Báo cáo thí nghiệm môn vật lý bán dẫn

Giải thích - Khi tăng tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ giảm, và khi giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ tăng.. - Giải thích: tần số dòng điện càng lớn thì trở kháng của

ĐẠ I H C QUỐC GIA TP.HCM Ọ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆ – ĐIỆN T N Ử -

GVHD: Nhan H ng K ồ ỵ

Lớp: L06 Tổ: 02

TP H CHÍ MINH, tháng 5 Ồ năm 202 2

ĐẠ I H C QUỐC GIA TP.HCM Ọ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆ – ĐIỆN T N Ử -

GVHD: Nhan H ng K ồ ỵ

L p: ớ L06

T ổ: 02

Danh sách sinh viên th c hi n ự ệ

Họ và tên Mã s sinh viên ố Email liên h ệ

Nguyễn Tr ng Thao ọ 2110536 thao.nguyen03052003@hcmut.edu.vn Mai Qu c Huy ố 2110201 huy.maik21@hcmut.edu.vn

Nguyễn Viết Thanh 2110535 thanh.nguyenviet280703@hcmut.edu.vn

TP H CHÍ MINH, tháng 5 Ồ năm 202 2

MỤC LỤC

THÍ NGHI M 1 Ệ 1

KHẢO SÁT LINH KI N R-L-C Ệ 1

THÍ NGHI M 1 Ệ 2

THÍ NGHI M 2 Ệ 2

THÍ NGHI M 3 Ệ 6

THÍ NGHI M 4 Ệ 6

THÍ NGHI M 2 Ệ 10

KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU VÀ ZENER 10

THÍ NGHI M 1 Ệ 11

THÍ NGHI M 2 Ệ 13

THÍ NGHI M 3 Ệ 15

THÍ NGHI M 4 Ệ 17

THÍ NGHI M 5 Ệ 19

THÍ NGHI M 3 Ệ 23

MỘT SỐ ỨNG D NG C A DIODE Ụ Ủ 23

THÍ NGHI M 1 Ệ 23

THÍ NGHI M 2 Ệ 26

THÍ NGHI M 3 Ệ 28

THÍ NGHI M 4 Ệ 31

THÍ NGHI M 4 Ệ 34

KHẢO SÁT BJT 34

THÍ NGHI M 1 Ệ 35

THÍ NGHI M 2 Ệ 36

THÍ NGHI M 3 Ệ 38

THÍ NGHI M 4 Ệ 41

THÍ NGHI M 5 Ệ 42

THÍ NGHI M 6 Ệ 44

THÍ NGHI M 1 Ệ

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

Đo giá trị của bi n tr VR5 ế ở

Các k t qu ế ả điền vào b ng sau ả

Xác định sai số giữa kết quả đọc và đo Sai số này có đúng với vòng màu sai

số của điện tr hay không ở

Kiểm tra

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 𝐶1 trên dao động ký

Biên độ điện áp trên tụ 𝐶1 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên tụ 𝐶1: 𝑈0𝐶1= 0.91 (𝑉)

Từ đó, giá trị𝐶1 b ng bao nhiêu? Trình bày cách tính.ằ

Giá tr in trên ị 𝐶1 là bao nhiêu? T ừ đó suy ra sai số giữa giá trị lý thuy t và giá ế

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, và khi giảm tần số tín

hiệu vào thì biên độ trên tụ tăng

- Giải thích: 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 Với dòng điện một chiều, tụ điện có trở kháng dương vô cùng Đặc tính này được ứng

dụng trong các mạch truyền tín hiệu

Chuyển tín hi u Vin thành xung vuông tệ ần số 1Khz, biên độ 2Vpp V dẽ ạng sóng Vin và d ng sóng trên t ạ ụ điệ n

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

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 C1: 𝑈𝐶6= 0.76 (𝑉)

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

nhiêu?

