Mục tiêu
Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.
Nắm được đặc tính các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
Thiết lập được mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn cảm.
Chuẩn bị
Chuẩn bị PreLab và nộp cho giáo viên trước khi vào lớp.
Thí nghiệm 1
Đọc và kiểm chứng giá trị điện trở.
Đọc giá trị của các điện trở R1, R2, R3, R4 theo vòng màu, sau đó kiểm chứng giá trị thực của R1, R2, R3, R4, R6, R7 bằng VOM.
Khoa Điện - Điện Tử Các kết quả điền vào bảng sau:
Xác định sai số giữa kết quả đọc và đo ? Sai số này có đúng với vòng màu sai số của điện trở hay không ?
- Sai số giữa kết quả đọc và đo đúng với vòng màu sai số của điện trở.
Thí nghiệm 2
Khảo sát mạch R-C, từ đó suy ra giá trị tụ điện
Kết nối máy phát sóng và oscilloscope như sau:
Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1KHz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.
Quan sát điện áp trên tụ � 1 trên dao động ký.
Biên độ điện áp trên tụ � 1 là bao nhiêu?
- Biên độ điện áp trên tụ � 0� 1 = 0.9
Từ đó, giá trị � 1 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.
Giá trị in trên C1 là bao nhiêu? Từ đó suy ra sai số giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực.
- Giỏ trị in trờn C1 là: 0,1àF
- Vậy sai số giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực là:
Vẽ lại dạng sóng ngõ vào và sóng trên tụ C1.
Quan sát dạng sóng ngõ vào và dạng sóng trên tụ C1, hai sóng này có tương quan về phase như thế nào? Giải thích.
Sóng ngõ ra trên tụ C1 trễ pha hơn sóng ngõ vào, vì khi dòng xoay chiều vào tụ điện, dòng điện tích lũy điện tích trước khi điện áp tăng Quá trình này cần thời gian để phân bố điện tích, dẫn đến việc điện áp không tăng ngay lập tức cùng với cường độ dòng điện Do đó, điện áp trên tụ điện luôn trễ pha so với cường độ dòng điện.
Khi tần số tín hiệu vào tăng, biên độ trên tụ giảm; ngược lại, khi tần số tín hiệu vào giảm, biên độ trên tụ sẽ tăng Sự thay đổi này phản ánh mối quan hệ giữa tần số và biên độ trong các mạch điện, cho thấy ảnh hưởng của tần số tín hiệu đến khả năng lưu trữ điện năng của tụ điện.
Tần số dòng điện cao khiến trở kháng của tụ điện giảm, làm tăng cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch Ngược lại, với dòng điện một chiều, tụ điện có trở kháng vô cùng lớn Đặc tính này rất hữu ích trong các mạch truyền tín hiệu.
Chuyển tín hiệu Vin thành xung vuông tần số 1Khz, biên độ 2Vpp Vẽ dạng sóng Vin và dạng sóng trên tụ điện?
Giải thích hình dạng sóng ngõ ra khi ngõ vào là xung vuông.
Giải thích: Dạng sóng thể hiện quá trình nạp và phóng của tụ điện
Thí nghiệm 3
Lặp lại thí nghiệm 2 để đo giá trị tụ C6.
Kết nối tương tự như thí nghiệm 2 nhưng thay điện trở thành � 3 và tụ điện thành tụ
Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 100 Hz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh
1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.
Quan sát điện áp trên tụ � 6 trên dao động ký.
Biên độ điện áp trên tụ � 6 là bao nhiêu?
- Biên độ điện áp trên tụ � 6 : 0,168 (V)
Từ đó, giá trị C6 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.
Đọc giá trị in trên tụ C6 Giá trị và điện áp tối đa theo lý thuyết của C6 là bao nhiêu?
- Giỏ trị in trờn tụ � 6 là 5àF.
Thí nghiệm 4
Khảo sát mạch R-L, từ đó suy ra giá trị cuộn cảm
Kết nối máy phát sóng như sau Dùng kênh 1 của oscilloscope đo dạng sóng Vin, kênh 2 đo dạng sóng trên � 5
Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 100KHz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.
Quan sát điện áp trên cuộn dây � 5 trên dao động ký.
Biên độ điện áp trên cuộn dây � 5 là bao nhiêu?
- Biên độ điện áp trên cuộn dây � 5 là: 8,2 10 −5 (H)
Vẽ lại dạng sóng ngõ vào và trên L5 Hai sóng này có tương quan về phase như thế nào? Giải thích?
