Báo cáo thí nghiệm vật lí bán dẫn 2

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.. Giải thích - Khi tăng tân số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ gi

ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HO CHI MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

GV: Nguyén Pham Minh Luan

BÀI TN 1

MỤC TIỂU:

> Nam được cach su dung kit thi nghiém, dụng cụ đo

> Nam được đặc tính các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm

> Thiết lập được mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn cảm

> Đọc và kiêm chứng giá trị điện trở

> Biên độ điện áp trên tụ CI là bao nhiêu?

- Biên độ điện áp trên tu C1:

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

TY ( CO) T " T Lif] tê) a L4[]L5 K us

| |1 1L T1

C—O )

` Giá trị in trên C1 là bao nhiêu? Từ đó suy ra sai số giữa giá trị lý thuyết va giá trị thực

Giá trị in trên C1 là 0,1 Vậy sai số giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực là

GND dao động ký

> Vẽ lại dạng sóng ngõ vào và trên tụ Cl Hai sóng này có tương quan về phase như thế nào? Giải thích

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 tân số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ thay đổi như thế nào? Giải thích

- Khi tăng tân số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ giảm, và khi giảm tân số tín hiệu vào thì biên độ

trên tụ tăng

- Giải thích: tần số dòng điện cảng lớn thì trở kháng của tụ cảng nhỏ, cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch cảng lớn và ngược lại Với dòng điện một chiều, tụ điện có trở kháng đương vô cùng Đặc tính này được ứng dụng trong các mạch truyền tín hiệu

Chuyên tín hiệu Vin thành xung vuông tân số IKhz, biên độ 2V Vẽ dạng sóng Vin và dạng sóng trên

tụ điện Giải thích

- Giải thích: do nguyên lý hoạt động tích và phóng điện của tụ.Do điện áp trên tụ thay đổi theo phương trình dạng mũ

` Quan sát điện áp trên tụ C5 trên dao động ký

>_ Biên độ điện áp trên tụ C5 là bao nhiêu?

- _ Biên độ điện áp trên tụ Có: 312mV

> Tir do, gia tri Có bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính

> Đọc giá trị m trên tụ C5 GIả trị và điện áp tối đa theo lý thuyết của CS là bao nhiêu?

2 Ri ¬ ¬ ¬ ở ( —_—_— { ( } ( ( { )

> Quan sát điện áp trên cuộn dây L5 trên dao động ký

_ Biên độ điện áp trên cuộn dây L5 là bao nhiều?

- Biên độ điện áp trên cuộn dây: mV

>_ Từ đó, giá trị L5 bằng bao nhiêu? Trình bay cach tính

đề chống lại sự tăng dân 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 đây, dòng điện trễ pha hơn so với điện áp

Khi tăng/giảm tân số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 thay đổi như thế nào? Giải thích

Khi tăng/giảm tân số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 cũng tăng/giảm tương ứng

Giải thích: ta có và

Khi Z¡ tăng thì U¡ cũng tăng và ngược lại, khi Z¡ giảm thì U¡ cũng giảm đo U„ và R là cố định

Ma Z, ti 1é thuận với f nên khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 cũng tăng/giảm

tương ứng

BÀI TN 2 KHẢO SÁT DIOCE CHỈNH LƯU VÀ ZENER

MỤC TIỂU:

> Nam được cach su dung kit thi nghiém, dụng cụ đo

» Nam duge dac tinh các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang va diode zener

> Thiết lập được mach ôn áp đơn giản

CHUAN BI:

> Chuan bi bai prelab

> Xem lại cách sử dụng cac dung cu do VOM, oscilloscope, may phat song

os SEMI IDUCTOR DEVICES

‘p< LAB III (Diode & \Zener

Kiém tra

> Chỉnh dién ap Vin vé vị trí nhỏ nhất rồi bật nguồn

> Tang dan Vin và ghi các giá trị đo được vào bảng sau

>_ Xác định điện áp ngưỡng cua diode

Điện áp ngưỡng của diode là 0,68 V

>_ Lặp lại thí nghiệm cho Led D2

Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Id (mA) 0,28 2,15 4,09 6,04 8 9,95 12,07 13,90 15,90 Vd2 (V) 1,713 1,843 1,91 1,961 2,005 2,043 2,077 2,110 2,135 Điện áp ngưỡng của D2: 1,961 V

> Lặp lại thí nghiệm cho Led D3

Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Id (mA) 0 1,56 3,44 5,36 7,30 9,24 11,11 13,15 15,2 Vd2 (V) 2 2,428 | 2,54 2,624 2,69 2,741 2,783 2,82 2,853

