Báo cáo thí nghiệm vật lý bán dẫn

Do đó, đối với tụ điện thì điện áp trễ pha hơn cường độ dòng điện.•Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ thay đổi như thế nào?. Giải thíchKhi tăng tần số tín hiệu vào thì

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÁN DẪN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚ CƯỜNG - 2112715 PHAN TRƯỜNG GIANG - 2111103

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÁN DẪN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚ CƯỜNG - 2112715 PHAN TRƯỜNG GIANG - 2111103

TN1: KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C

1.1 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.

1.2 CHUẨN BỊ

•Chuẩn bị PreLab và nộp cho giáo viên trước khi vào lớp

5

•Đo giá trị của biến trở VR5 •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 này đúng với vòng màu sai số trên điện trở.

6

•Quan sát điện áp trên tụ C1 trên dao động ký •Biên độ điện áp trên tụ C1 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên tự C1 là 0.45V.

•Từ đó, giá trị C1 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

Nhận xét: Sóng ngõ ra trên tụ C1 trễ pha hơn sóng ngõ vào Khi có dòng xoay chiều đi vào tụ điện, dòng điện sẽ bắt đầu tích điện cho tụ điện và nhờ lượng điện tích đã nạp tụ điện mới bắt đầu tăng điện áp lên Điện áp không tăng cùng lúc với cường độ dòng điện mà nó cần thời gian để phân bố điện tích và tạo nên điện áp trong tụ Do đó, đối với tụ điện thì điện áp trễ pha hơn cường độ dòng điện.

•Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ thay đổi như thế nào? Giải thích

Khi tăng tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ giảm theo biểu thức tính, và khi giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ tăng.

Giải thích: với dòng điện xoay chiều, tần số dòng điện càng lớn thì trở kháng của tụ càng nhỏ, cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch càng lớn và ngược lại •Chuyển tín hiệu Vin thành xung vuông tần số 1Khz, biên độ 2V Vẽ dạng sóng Vin

và dạng sóng trên tụ điện Giải thích

8

Do nguyên lý hoạt động tích và phóng điện của tụ, điện áp trên tụ thay đổi theo phương trình dạng mũ.

9

•Quan sát điện áp trên tụ C6 trên dao động ký •Biên độ điện áp trên tụ C6 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên tụ C6 là 0.36V

•Từ đó, giá trị C6 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

1.6 THÍ NGHIỆM 4

1.6.1 Mục tiêu

•Khảo sát mạch R-L, từ đó suy ra giá trị cuộn cảm 1.6.2 Yêu cầu

•Kết nối máy phát sóng như sau Dùng kênh 1 của oscilloscope đo dạng sóng Vin, kênh 2 đo dạng sóng trên L5.

1.6.3 Kiểm tra

•Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 10Khz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

•Quan sát điện áp trên cuộn dây L5 trên dao động ký •Biên độ điện áp trên cuộn dây L5 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên cuộn dây L5 là 420mV •Từ đó, giá trị L5 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

Nhận xét: Sóng ngõ ra ở L5 có pha sớm hơn sóng ngõ vào Khi có dòng điện đi qua cuộn dây thì cuộn dây cũng đồng thời tạo từ trường chạy trong lòng cuộn dây Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, khi từ trường tăng dần theo dòng điện thì trong cuộn dây cũng sinh ra dòng điện cảm ứng để chống lại sự tăng dần đó Khi dòng điện giảm, từ trường giảm thì cũng có một dòng điện cảm ứng sinh ra để chống lại sự giảm đó Vì vậy trong cuộn dây, dòng điện trễ pha hơn so với

Khi ZLtăng thì ULcũng tăng và ngược lại, khi ZLgiảm thì ULcũng giảm do U và R là cố định, mà ZLtỉ lệ thuận với f nên khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 cũng tăng/giảm tương ứng.

12

TN2: KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU VÀ ZENNER

2.1 MỤC TIÊU

•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.

2.2 CHUẨN BỊ

•Chuẩn bị bài prelab.

•Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng.

13

•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.

•Thay đổi biên độ của nguồn xoay chiều Vsine từ 2Vp-p đến 10Vp-p Trong quá trình thay đổi đó, quan sát dạng sóng thu được trên cả hai kênh của dao động ký, mô tả lại hiện tượng thu được.

