báo cáo môn học thực hành mạch điện tử số đề tài diode các loại đặc trưng sơ đồ ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

PHẦN 1: NGUYÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CÁC LOẠI DIODE1 Silicon Diode

a) Đặc trưng

- Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên nguyên tắc chênh áp điện Khi áp dụng điện áp chuyển

đổi qua diode, nó sẽ dẫn điện khi được đặt với chiều chuyển tiếp đúng và cản trở dòng điện khi ở chiều ngược lại

- Ngưỡng chuyển động: Thấp, điều này có nghĩa là cần một điện áp chuyển động nhỏ để

diode bắt đầu dẫn điện

- Điện áp chuyển động chịu đựng ngược: Diode silic có thể chịu đựng một lượng nhất

định của điện áp ngược mà không bị phá hủy Điều này gọi là điện áp ngược chịu đựng (Reverse Breakdown Voltage)

- Dòng chuyển tiếp tối đa: Mỗi diode silic có một giới hạn về dòng chuyển tiếp tối đa mà

nó có thể chịu được mà không bị hỏng

- Thời gian phục hồi: Nhỏ, đặc biệt là trong trường hợp của diode chuyển đổi nhanh như

Schottky

- Nhiệt độ hoạt động: Hiệu suất của diode silic cũng phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ cao

có thể làm giảm hiệu suất và độ ổn định của diode

- Ứng dụng: Diode silic được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, từ ổ điện tử đơn

giản đến mạch điện tử phức tạp như vi mạch

- Kích thước và hình dạng: Diode silic có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau tùy

thuộc vào ứng dụng cụ thể, bao gồm diode thuận, diode ngược, diode Schottky, và nhiều loại diode khác.

b) Sơ đồ nguyên lí

Hình A1-1a: Sơ đồ thí nghiệm với Si-diode

* Phân cực thuận: Cung cấp điện áp +12V Chiết áp P1 điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu Diode Khi P1 đặt ở Min, điện áp đặt lên hai đầu Diode là nhỏ Vặn biến trở P1 từ Min- Max, điện áp tăng khi điện áp đó đạt 0,6V, diode dẫn Dòng điện qua Diode cỡ mA Tăng điện áp đặt vào Diode, dòng điện qua Díode tăng theo Đây là tính chất phân cực thuận của Diode.

* Phân cực ngược: Cung cấp điện áp vào - 12V Chiết áp P1 điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu Diode Khi đó sẽ có một dòng điện nhỏ cỡ μA (dòng trôi) chảy qua diode- Đây là

tính chất phân cực ngược của Diode Đối với Si - Diode dòng trôi rất nhỏ

Đường đặc tuyến công tác của Si - Diode có dạng như sau:

c) Các bước thực hiện, kết quả đo

*Phân cực thuận

1 Dùng dây nối A với A1 Nối nguồn +12V DC với chốt V cho mảng mạch A1-1 để mắc phân cực thuận cho diode D1 trong mảng A1-1 như hình A1-1a(1).

2 Mắc các đồng hồ đo: Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

- Đồng hồ đo sụt kế trên diode: Nối các chốt đồng hồ đo (V) của mạch A1-1 với đồng hồ đo thế Khoảng đo đặt ở 20V DC

- Đồng hồ đo dòng qua diode: Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch A1-1 với đồng hồ đo dòng Khoảng đo 20mA DC

3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị BE-A11 Vặn biến trở P1 cực đại Ghi giá trị dòng chảy qua diode IF và sút thế UF trên diode vào bảng A1.1

4 Giảm từng bước biến trở P1 Tại mỗi bước ghi giá trị dòng chảy qua và sụt thế trên diode vào bảng A1.1 Chú ý xác định vị trí ngưỡng mà tại đó dòng qua diode có sự thay

1 Nối nguồn -12V với chốt V cho mảng mạch A1-1 để mác phân cực ngược cho Diode D1 trong mảng A1-1 như hình A1-1a2

2 Đồng hồ đo dòng hiện số DIGITAL mA METER của thiết bị chính BE-A11 Khoảng

đo đạt ở 2mA

3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị BE-A11 Vặn biến trở P1 Ghi giá trị dòng chảy qua diode IR và sụt thế UR trên diode vào bảng A1.2.