Giá trị in trên tụ 𝐶6 là5 (𝜇𝐹)

THÍ NGHI M 4 Ệ

Mục tiêu

Khảo sát mạch R L, từ đó suy ra giá trị cuộn cảm

Quan sát điện áp trên cuộn dây 𝐿5trên dao động ký

Biên độ điện áp trên cuộn dây 𝐿5 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên cuộn dây 𝐿5 là 0.858V

Từ đó, giá trị 𝐿5 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính

⟹ 𝐿5≈ 2𝜋 𝑓 = 𝑍𝐿 2𝜋 10 466.886= 7,43 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

- Nhận xét: Sóng ngõ ra ở 𝐿5có pha sớm hơn sóng ngõ vào

- Giải thích: 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 Vì vậy trong cuộn dây, dòng điện trễ pha hơn so với điện áp

Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên 𝐿5thay đổi như thế nào? Giải thích

- Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên 𝐿5cũng tăng/giảm tương ứng

- Giải thích: 𝑈𝐿= 𝐼 𝑍𝐿= 𝐼 2𝜋 𝑓 𝐿

• Khi tăng tần số tín hiệu thì biên độ điện áp của cuộn tăng

• Khi giảm tần số tín hiệu thì biên độ điện áp của cuộn cũng giảm

THÍ NGHI M 2 Ệ

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

CHUẨN BỊ:

➢ Chuẩn bị bài prelab

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

THÍ NGHI M 1 Ệ

Mục tiêu

Khảo sát đặc tính diode trong miền thuận

Yêu cầu

Kết nối nguồn điện thay đổi 0-20V vào diode 𝐷1, dùng VOM ở chế độ đo

mA kết nối 𝐷1 và 𝑅1 Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp đo điện áp vào 𝑉𝑖𝑛, một VOM khác đo điện áp 2 đầu diode Nếu như thiếu VOM thì có thể dùng

1 VOM đo điện áp 𝑉𝑖𝑛 rồi sau đó đo điện áp trên diode

Vẽ c tuy n thu n c a diode đặ ế ậ ủ

Xác định điện áp ngưỡng của diode D:

Điện áp ngưỡng của diode D là 0.637V

Lặp lại thí nghiệm cho Led 𝐷2

ID2 (mA) 0.28 2.19 4.15 6.13 8.11 10.02 12.04 13.99 16.01

VD2 (V) 1.705 1.796 1.833 1.859 1.881 1.898 1.916 1.930 1.943 Điện áp ngưỡng của 𝐷2 là 1.796V

Lặp lại thí nghiệm cho Led 𝐷3

ID3 (mA) 0 1.52 3.29 5.24 7.13 9.26 11.21 13.18 15.15

VD3 (V) 1.985 2.423 2.537 2.619 2.680 2.736 2.777 2.813 2.845 Điện áp ngưỡng của 𝐷3 là 2.423V

THÍ NGHI M 2 Ệ

Mục tiêu

Khảo sát đặc tính diode trong miền ngược

Yêu cầu

Dùng VOM đo giá trị điện trở R2

Kết nối nguồn điện thay đổi 0 20V vào diode D8 và điện trở R2 như hình vẽ, Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp đo điện áp trên R2 (VR2), một VOM khác đo điện áp 2 đầu diode VD

Tăng dần Vin, quan sát V và ghi các giá trị đo được vào bảng sau:D

VR2 (V) 0.027 0.054 0.079 0.116 0.144 0.173 0.202 0.231 0.259

Id(μA) 0.18 0.36 0.54 0.79 0.98 1.18 1.37 1.57 1.77 Nhận xét về điện trở của diode trong miền ngược:

- Trong miền ngược Diode có điện trở rất lớn

- Kết quả đo được từ bản trên hoàn toàn sai so với lý thuyết về Diode Tuy nhiên ta vẫn thử tính dòng điện bão hòa ngược Isbằng trung bình cộng các giá trị đo được ở bảng trên để kiểm chứng sự sai lệch đó ở phần sauId

Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu? (Gợi ý: dựa vào công thức liên

hệ giữa ID, I , VS Dta tính được Is, chú ý dấu của VD)

