báo cáo thí nghiệm điện tử tương tự

Dòng điện chảy theo một chi u duy nh t ề ấHiệu điện thế cần thiết để bù lại điện tích tại vùng nghèo của lớp tiếp giáp bán dẫn Diode gọi là điện áp rào Diode bán d n ẫKý hi u ệdiode Khi

2

nghèo

Dòng điện tích electron

Bán d n ẫ loại N Bán d n ẫ loại P

Cathode Lớp tiếp giáp Anode

Diode bán d n ẫ

Ký hi u ệ diode

Vùng Bán d n ẫnghèo loại N Bán d n loại P ẫ

Bán d n ẫ loại N Vùng nghèo Bán d n ẫloại P

Cathode Lớp ti p giáp ế Anode

Bình thường Diode cho phép

a Dòng điện xoay chi u (ac) ch y qua ề ả

b Dòng điện chảy theo một chi u duy nh t ề ấ

Hiệu điện thế cần thiết để bù lại điện tích tại vùng nghèo của lớp tiếp giáp bán dẫn Diode gọi là điện áp rào

Diode bán d n ẫ

Ký hi u ệ diode

Vùng

Điện áp rào của diode Germani là khoảng 0.3V và c a diode Silic là khoàng ủ 0.6V (0.5V đến 0.7V) Điện áp rào

còn được gọi là điện áp rơi khi ph nầ cực thu nậ cho diode (VF )

Điện áp rào của diode Silic vào kho ng: ả

Phân c c thu n ự ậ

3

Sự dẫn điện Anode

+ Phân cực thuận

Diode phân c c thu n hoàn toàn kh ự ậ

a.Điện áp đặt vào lớn hơn điện áp rào

b.không có dòng điện tích chảy qua

Khi đặt một điện thế dương vào cathode và một điện th âm vào anode, các electron trong mi n bán d n lo i N b hút ra xa l p ti p giáp ti n v cế ề ẫ ạ ị ớ ế ế ề ực dương của nguồn điện áp đặt vào

Sự dẫn điện

Phân c c thu n ự ậ

Sự d ch chuy n c a các loị ể ủ ại điện tích này làm tăng độ ộ r ng c a vùng nghèo, dủ ẫn đến diode bị phân cược ngược (tr ng thái OFF) v i hạ ớ ầu như không có dòng điện ch y qua ả

Diode phân cực ngược khi

a Một điện th ế dương đặ t vào cathode và m t ộ điệp áp âm đặt vào anode

b Có dòng điện chảy qua

Nếu một điện áp xoay chiều có biên độ ớn hơn điện áp rào được đặ l t vào diode, diode s dẽ ẫn luân phiên khi điện áp xoay chiều đặt vào là phân c c thu n ự ậ

Diode không dẫn khi điện áp xoay chiều đặt vào là phân c c ự ngược

AC vào

Điện áp hoặc dòng điện được t o ra có d ng xung m t chi u g n sóng ch y theo m t chi u ho c không có ạ ạ ộ ề ợ ả ộ ề ặ

Một chu k ỳ

Phân c c ựngược

DC g n sóng ra ợ

AC vào

Phân c c ựThuận Một chu kỳ

DC g n sóng ra ợ

5

Một chu k ỳ

DC g n sóng ra ợ

AC vào

Khi diode hoạt động với chức năng chỉnh lưu nửa chu kỳ, điện áp đầu ra có d ng xung m t chiạ ộ ều khi điện áp xoay chiều đặt vào

a phân cực ngược diode

b phân c c thu n diode ự ậ

CÁC THU T NG M I Ậ Ữ Ớ

thuận trước khi có dòng điện chảy qua diode

được phân c c thu n ự ậ

với điện áp rơi trên diode

Các h t t i phạ ả ụ này sinh ra do t n t i mồ ạ ột lượng nh các t p chỏ ạ ất t nhiên trong bán ch t bán dự ấ ẫn cơ bản Chúng là nguyên nhân sinh ra dòng ngược (dòng rò) chảy qua chất bán dẫn

đượ ực l a chọn có điện áp đánh thủng lớn hơn các trường h p cợ ủa điện áp phân cực ngược đặt vào diode

diode chia cho độ thay đổ ủa dòng điệi c n

phục hồi ngược ch yủ ếu là do điện tích tích tr ữ

điện tích tích tr làm gi m hi u qu c a các ch t bán dữ ả ệ ả ủ ấ ẫn thông thường tại các t n s cao bầ ố ởi vì chúng tăng thời gian cần thiết để ớ l p ti p giá chuy n tr ng thái ế ể ạ

từ phân c c thu n sang phân cự ậ ực ngược

THIẾT BỊ YÊU CẦU

FACET base unit

SEMICONDUCTOR DEVICES circuit board Multimeter

Oscilloscope, dual trace

Generator, sine wave

Two-post connectors

Terminal posts

Đường cong đặc tính m t chi u c a diode th hi n m i quan h cộ ề ủ ể ệ ố ệ ủa dòng điện theo toàn dải điện áp đặt vào diode

Phần đồ thị phía bên ph i th hi n tính chả ể ệ ất làm việc c a diode khi ủ được phân cực thu n (cathode âm ậ hơn so v i anode) Thang ớ đothường để dư i m t vôn ớ ộ đến vài vôn

Đường đặc tính c a diode Silic ủThang đo của dòng điện thuận thường để ở mA hoặc A, phụ thuộc vào loại diode

Đường đặc tính của diode Silic Phần đồ thị đường cong đặc tính m t chi u cộ ề ủa diode mô t hoả ạt động khi phân c c thu n là ự ậ

7

Đường đặc tính của diode Silic

Phần bên trái của đồ ị đường cong đặ th c tính m t chiộ ều c a diode mô t ủ ả

a hoạt động phân c c thuự ận c a diode ủ

b hoạt động phân cực ngược của diode

Khi đặt một điện áp thuận bé trong khoảng từ 0V đến 0.5V, hầu như không có dòng điện chảy qua bởi vì

điện áp đó chưa đạt được điện áp rào

Đường đặc tính của diode Silic Khi tăng điện áp phân c c thuự ận lên, vượt qua điện áp rào, thì dòng điện thuận tăng rất nhanh

Đường đặc tính của diode Silic Với diode bán d n, quá trình dẫ ẫn điện bắt đầu khi điện áp thuận đạ ất x p x ỉ 0.5V đến 0.7V