- Bao gồm các thông số quan trọng như điện áp đặt trưng (điện áp nguyên mẫu), dòng đột quỵ (dòng ngược tối đa mà diode có thể chịu được trước khi bị hỏng), và đặc tính về dòng điện và điện áp trong vùng dẫn

Dưới đây là một số thông số chính của diode Ge:

Điện áp đặt trưng (Vf): Khoảng từ 0.3V đến 0.7V Điều này là điện áp mà diode bắt đầu dẫn điện

Dòng đột quỵ (If Max): Điện áp tối đa mà diode có thể chịu được mà không bị hỏng Điều này quan trọng để tránh vượt quá giới hạn dòng

Dòng ngược (Ir Max): Dòng ngược tối đa mà diode có thể chịu được mà không bắt đầu dẫn điện ngược

Điện áp đỉnh ngược (Vr Max): Điện áp ngược tối đa mà diode có thể chịu được mà không bị hỏng.

Đặc tính điện áp - dòng (I-V): Đây là đường cong mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode Thường được biểu diễn trong datasheet

Thời gian phục hồi chuyển đổi (trr): Thời gian mà diode cần để chuyển từ trạng thái dẫn tới trạng thái cắt sau khi điện áp ngược được loại bỏ.

b) Sơ đồ nguyên lí

- Cũng tương tự như Si - Diode ta khảo sát đặc trưng của Ge-diode cho cả hai trường hợp phân cực thuận và phân cực ngược

Đường đặc tuyến công tác của Ge - Diode có dạng như sau:

c) Các bước thực hiện, kết quả đo

* Phân cực thuận

1 Dùng dây nối A với A2 Nối nguồn +12V với chốt V cho cho mảng mạch Al-l để mắc

phân cực thuận cho diode D2 trong mảng A1-1 như hình A1-1 b1

2 Mắc các đồng hồ đo: Đồng hồ đo sụt thế trên diode: Nối các chốt đồng hồ đo (V) của mạch A1-1 với đồng hồ đo thể hiện số DIGITAL VOLMETER của thiết bị chính BE-A11 Khoảng đo đặt ở 20V.

Đồng hồ đo dòng qua diode: Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch Al-l với đồng hồ đo thể hiện số DIGITAL mA METER của thiết bị chính BE-A11 Khoảng đo đạt ở 20mA

Chú ý: Cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị BE-A11 Vặn biến trở Pl cực đại Ghi giá trị dòng chảy qua diode IF và sụt thế UF trên diode vào bảng A1.3

4 Giảm từng bước biến trở Pl Tại mỗi bước ghi giá trị dòng chảy qua và sụt thế trên diode vào bảng A1.3 Chú ý xác định vị trí ngưỡng mà tại đó dòng qua diode có sự thay

1 Nối nguồn -12V với chốt V cho mảng mạch A1-1 để mác phân cực ngược cho Diode D2 trong mảng A1-1 như hình A1-1b2 Đồng hồ đo dòng hiện số DIGITAL mA METER của thiết bị chính BE-A11 Khoảng đo đạt ở 2mA

2 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị BE-A11 Vặn biến trở P1 Ghi giá trị dòng chảy qua diode IR và sụt thế UR trên diode khi vặn biến trở Pl vào bảng Al.2.

Bảng A1.4

3 Zener diode

a) Đặc trưng

Diode Zener có đặc tuyến volt-ampe giống diode thường nhưng có thêm vùng làm việc ở vùng đặc tuyến ngược với hiệu ứng đánh thủng.

* Ứng dụng: Điốt zener được sử dụng nhiều trong các mạch điều chỉnh điện áp và trong các ứng dụng chuyển mạch và mạch clipper.

nối tiếp sẽ có nhiệm vụ giới hạn dòng điện qua diode và giảm điện áp dư thừa khi diode dẫn Lúc này điện áp đầu ra sẽ ổn định hơn. 

- Diode zener trong mạch bảo vệ quá áp: Nếu trường hợp điện áp đầu vào tăng lên một giá trị cao hơn điện áp đánh thủng của zener, dòng điện sẽ chạy của diode và tạo ra sụt áp trên điện trở, điều này sẽ kích hoạt SCR và tạo ra một mạch ngắn xuống đất Mạch sẽ mở cầu chì và ngắt kết nối tải với nguồn cung cấp. 