> Kétnéi nguén dién thay đôi 0-20V vào diode D8 và điện trở R2 như hình vẽ, Dùng I VOM ở chế độ

đo điện áp đo điện áp trên R2 (VR2), một VOM khác đo điện áp 2 đầu điode Vd

Kiểm tra

> Giá trị R2 là: 22 KO

> Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất rồi bật nguồn

> Tăng dân Vin, quan sát Vd và ghi các giá trị đo được vào báng sau

Vd(V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18

VR2(V) | 1,875 | 3,750 | 5,585 | 7,850 | 9,81 11,78 | 13,74 | 15,70 | 17,66

Id (uA) 1,264 2,514 3,759 5,458 6,816 8,16 9,509 10,88 12,25

> Nhan xét về điện trở của điode trong miễn ngược:

Trong miễn ngược diode có điện trở rất lớn

Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu: -6,469 ( với n= 1,76869)

Dùng dòng điện ngược bão hòa đã có, kiếm chứng lại dòng điện thuận theo lý thuyết của diode DI

với bảng đo đã thực hiện ở trên, coi nhiệt độ phong la 30°C

Vd (V) 0,60 | 0,644 |0,605 | 0,68 0,691 | 0,7 0/707 | 0,713 | 0,718 Id(theory) | 1,46 3,25 5,3 7,43 9,33 11,55 | 13,25 | 15,5 17,39 (mA)

> Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số IKhz, biên độ 4Vp-p Quan sát kênh I dao động ký để

Nguyên nhân cho việc sóng ngõ ra thấp hơn hơn sóng ngõ vào là do ở diode phải có sựt áp giữa anode

va cathode lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thi diode mdi dan, voi

> Noi ngé ra vao tụ C1 Vé lai dạng sóng ngõ ra và giải thích sự khác nhau so với khi không có tụ C1

Nguyên nhân sóng ngõ ra có giá trị đính 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 ban kì, giữa hai đầu chỉnh lưu câu đều phải có

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

` Ni ngõ ra vào tụ C1 Vé lai dạng sóng ngõ ra và giải thích sự khác nhau so với khi không có tụ Cl

> Kết nói nguồn điện 0-20V vào mạch, chính điện áp về 0V Dùng VOM ở chế độ đo mA kết nối R3 và

D9 Dùng 2 VOM do điện áp vào và điện áp ra

Khi In=Š mA thì số chỉ của Volt kế là 4,926V

Sau khi kết nối tải R4, số chỉ của Miliampe là 9mA song song với Zener thì số chí của volt kế sẽ là 2,9 V Quan sát : Số chi trên Miliampe kế tăng nhưng số chỉ trên Volt kế lại không khá nhiễu

Nguyên nhân là do với điều kiện của thí nghiệm này, điode zener đã đạt trạng thái ôn áp do dòng điện đã

đạt giá trị ôn áp tối thiêu nên điện áp giữa hai đầu diode zener ôn định ở mức điện áp áp Đối với

Miliampe kế thì Miliampe kế lúc này đang hiển thị cường độ dòng điện trong cá mạch, tức là là tống của

cả dong dién qua diode zener và tai nên lúc này Miliampe kế hiển thị giá trị lớn hơn ban đâu khi chỉ có

dòng điện qua diode zener

> Giảm Vin cho đến khi mạch không còn ôn áp So sánh với giá trị Vin theo lý thuyết

Vin= 14V

Vin theo lý thuyết để mất ôn ap:

Xét mạch ta có : trong đó và (với điều kiện là Zener ôn áp, V; không đôi )

Suy ra:

Vì Vị là hàm đồng biến với I; và các thành phần còn lại là không đổi nên với điều kiện là diode zener ôn

áp là ngay khi đạt giá trị điện áp Vz nên điện áp Vị, nhỏ nhất để diode zener vẫn ôn áp theo lý thuyết :

BÀI TN 3

KHẢO SÁT BỊT

MỤC TIỂU:

> Năm được cách sử dụng kít thí nghiệm, dụng cụ đo

> Nam được đặc tính các linh kiện BJT loại npn, pnp

> Khao sát mạch khuếch đại, mạch đóng/ngắt dùng BỊT

CHUAN BI:

> Chuan bi bai prelab

> Xem lại cách sử dụng cac céng cu do VOM, DVM va Oscilloscope (dao déng ky - ddk)

> Ding VOM do va kiém tra BIT 6 module 1 va 2, phan BJT

> Doc xem điện trở RI có giá trị là bao nhiêu và kiếm chứng lai bang VOM

R1 = 100045% O (gia tri doc)

R1 = 990 Q (giá trị do)

> Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như Hình 2 Một VOM do dong dién Ib 6 tam uA, mét

VOM do dong Ic 6 tam mA, va 1 VOM do dién ap Vee

> Với Ib trong khoang nao thi transistor dan khuéch dai? Khi đó hạ là bao nhiêu?