Đường đặc tính của diode Silic Đường cong đặc tính m t chi u c a diode bán dộ ề ủ ẫn th hi n r ng diode s dể ệ ằ ẽ ẫn điện khi đặt vào một điện áp +0.75V ?

a Sai

b Đúng

Sau khi x y ra quá trình dả ẫn điện, điện áp trên diode chỉ tăng rất ít trong quá trình dòng điện thuận

tăng Điện áp gần như không đổi này là điện áp rơi trên diode khi phân cực thuận (VF)

Đố ới v i diode germani, quá trình dẫn điện x y ra mả ở ột điện áp thu n thậ ấp hơn, khoảng 0.3V

Đường đặc tính của diode Silic

Đường đặc tính của diode Silic 7

Trên điện áp rào, điện áp rơi trên diode là

a gần như không đổi

b tăng nhanh

Đường đặc tính của diode Silic

Đường đặc tính của diode Silic

Khi diode b phân cị ực ngược, đường đặc tính n m gằ ần như dọc theo tr c hoành bên trái ụ

Đường đặc tính của diode Silic

Lý do là khi điện áp ngược tăng từ 0, một dòng điện rò, rất nhỏ chảy theo hướng ngược lại

Khi điện áp ngược tiếp tục tăng, sẽ ến đế ti n một điểm gọi là điện áp đánh thủng

Đường đặc tính của diode Silic Tại điểm này, dòng điện qua diode tăng rất nhanh theo chiều ngược, và diode có th b phá hể ị ủy

8

a điện áp rào

b điện áp đánh th ng ủ

Một cách không hoàn toàn chính xác, chúng ta có th ể coi điện áp rơi trên diode khi phân cực thu n là h ng s ậ ằ ố

Diode silic có điện áp rơi khi phân cực thuận kho ng 0.6 Vdc và diode gecmani là kho ng 0.3 Vdc.Tuy nhiên, trong th c tả ả ự ế, điện áp rơi khi phân cực thuận có xu hướng tăng lên khi dòng thuận tăng lên

Khi dòng thu n c a mậ ủ ột diode tăng lên, điện áp rơi khi phân cực thu n ậ

a là h ng s tuy t ằ ố ệ đối

b có xu hướng tăng lên

Điện trở dẫn động (rF ), thường được gọi là điện trở dẫn của diode, là tỷ lệ của độ tăng điện áp rơi trên diode chia cho độ tăng dòng điện thu n.ậ

Diode có điện trở dẫn động rất nhỏ Bởi vì khi diode được phân cực thuận thì điện trở dẫn động rất nhỏ nên cần có một điện trở ngoài để định dòng điện làm việc trong giới hạn an toàn, không gây hư hại diode

Điện tr dẫn của diode là ở

a nhỏ

b lớn

Đường đặc tính của diode Silic

Đường đặc tính của diode Silic Dòng điện cao nhất cho phép chảy qua một diode trước khi nó bị hỏng là dòng thuận tối đa, thường được viết tắt là l (max) trên các tài liF ệu kỹ thuật của diode Diode khi phân phân c c thu n tiêu tán công suự ậ ất dướ ại d ng nhi t ệ

Vì lý do này, diode có lF định m c lứ ớn hơn một vài ampe thường được đóng vỏ có đế kim loại để ả t n nhiệt

Đường đặc tính của diode Silic Diode có th b h ng n u ể ị ỏ ế

a Vượt quá dòng thu n t i ậ ố đã

b Vượt quá điện áp rào

Một l p tiớ ếp giáp diode tốt có điện trở dẫn thấp và điện trở ngượ ấc r t cao

Việc đo điện tr d n thở ẫ ực t c a l p ti p giáp diode r t khó b i vì dòng thuế ủ ớ ế ấ ở ận tăng rất nhanh v i mớ ột lượng tăng nhỏ ủa điệ c n áp thu n ậ

Đường đặc tính của diode Silic

9

được không phải là điện tr chính xác c a l p ti p giáp diode ở ủ ớ ế

Một diode tốt được ki m tra b ng m t ohm kể ằ ộ ế Khi diode được phân cực thu n, giá tr ohm kậ ị ế đo được s chẽ ỉ ra

a không có dòng điện chảy qua diode

b dòng điện ch y qua diode ả

Khi ohm kế được k t n i v i ti p giáp diode t t phân c c thu n, nó s hiế ố ớ ế ố ự ậ ẽ ển th m t giá tr (đọc), cho biị ộ ị ết độ ẫn d

Con s hi n thố ể ị trên đồng hồ ohm k không phế ải là điện tr th c t mà chở ự ế ỉ ra rằng dòng điện đang chạy qua l p ti p giáp ớ ế

Độ l n c a giá tr hiớ ủ ị ện thị trên đồng h ồ đo phụ thu c vào lo i ộ ạ đồng h và thang ồ đo được ch n Nó có th thay v i d i r t r ng ọ ể ớ ả ấ ộ đối v i các lo i ớ ạ đồng h ồ đo và thang đo khác nhau

Khi ohm kế được k t n i v i ti p giáp diode t t phân cế ố ớ ế ố ực ngược, nó s hi n thẽ ệ ị ngoài thang đo (quá tải), cho thấy không có dòng điện ch y qua ả

Để phân c c thu n m t ti p giáp diode v i m t ohm kự ậ ộ ế ớ ộ ế, hãy n i dây dố ẫn dương (thường là dây dẫn màu đỏ) với anode và dây dẫn âm (thường là dây d n chung ẫmàu đen) với cathode

Để phân cực ngược m t ti p giáp diode v i m t ohm k , hãy n i dây dộ ế ớ ộ ế ố ẫn dương (thường là dây dẫn màu đỏ ớ) v i cathode và dây dẫn âm (thường là dây d n ẫchung màu đen) với anode

Hình dưới thể hi n ohm k k t nệ ế ế ối để kiểm tra diode Ohm k hi n th quá t i Diode là ế ệ ị ả

a kém

b t t ố

10

NPN TRANSISTOR JUNCTION

1 Xác định khối m ch TRANSISTOR JUNCTION trên b ng mạ ả ạch SEMICONDUCTOR DEVICES

Sinh viên s d ng ohm k kiử ụ ế để ểm tra ti p giáp c a diode CR1 trên kh i m ch TRANSISTOR JUNCTION ế ủ ố ạ

