu nhanh, đáp ứng tẩn số hoạt động cao
(vài trăm GHg) không bị ảnh hưởng nhiệt
- Khuyết điểm: Áp hoạt động nhỏ nên nguồn phân cực hoạt động phải ồn định tốt, khi hoạt động ở tần số cao rất dễ gặp hiện tượng cộng hưởng do điện cảm ký sinh dây dẫn và điện dung liên cực gây nên; vì chỉ có 2 cực dẫn
tín hiệu nên khó tách biệt ngõ vào và ra của mạch 5 Diode bién dung: (Varicap, epicap, varacto)
La diode bin din có lớp chuyển tiếp PN được chế tạo đặc biệt nhằm lợi
dụng đặc tính điện dung của nó Diode thuộc loại dụng cụ bán dẫn P cực điện
dung của nó có thể thay đổi trong 1 phạm vi nhất định khi thay đổi điện áp
phân cực ngược diode a) Nguyên tắc hoạt động: Anode > Cathode a) í 1 im -Ắ X'm Â"- b)
Trang 16Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu mm 15
Khi phan cực ngược chuyển tiếp PN ở I1 giá trị điện áp nhất định, miễn diện tích không gian rộng ra Toàn miền điện tích không gian có thể xem như vật liệu điện môi
(điện trở suất rất lớn) Trong khi đó, miền bán dẫn P và N có điện trở suất rất nhỏ so với miền trên nên tương đương như vất liệu dẫn điện Lúc này, cấu trúc của chuyển
tiến PN tương đương như l tụ điện phẳng
hb) Các tham số kỹ thuật:
- Điện dung max và điện dung min là giới hạn khoảng biến thiên của
điện dung diode khi điện áp phân cực ngược biến đổi Điện dung cực đại Ứng
với điện áp phân cực ngược nhỏ (gắn bằng 0) và điện dung cực tiểu ứng với
điện áp phân cực ngược lớn
- Đô dốc của đặc tuyến điền dung điện áp mô tả quan hệ hàm số giữa
điện dung của điode và điện ấp ngược đặt vào diode
- Tần số giới han: là tần số cực tiểu và tấn số cực đại Nguyên nhân gây
ra giới hạn là đo điện trở nối tiếp R¿ và điện dẫn g của chuyển tiếp PN / - Ro + &, ue 2m | Suns = 2zc,„Ñ Cc) U ng dung:
Vì điện dung của điode biến dung biến đổi gắn như đồng thời với sự biến đổi điện áp ngược đặt vào điode nên người ta có thể dùng điện dung của nó
như điện dung trong mạch dao động Các diode biến dung dùng phổ biến trong
các mạch tự động điều chỉnh tần số hoặc các mạch điều tần Trong các mạch khuyếch đại tham số và nhân tần, nếu dùng diode biến dung, hệ số phẩm chất của mạch sẽ rất cao, có thể làm việc ở dải sóng milimet
6.Diode hồi phục nhảy bậc:
- Cũng là loại diode biến dung nhưng proñil tạp chất của nó có dạng đặc
biệt: giảm dần từ ngoài vào mặt tiếp xúc, tạo ra điện trường có cường độ lớn ở
mỗi phía của chuyển tiếp PN Khi đặt vào diode tín hiệu cao tần cực tính biến đổi từ thuận sang ngược, điện áp trên 2 cực không hồi phục ngay lập tức mà tại
1 điểm nào đó của chu kỳ âm, dòng ngược dừng đột ngột
Trang 17Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưw dòng điện xoay chiều 16 4 mật độ mật độ n thuận nhả nghịch vee Hinh 12 Profil tap chat (a) va dạng sóng ra (b) của điode hồi phục nảy bậc 7,Điode Schotky: - Là diode bán dẫn có tiếp xúc Schotky, có 2 dạng tiếp xúc mặt và tiếp xúc điểm
- Diode có dạng nền là Sỉ”, và Sin tiếp xúc với kim loại thường gặp như Pt.Av, Al c6 kha nang hoạt động ở vùng tần số thấp đến MHz
- Diode có dang nén GaAs’, và GaAs, tiếp xúc với kim loại có khả năng hoạt động trong các mạch siêu cao tần
- Diode Schotky thường sử dụng trong các mạch tách và trộn sóng, đóng
Trang 18Nghiên cứu dạy tốt bài chính lưe dòng điện xoay chiều 17
B.NGUYEN TAC MACH CHỈNH LƯU
Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện
một chiếu Trong kỹ thuật chỉnh lưu hiện nay, người ta thường dùng các phan tử bán dẫn công suất ( diode, thysistor), là do chúng có hiệu suất cao, làm việc
tin cậy giá thành rẻ, chỉ phí hảo dưỡng không đáng kể kích thước và trọng
lượng bé
Điện áp và dòng điện sau chỉnh lưu có chiều không đổi nhưng vẫn dao
đông về trị số nên người ta phải dùng thêm các phần tử lọc I.Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ: (Half Wave Rectification)
Pro
oa
- Mach dién nhv hinh vé, bién thé chuyén dién thé xoay chiéu thanh dién
xoay chiều thấp hon V, Dién thé V, cé dạng hình sin với bán kỳ dương va bán
kỳ âm
- Nguyên tắc chỉnh lưu:
Giả sử bán kỳ dương V, ứng với cực dương ở trên, cực âm ở dưới Diode
D dẫn điện (phân cực thuận), dòng điện từ đương qua diode qua tải từ trên xuống trở về cực âm Bán kỳ âm ứng với cực âm ở trên, cực dương ở dưới Diode ngưng dẫn (phân cực nghịch) không có dòng điện qua điode
Như vậy ứng với bán kỳ dương xoay
chiểu, diode đều do dòng điện qua tải theol “° chiều nhất định (từ trên xuống) gọi là dòng
điện l chiều, sinh ra điện thế một chiều trên
^ 2 ' i
2 đầu tải i) trả T
- Dang sóng thế ngõ ra cửa chỉnh lưu
bán kỳ: as
Điện thế ra Vạ biến thiên từ OV lên
đỉnh rồi xuống 0V trong bán kỳ dương đầu
(từ 0 đến T/2) và bằng 0V trong bán kỳ âm 0 kế tiếp (từ T/2 đến T) Thành phan 1 chiều
Trang 19Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều I8
t2!