- Mạch cắt sử dụng diode zener: Điốt zener được sử dụng để giúp sửa đổi và định hình các mạch cắt dạng sóng AC Mạch có tác dụng giới hạn hoặc cắt bỏ các phần của một hoặc cả 2 nửa chu kỳ của dạng sóng AC để định hình hoặc bảo vệ. 

b) Sơ đồ nguyên lí

- Các Zener Diode có điện áp đánh thủng ngược được xác định rõ, tại đó nó bắt đầu dẫn

dòng điện và tiếp tục hoạt động liên tục ở chế độ phân cực ngược mà không bị hỏng Ngoài ra, sự sụt giảm điện áp trên diode vẫn không đổi trong một phạm vi điện áp rộng, một tính năng làm cho Diode Zener phù hợp để sử dụng trong điều chỉnh điện áp.

c) Các bước thực hiện, kết quả đo

* Phân cực thuận

1 Dùng dây nối A với A3 Nối nguồn 0:+15V với chốt V cho mảnh mạch A1-1 để mắc phân cực thuận cho diode D3 trong mảnh A1-1C(1)

2 Mắc các đồng hồ đo: Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo.

- Đồng hồ đo sụt thế trên diode: Nối các chốt đồng hồ đo (V) của mạch A1-1 với đồng hồ đo thế Khoảng đo đặt ở 20V DC.

- Đồng hồ đo dòng qua diode: Nối các chốt đồng hồ (mA) của mạch A1-1 với đồng hồ dòng Khoảng đo 20mA DC.

3 Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị BE-A11 Chỉnh nguồn để có V=+12V DC Vặn biến trở P1 cực đại Ghi giá trị dòng chảy qua diode IF và sụt thế UF trên diode vào bảng A1.5 4 Giảm từng bước biến trở P1 Tại mỗi bước ghi giá trị dòng chảy qua và sụt thế trên diode vào bảng A1.5 Chú ý xác định giá trị ngưỡng mà tại đó dòng qua diode có sự thay đổi đột ngột.

(1): Phân cực thuận(2): Phân cực ngược

Hình A1-1c: Sơ đồ thí nghiệm với zener diode

Bảng A1.5

* Phân cực ngược

1 Nối nguồn 0:-15V của BE-A11 với chốt V cho mảng mạch A1-1 để mắc phân cực cho diode D3 trong mằng A1-1 như hình A1-1c(2) Đồng hồ đo dòng vẫn đặt ở khoảng đo 20mA DC Chú ý: mắc đúng phân cực đồng hồ đo

2 Đặt thế nuôi DC là -12V DC, vặn biến trở P1 để dòng qua D3 - 5mA Giảm thể nuôi xuống dưới 8V2, sau đó vặn biến trở chỉnh nguồn thay đổi theo từng bước 9V, 10V, -11V, - 12V DC, -13V,-14V,15V Ứng với mỗi giá trị V, ghi dòng chảy qua là và sụt thế UR trên D3 vào bảng A1.6.

Bảng A1.6

V-8V2-9V-10V-11V -12VDC -13V-14V-15VIF

UF

 Từ kết quả đo, tính hệ số ổn áp β của Zener

Giá trị thay đổi thế ra trên Zener (%) =

Khoảng thay đổi thế vào được chọn

 Với kết quả đo được trên bảng A1.5 và 1.6 Vẽ đồ thị biểu diễn đặc trưng Volt-Ampere của Zener-Diode, I = f(V) trong đó dòng 1 biểu diễn trên trục y và sụt thế V - trên trục x Nhánh thuận vẽ ở cung phần tư +x+y, nhánh ngược về ở cung phần từ x, y.

 Nhận xét kết quả:

- Đặc điểm mắc thuận ngược của Zener- Điode - Đặc điểm đặc trưng Volt-Ampere của Zener

- So sánh các đặc trưng V-A giữa Zener và Si-diode Vai trò ổn áp của zener-diode

4 Diode phát quanga) Đặc trưng

- Phát quang: Điều này là đặc điểm chính của LED Khi có dòng điện chạy qua nó, nó phát ra ánh sáng Màu sắc của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng trong diode

- Hiệu suất năng lượng cao: So với các nguồn sáng truyền thống như đèn huỳnh quang, LED có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng một cách hiệu quả hơn, giúp giảm lượng năng lượng tiêu thụ và tiết kiệm chi phí

