Bài thí nghiệm môn Vật Lý Bán Dẫn Trương Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh Nội dung thí nghiệm: Khảo sát BJT Môn học Vật Lý Bán Dẫn kỳ học 211 Nội dung cần nắm: khảo sát mạch khuyết đại, mạch đóngngắt dùng BJT
Lớp:DT03 Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Cường Trương Tiến Dũng Nguyễn Nhật Linh BÀI THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT BJT I 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 II Chuẩn bị ⮚ Chuẩn bị prelab ⮚ Xem lại cách sử dụng công cụ đo VOM, DVM Oscilloscope (dao động ký dđk) 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 P1-P2 P2-P1 P1-P3 P3-P1 P2-P3 P3-P2 Giá trị 0,655 OL 0,654 OL OL OL Điểm đo P1-P2 P2-P1 P1-P3 P3-P1 P2-P3 P3-P2 Giá trị 0,661 OL OL OL OL 0,657 Transistor Q2: Xác định xem transistor loại chân P1-P2-P3 chân gì, BJT cịn tốt hay khơng? Giải thích? - Transistor P1 P2 P3 Loại BJT Chất lượng Q1 Base Collector Emitter NPN Tốt Q2 Emitter Base Collector PNP Tốt Giải thích + Với �1 �12 = 0,655 ⟹ �1 − �2 : � − � �13 = 0,654 ⟹ �1 − �3 : � − � ⟹ �1 �à ��ạ� ��� �ớ� �1 �à �ự� ����, �2 cạnh �1 cực Collector �3 cực Emitter + Với �2 �12 = 0,661 ⟹ �1 − �2 : � − � �32 = 0,657 ⟹ �3 − �2 : � − � ⟹ �1 �à ��ạ� ��� �ớ� �2 �à �ự� ���� �3 cạnh �2 cực Collector �1 cực Emitter 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=10.102 ±5%Ω(giá trị đọc) R1=981Ω(giá trị đo) Chỉnh nguồn điện 12V kết nối mạch Hình Một VOM đo dòng điện Ib tầm μA, VOM đo dòng Ic tầm mA, VOM đo điện áp Vce Vặn biến trở VR3 mức nhỏ 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 10 Ic μA 15 μA 20 μA 25 μA 30 μA 35 μA 40 μA 45 μA 50 μA 3,03 4,47 5,96 7,22 8,25 8,36 8,49 8,40 8,41 6,10 4,49 2,836 1,438 0,316 0,20 0,175 0,158 0,147 (mA) Vce(v) Với Ib khoảng transistor dẫn khuếch đại? Khi hfe bao nhiêu? Lấy ������ = 0,25 (�), để transistor dẫn khuếch đại ��� > ������ →Với �� khoảng 10 ÷ 30μA transistor dẫn điện khuếch đại ℎ�� = � = �� �� : độ lợi dòng điện cực phát chung ℎ��1 = �� ��1 �� = 303; ℎ��2 = = 298 ; ℎ��3 = = 298 ; �� ��2 ��3 ℎ��4 = �� ��4 = 288,8 ; ℎ��5 = = 275 ��4 ��5 ℎ������� �ì�ℎ = 292,56 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 khơng 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 Đọc xem điện trở �6 có giá trị kiểm chứng lại VOM �6 = 10 102 ± 5%�(��á ��ị đọ�) �6 = 984�(��á ��ị đ�) Chỉnh nguồn 12V kết nối mạch hình Một VOM đo dòng điện �� tầm μA, VOM đo dòng �� tầm mA VOM đo điện áp ��� 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 �� , quan sát giá trị �� , ��� điền vào bảng sau: 10μA 15μA 20μA 25μA 30μA 35μA 40μA 45μA 50μA �� 2,09 3,02 4,00 4,76 5,58 6,33 7,01 7,62 8,16 ��� 7,18 6,12 4,98 4,12 3,233 2,421 1,667 0,998 0,398 �� (mA) (V) Với �� khoảng transistor dẫn khuếch đại? Khi ℎ�� bao nhiêu? Với loại PNP 2N3906 ta có: ������ = 0,4 (�), để transistor dẫn khuếch đại ��� > ������ →Với �� khoảng 10 ÷ 450μA transistor dẫn điện khuếch đại ℎ�� = � = ℎ��1 = ℎ��5 = �� �� : độ lợi dòng điện cực phát chung ��1 �� �� �� = 209; ℎ��2 = = 201; ℎ��3 = = 200; ℎ��4 = = 190,4; ��1 �� �� ��4 ��5 �� �� �� = 186; ℎ��6 = = 180,85; ℎ��7 = = 175,2; ℎ��8 = = 169,3 ��5 �� ��7 ��8 ℎ������� �ì�ℎ = 188,96875 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 Vì pnp transistor hoạt động vùng bão hịa hai thành phần E-B C-B hoạt động miền phân cực thuận, nghĩa �� > �� �à �� > �� , từ suy ��� < ��� Mà ta lại có ��� − ��� = �� − − (�� − �� ) = �� ≥ 0, nên BJT bão hịa VI Thí nghiệm Mục tiêu Khảo sát đặc tuyến vào BJT npn Chuẩn bị Chỉnh nguồn biến đổi - 5V nhỏ (0V) Chuyển board BJT part Chỉnh biến trở ��2 giá trị nhỏ Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi - 5V vào hai cực C-E �2 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 15μA 20μA 25μA 30μA 35μA 40μA 45μA 50μA VBE 0,567 0,606 0,633 0,646 0,656 0,663 0,670 0,674 0,678 (V) 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 VCE cố định 4V IB 10μA 15μA 20μA 25μA 30μA 35μA 40μA 45μA 50μA VBE 0,567 0.600 0,630 0,641 0,649 0,651 0,653 0,659 0,669 (V) Vẽ đặc tuyến vào IB -VBE ứng với hai trường hợp VCE = 2V VCE = 4V Nhận xét: đặc tuyến giống với dạng diode Đặc tuyến ứng với ��� = 4� gần lùi bên trái so với ��� = 2, nghĩa giá trị ��� �� (��� = 4�) > �� (��� = 2�) VII Thí nghiệm 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 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 1,12 4,25 4,96 5,23 5,29 5,33 5,38 5,42 5,46 (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 1,45 5,11 5,96 6,48 6,59 6,65 6,72 6,78 6,85 (mA) 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 1,74 5,79 6,81 7,56 7,78 7,89 8,00 8,08 8,18 (mA) Vẽ đặc tuyến ngõ IC - VCE ứng với trường hợp 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 ��� Lấy số liệu từ bảng �� = 20��, lấy hai điểm (��� ; IC) (0,7 ; 5,29) (0,5 ; 5,23), ta có độ dốc đặc tuyến: ��� 5,29 − 5,23 5,29 = = ���� 0,7 − 0,5 �� + 0,7 Giải phương trình, ta �� ≈ 17� Vậy ước tính điện áp Eraly �� = 17