LÚC Ứ E
lˆ.„ =—= |Fvukkù =-T =—
ri x ad
Với Vọ trị đỉnh của điện thế xoay chiều vào V, trị hiệu dung của điện thế xoay chiều vào
LI.Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ: (Full Wave Rectification) I Sơ đồ chỉnh lưu cầu I pha:
a) Nguyên tắc hoạt động:
Giả sử bán kỳ dương ứng cực dương trên, cực âm dưới D, và D; dẫn, D› và D, ngưng dẫn Dòng điện chạy từ dương qua D;, qua tải từ trên xuống, qua D; trở về âm Như vậy, cả toàn chu kỳ của điện xoay chiều vào, đều có dòng điện qua tải theo | chiều nhất định (từ trên xuống)gọi là đòng I chiều tạo ra
điện thế V¿x- ngõ ra trên 2 đầu tải c & a ne t (a ud=u2 ọ ud=-u2 u 2 of + DI 1 ` A ft Ọ : ‹ 12 qT > ul U2 s‹ ư2 1 3 2d wt N ve ‘ tủ A > ‹ A uo? D2’ D2 u2 b 2 _ ore Ot D2' Hình 13 Hình 14 h) Các thông số chính:
Khi điện áp thứ cấp của máy biến áp là u;= U+„sino
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
2 U„=^~U
z
Voi Us, là biên độ của điện áp thứ cấp của máy biến áp nguồn
- Điện áp ngược max trén mGi diode: Unga = Urn
- Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu: Kạ = 7/4 - Giá trị trung bình của dòng điện tải:
U, _ 2
Trang 20Nghiên cửu day t6t bài chình lưu dàng điện xoay chiêu 19
- Giá tri trung hình i¿, giá trị hiệu dụng Ï, giá trị max l„„, của đòng điện
qua moi diode: i= %2 / }= AB ay bmx = 4 - Dong điện thứ cấp của máy biến áp nguồn: I, = Id (trong điện tử công suất) ee } - Công suất biểu kiến của máy biến áp nguồn: + = = Ề '- -* =
- Hệ số công suất của mạch thứ cấp của máy biến áp: cosø, = ae
a) Nguyên tắc hoạt đông:
Lúc này, biến thế có dây ở giữa, tạo 2 cuộn thứ cấp Bán kỳ dương ứng
cực đương trên D, dẫn, D; ngưng, dòng điện chạy qua tải từ trên xuống trở về
dây giữa 0 Toàn chu kỳ, đều có đòng điện qua tải theo | chiéu, tao dién thé | chiéu ở ngõ ra, giá trị trung bình trong | chu kỳ bây giờ lớn gấp đôi trị trung
Trang 21Nghiên cu dạy tốt bài chình lưu dòng điện xoay chiêu / 20 - Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu: đ2 mạ» xe Mf oun 2Ù v “ ` Ha = Ù, U từ hinh (2-5) = => K,=—"— =" u“ mun = ? 2 Ư„ 4 x
phản ánh cường độ nhấp nhô (dao động về trị số) của điện áp chỉnh lưu
Hệ số này càng nhỏ thì điện áp chỉnh lưu càng không đổi và chất lượng chỉnh
lưu càng tốt
- Tri trung bình của dong tai: /, = ri trung bình c g tai: J, : a
- Trị cực đại l„„;, trị trung bình lạ và trị hiệu dung I cla dong dién qua
mỗi diode trong sơ đồ này, mỗi diode chỉ dẫn trong nửa chu kỳ nên: / J l, 1⁄2 / ⁄ j=`t/ “J2 lơ, =Í, - Trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp máy biến áp nguồn: “1k r /j2
- Công suất biểu kiến của máy biến áp nguồn: s = 2U Độ - Hệ số công suất của mạch thứ cấp của máy biến áp nguồn:
Trang 22LVTN Nguyễn Thị Thu Nga Trang 2]
C DAO DONG KY DIEN TU (OSCILLOSCOPE)
I NGUYEN TAC HOAT DONG CUA OSCILLOSCOPE:
Dao động ký điện tử dựa trên nguyên tắc chùm tia điện tử bị lệch trong điện trường
Là một bóng thủy tỉnh đã rút chân không, chứa các bộ phận: Một ống
phóng điện tử (Canon), để tạo chùm electron đập thẳng vào màn huỳnh quang
tạo thành một vệt sáng Vệt sáng này được điều chỉnh thành một điểm sang
thật nhỏ, nhờ hệ thống hội tu chùm tia điện tử (Focus) Bộ phận lái tia điện tử sẽ lái chùm tia electron tạo nên những hình vẽ cần thiết trên màn huỳnh quang
đặt ở cuối bóng Màn huỳnh quang sẽ phát sáng tại những chổ có chùm tia
electron dap vao,
1) ONG PHONG DIEN 1 Ủ (Canon): tạo chùm tia electron đập vào màn
huỳnh quang, gồm:
a) Cathod (K): Là nơi phát ra electron, có dạng một ống hình trụ nhỏ, làm bằng Niken Bên trong có tim đèn để sưởi nóng catốt, bên ngoài được phủ một lớp Oxit kim loại kiểm (có cơng thốt nhỏ) dé phát xạ electron khi được
sưởi nóng như BaO, ThO
b) Anod 1 (A1): dạng một ống hình trụ tròn, có một lổ nhỏ ở giữa cho clectron thoát ra Anod 1 được cấp điện thế dương so với cathod để gia tốc
chùm tia electron,
c) Anod 2 (A2): dạng ống hình trụ tròn, có một lổ nhỏ ở giữa cho electron thoát ra Anod 2 được cấp điện thế đương (so với catốt) rất lớn để hút mạnh