Sóng ngõ ra ở cuộn dây có pha sớm hơn sóng ngõ vào do sự tương tác giữa dòng điện và từ trường Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra từ trường bên trong Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, sự tăng trưởng của từ trường theo dòng điện dẫn đến việc sinh ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây để chống lại sự tăng này Ngược lại, khi dòng điện và từ trường giảm, dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện để chống lại sự giảm Do đó, dòng điện trong cuộn dây luôn trễ pha so với điện áp.
Khi tần số tín hiệu vào tăng hoặc giảm, biên độ trên L5 sẽ thay đổi tương ứng Cụ thể, khi tần số tín hiệu tăng, biên độ điện áp của cuộn tăng lên.
Khi giảm tần số tín hiệu thì biên độ điện áp của cuộn cũng giảm.
BÀI THÍ NGHIỆM 2 KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU & ZENER
Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.
Nắm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang và diode zener.
Khoa Điện - Điện Tử Thiết lập được mạch ổn áp đơn giản.
Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng.
Khảo sát đặc tính diode trong miền thuận.
Kết nối nguồn điện 0-20V vào diode D1 và sử dụng VOM ở chế độ đo mA để kết nối D1 với R1 Dùng một VOM để đo điện áp vào Vin, trong khi một VOM khác sẽ đo điện áp ở hai đầu diode Nếu không có đủ VOM, bạn có thể sử dụng một VOM để đo điện áp Vin trước, sau đó đo điện áp trên diode.
Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất, bật nguồn Tăng dần Vin và ghi các giá trị đo:
Vẽ đặc tuyến thuận của diode
Xác định điện áp ngưỡng của diode D: Điện áp ngưỡng của diode là 0,638 (V).
Lặp lại thí nghiệm cho Led D2.
V D2 (V) 1,725 1,823 1,863 1,891 1,913 1,932 1,947 1,962 1,975 Điện áp ngưỡng của D2 là: 1,832 (V) Lặp lại thí nghiệm cho Led D3.
V D3 (V) 1.998 2,659 2,759 2,836 2,900 2,956 3,004 3,048 3,088 Điện áp ngưỡng của D3 là: 2,659 (V)
Khảo sát đặc tính diode trong miền ngược.
Dùng VOM đo giá trị điện trở R2.
Kết nối nguồn điện từ 0-20V vào diode D8 và điện trở R2 theo sơ đồ Sử dụng một VOM ở chế độ đo điện áp để đo điện áp trên R2 (VR2), trong khi một VOM khác được dùng để đo điện áp hai đầu diode (VD).
Giá trị R2 là: 146,5 (kΩ) Nhắc lại công thức liên hệ giữa I D , I S , V D
Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất rồi bật nguồn.
Tăng dần Vin, quan sát V D và ghi các giá trị đo được vào bảng sau:
Nhận xét về điện trở của diode trong miền ngược:
Trong miền ngược diode có điện trở rất lớn.
Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu? (Gợi ý: dựa vào công thức liên hệ giữa
I D , I S , V D ta tính được Is, chú ý dấu của V D ).
Sử dụng dòng điện ngược bão hòa Is đã xác định, tiến hành kiểm chứng dòng điện thuận theo lý thuyết của diode D1 với bảng đo đã thực hiện, trong điều kiện nhiệt độ phòng là 30 độ C.
Gợi ý: Chép lại bảng số liệu đo được ở miền thuận của diode D ở thí nghiệm 1 vào 2 hàng I D (mA) và V D (V) Hàng I D (theory) được tính theo công thức lý thuyết dựa vào
Is đã tính phía trên và hàng V D (V) Sau đó so sánh I D (theory) và I D (mA) (thực tế đo ở bài 1).
Nhận xét giá trị thu được, giải thích:
Kết quả đo từ bảng trên cho thấy sự sai lệch hoàn toàn so với lý thuyết về diode Để kiểm chứng, chúng ta sẽ tính dòng điện ngược bão hòa Is bằng cách lấy trung bình cộng các giá trị I D đã đo được, và kết quả là I s = 0,98 (μA).
Khảo sát các mạch chỉnh lưu bán kỳ.
Kết nối máy phát sóng vào D1 và R1 như sau Chỉnh máy phát sóng chọn ngõ ra là sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p.