Khi càng tăng biên độ của Vs phần âm của đồ thị bị xén ngày càng nhiều •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 Phần âm xén ít dần khi cho điện áp tăng dần.

•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.

30

•Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy.

Ở bán kì âm, khi Vsine > VON + VDC thì diode on dẫn đến V tại CH2 luôn bằng VON+VDC khi Vsine < VON + VDC thì diode off nên V tại CH2 bằng Vsine.

31

3.5 THÍ NGHIỆM 3

3.5.1 Mục tiêu

•Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có tải 3.5.2 Yêu cầu

•Kết nối mạch như hình vẽ Trong đó nguồn VDC là nguồn DC có điện áp 1V Nguồn xoay chiều Vsine là sóng sine biên độ 8Vp-p, tần số 1kHz, mức offset là 0V.

Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua.

3.5.3 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.

32

•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 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

33

•So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu được tại thí nghiệm 2, mô tả lại các điểm giống và khác nhau giữa hai đồ thị, giải thích.

Cả hai đồ thị đều có dạng sóng giống nhau, tuy nhiên đồ thi trên không bị xén ở phần âm.

34

3.6 THÍ NGHIỆM 4

3.6.1 Mục tiêu

•Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có thêm điện trở trên diode 3.6.2 Yêu cầu

•Kết nối mạch như hình vẽ Trong đó nguồn VDC là nguồn DC có điện áp 1V Nguồn xoay chiều Vsine là sóng sine biên độ là 8Vp-p, tần số 1kHz, mức offset là 0V.Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua.

3.6.3 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.

35

•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 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

36

•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.

Phần dương của hai đồ thị giống nhau nhưng phần ầm có sự khác biệt Phần âm của đồ thị trên không bị xén như ở thí nghiệm hai nhưng biên độ bị giảm xuống do mắc thêm điện trở tải.

37

TN4: KHẢO SÁT BJT

4.1 MỤC TIÊU

•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.

4.2 CHUẨN BỊ

•Chuẩn bị bài prelab

•Xem lại cách sử dụng các công cụ đo VOM, DVM và Oscilloscope (dao động ký -dđk)

38

•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

Q1 Base Emitter/Collector Emitter/Collector NPN Tốt Q2 Emitter/Collector Base Emitter/Collector PNP Tốt

Giải thích

39

R1 = 0.98kOhm (giá trị đo).

•Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như hình Một VOM đo dòng điện Ib ở tầm uA, một VOM đo dòng Ic ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp Vce.

•Vặn biến trở VR3 về mức nhỏ nhất.

•Sơ đồ phần III

41

4.4.3 Tiến hành

•Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện Ib, quan sát giá trị Ic và Vce và điền vào bảng sau:

Ic(mA) 3.61 5.20 6.87 8.12 8.95 9.00 9.04 9.07 9.1 Vce(V) 5.90 4.17 2.78 1.08 0.26 0.187 0.158 0.154 0.146

•Với Ib trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó hfe là bao nhiêu? Trong khoảng từ 10uA đến 30uA thì transistor dẫn khuếch đại với hfe khoảng 312 •Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ nào? Vì

Đưa transistor vào chế độ khuếch đại và tắt vì ở chế độ bão hoà, rơi áp trên transistor Vce rất nhỏ tương đương một công tắc đóng, còn ở chế độ tắt transis-stor không cho dòng điện đi qua C-E nên tương đương công tắc mở.

42

•Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như hình Một VOM đo dòng điện Ib ở tầm uA, một VOM đo dòng Ic ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp Vce.

•Vặn biến trở VR3 về mức lớn nhất.

•Sơ đồ khối BJT pnp

43

4.5.3 Tiến hành

•Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện Ib, quan sát giá trị Ic và Vce và điền vào bảng sau:

Ic(mA) 2.19 3.22 4.19 5.15 6.81 7.55 8.16 8.17 8.56 Vce(V) 7.12 6.00 5.08 4.14 3.29 2.45 1.69 1.05 0.49

•Với Ib trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó hfe là bao nhiêu? Khoảng 10uA – 30uA khi đó hfe khoảng 227.