Kết nối dây đo màu đen (COM) của đồng hồ đo với điểm anode c a CR1 K t nủ ế ối dây đo màu đỏ ủa đồ c ng hồ đo với điểm cathode c a CR1 ủ

2 Giá trị đo của đồng hồ ch ra diode ỉ đang

4 Đả ạo l i dây đo c a ng hủ đồ ồ ằ b ng cách k t n i ế ố dây đỏ v i ớ điểm anode c a CR1 và ủ dây đo đen ớ v i đi m cathode ể

Giá trị đo của đồng hồ ch ỉra diode đang

Xác định khối m ch DIODESAND 1/2 WAVE RECTIFICATION, và k t nạ ế ối dây đo như mạch điện dưới

Phân c c diode bự ằng điện áp DC (V âm) A

Điều chỉnh ngu n cung c p âm (Vồ ấ A) có giá tr ị-10.0 Vdc

11

Negative variable supply R2:

Phân c c diode b ự ằng điệ n áp DC (V A âm)

Negative variable ' supply - -10.0 Vdc R1 R2

Phân c c diode b ự ằng điệ n áp DC (V A âm)

VR1 =-9.3884 Vdc (1)

9 Đo điện áp trên R2

Lưu ý: Kết quả đo có đơn vị mVdc

11 Diode nào phân c c ự ngược?

a CR1 Phân c c diode b ự ằng điệ n áp DC (V A âm)

Điều chỉnh ngu n cung cồ ấp dương (VA) có giá trị 10.0 Vdc

Phân c c diode b ự ằng điệ n áp DC (V A dương)

Phân c c diode b ự ằng điệ n áp DC (V A dương)

Phân c c diode b ự ằng điệ n áp DC

19 Trong m ch k t n i, ph n tạ ế ố ầ ử nào xác định dòng điện ch y qua diode phân c c thu n (CR2) sau khi ả ự ậ điện áp rào b ịvượt qua?

a CR2

b R2

d CR1

20 Sử d ng công thụ ức tính dòng điện của định luật Ohm để tính dòng điện qua R2

Giá tr ịđo được c a V là 9.38 _ ủ R2 Vdc (Bước 1 6, 4)

• Một đường cong đặc tính một chi u c a diode mô tề ủ ả dòng điện ch y qua diode khi phân c c thu n ả ự ậ và ngược

• Khi điện áp phân c c thu n ự ậ tăng lên, điện áp rào bị vượt qua và dòng thu n ậ tăng nhanh v i m t ớ ộ lượng tăng nh c a ỏủ điện áp rơi trên diode

• Khi diode b phân cị ực ngược, Ban u ch có m t dòng rò r nh ch y qua diode cho đầ ỉ ộ ỉ ỏ ả đên khi t n đạ đế điện áp đánh ủ th ng is T i ạ điện áp đánh ủ th ng, dòng ngược tăng lên r t nhanh và có thấ ể làm h ng diode Diode có điện tr dỏ ở ẫn r t th p và ấ ấ điện tr ở ngượ ấc r t cao

• Với m t ohm k , có th ki m tra l p ti p giáp diode ộ ế ể ể ớ ế

CÁC CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ

1 Xác nh kh i m ch TRANSISTOR JUNCTION trên b ng m ch SEMICONDUCTOR DEVICES Chuy n công t c CM 1 sang v trí ON S d ng m t ohm kđị ố ạ ả ạ ể ắ ị ử ụ ộ ếkiểm tra lớp ti p giáp CR1 khi phân c c thu n và khi phân c c ế ự ậ ự ngược

Chuyển CM 1 sang v trí on và off b ng công t c chuyị ằ ắ ển đổi L p lặ ại các phép đo thuận và ngược v i ohm k ớ ế

Dựa trên các phép đo này, CR1

a đo tốt khi CM 1 t t và x u khi b t ắ ấ ậ

b đo tốt khi CM 1 b t và x u khi t t ậ ấ ắ

c là x u khi CM 1 b t và t t ấ ậ ắ

d là t t khi CM 1 b t và t t ố ậ ắ

2 Điện áp rơi khi phân cực thuận (V ) c a diode làF ủ

a m t thông s mong mu n ộ ố ố để ả b o v m ch ệ ạ

b gần như không đổi khi diode dẫn hoàn toàn

c không liên quan đến v t li u bán d n ậ ệ ẫ

d được xác định bởi điện tr m ch ở ạ

3 Dòng rò

a chảy khi vượt quá điện áp đánh th ng ủ

b chảy khi vượt quá điện áp rào

c c i thi n hiả ệ ệu su t diode ấ

d r t nhấ ỏ đố ới v i diode t t ố

15

a mô t hoả ạt động của diode khi phân c c thu n ự ậ

b mô t hoả ạt động c a diode khi phân c c ủ ự ngược

c th hiể ện điện áp rơi trên diode

d T t c các ý tên ấ ả

5 Khi diode phân c c thu n, cathode ự ậ

a âm hơn so với anode

b dương hơn so v i anode ớ

c ngược d u so v i anode ấ ớ

d là phân c c ự ngược

LƯU Ý: Đảm bảo t t c công tấ ả ắc CM được xóa (tắt) trước khi ti n hành ph n ti p theo ế ầ ế

MỤC TIÊU THÍ NGHI M Ệ

Sau khi hoàn thành bài thí nghi m này, sinh viên s hiệ ẽ ểu được chức năng chỉnh lưu một n a chu k c a diode thông qua phân tích m ch ủ ỳ ủ ạ

chỉnh lưu một nửa chu kỳ cơ bản Sinh viên sẽ kiểm chứng kết quả của bằng máy hiện sóng và đông hồ ạn năng v

THẢO LUẬN

Phương pháp đơn giản nhất để chuyển đổi một dòng điện xoay chiều thành xung dòng điện một chiều là cho đi qua mạch chỉnh lưu nửa

sóng (n a chu k ) ử ỳ

Mạch chỉnh lưu nủa sóng ch yêu c u mỉ ầ ột diode và một điện trở tải như hình dưới

Mạch ch nh ỉ lưu n a sóng có th t o ra ử ể ạ đầu ra là xung m t chi u ộ ề dương ho c xung âm, tùy thu c vào cách k t n i diode trong m ch ặ ộ ế ố ạ

Mạch dưới đây là mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ dương so với một gốc điện thế trong mạch (điểm đất)