Dùng kênh 1 của dao động ký đo dạng sóng ngõ vào, kênh 2 đo dạng sóng hai đầu R1.
Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.
Vẽ dạng sóng ngõ vào và dạng sóng ngõ ra trên R1.
Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,4V.
Sóng ngõ ra thấp hơn sóng ngõ vào do diode cần có sụt áp giữa anode và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng để bắt đầu dẫn.
� ��� ≈ � �� − � �� Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra.
Giải thích sự khác nhau của ngõ ra khi có và không có tụ C1.
Khi có tụ điện, dạng sóng ngõ ra trở nên phẳng hơn Tụ điện nạp điện từ nguồn khi hiệu điện thế trên tụ (V c) tăng, và xả điện khi hiệu điện thế này giảm Tuy nhiên, thời gian để tụ xả điện thường lớn hơn rất nhiều so với thời gian khi hiệu điện thế trên tụ giảm, do đó, hiệu điện thế giảm không đáng kể, dẫn đến dạng sóng ngõ ra khá ổn định và phẳng.
Khảo sát các mạch chỉnh lưu toàn kỳ.
Kết nối máy phát sóng vào D1 và R1 như sau Chỉnh máy phát sóng chọn ngõ ra là sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p.
Dùng kênh 2 đo dạng sóng hai đầu R1, lưu ý tháo probe kênh 1 ra khỏi mạch.
Để quan sát dạng sóng chính xác, khoa Điện - Điện Tử thực hiện chỉnh máy phát sóng để phát ra sóng sine với tần số 1Khz và biên độ 4Vp-p, sau đó quan sát trên kênh 1 của dao động ký.
Vẽ dạng sóng ngõ vào và dạng sóng ngõ ra trên R1.
Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích?
Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra chỉ đạt 1,4V, thấp hơn so với sóng ngõ vào và giá trị đỉnh của sóng ngõ ra trong trường hợp chỉnh lưu bán kỳ Nguyên nhân là do trong mỗi bán kỳ, giữa hai đầu chỉnh lưu cầu cần có sụt áp lớn hơn hai lần điện áp ngưỡng của mỗi diode để diode dẫn, dẫn đến công thức � ��� ≈ � �� − 2� ��.
Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra?
Giải thích sự khác nhau khi có và không có tụ C1.
Khi có tụ điện C, dạng sóng ngõ ra trở nên phẳng hơn Tụ điện nạp điện từ nguồn, dẫn đến điện áp Vc tăng khi điện áp đầu vào lớn hơn điện áp ngưỡng Ngược lại, tụ điện xả điện và điện áp Vc giảm khi điện áp đầu vào nhỏ hơn điện áp ngưỡng Tuy nhiên, thời gian cần để tụ xả điện thường lớn hơn nhiều so với thời gian khi điện áp đầu vào nhỏ hơn điện áp ngưỡng.
V c giảm không nhiều, nên dạng sóng ngõ ra khá phẳng.
Thí nghiệm 5
Dùng VOM đo giá trị của R3 và R4.
Khoa Điện - Điện Tử hướng dẫn kết nối nguồn điện 0-20V vào mạch và điều chỉnh điện áp về 0V Sử dụng VOM ở chế độ đo mA để kết nối R3 và D9 Đồng thời, sử dụng hai VOM để đo điện áp vào và điện áp ra.
Tăng dần điện áp vào, ghi nhận điện áp trên Zener và dòng điện qua Zener như bảng sau
Vẽ đặc tuyến của Zener và xác định Vz.
Dòng ổn áp tối thiểu � ���� ≈ 1519 μA Điện áp � � ≈ 5,056 (�) Đặc tuyến của Zener:
Tính công suất R 3 khi Id = � R3 = 20mA.
Công suất của R 3 là: � � 3 = � R3 2 � 3 = 20 10 −3 2 550 = 0,22(�) Xác định dòng ổn áp tối thiểu, cách làm như thế nào?
Dòng ổn áp tối thiểu V in = 15,078 (V)
Chỉnh V in sao cho I d = � R3 = 5 mA Sau đó kết nối tải R 4 song song với Zener.
Khoa Điện - Điện Tử Quan sát sự thay đổi của Volt kế và Miliampe kế khi có tải và không có tải, giải thích sự thay đổi đó?