IS= 2.01 μA Dùng dòng điện ngược bão hòa đã có, kiểm chứng lại dòng điện thuận theo

lý thuyết của diode D1 với bảng đo đã thực hiện ở trên, coi nhiệt độ phòng là

30𝑂𝐶

Gợi ý: Chép lại bảng số liệu đo được ở miền thuận của diode D ở thí nghiệm

1 vào 2 hàng I (mA) và V (V) Hàng ID D D(theory) được tính theo công thức lý thuyết dựa vào Is đã tính phía trên và hàng VD (V) Sau đó so sánh ID(theory)

và I D(mA) (thực tế đo ở bài 1)

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích

- Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,4V

- Nguyên nhân sóng ngõ ra thấp hơn sóng ngõ vào là do ở diode phải có sự sụt áp giữa anode và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thì diode mới dẫn, với 𝑉𝑜𝑢𝑡≈ 𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑂𝑁

Nối ngõ ra vào t C1 V l i dụ ẽ ạ ạng sóng ngõ ra

Giải thích sự khác nhau của ngõ ra khi có và không có tụ C1

Giải thích: Khi có tụ 𝐶1 dạng sóng ngõ ra phẳng hơn Vì tụ điện nạp điện từ nguồn (𝑉𝐶 tăng ) khi 𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑑> 𝑉𝐶, xả điện (𝑉𝐶 giảm) khi 𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑑< 𝑉𝐶 Nhưng khoảng thời gian cần để tụ xả điện lớn hơn khoảng thời gian mà 𝑉𝑖𝑛−

𝑉𝑑< 𝑉𝐶 rất nhiều, do vậy 𝑉𝐶 giảm không nhiều, nên dạng sóng ngõ ra khá

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích

- Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 0,8V

- Nguyên nhân sóng ngõ ra có giá trị đỉnh thấp hơn sóng ngõ vào và thấp hơn giá trị đỉnh của sóng ngõ ra trong trường hợp chỉnh lưu bán kì là do trong mỗi bán kì, giữa hai đầu chỉnh lưu cầu đều phải có sụt áp lớn hơn

hai lần điện áp ngưỡng của mỗi diode thì diode mới dẫn, cho nên

𝑉𝑜𝑢𝑡≈ 𝑉𝑖𝑛− 2𝑉𝑂𝑁

Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra

Giải thích sự khác nhau khi có và không có tụ C1

Giải thích: Khi có tụ 𝐶1 dạng sóng ngõ ra phẳng hơn Vì tụ điện nạp điện từ nguồn (𝑉𝐶 tăng ) khi 𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑑> 𝑉𝐶, xả điện (𝑉𝐶 giảm) khi 𝑉𝑖𝑛− 𝑉𝑑< 𝑉𝐶 Nhưng khoảng thời gian cần để tụ xả điện lớn hơn khoảng thời gian mà 𝑉𝑖𝑛−

𝑉𝑑< 𝑉𝐶 rất nhiều, do vậy 𝑉𝐶 giảm không nhiều, nên dạng sóng ngõ ra khá

Kết nối nguồn điện 0 20V vào mạch, chỉnh điện áp về 0V Dùng VOM ở chế

-độ đo mA kết nối R3 và D9 Dùng 2 VOM đo điện áp vào và điện áp ra

Tính công suất R3 khi Id = IR3 = 20mA

Công suất của R3 là: PR3= IR32 R3= (20 10 −3)2 550 = 0 22W Xác định dòng ổn áp tối thiểu, cách làm như thế nào?