chùm tia electron đập vào màn huỳnh quang
d) Cực điều khiển (G): (ống WehnelU: đạng ống hình trụ tròn, cũng có một lổ nhỏ ở giữa để chùm electron thóat ra, đặt giữa Cathod và Anod 1, được cấp điện thế âm so với cathod để điều chỉnh cường độ chùm tia electron
* Một ống phóng điện tử gồm các bộ phận như trên, khi cấp các điện thế
thích hợp sẽ tạo ra một chùm tia electron đập vào màn huỳnh quang
e) Hệ thống hội tụ (Foecus): Chùm tia electron phát ra từ ống phóng điện
tử sẽ được hội tụ lại nhờ các điện trường được bố trí thích hợp (thấu kính điện
tử)
Nguyên tắc của thấu kính điện tử:
Trang 23Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 22
Xét I chùm electron chuyển động trong điện trường £ đều của một tụ
điện phẳng có các bản cực trong suốt (ma ZnO hay một lớp bạc mỏng), góc tới
¡¡ như hình 1 Điện trường £ làm hãm chuyển động của electron Trong đó, thành phan ï bị hãm dần, còn thành phẩn ! không thay đổi / =Ứ, + Nếu điện trường đủ lớn: Phản xạ >V, Vv„V y Thanh phan V, gidm dan đến mot hic NN pis Ve 3 ANE là sẽ bị triệt tiêu và chuyển động của chùm electron đổi hướng ngược chiều với £ h V Điện thế biến thiên từ A đến B và từ B 7= am <8 Hình 17; Phan xa i; = in đến C bằng nhau, nên electron ra khỏi bản
cực dương của tụ điện dưới góc ¡; bằng
Vậy, ta nói chùm ta electron bị phản xạ khi gặp điện trường: ¡; = i;
- Nếu điện trường không đủ lớn : Khúc xạ
Thanh phan !ˆ không bị triệt tiêu, chùm tia electron ra khỏi bản cực kia với một góc khác góc tới Ta có sự khúc xạ
+ Khi clectron đi vào điện trường từ nơi có điện thế cao sang điện thế
thấp:
Điện trường sẽ làm hãm chuyển động của electron, góc khúc xạ lớn hơn góc tới Tương tự trường hợp khi ánh sáng khi đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ (n¡ > nạ) (hình 2)
+ Khi electron đi vào điện trường từ nơi có điện thế thấp sang điện thế cao:
Điện trường lúc này hỗ trợ chuyển động của electron, nên góc khúc xạ
Trang 24Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu 23 ay AG I N + + Nt + > + * + + A A E B | #c+da e y2 v ees r\
Hinh 18: Khuic xai<r Hình !9: Khúc xai>r
Trên cơ sở khúc xa của chùm electron, ta có thể tạo những thấu kính điện
có tác dụng hội tụ hay làm phân kỳ chùm tia electron
Hệ thống điện cực như hình sau là một thấu kính điện, sẽ hội tụ chùm tia electron (hình 4) Focus Hình 20: Thấu kính điện
D, D; và D; là các điện cực bằng kim loại, hình trụ có lổ nhỏ ở giữa cho electron đi qua, trục đối xứng trùng với trục đối xứng của thấu kính điện Trong đó D, và Ð; nối với nhau, có cùng điện thế dương rất cao so với cathod (chính là Anod 2) và D; cũng được cấp điện thế dương so với cathod nhưng
thấp hơn điện thế của D,, D; Điện thế này thay đổi được nhờ một biến trở
(núm Focus)
Chim electron từ súng phóng điện tử (Canon), qua các điện cực D;, D;
sẽ phân kỳ: qua D›, D; sẽ hội tụ tại một điểm P Muốn điều chỉnh điểm hội tụ
đúng trên màn huỳnh quang, ta điều chỉnh điện thế dương cấp vào điện cực D;
Trang 25Nghiên ciêu dạy tốt bài chính lưu dòng điện xoay chiều 24 2) BỘ PHẦN LÁI TIA: (Quét)
Trong đao đông ký điện tử , người ta làm lệch chùm wa electron bằng điện trường
Dat 2 cap ban tu dién C, va C; giifa nguén electron (canon) va man
huỳnh quang làm lệch chùm tia electron theo 2 phương vuông góc nhau:
- Quét ngang -X: cấp một điện thế biến thiên theo thời gian dạng hình răng cưa (hình 5) tại cặp bản cực của tụ C; , điểm sáng trên màn huỳnh quang chuyển đông thẳng đều theo phương nằm ngang Ta được một đường sáng nằm
ngang trên màn huỳnh quang Điện thế này do mạch quét ngang bên trong dao
động ký điện tử tạo ra
A -
» Sườn tiến Sườn quét về
Hình 2l: Điện thế quét ngang hình rãng cưa
- Quét đọc -Y: tại cặp bản cực của tụ C; đặt nằm ngang được cung cấp một hiệu điện thế cần nghiên cứu, để làm léch chim tia electron theo bé doc