Khi I d = 5 mA, chưa mắc với R 4 , thì Volt kế chỉ 5,087 V Đang ở trạng thái ổn áp
Khi mắc với R 4, giá trị Ampe kế đạt 8.772 mA trong khi giá trị Volt kế giảm xuống còn 2.818V Điều này cho thấy mạch không còn ổn định về điện áp, vì V d = 2,818 < V z = 5,056 Sự thay đổi này xảy ra do
4 +� 3 < � � mạch hoạt động như mạch hai điện trở nối tiếp như thông thường.
Giảm V in cho đến khi mạch không còn ổn áp Mạch không còn ổn áp khi nào?
Vì mạch đã không còn ổn áp nên cứ giảm nữa thì càng không ổn áp.
Theo lý thuyết thì khi mắc mạch với R 4 , để mạch ổn áp thì V in thỏa điều kiện:
Ghi nhận lại giá trị V in khi mạch không còn ổn áp?
V in = 14,896 (V) Tính V in theo lý thuyết để mất ổn áp, biết V Z = 5.6V.
Vậy giá trị nhỏ nhất của V in Lí thuyết là: 15,07692308 (�)
BÀI THÍ NGHIỆM 3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA DIODE
Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.
Nắm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang và diode zener.
Thiết lập được mạch ổn áp đơn giản.
Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng
Khảo sát mạch xén phân cực âm dùng diode.
Kết nối mạch theo sơ đồ đã chỉ định, sử dụng nguồn DC có điện áp 1V và nguồn xoay chiều dạng sóng sine với biên độ 2Vp-p, tần số 1kHz và mức offset 0V.
Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua
Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng.
Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.
Trong quá trình thay đổi biên độ của nguồn xoay chiều V sine từ 2Vp-p đến 10Vp-p, cần quan sát dạng sóng trên cả hai kênh của dao động ký Hiện tượng thu được cho thấy sự biến đổi rõ rệt về biên độ, với sự gia tăng độ cao của dạng sóng tương ứng với giá trị biên độ lớn hơn Sự khác biệt giữa các mức biên độ này không chỉ thể hiện qua hình dạng sóng mà còn ảnh hưởng đến các thông số khác như tần số và pha Việc mô tả chi tiết hiện tượng này giúp hiểu rõ hơn về tính chất của nguồn xoay chiều và ứng dụng của nó trong các hệ thống điện.
Ghi chú: cả hai kênh đều phải quan sát ở chế độ DC trong bài thí nghiệm này trở về sau.
Khi tăng điện áp nguồn V sine, điện áp đỉnh của kênh 1 tăng theo tỉ lệ thuận mà không làm thay đổi hình dạng sóng sin Kênh 2 có hình dạng sóng sin tương tự kênh 1, nhưng đỉnh dương bị cắt bớt Trong bán kỳ dương, điện áp đỉnh dương của kênh 2 chỉ đạt đến mức V max và giữ nguyên cho đến khi điện áp kênh 1 giảm xuống dưới mức này Ở bán kỳ âm, kênh 2 và kênh 1 có cùng hình sóng sin.
Giữ biên độ của nguồn xoay chiều V sine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của nguồn
DC từ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được.
Tại điện áp nguồn DC 1V, hình sin ở kênh 2 bị xén, với đỉnh dương ở bán chu kỳ dương được giữ ở mức V max Mức điện áp V max ở bán chu kỳ dương của kênh 2 sẽ tăng dần khi điện áp nguồn DC được tăng lên.
Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.
Khi phân tích đồ thị, ta thấy rằng trong bán kỳ âm, diode không dẫn điện, dẫn đến V R = V sine Ngược lại, trong bán kỳ dương, khi V sine lớn hơn tổng của V DC và V on, diode sẽ dẫn điện, khiến V R trở thành hằng số với giá trị V DC + V on Kết quả là, điện áp sóng sin ở kênh 2 bị cắt ngắn phần đỉnh trong bán kỳ dương.
Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode.
Kết nối mạch theo sơ đồ đã cho Nguồn DC có điện áp 1V, trong khi nguồn xoay chiều V sine có biên độ 2Vp-p, tần số 1kHz và mức offset là 0V.
Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua
Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng.
Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.
Khi thay đổi biên độ của nguồn xoay chiều V sine từ 2Vp-p đến 10Vp-p, quan sát dạng sóng trên cả hai kênh của dao động ký cho thấy sự thay đổi rõ rệt Dạng sóng sẽ trở nên cao hơn và rộng hơn khi biên độ tăng, thể hiện sự tăng cường năng lượng của tín hiệu Hiện tượng này cho thấy mối quan hệ giữa biên độ và hình dạng sóng, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng về tính chất của tín hiệu xoay chiều.