Mạch chỉnh lưu nửa sóng bao gồm m t ộ

a điện trở t i ả

b diode và điện trở tải

Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể tạo ra

a chỉ xung một chiều âm

b chỉ xung một chiều dương

c hoặc xung m t chiộ ều âm hoặc xung m t chiộ ều dương, tùy thuộc cách kết nối của diode trong m ch ạ

16

Nửa dương Nửa âm

Dòng chảy qua CR1 sinh ra điện áp rơi trên điện trở tải n i ti p, R1 ố ế

Thời gian dẫn điện được th hi n b ng ph n tô mể ệ ằ ầ ờ c a tín hiủ ệu V và Vi o

Trong n a chu k âm c a tín hi u vào (Vử ỳ ủ ệ i), không có dòng điện ch y qua bả ởi vì điện áp tại anode âm hơn hơn cathode

Ở mạch trên, dòng điện ch chỉ ảy trong các n a chu kử ỳ dương của Vi, b i vìở

a c c anode c a CR1 n i v i V , tự ủ ố ớ i ại điểm A

b c c cathode c a CR1 n i v i V , tự ủ ố ớ iại điểm A

Nếu diode phân cực ngược, như sơ đồ sau, diode d n trong trong các n a chu k âm c a tín hi u xoay chiẫ ử ỳ ủ ệ ều đầu vào

Cực anode của diode (điểm A trên mạch) có điện thế âm hơn so với cathode trong n a chu k âm c a tín hi u xoay chiử ỳ ủ ệ ều đầu vào, vì vậy có dòng điện chảy qua

Kết quả đầu ra là n a âm so v i gử ớ ốc điện thế (điểm đât), thể hiện bằng ph n tô m c a tín hi u ầ ờ ủ ệ

Trong mạch này, dòng điện chỉ chảy trong các n a chu k âm c a Vi, b i vì ử ỳ ủ ở

a c c anode c a CR2 n i v i V , tự ủ ố ớ i ại điểm A

b c c cathode c a CR2 n i v i V , tự ủ ố ớ iại điểm A

Đầu ra t b ch nh ừ ộ ỉ lưu n a sóng là ử điện áp dương ho c âm không còn là ặ điện áp xoay chi u mà là xung ề điện áp m t chi u ộ ề

Quá trình chuyển đổi AC thành DC được g i là ch nh ọ ỉ lưu

17

Diode trong m ch chạ ỉnh lưu nửa sóng dẫn điện ho c trong nặ ửa dương hoặc nửa ấm của điện áp xoay chiều đầu vào, ph thu c vào chi u c a diode trong ụ ộ ề ủmạch

Diode trong m ch chạ ỉnh lưu nửa sóng s dẽ ẫn điện

a trong toàn bộ chu kỳ xoay chi u ề

b kho ng 90° trong mả ột chu k xoay chi u ỳ ề

c ít hơn 180° (một n a) m t chút trong m t chu k xoay chi u ử ộ ộ ỳ ề

Tín hi u ra c a mệ ủ ạch chỉnh lưu nửa sóng là

a một điện áp xoay chi u ề

b một điện áp xung một chi u ề

Điện áp rơi khi phân cực thuận (VF) c a diode ủ trong mạch ch nhỉ lưu nửa sóng có th ể làm cho điện áp đầu ra thấp hơn đầu vào một lượng đáng kể, đặc biệt

đố ới v i các tín hi u xoay chiệ ều đầu vào có biên độ nhỏ

Trong quá trình phân c c thu n cho tín hi u xoay chiự ậ ệ ều đầu vào, sẽ không có dòng điện cho đến khi điện áp đầu vào đạt được VF

Khi vượt qua giá tr di n áp này, diode bị ệ ắt đầu d n, và xu t hiẫ ấ ện điện áp rơi trên điện trở tải

Có th ể ước lượng điện áp đỉnh của tính hiệu đầu ra (Vo(pk)) b ng cách trằ ừ đi điện áp rơi trên diode khi phân cực thuận (khoảng 0.6 V v i diode silic) tớ ừ điện

áp đỉnh đầu vào (Vi(pk) )

Ví d , giụ ả s Vử i(pk) băng 2.0 V Điện áp chỉnh lưu đầu ra

được tính theo công th c sau: ứ

Vo(pk) = Vi(pk) – 0.6 V

= 2 0.6 –

= 1.4 V

Điện áp đầu ra c a m ch chủ ạ ỉnh lưu nửa sóng (Vo(pk)) nhỏ hơn điện áp vào (Vi(pk)) b i vìở

a điện áp r i trên diode ơ (VF) kho ng 0.6 V.ả

b điện áp rơi trên điện trở t i ả

Diode b t ắ đầu dẫn Một chu kỳ

Điện áp đầu ra với diode lý tưởng (không có điện áp rơi)

Hình minh h a m i quan h gi a d ng sóng cọ ố ệ ữ ạ ực đại đầu vào và đầu ra c a m ch chủ ạ ỉnh lưu nửa sóng dương

Dạng sóng xung dương đầu ra ch là m t ph n c a dỉ ộ ầ ủ ạng sóng xung dương đầu vào

Trong th i gian n a âm c a tín hi u xoay chiờ ử ủ ệ ều đầu vào, không có dòng điện chảy qua vì diode phân cực ngược

Giả sử Vi(pk) tăng đến 4.0 V V n d ng công thậ ụ ức sau để tính Vo(pk)

Vo(pk) = Vi(pk) – VF

Vo(pk) =3.4 V (1)

Điểm b t ắ đầu c a xung V khi ủ o điện áp u vào đầ đạt 0.6 V, là điểm mà t i ạ đó điện áp rào c a diode b t ủ ắ đầu b ịvượt qua

Điện áp đầu ra với diode th c t ự ế

b Vo = 0 V khi V bé hơn điện áp rơi khi phân cực thu n kho ng 0.6 V.i ậ ả

Bằng cách s d ng h s chuyử ụ ệ ố ển đổi, có th tính g n giá trể ầ ị được đo trên máy hiện sóng thành giá tr hiị ệu d ng ho c giá tr trung bình ụ ặ ị

Các h s chuyệ ố ển đổi này được áp d ng cho tính hiụ ệu đầu ra c a m ch chủ ạ ỉnh lưu với tính hiệu sin đầu vào