Dưới tác dụng đồng thời của 2 điện trường ở 2 tụ C; và C;, vệt sáng trên màn huỳnh quang vẽ nên một đường cong (dao động đổ), biểu diễn sự biến thiên của điện thế cẩn nghiên cứu theo thời gian (hình 6)
Nếu tần số của tín hiệu cần nghiên cứu gấp đôi tần số điện thế răng cưa,
trên màn huỳnh quang, ta sẽ thấy 2 chu kỳ của dạng sóng cần nghiên cứu Tan
số dòng điện nghiên cứu càng cao, tần số quét răng cưa của dao động ký điện
tử cũng phải cao tương ứng, ta mới thấy được một vài chu kỳ của tín hiệu Đây
Trang 26Nghién citu day tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 25 ủ | ; | | Ta Ta Te K Ay Ad Cy = Caốt — Anốt Ì Lệch ngang Màn huỳnh quang G k C> Cực Điều khiển Hoitu Lệchdọc Hình 32: Bóng đèn tỉa âm cực (CRT) Màn huỳnh quang Sườn tiến | Sườn quét về ^x - Lae xe 5S xaấ A “ ' :
Hình 23: Điện thế răng cứa đưa vào mạch quét ngang X và điện thế cần nghiên cứu đứa vào mạch quét dọc Y
II CẤU TẠO & CÁCH SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ:
Tùy theo kết cấu của dao động ký điện tử mà ta có loại đao động ký điện tử I chùm tia, dùng để quan sát, đo đạc dạng sóng điện hoặc dao động ký điện
Trang 27Nghiên cứu dạy tất bài chỉnh lựa dòng điện xoay chiêu 26
Ta thường thấy dao động ký điện tử ! chùm tia loại đơn giản có các nút điều chỉnh như dưới đây (hình 7): PILOT LAMP INTENSITY (PULL ON) FOCUS VERT POSITION ⁄ | HORIZ ® @) GAIN cree * 100 1K '# g Núm chọn saz® ° EXT IN đồng bộ: Fi HORIZONTAL (INT):trong Ri me OO 29, i
Hình 24: Mặt triúfc dạo động ký điện tự
Các nút điều chỉnh được bố trí thành 3 khối: khối lệch dọc khối lệch
ngang & khối đồng bộ hoặc khối vị trí, khối lệch dọc và khối lệch ngang & đồng hộ (như hình 7):
Khối vị trí (POSITION):
Trang 28Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiéu 27
+ INTENSITTY: tăng giảm cường độ chùm tia electron (độ sáng của đường
biểu điển trên màn huỳnh quang và làm mờ hoặc tất đường quét về + FOCUS: độ rõ nét của đường biểu diễn
+ VERT.: Di chuyển tịnh tiến đường biểu điễn theo chiều đọc (Vertical) + HORIZ.: Di chuyển tinh tiến đường biểu diễn theo chiểu ngang
(Horizontal),
- Khéiléch doc (VERTICAL):
+ GAIN: Thay đổi liên tục bể cao của đường biểu diễn
+ VERTICAL: giảm bớt biên độ tín hiệu đang đo (XI, X10, XI00) Phía DC (Direct Current) dùng cho tín hiệu cần đo là hiệu điện thế một chiều Phía AC (Alternating Current) dùng cho tín hiệu cần đo là hiệu điện thế xoay chiều
+ VERT IN: Nga vào của điện thế cẩn khảo sát
- _ Khối lệch ngang & đồng bộ (HORIZONTAL & SYNC.): + GAIN: Thay đổi bể rộng của đường biểu diễn trên màn hình
+ HORIZONTAL: Thay đổi tần số quét ngang (điện thế răng cưa) Vị trí EXT IN để đưa điện thế bên ngòai vào trục X (dùng để đo tần số theo phương
phap Lissajous)
+ FREQ VERN.: (Frequency vemier) Thay đổi tần số quét ngang liên tục để bắt đứng hình trên màn
+ 1Vpp hoặc 0.5Vpp (peak to peak): Nơi cung cấp điện thế chuẩn có dạng tuần hòan Dùng để lấy chuẩn cho phần quét dọc
+ GND (Ground): Masse của máy, nơi có điện thế OV
+ EXT SYNC: Đưa hiệu điện thế bên ngoài vào làm đồng bộ
_` Ữ
a) QUAN SÁT DANG SONG:
- Mở điện, dùng mạch quét ngang bên trong máy tạo hiệu điện thế
răng cưa, có tấn chỉnh được bằng nút HORIZONTAL và
FREQUENCY VERNIER (không để ở vị trí EXT IN), chỉnh biên độ bằng nút GAIN Chỉnh các nit INTENSITY, FOCUS, VERT., HORIZ 6
khối vi tri (POSITION) dé hình có độ sáng vừa phải, rõ nét và nằm
Trang 29Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 28
Điều chỉnh phần dọc (VERTICAL,): Đưa hiệu điện thế cẩn quan sat
vào 2 lổ cắm VERT IN; nếu hiệu điện thế cẩn quan sát là hiệu điện thế xoay chiếu, vặn nút VERTICAL về phía AC: nếu hiệu điện thé can quan sát là một chiểu, vặn nút VERTICAL về phía ĐC, điều chỉnh
thang đo kết hợp với núm GAIN để có bể cao đủ lớn, để quan sát Điều chỉnh phần ngang và đồng bộ (HORIZONTAL & SYNC.): Nut chọn đồng bộ ở vị trí [NT để sử dụng mạch đồng bộ bên trong máy điều chỉnh các thang đo của nút HORIZONTAL va nit FREQ, VERN để thấy một hay vài chu kỳ đứng yên trên màn hình