- Dòng ổn áp tối thiểu IZmin≈ 1.5 mA

- Điện áp VZ≈ 4.854𝑉

- Cách làm: dùng ổn áp tối thiểu IZmin được xác định tại khoảng thời điểm

mà khi V𝑖 đang tăng mà tăng mộIZ t khoảng lớn từ 𝜇𝐴 lên 𝑚𝐴

Chỉnh Vin sao cho Id = IR3 = 5 mA Sau đó kết nối tải R4 song song với

Zener

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 ID= 5𝑚𝐴, chưa mắc với R4thì Volt kế chỉ 4.910V, đang ổn áp

- Khi mắc R4 thì giá trị ampe kế tăng lên 8.788mA thì giá trị Volt kế giảm xuống 2.917V Có nghĩa mạch không còn ổn áp vì 𝑉d= 2.917𝑉 < Vz=4.854𝑉 Có sự thay đổi như vậy là do 𝑉𝑖𝑛. R4

R +R4 3< Vzmạch hoạt động như mạch hai điện trở nối tiếp thông thường

Giảm Vin cho đến khi mạch không còn ổn áp Mạch không còn ổn áp khi nào?

- Vì mạch đã không ổn áp nên cứ giảm nữa thì càng không ổn áp

- Theo lí thuyết thì khi mắc mạch với , để mạch ổn áp thì R4 Vin thỏa điều

kiện :𝑉𝑖𝑛. R4

R4+R3≥ Vz

Ghi nhận lại giá trị Vin khi mạch không còn ổn áp

Vin= 14 95 𝑉 Tính Vin theo lý thuyết để mất ổn áp, biết VZ = 5.6V

Vz < 𝑉𝑍 R4R + R3

4 = 15 08 𝑉

So sánh hai giá trị Vin theo lý thuyết và thực tế Giá trị Vintheo lý thuyết sẽ cao hơn so với giá trị Vinthực tế

THÍ NGHIỆM 3 MỘT S NG D NG C A DIODE Ố Ứ Ụ Ủ

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

CHUẨN BỊ:

➢ Chuẩn bị bài prelab

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

Nguồn xoay chiều Vsinelà sóng sine biên độ ban đầu là 2Vp p, tần số 1kHz, mức offset là 0V Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được

-GVHD xem qua

Kiểm tra

Vẽ lại sơ đồ nguyên lý c a m ch thí nghiủ ạ ệm trên, trên sơ đồ nguyên lý c n ký ầhiệu đầy đủ tên linh ki n, thông s c a chúng ệ ố ủ

Sinh viên ti n hành l p mế ắ ạch điện thí nghi m Sau khi l p xong m ch thí ệ ắ ạnghiệm, sinh viên nh GVHD xác nh n r i m i ti n hành thí nghiờ ậ ồ ớ ế ệm Thay đổi biên độ của nguồn xoay chiều V tsine ừ 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.

Ghi chú: cả hai kênh đều ph i quan sát ả ở chế độ DC trong bài thí nghi m này ệtrở v sau ề

- Tại 4V ngõ ra bắt đầu b ị xén dương

Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của ngu n DC t ồ ừ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được

- Khi tăng nguồn DC t ừ 1VDC đến 3VDC, điểm xén dương tăng lên

Điều ch nh ngu n Vsine có ỉ ồ biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, v lẽ ại dạng sóng thu được trên dao động ký

Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy

- Ta thu được đồ thị như hình vì đã đạt gi i hớ ạn phía bên dương nên chỉ xén dương

- Khi Vsine=4 Vp-p, biên độ đỉnh sóng ngõ ra tăng

- Mức xén âm không đổi khi tăng Vsine

Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của ngu n DC t ồ ừ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được

- Khi giữ biên độ nguồn Vsine và tăng điện áp ngu n Dc thì m c xén âm ồ ứcàng tăng

Điều ch nh nguỉ ồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, v lẽ ại dạng sóng thu được trên dao động ký

Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy

- Tương tự như thí nghiệm 1, cũng vì đã đạt giới hạn phía bên âm nên chỉ xén âm

Kiểm tra

Vẽ lại sơ đồ nguyên lý c a m ch thí nghiủ ạ ệm trên, trên sơ đồ nguyên lý c n ký ầhiệu đầy đủ tên linh ki n, thông s c a chúng ệ ố ủ

Sinh viên ti n hành l p mế ắ ạch điện thí nghi m Sau khi l p xong m ch thí ệ ắ ạnghiệm, sinh viên nh GVHD xác nh n r i m i ti n hành thí nghiờ ậ ồ ớ ế ệm Điều ch nh nguỉ ồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, v lẽ ại dạng sóng thu được trên dao động ký