- Với Ib trong khoang 10 ~ 30 uA thi transistor dan khuéch dai voi hy khoang 355

> Kh ding transistor lam nhiém vu dong/ngat, ta đưa transistor vào chế độ nào? Vì sao?

- Khi làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ ngắt Vì khi không có dòng điện thích hợp

vào Base thì transistor ngắt và không cho dòng điện đi qua Khi có dòng điện thích hợp đi vào Base thì transistor chuyên sang chế độ bão hoà và cho dòng điện đi qua

THÍ NGHIỆM 3

Mục tiêu

Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đạt/bão hòa của BỊT pnp

> Đọc xem điện trở R2 có giá trị là bao nhiêu và kiêm chứng lại bằng VOM

> Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như Hình 4 Một VOM đo dòng điện Ib ở tam uA, một

VOM do dong Ic 6 tam mA, va 1 VOM do dién ap Vee

Hình 4 Sơ đồ kết nếi trên module thí nghiệm phần BUT pnp

> Với Ib trong khoảng nảo thi transistor dẫn khuếch đại? Khi đó hạ là bao nhiêu?

vee - Với Ib trong khoảng 10 ~ 50uA thi transistor dain khuéch dai véi hy khoang 224

LED

Néu thay vì đặt tải (điện trởrled) ở cực €, ta đặt ờ cực E như hình sau

tn Khi dé BJT có bão hòa được không? Vì sao? (Câu hỏi này trả lời khi nộp

báo cáo, không cần trả lời lúc tiến hành thí nghiệm)

BỊT sẽ không hoặc rất khó bão hoà vì theo sơ đồ nối như trên Vì để

= transitor PNP có bão hoả thi 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 ap

chênh lệch giữa cực E và cực C lại thấp hơn điện áp chênh lệch giữa cực B và E trong chế độ bão

> Chinh biến trở VR2 về vị trí nhỏ nhất

> Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đôi 0-5V vào hai cực C-E của Q2

Các VOM kết nói như hình vẽ

> Bat nguén Chinh dién ap Vce cô định là 2V, chỉnh bién tré R2 dé thay déi dong Ip va ghi vao bang

sau Trong quá trình thí nghiệm lưu ý giữ Ve có định là 2V

- Nhận xét: Đối với trường hợp Vo; =2V, Vụz t

chậm, khi Istrong khoảng 20-50uA, Vaz tăng nhanh

các khoảng còn lại Var tăng n

> Batngudn Chinh dong điện Is cố định là 20uA, thay đối Vị để có được các giá tri Vox theo bang sau

Điền các giá trị trong img cua dong Ie

> Lap lai thi nghiém voi Ip= 25uA va Ip=30UA

Vee 01V | 02V | 03V 0.5V 0.7V IV 1.5V 2V 2.5V

Ic (mA) 1.93 3.35 4.34 5.86 6.78 7.93 8.3 8.42 8.74

Vee 01V | 02V | 03V 0.5V 0.7V IV 1.5V 2V 2.5V Ic(mA) | 3.05 8.34 8.85 9.13 9.5 10,11 10.21 10.33 10.41

| | fs |

L—

6 O10, h d VỀ he uc c4 5 ;"133ạ 25.” Vee

Nhận xét tương quan giữa 3 đặc tuyến Ước tinh điện áp Early

Tương quan giữa ba đặc tuyến: Nếu Ic=f(Vce) thi Ic (Is=30wA)>lcdIs=25 HÃ)> Ic(s=20uụA) Dựa vào đồ thị Vez[0;0,3] là miền bão hoà Chọn đường Is=20uA, lấy gần đúng

> Kết nối mạch như Hình 7 Nguồn cấp Vin là 12V

> Chỉnh nguồn tín hiệu Vs có biên độ 1 V, tần số IKhz Sau đó giảm biên độ Vs về 0V

» Dùng kênh I dao động ký đo dạng sóng Vs, kênh 2 đo dạng sóng tại cực C của Q3

> Bật nguồn Chính biến tré VR8 dé Vce= 6V

Tăng dân 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 I đầu hình sine, chỉnh biến trở R8 để thay đôi phân cực sao cho đạt max swing Vé dạng sóng v; và v‹e trên cùng hệ tọa độ

12V

Swing Kiém chimg lai so với lý thuyết

- Độ lợi tại max-swing: he