Bởi vì u ra n a sóng c a diode đầ ử ủ hơi nh ỏhơn 180°, giá tr hi u d ng hoị ệ ụ ặc giá tr trung bình tính ị được s nh ẽ ỏ hơn giá tr ịđược đo bằng v n năng ạĐiện áp rơi trên diode sẽ tính toán được khi xem xét điện áp đỉnh của điện ap ra trên máy hi n sóng ệ

Hình dưới minh h a mọ ối quan hệ giữa điện áp đỉnh, hiệu d ng và trung bình cho m ch chụ ạ ỉnh lưu nửa sóng

Nếu Vo(pk) = 5 V, tính Vo(avg)

Vo(avg) = 0.318 x Vo(pk)

Vo(avg)=1.59 V (2)

Sự thay đổ ủi c a tín hiệu xung m t chiộ ều đầu ra sau m ch chạ ỉnh lưu nửa sóng được gọi là gợn sóng

Trong m ch chạ ỉnh lưu điện áp nửa sóng, t n s g n sóng gi ng t n sầ ố ợ ố ầ ố điện áp đầu vào

Tần số g n sóng là ợ

a gấp đôi tần số đầu vào

b gi ng t n số ầ ố đầu vào

Gợn sóng DC ra

Một thông s c a diode là th i gian ph c h i ố ủ ờ ụ ồ

(tRR) có thể ảnh hưởng xấu đến đầu ra c aủ bộ ch nhỉ lưu nửa sóng diode thông thường ở tần số đầu vào

AC lớn hơn 1 kHz

Các điện tích tích tr trong diode ữ gây ra dòng điện theo hướng ngược lại khi c c cự ủa điện áp đặt

vào thay đổi

Thời gian phục hồi là nguyên nhân gây ra xung điện áp đầu ra theo hướng ngược lại xung nửa

19

R1 R2

1 Xác nh kh i m ch DIODES AND 1/2 WAVE RECTIFICATION, và k t n i mđị ố ạ ế ố ạch điệ như hình dưới n

2 Cài t m y phát sóng sin t n s 1000 Hz sine v i tín hiđặ ấ ầ ố ớ ệ đầu u vào (V ) nh nh t, x p x 0 Vi ỏ ấ ấ ỉ pk-pk

3 Kết nối các đầu đo X10 với cả hai kênh c a máy hi n sóng ủ ệ

Đặt kênh 1 và 2 đo DC, hiệu chỉnh độ nhạy dọc của các kênh 1 và 2 là

50 mV/ô, và chế độ DUAL

Đặt tỷ l quét ngang thành 0,2 ms/ô và kích ho t ch n kênh 1 ệ ạ ọ

Vị trí kênh 1 ph n trên c a màn hình máy hi n sóng và kênh 2 phở ầ ủ ệ ở ần dưới của màn hình

4 Kết nối đầu do kênh 1 c a máy hi n sóng vủ ệ ới đầu vào AC c a m ch ủ ạ

Điều chỉnh máy phát t o ra 2.0 Vạ pk-pk cho tín hi u vào (Vệ i)

5 Trên kh i m ch DIODESAND 1/2 WAVE RECTIFICATION, diode và ố ạ điện tr nào s t o ra tín hi u m t chi u n a sóng ở ẽ ạ ệ ộ ề ử dương ở đầ u ra?

20

a đúng

b sai

8 Tại sao không có n a sóng m t chiử ộ ều dương đầu ra t CR1 khi có nừ ửa dương của điện áp xoay chiều đầu vào?

a.Bởi vì CR1 phân c c thu n (cathode âm ự ậ hơn so v i anode) khi có n a ớ ử dương ủ c a điện áp xoay chi u u vào ề đầ

b.Bởi vì CR1 phân cực ngược (cathode dương hơn so với anode) khi có nửa dương của điện áp xoay chiều đầu vào

9 Với đầu đo kênh 2 được kết n i v i R1, ố ớ đặ ỷt t l quét ngang là 0.5 ms/cm Chuy n chệ ể ế do c a kênh 2 xu ng GND r i quay l i độ ủ ố ồ ạ đo DC Đầu ra nửa sóng âm của tín hiệu là

12 Chênh l ch giệ ữa điện áp đỉnh Vpk của tín hi u xoay chiệ ều vào và điện áp đỉnh c a tín hi u ra ủ ệ

(Vo(pk)) đo ở bước 11?

… 0.25 ………… Vdc (2)

13 Nguyên nhân làm cho điện áp đỉnh đầu ra (Vo(pk)) của mạch chỉnh lưu nửa sóng bé hơn điện áp đỉnh của tín hiệu xoay chiều đầu vào là?

a điện áp rơi khi phân cực thu n c a diode (Vậ ủ F)

b điện áp rơi trên R2

R2 R2

18 Đặ ột đ nhạy đứng cả kênh 1 và kênh 2 b ng 20 mV/ô và tỷ l quét ngang b ng 50 µs/ô.ằ ệ ằ

Điều chỉnh tính hiệu máy hiện sóng theo hàng dọc và hàng ngang để các tín hiệu xu t hiấ ện trên màn hình như hình

19 Tại điểm A, diode CR2 bắng đầu

a phân c c ự ngược

b phân c c thu n và bự ậ ắt đầu dẫ

20 Tại điểm B, diode CR2

a dừng d n ẫ điện b i vì ở điện áp xoay chi u u vào bé ề đầ hơn VF

b bắt đầu phân c c thu n ự ậ

R1 R2

R1 R2

25 Giá tr Vị o(avg) đo được (0.917 V [Bước 24, 5 ]) nhơ hơn giá trị

Vo(avg ) tính được ( 0.954 [Bươc 23, 4]) bởi vì

a sai s cố ủa đồng h v n ồ ạ năng

b th c t tín hiự ế ệu m t chiộ ều đầu ra ít hơn 180° và công th c Vo(avg) = 0.318 x Vo(pk) áp d ng cho tín hi u 180° ứ ụ ệ