- Điện áp thấp: Để hoạt động, LED yêu cầu điện áp thấp hơn so với các nguồn sáng truyền thống, điều này giúp giảm rủi ro về điện giật và tăng tính an toàn

- Tuổi thọ cao: Đối với hầu hết các ứng dụng, LED có thể hoạt động trong thời gian rất lâu mà không giảm hiệu suất Điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng yêu cầu tuổi thọ cao như đèn đường, đèn chiếu sáng trong các thiết bị điện tử, và nhiều ứng dụng khác

- Kích thước nhỏ: LED thường rất nhỏ, điều này giúp chúng linh hoạt và phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau từ thiết bị di động đến thiết bị chiếu sáng công nghiệp

- Khả năng điều chỉnh độ sáng: LED có thể được điều chỉnh để tạo ra độ sáng khác nhau mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ hoặc hiệu suất, điều này làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng yêu cầu kiểm soát ánh sáng chính xác.

b) Sơ đồ nguyên lí

- Giống như một diode thông thường, diode LED hoạt động khi nó được phân cực thuận Trong trường hợp này, chất bán dẫn loại n bị pha tạp nhiều hơn loại p tạo thành tiếp giáp p-n Khi nó bị phân cực thuận, hàng rào điện thế bị giảm đi và các điện tử và lỗ trống kết hợp ở lớp suy giảm (hay lớp hoạt động), ánh sáng hoặc photon được phát ra hoặc bức xạ theo mọi hướng

Hình vẽ điển hình dưới đây cho thấy sự phát xạ ánh sáng do cặp lỗ trống điện tử kết hợp theo xu hướng thuận.

c) Các bước thực hiện, kết quả đo

1 Nối chốt cấp nguồn V của mảng mạch A1-1 với nguồn điều chỉnh 0+15V của BE-A Đặt thế nguồn cấp ở +12V DC.

2 Mắc các đồng hồ đo: Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

1

- Đồng hồ đo sụt thế trên LED: Nối các chất đồng hồ đo (V) của mạch A1-1 với đồng hồ đo thế Khoảng đo đặt ở 20V DC.

- Đồng hồ đo dòng qua diode: Nối các chốt đồng hồ đo (mA) của mạch A1-1 với đồng hồ đo đồng Khoảng đo 20mA DC

3 Dùng dây nối A với A4 để mắc phân cực thuận cho LED màu đỏ D4 (hình A1-1d) Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị BE-A11.

4 Vận biến trở P1 để dòng chảy qua LED là 16mA Ghi giá trị dòng vào bảng A1.7

Dòng qua LED - Il Sụt thế trên LED - VI

5 Giảm thế nuôi (vận biển trở nguồn BE-A11) cho đến khi LED tất hẳn, sau đó tăng dẫn thế cho đến khi LED sáng Ghi giá trị thế và dòng đo được vào bằng A1.7.

6 Thay LED đỏ bằng LED xanh (D5), vàng (D6), cam (D7), khi nồi lần lượt chốt A với A5 A6, A7 Lặp lại các bước 4-5.

Ghi giá trị dòng điện chảy qua LED : I2, I3, I4, và sụt thế trên LED tương ứng V2, V3, V4, vào bảng A1.7 cho các LED màu tương ứng.

* Căn cứ kết quả ghi trong các bảng, so sánh dòng và thế sử dụng cho mỗi loại LED

5 Chỉnh lưu một nửa chu kỳa) Đặc trưng

Mạch chỉnh lưu được định nghĩa là một mạch điện tử chứa tất cả các linh kiện điện tử có tác dụng làm biến đổi các dòng điện xoay chiều thành mạch có dòng điện 1 chiều Mạch chỉnh lưu được dùng phổ biến trong các bộ nguồn các thiết bị sử dụng dòng điện một chiều hoặc mạch có tín hiệu vô tuyến bị tách sóng thường có trong các thiết bị vô tuyến.

b)Sơ đồ nguyên lí

- Trong khoảng 0->π nguồn U2 ở nữa chu kỳ dương,  Điốt được phân cực thuận, dẫn điện cho dòng điện chạy qua tải.

