Báo Cáo Thí Nghiệm Vật Lý Bán Dẫn.pdf

> Nắm được cách sử dụng phần mềm proteus để mô phỏng mạch sử dụng các linh kiện điện tử thụ động.. Lay linh kién: Trên khu vực thanh công cụ, cliek vào biéu tượng @ , bảng tra linh kiện

DAI HOC QUOC GIA TP HO CHi MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

BAO CAO THI NGHIEM VAT LY BAN DAN

LOP L10, NHOM 09

GVHD: Nguyén Pham Minh Luan

Tén MSSV Trinh Đăng Bảo Đức 2113239

Nguyễn Trung Kiên 2110294 Nguyễn Nhật Linh 2113914

Lê Hoàng Phương Uyên 2112628

Tp HCM, thang 5 nam 2022

> Nắm được cách sử dụng phần mềm proteus để mô phỏng mạch sử dụng các linh kiện

điện tử thụ động

CHUAN BI:

> Cai dat phan mém Proteus trén may tinh

(https://drive.google.com/drive/folders/18 VgjaQE0 W zstpQx7i1 VyK 5H4aT oB3ing?usp=shari

ng)

> Phần mềm Proteus được sử dụng trong hướng dẫn này là Proteus phiên bản 8.8 SPI,

sinh viên tiền hành cài phần mềm này trước khi xem tiếp hướng dẫn

HUONG DAN CAC THAO TAC CO BAN:

i Tao project

- Dé tao mot project voi Proteus ta theo cac bude sau:

+ Khởi động chương trình Proteus

+ Chon File > New Project Dat tén proJect vào mục Name Sau đó, chọn thư mục phù hợp dé luu project tai muc Path (hay click vao Browse va chon folder mong

muốn) Xong, chọn Next như ở Hình 1

9= @

ˆ [Project Name Name lab0.pdsorj Path _ C:\Users\HieuNguyen\Desktop\huong-dan Browse

(@) New Project From Development Board

216f84.pdsprj

Download

| Proteus Professional 8.9 SP2 [8.9.28501] 05/09/2019 | Yes Download Manual Update Check [_] Ignore beta version updates

Hình 1: Tạo project với tên và đường dẫn trong profteus

+ Trong cửa số tiếp theo Schematic Design, ctra sé nay dung dé chọn kích thước trang giấy để vẽ Schematie (mạch nguyên lý) Ở đây ta chọn tạo DEFAULT (mặc định) Sau

đó, click Next như Hình 2

Portrait A3 Portrait US A Portrait US C Sample Design

Hinh 2: Chon kích thước trang vé schematic

+ Trong cửa số tiếp theo PCB Layout, cửa số này đùng để chọn kích thước trang giấy

để vẽ Layout cho mạch PCB Ở đây ta không vẽ Layout, chọn Do not create PCB

layout Sau do, click Next nhu Hình 3

)b/@

3ˆ New Project Wizard: PCB Layout ? x

©) Do not create a PCB layout |

1

F1 Greate a PCB layout from the selected template

Layout Templates

Arduino MEGA 2560 rev3

Arduino UNO rev3

DEFAULT

Double Eurocard (2 Layer)

}16f84

Extended Double Eurocard (2 Layer) ‡D7 0

Extended Double Eurocard (4 Layer)

w Generic Eight Layer 1.6mm (5 x Signal, 3.x Plane) Generic Four Layer 1.6mm (2 x Signal, 2 x Plane)

Genenc Single Layer

Generic Six Layer 1.6mm (4 x Signal, 2x Plane)

‘Single Eurocard (2 Layer) Bias

‘Single Eurocard (4 Layer) Single Eurocard with Connector

Bape

1 |] © No Firmware Project}

©) Create Firmware Project

©) Create Flowchart Project Famil Compile Compilers plot Create Quick Start File:

Beg (Toate Peripheral

Proteus Professional 8.9 SP2 [8.928501] | 05/09/2019 | Yes

ee Ti tednta Abaal (1 tanaen babe ôm

Hinh 4: Chon khong tao Firmware

+ Cửa sô Summary (Tổng kết) hiện ra, thể hiện những thông tin đã thiết lập ban đầu

Kiểm tra và chọn Finish như Hình 5

s¬BI@

1) summary

Saving As: C:\Users\HieuNguyen| Desktop\huong-dan\lab0.pdspr]

Layout Firmware

Details

D:\Labcenter 8 Professional TDTF ps PCB layout

No Firmware Project

Hình 5: Cửa số Summary để kiêm tra các thiết lập ban dau

+ Sau khi tạo xong, một trang vẽ Schematie trồng được tạo như Hình 6

File Edit View Tool Design Gr:

Dannie Ate«aRii=a6 Jem=— - BE: + #@Q®0.9G|X5EIS4LMNI::2^

Phi ll ớss⁄es<⁄ octsteot +9000 00 th

Hình 6: Project trồng được tạo

2 Giới thiệu thanh công cụ của pFOf€HS:

- Trên thanh công cụ bên tay trái, bao gồm các phím chức năng Hình 7:

g1." T1 File Edit View Tool Design Graph Debog Libray Template System

+ Mode đặt linh kiện lên schematic | 7) Tạo các terminal, cùng tên sẽ được nối

‹ chung với nhau

+ Mode néi dây linh kiện Dùng để tách các khu vực cần quan sát

khi mô phỏng code

LBL | Đặt tên cho dây dẫn, cùng tên sẽ được Khu vực lay các loại nguồn

nôi chung với nhau

3 Lay linh kién:

Trên khu vực thanh công cụ, cliek vào biéu tượng @ , bảng tra linh kiện hiện lên như Hình 8

Match Whole Words?

| Show onty parts wath models?