Khi điện áp nguồn V sine tăng, điện áp đỉnh của kênh 1 tăng theo tỉ lệ thuận mà không làm thay đổi hình dạng sóng sin Kênh 2 có hình dạng sóng sin tương tự kênh 1, nhưng đỉnh âm của kênh 2 bị cắt bớt Khi điện áp nguồn giảm ở bán kì âm, điện áp đỉnh âm của kênh 2 chỉ giảm đến mức V min và duy trì ở mức đó cho đến khi điện áp kênh 1 tăng trở lại Trong bán kì dương, kênh 2 và kênh 1 có cùng hình dạng sóng sin.
Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của nguồn DC từ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được.
Khi điện áp nguồn DC đạt 1V, tín hiệu hình sin ở kênh 2 bị xén, với đỉnh âm ở bán chu kỳ âm được giữ ở mức V min Đồng thời, mức điện áp V min ở bán chu kỳ dương của kênh 2 sẽ giảm dần khi điện áp nguồn DC tăng lên.
Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký?
Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy? Ở bán kì dương, diode tắt, vậy nên V R =V sine Khi ở bán kì âm, khi
|V sine | > |V DC + V on | thì diode mở, làm cho V R = V DC + V on = const Do đó, điện áp sóng sin ở kênh 2 bị xén đi phần đỉnh ở bán kì âm.
Thí nghiêm 3
Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có tải.
Kết nối mạch theo sơ đồ đã cho, với nguồn điện DC 1V và nguồn xoay chiều V sine có biên độ 8Vp-p, tần số 1kHz, mức offset 0V Lưu ý rằng các bộ nguồn này chưa được kích hoạt cho đến khi được giảng viên hướng dẫn kiểm tra.
Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng?
Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.
Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10V p-p , nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.
So sánh hình dạng đồ thị thu được từ thí nghiệm này với đồ thị ở thí nghiệm 2, ta nhận thấy cả hai đều có đặc điểm là hình dạng sóng sin Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở biên độ và tần số của sóng, phản ánh sự thay đổi trong các điện trở được mắc nối Sự tương đồng và khác biệt này giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của các yếu tố điện trở đối với hình dạng đồ thị.
� � 2 = 1,68 < � �� + � �� nên diode luôn tắt ⟹ hình sin được bảo toàn Còn ở thí nghiệm 2, hình sóng sin bị xén đỉnh âm do diode dẫn.
Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có thêm điện trở trên diode.
Kết nối mạch theo sơ đồ đã cung cấp Nguồn DC có điện áp 1V, trong khi nguồn xoay chiều V sine có biên độ 8Vp-p, tần số 1kHz và mức offset 0V Lưu ý rằng các bộ nguồn này sẽ không được bật cho đến khi được giáo viên hướng dẫn xem xét.
Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng.
Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.
Điều chỉnh nguồn V sine có biên độ 10V p-p , nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.
So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu được tại thí nghiệm 2, mô tả lại các điểm khác nhau giữa hai đồ thị và giải thích?
Khi diode mở, trong thí nghiệm 2, V out = V on + V dc là hằng số, trong khi ở thí nghiệm 4, V out không còn là hằng số mà bằng V R1 Sự khác biệt này chỉ xuất hiện khi diode mở; khi diode đóng, đồ thị của hai thí nghiệm trở nên tương tự nhau.
BÀI THÍ NGHIỆM 4 KHẢO SÁT BJT
⮚ Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.
⮚ Nắm được đặc tính các linh kiện BJT loại npn, pnp.
⮚ Khảo sát mạch khuếch đại, mạch đóng/ngắt dùng BJT.
⮚ Xem lại cách sử dụng các công cụ đo VOM, DVM và Oscilloscope (dao động ký - dđk).
Đo và kiểm tra BJT.
Dùng VOM đo và kiểm tra BJT ở module 1 và 2, phần BJT.
Đưa VOM về chế độ đo diode Đo điện áp giữa các chân của BJT trong khối I và II và ghi nhận vào bảng sau:
Khoa Điện - Điện Tử Transistor Q 2 : Điểm đo P 1 -P 2 P 2 -P 1 P 1 -P 3 P 3 -P1 P 2 -P 3 P 3 -P 2
Giá trị 0,678 OL OL OL OL 0,677
Xác định xem transistor loại gì và các chân P 1 -P 2 -P 3 là chân gì, BJT còn tốt hay không? Giải thích?
Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa của BJT npn.
Đọc xem điện trở R1 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM.
Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như Hình 2 Một VOM đo dòng điện Ib ở tầm μA, một VOM đo dòng I c ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp V ce
Vặn biến trở V R3 về mức nhỏ nhất.
Hình 1: Sơ đồ phần III
Hình 2: Layout thực tế trên module thí nghiệm
Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện I b , quan sát giá trị I c và V ce và điền vào bảng sau:
Với I b trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó h fe là bao nhiêu?
Với � � trong khoảng 10 ÷ 25μA thì transistor dẫn điện khuếch đại với ℎ �� khoảng 325.
Khi sử dụng transistor để thực hiện chức năng đóng/ngắt, chúng ta cần đưa transistor vào chế độ bão hòa hoặc chế độ tắt Việc này giúp transistor hoạt động hiệu quả hơn trong việc kiểm soát dòng điện, đảm bảo rằng nó có thể chuyển đổi giữa trạng thái dẫn điện và không dẫn điện một cách chính xác.
Transistor hoạt động ở chế độ bão hòa cho phép dòng điện đi qua với giá trị rất nhỏ, tương tự như chức năng ngắt mạch Ngược lại, khi ở chế độ tắt, transistor không cho dòng điện đi qua, tương đương với việc thực hiện chức năng ngắt mạch.
Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa của BJT pnp.
Đọc xem điện trở � 6 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM.
Chỉnh nguồn về 12V và kết nối mạch như hình 4 Một VOM đo dòng điện � � ở tầm μA, một VOM đo dòng � � ở tầm mA và một VOM đo điện áp � ��
Hình 3: Sơ đồ khối BJT pnp
Hình 4: Sơ đồ kết nối trên module thí nhiệm phần BJT pnp
Vặn biến trở VR3 Về mức lớn nhất.
Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đỏi dòng điện � � , quan sát giá trị � � , � �� và điền vào bảng sau:
Khoa Điện - Điện Tử (mA)
Với � � trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó ℎ �� là bao nhiêu?
Với � � trong khoảng 10 ÷ 30μA thì transistor dẫn điện khuếch đại với ℎ �� khoảng 209,5.
Nếu thay vì kết nối tải (điện trở + LED) ở cực C, chúng ta kết nối ở cực E, liệu BJT có bão hòa được không? Câu hỏi này sẽ được giải đáp trong báo cáo, không cần trả lời trong quá trình thực hiện thí nghiệm.
BJT không thể bão hòa được.
Vì khi pnp transistor hoạt động ở vùng bão hòa thì hai thành phần E-B và C-B đều hoạt động ở miền phân cực thuận, nghĩa là � � > � � �à � � > � � , từ đó suy ra � �� < � ��
Mà ta lại có � �� − � �� = � � − 0 − (� � − � � ) = � � ≥ 0, vậy nên BJT không thể bão hòa được.
Khảo sát đặc tuyến vào của BJT npn.
Chỉnh nguồn biến đổi 0 - 5V về nhỏ nhất (0V).
Chỉnh biến trở � �2 về giá trị nhỏ nhất.
Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0 - 5V vào hai cực C-E của � 2 Các VOM kết nối như hình vẽ.
Hình 5: kết nối mạch đo đặc tuyến vào của BJT
Bật nguồn và điều chỉnh điện áp V CE cố định ở mức 2V Tiến hành điều chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng I B và ghi lại kết quả vào bảng Trong suốt quá trình thí nghiệm, cần lưu ý duy trì V CE ở mức cố định 2V.
Trong thí nghiệm, điện áp V CE được giữ cố định ở mức 4V Người thực hiện cần điều chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng I B và ghi lại kết quả vào bảng Lưu ý quan trọng là phải duy trì V CE không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm.
Vẽ đặc tuyến vào I B -V BE ứng với hai trường hợp V CE = 2V và V CE = 4V.
Nhận xét: đặc tuyến giống với dạng diode Đặc tuyến ứng với � �� = 4� gần lùi hơn về bên trái so với khi � �� = 2 , nghĩa là ở cùng giá trị � �� thì � � (� �� = 4�) > � � (� �� =2�).
Thí ngiệm 5
Khảo sát đặc tuyến ngõ ra của BJT npn.
Chỉnh nguồn biến đổi 0-20V về nhỏ nhất (0V).