- Trong khoảng 0->2π nguồn U2  đổi sang nửa chu kì âm, điốt Đ bị phân cực ngược, không dẫn điện, không có dòng qua tải Các chu kì sau cứ thế tiếp diễn

3

->Như vậy điốt Đ đã biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều qua tải

c) Các bước thực hiện

Bước 1:

- Chuẩn bị các linh kiện đã chọn - Kiểm tra board cắm

- Xác định ví trí đặt linh kiện trên board

- Kiểm tra chất lượng và xác định định cực tính - Đo sự liên kết của board cắm

- Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho phù hợp với vị trí cắm trên board

- Xác định đúng chân linh kiện

- Chân linh kiện không được uốn sát vào chân tránh dễ bị đứt ngầm bên trong và không được vuông góc, vuông góc quá sẽ bị gẫy

- Vị trí đặt linh kiện phải thuận lợi cho quá trình cần chỉnh mạch

Bước 2:

- Lắp ráp linh kiện trên board - cắm diode D1 - cắm các linh kiện phụ trợ R, LED - cắm dây liên kết mạch – cắm dây cấp nguồn

- Mỗi linh kiện một chấu cắm

- Các linh kiện cắm đúng vị trí đã xác định, tiếp xúc tốt, tạo dáng đẹp - các dây nối không chồng chéo nhau

Bước 3:

- Kiểm tra mạch điện

- Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn, kiểm tra nguồn cấp

Bước 4:

- Cấp nguồn đo thông số mạch điện

- Cấp nguồn cho mạch điện quan sát hiện tượng của mạch ta thấy đèn LED sáng bình thường thì tiến hành đo các thông số mạch điện

- Dùng đồng hồ VOM đo điện áp trước và sau chỉnh lưu

- Dùng máy hiện sóng đo kiểm tra dạng sóng trước và sau chỉnh lưu

Bước 5:

- Hiệu chỉnh mạch và các sai hỏng thường xảy ra

- Khi chọn diode cần chọn diode có dòng phù hợp với tải.

6 Chỉnh lưu hai nửa chu kỳa) Đặc trưng

chiều DC sử dụng 2 điốt Mỗi điốt sẽ luân phiên dẫn điện trong một nửa chu kỳ của điện áp nguồn tạo ra điện áp ngõ ra được chỉnh lưu cả chu kỳ.

b) Sơ đồ nguyên lí

- Trong khoảng 0->π: Đ1 phân cực thuận, Đ2 phân cực ngược U2a tạo dòng điện qua Rt

- Trong khoảng 0->2 π Đ2 phân cực thuận, Đ1 phân cực ngược.  U2b tạo dòng điện qua Rt. trên Rt có dòng điện cùng chiều cả hai nửa chu kì.

Các chu kì sau cứ thế tiếp diễn,  Kết quả trên Rt

4

c) Các bước thực hiện

Bước 1:

- Chuẩn bị các linh kiện đã chọn - Kiểm tra board cắm

- Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính - Đo sự liên kết của board cắm

- Xác định ví trí đặt linh kiện, các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho phù hợp với vị trí cắm trên board

- Xác định vị trí đặt linh kiện , các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho phù hợp với vị trí cắm trên board

- Xác định đúng chân linh kiện

- Chân linh kiện không được uốn sát vào chân tránh dẽ bị đứt ngầm bên trong và không được vuông góc, vuông góc quá sẽ bị gẫy

- Vị trí đặt linh kiện phải thuận lợi cho quá trình cân chỉnh mạch

Bước 2:

-Lắp ráp linh kiện trên board - cắm lần lượt các diode từ D1-D2 - cắm các linh kiện phụ trợ C,R, LED - Cắm dây liên kết mạch – cắm dây cấp nguồn

-Mỗi linh kiện một chấu cắm

- Các linh kiện cắm đúng vị trí đã xác định, tiếp xúc tốt, tạo dáng đẹp - các dây nối không chồng chéo nhau

Bước 3:

- Kiểm tra mạch điện

- Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn, kiểm tra nguồn cấp

Bước 4:

-Cấp nguồn đo thông số mạch điện

-Cấp nguồn cho mạch điện quan sát hiện tượng của mạch ta thấy đèn LED sáng bình thường thì tiến hành đo các thông số mạch điện.

-Dùng đồng hồ VOM đo điện áp trước và sau chỉnh lưu

-Dùng máy hiện sóng đo kiểm tra dạng sóng trước và sau chỉnh lưu

Bước 5:

- Hiệu chỉnh mạch và các sai hỏng thường xảy ra

5