b) ĐO HIỆU ĐIỆN THẾ:
Mở điện, chờ máy chạy vài phút cho ổn định Dùng mạch quét ngang trong máy tạo điện thế răng cưa có tấn chỉnh được bằng núm
HORIZONTAL và FREQ VERNIER (không để ở vị trí EXT IN) Điều chỉnh các nút INTENSITY, FOCUS, VERT., HORIZ ở khối vị trí
(POSITION) để hình có độ sáng vừa phải, rõ nét và nằm ngang giữa màn hình
Điều chỉnh phần dọc (VERTICAL.):
+ Lấy chuẩn cho phần dọc (V/cm): Nút VERTICAL ở vị trí AC XI Đưa hiệu điện thế chuẩn từ ổ cắm 1Vpp hoặc 0.5Vpp (tùy máy) vào lỗ VERT IN Chỉnh nút GAIN để dạng sóng chuẩn có bể cao a (cm) Sau khi lấy chuẩn, không được đụng đến nút GAIN nữa
+ Đưa điện thé cin đo hiệu điện thế vào 2 lỗ cắm VERT IN, nếu hiệu điện thế cẩn đo là xoay chiểu, vặn nút VERTICAL về phía AC (nếu một
chiéu, van về phía DC)
+ Chinh thang do (X1, X10, X 100) để có bể cao đủ lớn + Đo bể cao b (cm) của đường biểu diễn
Điều chỉnh phần ngang va déng b6 (HORIZONTAL & SYNC): (Dé dạng sóng tín hiệu đang đo đúng vững trên màn hình): Nút chon đồng
bộ ở vị trí [NT để sử dụng mạch đồng bộ bên trong máy, chỉnh thang đo của nút HORIZONTAL và FREQ VERN để thấy một hay vài chu kỳ trên màn hình
+ Trường hợp máy có chuẩn 1Vpp:
Khi nit VERTICAL dang ở vị trí XI, ta có kết quả: É, = 2 Volt,
Trang 30Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 29
Khi nút VERTICAL đang ở vị trí X10, ta có kết quả: V, =10.” Volt a
+ Trường hợp máy có chuẩn 0.5Vpp:
Nếu nút VERTICAL đang ở vị trí XI, ta có kết quả: É, =0.5” =~— Volt a 2a
Néu nat VERTICAL dang 6 vi tri X10, tacé két qua: V’, = 05.1072 =52 volt
a a
Chú ý: Ta lấy chuẩn theo dién thé dinh-dinh (2V\) la cia hiéu dién thé cAn
đo Nếu hiệu điện thế đang đo là xoay chiều, ta đổi sang giá trị điện thế hiệu
dụng sau:
Y* oh Volt
c) DO TAN SO DONG DIN HINH SIN BANG PHUONG PHAP
LISSAJOUS:
- - Mở điện, chỉnh các nút ở khối vị trí (POSITION) để có I điểm sáng vừa phải, rõ nét và nằm ngay tâm của màn hình (tránh để lâu, nếu không sẽ
cháy lớp huỳnh quang của màn hình)
- Dùng máy phát sóng hình sin phát tấn số chuẩn (Sine Wave Generator): Đưa điện thế từ máy phát sóng có tần số chuẩn vào lỗ EXT IN và GND, chỉnh biên độ ở máy phát sóng chuẩn hoặc nút GAIN của phẩn quét ngang (HORIZONTAL) để ta có một đường sáng nằm ngang
- Điều chỉnh phần đọc: Đưa hiệu điện thế cẩn đo tần số vào 2 lễ cắm VERT IN, văn nút VERTICAL về AC, chỉnh thang đo và nút GAIN để có bể cao đủ lớn
Trang 31Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều “` lạ, = fchude 7 | lạ, = 5 Í chuẩn | lạ, m Í“huẩn f i = fetusin Fixe = 2 Íthuẩn TW lạ; = [Chuẩn es 0 = fas = = lchuin Tổng quát ˆ m lạ„= — [thui n n m: Số điểm cắt trên hể ngang n: Số điểm cắt trên bể đọc 2) N TU 2 > M TIA:
Đao động ký điện tử 2 chùm tia cũng dùng ống phóng điện tử như trong dao động ký điện tử 1 chùm tia nhưng kết hợp với một “Chuyển mạch điện tử" (Electronic Switch) có tẩn số cao “Chuyển mạch điện tử" có thể mắc thêm
bên ngoài dao động ký điện tử một chùm tia hoặc được cấu tạo sẵn bên trong máy Với loại đao động ký điện tử này, ta có thể quan sát, đo đạc, hoặc so
sánh cùng một lúc 2 tín hiệu trên màn hình
Vì dao động ký điện tử 2 chùm tia cũng dùng ống phóng tia điện tử của loại l chùm tia, nên phần quét ngang không khác với dao động ký điện tử 1 chùm tia,
ở phần quét đọc: có 2 ngõ vào cho phần quét dọc độc lập nhau để có thể hiển
Trang 32Nghiên cửa dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 31 HORIZONTAI 4 TRIGGER POSITION LEVE! ee eA! CH2 POSITION CH1 POSITION VARIABLE 7 — VERT MODE TRIGGER SOURCE ae POWER ON/OFF Ö 5Vnn CAL TRIGGER MODE CH2 IN CH! IN
Hình 235: DDKĐT 2 cham tia hi@u KIKUSUI COS 2020 — COS 2040
a) CHỨC NĂNG CUA CAC NUT DIEU CHINH:
- Khéi tao chim tia electron: + POWER: bit, tit may
+ INTENSITY: chỉnh độ sáng màn hình, không để độ sáng quá cao
+ FOCUS: chinh độ hội tụ, độ rõ nét của hình
+ TRACE ROTATION: chỉnh nhằm bù sự ảnh hưởng của từ trường trái