Chỉnh biến trở V R2 về vị trí nhỏ nhất.
Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-20V vào mạch Các VOM kết nối như hình vẽ.
Bật nguồn Chỉnh dòng điện I B cố định là 20 μA , thay đổi V in để có được các giá trị
V CE theo bảng sau Điền các giá trị tương ứng của dòng I C
Lặp lại thí nghiệm với I B = 25μA.
Lặp lại thí nghiệm với I B 0μA.
Vẽ đặc tuyến ngõ ra I C - V CE ứng với 3 trường hợp trên.
Nhận xét tương quan giữa 3 đặc tuyến Ước tính điện áp Early.
Khi � �� thấp (khoảng < 0,2), đặc tuyến rất dốc Khi � �� tăng (khoảng >0,2), đặc
Khoa Điện - Điện Tử Lấy số liệu từ bảng � � = 20��, lấy hai điểm (� �� ; I C ) là (0,7 ; 6,04) và (0,5 ; 6,01), ta có độ dốc của đặc tuyến:
� � + 0,7Giải phương trình, ta được � � ≈ 40� Vậy ước tính điện áp Eraly � � = 40�.
Thí nghiệm 6
Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung.
Đọc và dùng VOM xác định lại giá trị các điện trở Điện trở R 9 R 10 R 11 R 12 R 13
Kết nối mạch như Hình 7 Nguồn cấp V in là 12V
Chỉnh nguồn tín hiệu V s có biên độ 1V, tần số 1Khz Sau đó giảm biên độ V s về 0V.
Dùng 1 VOM đo điện áp giữa cực C và E của Q 3
Dùng kênh 1 dao động ký đo dạng sóng V s , kênh 2 đo dạng sóng tại cực C của Q 3
Hình 6: Sơ đồ mạch khuếch đại E chung.
Hình 7: Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại E chung.
Bật nguồn Chỉnh biến trở V R8 để V CE = 6V.
Để tăng dần biên độ V s, cần xác định biên độ tối đa của V s nhằm tránh méo dạng ngõ ra (max swing) Nếu ngõ ra bị méo dạng ở một đầu hình sine, hãy điều chỉnh biến trở R 8 để thay đổi phân cực và đạt được max swing Cuối cùng, vẽ dạng sóng v s và v ce trên cùng một hệ tọa độ.
Hình 8: Biên độ � � = 4,8� Và biên độ � �� = 0,212�
Xác định độ lợi của mạch khuếch đại ở max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết. Độ lợi: a = V CE
Khoa Điện - Điện Tử Với R in ≈ (r pi //R 10 ), r pi = β 26mV I
Do không thể đo β, việc tính chính xác độ lợi a theo lý thuyết trở nên khó khăn Vì vậy, chúng ta chỉ có thể dự đoán xem kết quả đo a từ thực nghiệm có hợp lý hay không.
+ Đầu tiên, theo lý thuyết a có giá trị âm, phù hợp vì � �� �à � ��� ngược pha.
+ Thứ hai, vế g m (R 12 //r 0 ) thường có giá trị vào khoảng 100-300 Mà R in < R 11 nên giá trị a = -22,1 là có cơ sở xảy ra, lúc này R in nhỏ hơn R 11 nhiều lần.
Tắt nguồn, đo giá trị V R8 tại max swing và kiểm chứng lại so với lý thuyết Đo được � �8 ≈ 55��.
Giá trị β tăng lên so với mức ban đầu do BJT hoạt động trong vùng bão hòa, dẫn đến hiện tượng méo dạng sóng Việc điều chỉnh tăng β giúp giảm dòng I C, từ đó làm tăng giới hạn bão hòa của BJT.
Kết nối tải R 13 vào mạch Chuyển kênh 2 của dao động ký sang đo dạng sóng ngõ ra trên R 3 Nhận xét?
Dạng sóng ngõ ra không đổi Biên độ � ��� giảm nhưng không nhiều.
Lý giải là do khi nối tải, theo lý thuyết, độ lợi thay đổi theo công thức: a ≈ a oc(noload) ∗ R 13
10 + 1 =− 20,1 Kết quả thực nghiệm phù hợp với lý thuyết.
Chỉnh lại V s sao cho đạt max swing trong trường hợp có tải R 13 Xác định độ lợi và
V s tại Max Swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết.
Tại Max Swing, đo được � � = 0,262� và � ��� = 5,12� Độ lợi a = � � ���