26 Đặt độ nhạy d c c a kênh 2 là 0.2 V/ô, và t l quét ngang là 0.5 ms/ô ọ ủ ỷ ệ

Tín hiệu xung dương một chiều quan sát được trên màn hình máy hiện sóng được g i là ọ

a g n sóng ợ

b.thời gian phục h i ồ

27 Tăng tần s c a tín hiố ủ ệu đầu vào lên 10 kHz, và đặt t l quét ngang là 20µs/ô ỷ ệ

Các đỉnh âm trên tín hiệu đầu ra là do

a đáp ứng t n sầ ố

b th i gian ph c h i ờ ụ ồ

28 Tăng t n sầ ố c a tín hi u u vào lên 50 kHz Có th k lu n r ng that th i gian phủ ệ đầ ể ế ậ ằ ờ ục h i c a ồ ủ

diode ảnh hư ng xu y n hi u ở ấ đế ệ năng c a diode khi m ch ch nh ủ ạ ỉ lưu có tần s ố đầu vào tăng lên ?

a đúng

b sai

29 Đặ ỷ ệt t l quét ngang là 0.5 ms/ô, chế độ đo DUAL, và nhđộ ạy d c c a kênh 1 và kênh 2 là 0.2 V/ô ọ ủ Giảm tần s c a tín hiố ủ ệ đầu u vào xu ng 1000 Hz ố

23

31 Chuyển công t c CM 7 sang v trí ON trong mắ ị ạch CR1 và R1 để tạo ra m t l i Quan sát tín hi u chộ ỗ ệ ỉnh lưu nửa sóng đầu ra trên kênh 2

Bật và tắt CM 7 b ng công t c trên mằ ắ ạch, quan sát sự tác động đến đầu ra CM 7

• Chỉnh lưu n a sóng là quá trình chuy n ử ể đổi m t tín hi u xoay chi u thành tín hi u xung mộ ệ ề ệ ột chi u trong n a chu k xoay chi u u vào ề ử ỳ ề đầ

• Một diode và điện tr t i t o thành m ch chở ả ạ ạ ỉnh lưu nửa sóng

• Khi anode c a diode k t n i v i tín hi u xoay chi u ủ ế ố ớ ệ ề đầu vào, tín hi u ra là xung m t chi u ệ ộ ề dương ch a n a sóng ứ ử

• Khi cathode c a diode k t n i v i tín hi u xoay chiủ ế ố ớ ệ ều u vào, tín hi u ra là xung m t chi u âm ch a n a sóng đầ ệ ộ ề ứ ử

• Điện áp rơi trên diode khi phân c c thu n làm giự ậ ảm điện áp đỉnh u ra c a m ch ch nh đầ ủ ạ ỉ lưu ử n a sóng

• Tần số đầu vào l n ớ hơn 1 kHz có thể ảnh hưởng x u ấ đế đần u ra do ph thu c th i gian ph c h i c a diode ụ ộ ờ ụ ồ ủ

• Xung m t chiộ ều đầu ra của mạch chỉnh lưu nửa sọng được g i là g n sóng ọ ợ

CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ

1 Tín hiệu quan sát được ở đầu ra c a m ch này, so v i gủ ạ ớ ốc điện thế c a m ch, s là ủ ạ ẽ

a các xung dương

b các xung âm

c dòng điện xoay chi u ề

d không điều nào trên ở

2 Trong m ch chạ ỉnh lưu nửa sóng, chi u rề ộng xung điện áp đầu ra (th i gian diode d n) ờ ẫ

a lớn hơn nửa chu k ỳ đầu vào

b b ng n a chu kằ ử ỳ đầu vào

c ph thu c vào anode hay cathode kụ ộ ết n i v i tín hi u xoay chiố ớ ệ ều đầu vào

d nh ỏ hơn một chút so v i n a chu k u vào ớ ử ỳ đầ

3 Điện áp đỉnh điện áp đầu ra c a m ch chủ ạ ỉnh lưu nửa sóng s d ng diode silic ử ụ

a b ng vằ ới điện áp đỉnh tín hi u xoay chiệ ều đầu vào

b nhỏ hơn đ ệi n áp đỉnh tín hi uệ xoay chi uề đầu vào kho ngả 0.6 V, là đ ệi n áp rơi trên diode khi phân cực thuận (VF)

c ph thu c vào t n s tín hi u xoay chiụ ộ ầ ố ệ ều đầu vào n u nhế ỏ hơn 1 kHz

d lớn hơn điện áp đỉnh tín hi uệ xoay chi uề đầu vào kho ngả 0.6 V, là điện áp rơi trên diode khi phân cực thu nậ (VF)

4 Tín hiệu quan sát được ở đầu ra c a m ch này, so v i gủ ạ ớ ốc điện thế c a m ch, s là ủ ạ ẽ

a dòng điện xoay chi u ề

b các xung âm

c các xung dương

d không điều nào trên ở

2 Nếu điện th anode cế ủa diode dương hơn so vơi cathode, diode s ẽ

a phân cực ngược và không dẫn điện

b phân cực ngược và dẫn điện

c phân c c thu n và không d n ự ậ ẫ điện

d phân c c thu n và d n ự ậ ẫ điện

3 Dòng rò chảy qua diode

a khi diode phân c c thu n ự ậ

b khi diode phân c c ự ngược

c khi đến điện áp đánh thủng

d.chỉ khi diode b l i ị ỗ

4 Một diode t t có ố

a dòng điện ch y qua khi phân cả ực thu n ậ

b dòng rò nhỏ trong dải đơn vị µA hoặc pA

c điện áp rơi khi phân c c thu n là h ng s ự ậ ằ ố

d t t c các ý trên ấ ả

5 Tại điện áp đánh thủng của diode thì

a dòng điện đánh thủng tăng rất nhanh và diode có th b phá h ng ể ị ỏ

b dòng phân c c thuự ận tăng rất nhanh

c dòng rò r t nh ấ ỏ

d điện ap phân cực ngược tăng rất nhanh

6 Đặt tên b chỉnh lưu nửa song là vì ộ

a dòng t i chả ỉ ch y trong m t n a chu k c a tín hi u xoay chiả ộ ử ỳ ủ ệ ều đầu vào

b t n s tín hi u ra b ng m t n a t n s tín hi u vào ầ ố ệ ằ ộ ử ầ ố ệ

c tín hi u ra ch có thệ ỉ ể là xung dương một chi u ề

d điện áp ra b ng m t nằ ộ ửa điện áp xoay chiều đầu vào

7 Tín hi u xung m t chiệ ộ ề ở đầu u ra c a m ch chủ ạ ỉnh lưu nửa sóng có

a cùng t n s v i tín hiầ ố ớ ệu xoay chiều đầu vào

b m t n a t n s so vộ ử ầ ố ới tín hi u xoay chiệ ều đầu vào

c t n s gầ ố ấp đôi tần số c a tín hi u xoay chiủ ệ ều đầu vào

d t n s không ph thuầ ố ụ ộc t n s c a tín hi u xoay chiầ ố ủ ệ ều đầu vào

25

a m ch chạ ỉnh lưu nửa song t o ra tín hi u xung âm ạ ệ

b m ch chạ ỉnh lưu nửa song t o ra tín hi u xung ạ ệ dương

c m ch kiạ ểm tra diode

d m ch chạ ỉnh lưu that tạo ra xung m t chi u v i phân c c gi ng v i tín hiộ ề ớ ự ố ớ ệu xoay chiều đầu vào