đất Dùng tuốc vít dẹp nhỏ và chỉnh cho vệt sáng song song với các đường kẻ
ngang trên màn huỳnh quang
- - Khối quét dọc: *NGÕ VÀO CHI:
+ CHI (X IN): đưa tín hiệu vào bộ khuếch đại dọc kênh l hoặc đưa tín
hiệu vào bộ khuếch đại ngang (trục X) trong khi đo “X-Y”™
+ CHI AC/GND/DC: Chọn loại hiệu điện thế của tín hiệu đưa vào kênh |:
Trang 33Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiêu 32
AC: Lién lạc tín hiệu qua một tụ điện, không cho thanh phan mét chiều đi qua Dùng quan sát dạng sóng, không quan tâm đến thành phần một
chiều
GND: Ngõ vào của mạch quét dọc CHI sẽ được nối masse
ĐC: Liên lạc trực tiếp, cho vào cả thành phần AC và DC của tín hiệu Dùng quan sát cả dạng sóng và mức điện áp môt chiếu
+ CHI POSITION: Chỉnh vị trí của tín hiệu kênh CHI lên xuống theo
chiều đọc
+ CHI VOLTS/DIV: diéu chỉnh biên độ tín hiệu vào bộ khuếch đại dọc kênh 1 hoặc vào bộ khuếch đại ngang (trục X) trong quá trình đo “X-Y",
+ CH1 VARIABLE: chinh lién tuc bién độ tín hiệu vào CHI
*NGO VAO CH?:
+ CH2 (Y IN): đưa tín hiệu vào bộ khuếch đại dọc kênh 2 (CH2) hoặc đưa
tín hiệu vào bộ khuếch đại dọc (trục Y) trong quá trình đo *X-Y"
+ CH2 AC/GND/DC: Tương tự như CHI AC/GND/DC cho kênh CH2
+ CH2 POSITION: Chỉnh vị trí của tín hiệu lên xuống theo chiều dọc
+ CH2 VOLTS/DIV: (chỉnh biên độ gián đoạn) + CH2 VARIABLE: (chinh biên độ liên tục)
+ CH2 INV:: đảo pha dạng sóng tín hiệu ở kênh CH2
* PHAN CHUNG CHO 2 NGÕ VÀO CHI va CH2:
V MODE: chọn chế độ của mạch quét dọc thông qua công tắc 5 vị trí:
+ CHI: Chỉ hiển thị tín hiệu ở kênh 1
+ ALT: Hiển thị đồng thời cả hai tín hiệu CHI và CH2 Hai kênh được
chuyển đổi ở cuối xung tần số quét ngang (khi Horiz sweep trên 2ms)
+ CHOP: Hiển thị đồng thời cả hai tín hiệu ở kênh ! và 2, được chuyển đổi ở tần số 250 kHz (khi Horiz sweep dưới 5ms)
+ ADD: Hiển thị dạng sóng tổng tổng đại số biên độ của 2 dạng sóng tín
hiệu vào CHI và CH2 Nếu muốn trừ 2 biên độ với nhau, nhấn thêm nút CH2 [NV vào (tức là kênh l cộng với đảo pha của kênh 2)
+ CH2: Chỉ hiển thị tín hiệu ở kênh CH2
Trang 34Nghiên cứu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 33
+ HORIZONTAL POSITION: chinh vj tri theo chiéu ngang + TIME/ĐIV: Chỉnh từng nấc tần số quét ngang
+ VARIABLE: chỉnh tấn số quét ngang liên tục
+ X10 MAG (magnification): Khi nhấn vào, độ nhạy của dạng sóng theo chiểu ngang phóng đại lên 10 lần (giá trị thực bằng 1/10 giá trị hiển thị)
+ TRIGGER MODE: Chọn chế độ kích khởi cho mạch quét ngang:
AUTO: mạch quét ngang tự động, chỉ cho phép các tín hiệu vào lớn hơn
25Hz Nếu tín hiệu kích khởi không có hoặc không đủ giá trị, chế độ quét hoạt động tự do
NORM: Khi có tín hiệu vào, mạch mới khởi động, sử dụng khi tín hiệu
vào có tần số nhỏ hơn 25Hz Lúc này, mạch quét ngang ngưng hoạt động (mất vệt sáng trên màn hình CRT và chỉ hiện ra khi có tín hiệu Trigger đến)
X-Y: Chế độ quét dọc bằng tín hiệu vào Y (CH2), quét ngang bằng tín
hiệu vào X (CHI)
+ TRIGGER SOURCE: chọn nguồn kích cần thiết, gồm:
VERT: Khi ở chế độ ALT của V MODE
CHI: Chọn tín hiệu vào kênh ! làm nguồn kích CH2: Chọn tín hiệu vào kênh 2 làm nguồn kích
LINE: Chọn tín hiệu kích từ nguồn điện xoay chiều cung cấp
EXT: Chọn tín hiệu từ ngoài vào làm nguồn kích thông qua đầu nối
EXT TRIG IN
+ AUTO LEVEL: Tự động thiết lập điểm kích khởi ở điểm giữa đỉnh-
đỉnh
+ TRIGGER LEVEL: chọn biên độ tín hiệu kích khởi (xoay theo chiều
kim đồng hổ, điểm kích dẫn về phía đỉnh đương và ngược lại)
+ TRIGGER SLOPE: Dùng để chọn độ dốc dương hoặc âm của tín hiệu kích cho khởi đầu quét (nhả nút ra là chọn sườn dương)
+ TRIGGER CPLG: quan sắt tín hiệu hình (video) làm nguồn kích Khi
nhấn nút vào là chọn TV, khi TIME/DIV ở vị trí từ 0,5s đến 0,1ms/DIV thì bộ
đồng dọc được kích hoạt, khi TUME/DIV ở vị trí từ 50s đến 0,Luus/ĐIV thì bộ đồng ngang được kích hoạt
Trang 35Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu đàng điện xoay chiễu 34
- PHAN THEM:
+ CAL : cấp sóng vuông chuẩn có biên độ 0.5Vpp + 2% (1KHz + 20%), dé lấy chuẩn khi đo hiệu điện thế
+ GROUND: đường nối masse
+ CH1 OUTPUT (Mat sau máy): cấp tín hiệu ra của kênh CHI đến một máy đếm tắn số hoặc một thiết bị khác
II PHÉP ĐO CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU: 1) Nửa chu kỳ: Mắc mạch điện như hình sau: (Chọn R, = IK@) Nguồn xoay chiều Ọ.ọ —†- 1 i LI; mM! LT —— D a) Quan sat dang sóng: - Quét doc:
Đưa điện thế xoay chiều vào CHI
Đưa điện thế sau chỉnh lưu (hai đầu tải R,) vào CH2
Điều chỉnh các nút AC/GND/DC vẻ vị ti AC va V MODE vé ALT hoặc CHOP để quan sát đồng thời 2 tín hiệu trên
Chỉnh các nút CHI POSITION, CHI VOLTS/DIV, CHI VARIABLE và CH2 POSITION, CH2 VOLTS/DIV, CH2 VARIABLE để quan sát đẩy đủ các
biên độ của 2 tín hiệu
Trang 36a a
Nghiên cu dạy tốt bài chỉnh liêu dong điện xuaY chiều
TRIGGER MODE: Dé 6 AUTO
TRIGGER SOURCE: Dé 6 VERT AUTO LEVEL : Dé 6 AUTO,
TIME/DIV : Chon thang đo thích hợp
b) Do hiéu điện thế xoay chiều trước chỉnh lưu (CHI) và hiệu điện thế một chiều sau chỉnh lưu (CH2'):
+ Lấy chuẩn cho phan quét doc CH! va CH2 trước khi lập lại các thao tác đã trình bày ở trên,
+ Lấy chuẩn cho CHI: Đưa que đo CHÍ vào CAL 0.5SVpp, chinh V MODE về CHI vặn CHI VOLTS/DIV (nút ngoài) về thang đo IV, chỉnh nút CHI VARIABLE (mau đỏ bên trong nút CHÍ VOLTS/DIV để hiển thị một nửa ö (0.5 cm)) Vậy ta đã chọn chuẩn cm bề cao trên màn hình là IVolt
Trang 37Nghiên cứu đạy tốt bài chinh luu dòng điện xoay chiêu 36
Diéu chinh CH2 POSITION, CH2 VOLTS/DIV, CH2 VARIABLE để
quan sát đẩy đủ biên đô của tín hiệu
+ Quét ngang & đồng bộ:
TRIGGER MODE : Để ở vị trí AUTO
TRIGGER SOURCE: Để ở vị trí CH2
AUTOLEVEL :Để ở vị rí AUTO
TIME/DIV : Chọn thang đo thích hợp
- - Mắc thêm mạch lọc: C = 100 ¿ E song song với điện trở tải R,
Quan sát thành phần gon sóng sau mạch lọc Thay đổi tụ điện khác có điện dung C = 1000 wF Quan sat va so sánh thành phần gợn sóng trong 2 trường
Trang 38Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lưu dòng điện voax chiều 37
D DEN PHAT QUANG (LED)
|) Diode phat quang (LED):
Diode phát quang là dụng cụ bán dẫn biến đổi năng lượng ánh sáng
thành năng lượng điện và ngược lại
- Các vật liêu bán dẫn dùng chế tạo các LED chủ yếu là GaAs vì các
chuyển tiếp PN chế tạo từ vật liệu này có hiệu suất lượng tử cao
- Hiện tương phát sáng xảy ra trong LED là do quá trình tái hợp bức xạ
trong chuyển tiếp PN đối với các hạt dẫn tự do phun vào chuyển tiếp
khi phản cực thuận
- _ Cơ chế phun và tái hợp các hạt dẫn tự do trong LED lam tit GaAs:
Ở nhiệt độ phòng (khoảng nhiệt độ mà LED làm việc trong thực tế), cơ chế
phát xạ phụ thuộc trực tiếp vào mức độ phun điện tử vào miền P của chuyển
tiếp và vào sự tái hợp của điện tử mới phun vào này với lỗ trống tại đây Những photon được phát xạ trong quá trình tái hợp có năng lượng bằng hiệu giữa hai mức năng lượng xảy ra tái hợp Trong trường hợp bán dẫn có pha các tạp chất có năng lượng ion hóa nhỏ, các mức năng lượng tạp chất nằm gần đáy vùng dẫn và gắn đỉnh vùng hóa trị, năng lượng bức xạ ion khi ấy tính bằng giá trị độ rộng vùng cấm (AE, ~ hv) Nếu như trong miễn hiệu dụng của chuyển tiếp PN (miền xảy ra sự bức xạ photon) có những sai hỏng hay có những tạp chất nằm ở mức năng lượng sâu (nằm gần giữa vùng cấm) Khi ấy, một phần
tái hợp sẽ xảy ra ở những mức năng lượng này, nghĩa là xảy ra sự tái hợp gián
tiếp, không bức xạ photon
Chuyển tiếp PN của LED làm từ GaAs thường được chế tạo bằng phương pháp khuếch tán, hiệu suất lượng tử của nó cao Vì hệ số khuếch tán của các acxepto trong GaAs thường lớn hơn nhiều tốc độ khuếch tán của các dono, nên người ta thường dùng GaAs loại N làm vật liệu ra của LED Khi bán dẫn P pha tạp chất nhiều, hệ số hấp thụ bức xạ của nó lớn nên miền P của LED thường mỏng
Hiệu suất hiến đổi năng lựong điện thành năng lượng ánh sáng bức xạ phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ tạp chất và vào nhiệt độ