So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu đượ ại c t thí nghi m 2, mô t lệ ả ại các điểm giống và khác nhau giữa hai đồ thị , gi i thích ả

- Giống nhau: Ch ỉgiống biên độ sóng ngõ vào

- Khác nhau: Khi có t i ả R , sóng ngõ ra có biên độ1 thấp hơn, mạch không còn là m ch xén và không xu t hiạ ấ ện điểm xén như thí nghiệm 2

- Giải thích: Khi điện áp chưa bật được Diode ON thì dòng điện vẫn có thể chạy qua R1, điện áp V ONcủa diode s không ẽ ảnh hưởng tới điện áp ngõ ra

3

R

Sinh viên ti n hành l p mế ắ ạch điện thí nghi m Sau khi l p xong m ch thí ệ ắ ạnghiệm, sinh viên nh GVHD xác nh n r i m i ti n hành thí nghiờ ậ ồ ớ ế ệm Điều ch nh nguỉ ồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, v lẽ ại dạng sóng thu được trên dao động ký

So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu đượ ạc t i thí nghi m 2, mô t lệ ả ại các điểm khác nhau giữa hai đồ thị và gi i thích ả

- Giống nhau: Cùng biên độ sóng ngõ vào v i TN2 ớ

- Khác nhau: TN4 sóng ngõ ra không b xén, sóng ngõ ra thị ấp hơn TN2

- Giải thích: Vì mạch đã có thêm điện tr ởR1, điện áp trên R3 s bẽ ằng điện

áp ngu n trồ ừ đi điện áp qua R và 1 V ON c a diode, không chủ ịu ảnh hưởng hoàn toàn của V ONnên không có hiện tượng xén

THÍ NGHIỆM 4 KHẢO SÁT BJT

MỤC TIÊU:

➢ Nắm được cách s dử ụng kit thí nghiệm, d ng cụ ụ đo

➢ Nắm được đặc tính các linh kiện BJT lo i npn, pnp ạ

➢ Khảo sát m ch khuạ ếch đại, mạch đóng/ngắt dùng BJT

CHUẨN BỊ:

➢ Chuẩn bị bài prelab

➢ Xem l i cách s d ng các công cạ ử ụ ụ đo VOM, DVM và Oscilloscope (dao động

ký - dđk)

Đưa VOM về chế độ đo diode Đo điện áp giữa các chân của BJT trong khối

I và II và ghi nh n vào b ng sauậ ả

Xác định xem transistor loại gì và các chân P1- -P3 là chân gì, BJT còn tP2 ốt hay không Gi i thích ả

BJT

Chất lượng

Q1 Base Collector/Emitter Collector/Emitter NPN Tốt

Q2 Collector/Emitter Base Collector/Emitter PNP Tốt

Giải Thích:

+ V i Qớ 1 :

{𝑉 𝑉12= 0.664 ⇒ 𝑃1− 𝑃2: 𝑃 − 𝑁

13= 0.668 ⇒ 𝑃1− 𝑃3: 𝑃 − 𝑁 ⇒ Q 1 là lo i NPN v i P là Base ạ ớ 1 – chất bán d n lo i P ẫ ạ

+ V i Qớ 2 :

{𝑉12= 0.659 ⇒ 𝑃1− 𝑃2: 𝑃 − 𝑁

𝑉32= 0.669 ⇒ 𝑃3− 𝑃2: 𝑃 − 𝑁 ⇒ Q 2 là lo i PNP v i P là Base ạ ớ 2 – chất bán d n lo i N ẫ ạ

R1= 988 (𝛺) (giá tr ị đo)

Chỉnh nguồn điện về 12V và kết n i mạch như Error! Reference source not ố

found Một VOM đo dòng điện 𝐼𝐵 ở tầm μA, một VOM đo dòng IC ở tầm

mA, và 1 VOM đo điện áp 𝑉𝐶𝐸

TP15

D1 LED R1