9 Mạch ch nh ỉ lưu ử n a song bình thường không th t o ra xung m t chi u tuyể ạ ộ ề ệt đố ới tần si v ốcủa tín hiệu vào trên 10 kHz b i vì ở

a điện áp đánh thủng thấp t n sở ầ ố cao

b điện áp rào tăng lên đáng ể k

c th i gian phờ ục hồ ủi c a diode

d dòng rò tăng cao

10 Bởi vì điện áp rơi của diode khi phân c c thu n trong m ch chự ậ ạ ỉnh lưu nửa song, nên

a điện áp đỉnh của đầu ra lớn hơn điện áp đỉnh của đầu vào

b điện tr t i phở ả ải bé hơn 5 kΩ

c m ch chạ ỉnh lưu nửa song có giới h n v ạ ề ứng du

d điện áp nh c a đỉ ủ đầu ra bé hơn điệ áp đỉn nh c a u vào, và chu k c a xung m t chi u nhủ đầ ỳ ủ ộ ề ỏ hơn 180°

26

V1 V2

Thự ếc t , tr kháng vào của V1 tương đương với giá trị của R1 ở

Trở kháng vào của V2 tương đương với giá trị của R2 + R4

là điện áp dc vi sai ở đầu ra do điện áp

ac b lo i b ị ạ ỏ

Ví d : chuyụ ển đổi dB sang giá tr s ị ố

dB = 20 log CMRR

95 dB = 20 log CMRR antilog (95 dB/20) = antilog (log CMRR) 56234 = CMRR

Mạch khuếch đại vi sai có tính chất đặc trưng gọi là triệt đồng pha (CMR) CMR là khả năng loạ ỏ điệi b n áp xu t hiấ ện đồng thời ở cả hai đầu vào c a m ch ủ ạ

Trong m ch ạ điện hình dưới, máy phát tín hi u hình sin ệ đư đế đồa n ng thời hai đầu vào c a m ch m t tín hiủ ạ ộ ệu ng pha không mong muđồ ốn là (VCM ) Do tính chất t riệt đồng pha của U1, nên sẽ không sinh ra tín hiệu h ình sin tạ i Vo

Điện áp đồng pha đầu vào xuất hi n khi ệ

a Dưa điện áp vào đầu vào đảo hoặc không đảo của m ch khuạ ếch đại vi sai

b Đưa điện áp vào đồng thời hai đầu vào c a m ch khủ ạ ếch đại vi sai

Hệ s triố ệt đồng pha (CMRR), thường được tính với đơn vị dB, th hi n khể ệ ả năng loạ ỏ (làm suy hao) điện áp đồng pha i b

Biên độ của tín hi u không mong mu n xu t hi n ệ ố ấ ệ ở đầu ra c a m ch (Vủ ạ OCM) là (Av/CMRR) x VCM

CMRR phải được đổi sang d ng s ạ ố

VOCM là tín hi u ng pha ệ đồ đầu vào còn l i ạ được t o ra ạ ở đầu ra của m ch khuêch đại ạ

29

CÁC THU T NG VÀ T M I Ậ Ữ Ừ Ớ

mạch điện

ở đ ầ u v à o ( đ ơ n v ị t h ư ờ n g l à d B )

CÁC THI T B YÊU C U Ế Ị Ầ

FACET®

OPERATIONAL AMPLIFIER FUNDAMENTALS board mạch Đồng h vồ ạn năg

Oscilloscope, hai kênh

Trong m ch khuạ ếch đại này, các điện trở R1, R2, R4, và R5 có giá tr bị ằng nhau

Do giá tr cị ủa điện trờ, V = V2 - o V1 cũng là hiệu điện thế của các đầu vào.Phân c c cự ủa điện áp ra ph thuụ ộc vào độ lớn của của điện th cế ủa đầu vào không đảo (V2) so với đầu vào đảo (V1)

95 dB = 56234 h s khuệ ố ếch đại điện áp Điện áp đồng pha theo lý thuyết sẽ giảm 56234 lần

Ví d : 10Vụ pk-pk là kho ng biên ả độ điện áp thay đổi c a ủtín hiệu đồng pha u vào s suy gi m còn ở đầ ẽ ả

178 µV tại đầu ra c a m ch ủ ạ

Trong mạch này, S1 được sử dụng để ch nọ V2 ho cặ V1 đưa vào mạch Vo

a Thay đổi trong kho ng t 0 V ả ừ đến +10 Vdc

b 0 V cho m t trong hai v trí c a S1 ộ ị ủ

c Thay đổi trong kho ng tả ừ 0 V đến -10 Vdc

d C (a) và (c), ph c thu c vào v trí c a S1 ả ụ ộ ị ủ

3 Sử d ng dây c m ụ ắ để k t nế ối c c ự dương ủ c a ngu n ồ điều ch nh ỉ được điện áp v i hai u vào c a m ch (R1 và R2) ớ đầ ủ ạ

Giám sát Vo với đồng hồ vạn năng khi thay i V1 t giá trđổ ừ ị điện áp l n nh t xuớ ấ ống bé nhất

Dựa vào Vo , U1 c ng hay tr v i ộ ừ ớ điện áp đồng pha ở đầu vào?

a c ng ộ

b trừ

4 Giám sát điện áp vi sai đầu vào của U1 khi thay đổi V1 t giá trừ ị điện áp lớn nh t xu ng bé nh t ấ ố ấ

Dựa vào VD , U1

a tiến đến tr ng thái bão hòa vạ ới điện áp lớn hơn điện áp vào

b không bão hòa do s dử ụng điện áp phản hồi để duy trì điện áp gần 0V u vào vi sai ở đầ