- LED lam ti GaAs phát ra ánh sáng hổng ngoại Để có thể nhìn thấy bang mat thường, người ta cho ánh sáng đó đập vào một chất phát quang Nếu thêm vào photpho để tạo bán dẫn GaAsP, ánh sáng nhìn thấy có màu đỏ hoặc vàng
- - Hiện nay còn một số bán dẫn hợp chất khác cũng được dùng để chế tạo
Trang 39Nghiên cửu dạy tốt bài chỉnh lie+ dòng điện toay chiéu 38 xanh hoặc đỏ Khác với GaAs va GaAsP, cấu trúc vùng năng lượng của GaP không cho phép xảy ra tái hợp thẳng Sự tái hợp bức xạ trong vật
liệu này tạo ra bằng cách đưa vào bán dẫn những tâm tái hợp Tùy theo
những tâm tái hợp khác nhau mà LEĐ phát ra ánh sáng đỏ hay xanh
Thời gian tác dụng sáng của nguồn tái hợp bức xa (thời gian bất đầu khi có xung tác dụng đến khi xuất hiện bức xa) xác định bằng thời gian sống của những hạt dẫn tự do tham gia quá trình Phần lớn bán dẫn dùng làm LED thời gian tác dụng sáng cỡ 1 ns Vì thế, tần số giới hạn điều chế quá trình phát xạ của LED co thé dat téi hang tram MHz
- - Yêu cấu sử dụng: dòng cung cấp phải nhỏ và điện áp phải ổn định
3) LED phát xạ mặt và LED phát xạ cạnh:
a) LED phat xa mat:
Gốm diode dị thể kép được hình thành trên Soi quay nền của một chất bán dẫn loại N, ở phía
trên của điode khoét sâu một lễ tròn Nhờ
vậy, ánh sáng được tạo ra ở vùng hoạt tính
đi xuyên qua chất nền và đi vào lõi sợi
Nhựa Epoxy
f7” ** Lớp tiếp xúc
quang đặt trong lễ Sợi quang được gắn m * DỊ thể kép
bằng nhựa epoxy Đáy của khối LED là bộ N
phận hạ nhiệt bằng vàng, tiếp xúc với ii SiOz
diode bởi một khối tròn nhỏ, phần còn lại Gold heatsink cách điện với điode Phần hạ nhiệt này tạo
thành lớp tiếp xúc, nhờ đó dòng điện chảy
qua lễ của lớp cách điện Dòng điện xuyên Hình 17 qua lớp bán dẫn loại P, hình thành vùng
hoạt tính dạng tròn, kích thước nhỏ, mật độ dòng điện cỡ 2000 A/cm’, tạo
chùm sáng tập trung có cường độ cực mạnh
Chỉ số chiết suất thay đổi qua các tiếp giáp dị thể, làm một phần ánh sáng phat xa quay về vùng hoạt tính, phẩn ánh sáng này có thể được hấp thụ hoặc
đưa ra sợi quang, nên lượng ánh sáng thực tế ghép với sợi quang ít hơn so với
lượng ánh sáng mà LED phát ra Mặc dù đã có một thấu kính đặt trong giếng tại đỉnh của LED sẽ làm tăng hiệu suất ghép Hiệu suất này phụ thuộc sai số lấp đặt thâu kính và sai lệch chỉnh tâm của sợi quang
b) LED phat xa canh:
Trang 40Nghiên citu day tốt bài chính lưu dòng điện voay chiều 39 tiếp giáp dị thể mà ánh sáng được “giam” trong vùng hoạt tính, điều đó làm
cho hiệu suất, công suất và tính định hướng của nguồn sáng được tăng cao
Người ta phủ một lớp phản xạ tại đầu cuối của điode để làm tăng công suất ra 3) Lớp bếp xúc _- Sick — p p Lớp tiếp xuc Câu trục LED phat xa Hinh 18
Ứng dụng và một số tính chất kỹ thuật quan trọng của LED:
LED được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực quan báo: trong xe hơi
máy bay, trò chơi trẻ em, âm nhạc, máy ảnh, Vì thể tích nhỏ, công suất tiêu tán thấp, thích hợp với các mạch logic, LED có thể sử dụng để
báo hiệu một linh kiện nào bị hỏng hay trạng thái của một mạch logic
LED còn được chế tạo thành từng bộ ghép có thể tạo thành những số, chữ hay các dấu hiệu khác, được dùng làm các dụng cụ hiển thị
Đời sống của LED cao hơn bóng đèn thông thường, tuổi thọ khoảng 10” giờ Sau đó, công suất phát của LED giảm đi một nửa
Các loại LED khác nhau có các đặc trưng chiếu sáng khác nhau Linh
kiện chế tạo từ pha lỏng có hiệu suất cao hơn từ pha hơi Cường độ sáng
của LED giảm đi khi nhiệt độ tăng Sự giảm độ sáng này bằng mắt thường không thấy được nhưng trong truyền tin, tự động hóa, cần có một mạch điện làm tăng dòng điện của diode để trung hòa hiệu ứng nhiệt 4) LED đơn:
5 ses at) —i:—*
a) LED với điện áp 220V:
Tần số 50Hz, Cl có trở kháng ca l2k, nối D1 - ; fe
uép vai RI cho mot dong dién qua LED 420V “4
cao nhất IŠmA DI bảo vệ LED ở nửa be *
chu kỳ âm của điện áp 220V, vi LED chi - ms „ chịu điện áp ngược cao nhất từ 3 - 5V rae
b) LED nhấp nháy với 220V: 220 =sc1 Je