•Nếu thay vì đặt tải (điện trở + led) ở cực C, ta đặt ờ cực E như hình sau Khi đó BJT có bão hòa được không? Vì sao?

BJT sẽ không hoặc rất khó bão hoà vì theo sơ đồ nối như trên Vì để transitor PNP có bão hoà thì điện áp tại cục B phải đủ thấp hơn cực E, theo sơ đồ như hình ta có điện áp tại B tương đương hoặc lớn hơn điện áp tại cực C, mà điện áp chênh lệch giữa cực E và cực C lại thấp hơn điện áp chênh lệch giữa cực B và E trong chế độ bão hoà.

44

•Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-5V vào hai cực C-E của Q2 Các VOM kết nối như hình vẽ.

4.6.3 Tiến hành

•Bật nguồn Chỉnh điện áp Vce cố định là 2V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng Ib và ghi vào bảng sau Trong quá trình thí nghiệm lưu ý giữ Vce cố định là 2V.

Vbe(V) 0.48 0.51 0.56 0.59 0.62 0.65 0.67 0.687 0.695

•Chỉnh điện áp Vce cố định là 4V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng Ib và ghi vào bảng sau Trong quá trình thí nghiệm lưu ý giữ Vce cố định là 4V.

Vbe(V) 0.45 0.48 0.51 0.55 0.58 0.61 0.63 0.649 0.66

•Vẽ đặc tuyến vào Ib-Vbe ứng với hai trường hợp Vce = 2V và Vce = 4V.

45

•Nhận xét đặc tuyến đã vẽ.

Đặc tuyến giống với dạng đặc tuyến của diode Đặc tuyến ứng với Vce = 4V lùi về bên trái hơn so với khi Vce = 2V, nghĩa là ở cùng giá trị VBE thì IB (Vce = 4V) > IB (Vce = 2V )

46

•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.

4.7.3 Tiến hành

•Bật nguồn Chỉnh dòng điện Ib cố định là 20uA, thay đổi Vin để có được các giá trị Vce theo bảng sau Điền các giá trị tương ứng của dòng Ic.

•Nhận xét tương quan giữa 3 đặc tuyến Ước tính điện áp Early Nhận xét:

- Khi Vce < 0.2 đặc tuyến rất dốc, Ic gần như tuyến tính với Vce Khi Vce > 0.2

đặc tuyến gần như nằm ngang Ước tính điện áp Early:

- ta có độ dốc của đặc tuyến Ib = 20uA, từ bảng số liệu ta lấy hai điểm (Vce,Ic)

là (1, 14) và (0.7, 13.88), theo công thức tính độ dốc của đặc tuyến:dIc

Giá trị 100kOhm 10kOhm 10kOhm 1kOhm 10kOhm

•Kết nối mạch như hình Nguồn cấp Vin là 12V.

•Sơ đồ mạch khuếch đại E chung

4.8.3 Tiến hành

•Bật nguồn Chỉnh biến trở VR8 để Vce = 6V.

•Tăng dần biên độ Vs Xác định biên độ tối đa của Vs để ngõ ra không bị méo dạng (max swing) Nếu dạng sóng ngõ ra bị méo dạng ở 1 đầu hình sine, chỉnh biến trở R8 để thay đổi phân cực sao cho đạt max swing Vẽ dạng sóng Vs và Vce trên cùng hệ tọa độ.

49

Biên độ tối đa của Vs để ngõ ra không bị méo dạng là 480mVp-p

•Xác định độ lợi của mạch khuếch đại ở max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết.

- Độ lợi điện áp aV=VCE VS =−4.96

0.24 = −20.67

- Kiểm chứng lại so với lý thuyết.

•Tắt nguồn, đo giá trị VR8 tại max swing và kiểm chứng lại so với lý thuyết

- VR8 = 21.75 KOhm

- Kiểm chứng lại so với lý thuyết

•Kết nối tải R13 vào mạch Chuyển kênh 2 của dao động ký sang đo dạng sóng ngõ

•Chỉnh lại Vs sao cho đạt max swing trong trường hợp có tải R13 Xác định độ lợi và Vs tại Max Swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết

- Tại Max Swing đo được Vs = 320mV, Vce = 4.16V- Độ lợi điện áp: aV=VCE

VS =−4 160.32. = −13 50