R1

32

U1V1

6 Điều ch V1 ỉ đến 1.50 Vdc Điều ch nh V2 ỉ (đầu ra kh i m ch CHIA ố ạ ĐIỆN ÁP) đến -1.50 Vdc Một cách chính xác

11 Sử dụng một connector 2 đầu để thay th R3 trong m ch ế ạ

NOTE: R3 và R2 mắc song song và có điện trở tương đường là 3333Ω

33

Vdc v i m ch có R3 ớ ạ

Dựa vào Vo ,

a H s khuệ ố ếch đại đảo c a mủ ạch đã thay đổi

b H s khuệ ố ếch đạ ủi c a m ch b ạ ị ảnh hưởng bởi R3 R3

c H s khuệ ố ếch đại không đảo c a mủ ạch đã thay đổi

13 Bỏ R3 kh i m ch Chuy n công t c CM s 4 sang tr ng thái ON ỏ ạ ể ắ ố ạ để thay đổi giá tr c a R5 thành 30 ị ủ kΩ

Đảm b o rằng V1 và V2 được chỉnh có giá tr ịtương ứng là +1.50 Vdc và 1.50 Vdc Đo Vả o Kết quả Vo tương ứng với

a V1 - V2

b (VA x 4) - (V1 x 3)

c V1 + V2

d Không trường h p nào trên ợ ở

14 Chuyển công t c CM 4 sang v trí OFF ắ ị

Dựa vào k t qu ế ả quan sát được, mạch khuếch đại vi sai trừ khi

a R1, R2, R4, và R5 có giá tr bị ằng nhau

b R1 = R5 và R2 = R4

c R1, R2, R4, và R5 có giá tr khác ị

d T t c ấ ả các trường h p trên ợ

34

KẾ T LU N Ậ

• Mạch khu ch ế đại vi sai có th giể ảm điện áp ng pha đồ đầu vào

• Nếu các đ ệi n trở trong m chạ khu chế đại vi sai có giá trị b ngằ nhau, Vo bằng V2 - V1

• Nếu các điện trở trong m chạ khu chế đại vi sai có giá trị khác nhau, Vo bằng (VA x H s khệ ố ếch a không o) đị đả - (V1 x H s kh ch ệ ố ế đại đảo)

CÁC CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ

1 Xác định kh i m ch KHU CH ố ạ Ế ĐẠI VI SAI và k t n i m ch ế ố ạ như hình

Chuyển công t c CM 3 sang v ắ ị trí ON để thay đổi giá tr R4 thành 5 kQ ị

3 Điện áp đầu ra c a m ch khủ ạ ếch đại vi sai là

a T l v i hiỷ ệ ớ ệu điện th giế ữa các đầu vào c a m ch ủ ạ

b b ng vằ ới điện áp đưa vào chân khuếch đại không

đảo c a op amp ủ

c được đo với điểm đất ảo

d luôn luôn ở tr ng thái bão hòa ạ

4 Công th c nào áp d ng cho m ch hình bên? ứ ụ ạ ở

35

s R4/R2

V2 và V1 giống hệt nhau

Điện áp đồng pha của đầu vào b triị ệt tiêu 0 V

Cùng pha nhưng khác biên độ sẽ không bị lo i b ạ ỏ

Điện áp c ng pha ộnhau

EXERCISE OBJECTIVE

Sau khi hoàn thành bài thí nghi m này, sinh viên s có kh ệ ẽ ả năng làm vi c v i m ch khuệ ớ ạ ếch đại vi sai s dử ụng các điện áp xoay chi u ề

ac Sinh viên ki m chể ứng k t qu v i mế ảớ ột oscilloscope

THẢO LUẬN

Mạch khuếch đại vi sai t ng h p các tín hi u vào và t o ra tính hi u bao gổ ợ ệ ạ ệ ồm biên độ và phase

Nếu R1 , R2, R4, và R5 có giá tr nh nhau, ị ư Vo bằng V2 - V1

N uế V2 và V1 gi ngố nhau về biên độ và phase, Vo về lý thuy tế là b ngằ 0 V Điều này xảy ra khi R1, R2, R4, and R5 có giá tr b ng nhau ị ằhoặc khi tỷ s R5/R1 b ng v i t ố ằ ớ ỷ

36

V2 và V1 là ngược phase Tại m t thộ ời điểm b t k nào ấ ỳcủa V1 ho c V2 (ngo i tr 0), ặ ạ ừmột điểm điện áp là dương, và một điểm còn l i s là âm ạẽ

Vo = V2 - V1 Nếu V2 là dương và V1 là

âm,

Vo = V2-(-V1) , hay V2 + V1

Nếu V2 là âm và V1 là dương,

Vo = (-V2) - (V1), hay (V2 + V1)

Khả năng triệt đồng pha c a khuủ ếch đại thuật toán là quan tr ng b i vì tín ọ ở

hiệu đồng pha

a ảnh hưởng lớn đến điện áp đầu ra của m ch ạ

b it ảnh hưởng đến điện áp đầu ra c a m ch ủ ạ

Nếu V2 có biên độ ớn hơn V1, V l o đồng pha với V2 Điều này x y ra khi R1, R2, R4, và R5 có giá tr bả ị ằng nhau ho c khi t s R5/R1 ặ ỷ ốbằng với tỷ s R4/R2 ố

Vo = V2 - V1 (khi R1, R2, R4, và R5 có giá tr bị ằng)

Vo = (R5/R1) x (V2 - V1) (khi tỷ ố s R5/R1 b ng v i t s R4/R2)ằ ớ ỷ ố

Nếu V1 có biên độ ớn hơn V2, V l o ngược pha với V2 Điều này x y ra khi R1, R2, R4, và R5 có giá tr b ng nhau hoả ị ằ ặc khi t s R5/R1 ỷ ốbằng với tỷ s R4/R2 ố

Nếu V2 và V1 có cùng biên độ và ngược pha nhau 180° thì V cùng phase v i V2 Ngoài ra, Vo ớ o bằng 2 x V1 ho c 2 x V2ặ

LƯU Ý: Xảy ra trường h p này khi các ợ điện tr trong m ch có giá tr ở ạ ị như nhau

38

TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH

a đưa U1 thành bão hoà

sang 5 kΩ Dựa vào dạng sóng của mạch điện, V0 xấp xỉ bằng

a 0 V