Hình 8: Khung tìm kiếm linh kiện

+ Tại ô #ewwords: ta nhập tên các linh kiện cần tìm, có thế nhập một số từ khóa

Res: điện trở, POT: biến trở Cap: tụ điện

Inductor: cuộn cảm

.NPN/PNP MOSFET

Hoặc có thể nhập mã số của linh kiện để lay linh kiện Sau đó tại ô Category, c6 thể lựa chọn loại linh kiện cụ thé Chang hạn cần lựa diode loại 1N4001, ta nhập vào ô Keywords

ma 1N4001, sau do tai 6 Category xuất hiện loại linh kién la Diodes Tiép đó ở ô kết quả

ta tim duoc 4 két quả Lựa chọn loại linh kiện phù hợp va sau đó nhấn OK Linh kién sé xuat hién tai khung DEVICES nhu Hinh 9

Keywords: Results (4) 1N4001 Preview

1N4001 Dewce Library Description

IN4001 DIODESINC Si, 500V 100A 300us

1N4GÓ1 - DIODE Rectifier Maximum Recurent Peak Reverse Voltage 50V Maxrnum Average Forward Rectified Curren

5 IN4001G DIODESINC Si, SO.OV 1.00A 200us

| Gategory: IN4QDIGL DIODESING Si, 50.0V 1.00A 200us

SPACE Mos (1800)

Match Whole Words?

| Show only parts with models?

+ Dé thay đôi thông số của linh kiện có thể click chuột phải vào linh kiện và chọn Edit

Properties, thay doi xong ta chon OK

b i>b II IR Root sheet 1 30000 217000 E

Hình 9: Đặt linh kiện trong Proteus

4 Nối dây linh kiện, nguon va dat:

- Trén khu vực thanh công cụ, click vào biểu tượng + sau đó click 1 đầu vào vị trí bắt đầu

cân nôi dây và kéo đến điểm kết thúc như ở Hình 10

Hinh 10: Noi day

- Dộ lay nguồn, trờn khu vực thanh cụng cụ, click vào biểu tượng wv , cac loai nguộn trong

phan này cú thờ lõy là:

+DC: nguồn | chiều

+ Sine: nguồn tao song sine

+ Pulse: nguồn tạo xung

+ Exp: nguồn tạo hàm mũ

Đề chọn nguồn, ta click vào nguồn tương ứng và kộo ra màn hỡnh Sau đú click chuột phải vào nguồn, chọn Edit Properties dộ thay đỗi thụng số

VDI: Dộ lay nguồn 1 chiều cú điện ỏp 5V, ta kộo nguồn DC ra, cliek chuột phải chọn #7

Properties đễ thay đụi thụng số như Hỡnh 11a

\GAh AtO“Ghh= 10 — 2H + đâ.4 962 9G|xđấIESNN %::522

aha bX b Thị

VD2: Dé lay nguén tạo sóng dạng sine có tần số f= 50Hz và 4Vpp, ta kéo nguồn Sine ra, click

chudt phai chon Edit Properties dé thay đổi thông số như Hình 11b

ì›SñäP- A‡@‹4q R 3= ›|© nem — AH + RAR? OC YRC BAM Qn?

Hình 11b: Lây và chỉnh nguồn sine

Lưu ý, ý nghĩa của từng thông số khi chỉnh đề đạt được dạng sóng mong muốn

- Ngoài ra, một số nguôn đặc biệt như nguồn đòng, pin (battery), ., sinh viên phải vào bảng

tra linh kiện (biểu tượng Í), để tìm với các từ khóa:

+ VSOURCE, ISOURCE: nguồn áp, nguồn dòng 1 chiều

+ VSINE, ISINE: nguồn ap, nguén dong dang sine

+ VPULSE, IPULSE: nguồn xung áp, nguồn xung dòng

+ AVCCS, AVCVS, : các nguồn phụ thuộc

Sinh viên có thể tìm và đọc chú giải tiếng ánh ở cột /2escriyrion dé hiểu thêm

+ py it Pick Devices

| Keywords: Rosuts (52) AVCVS PIoow

source | Aeshna Priva

Match Whole Words?

Show only parts with models? ART Connectwty

T Connectvity surrent Source and Voltage Output DACs

>, 16-Bil, Serial Input, Currant Source and Voltage Output DACS Wired Control Curent)

Manufacturer

Để lấy nguồn, ta click vào nguồn tương ứng và kéo ra màn hình Sau đó click chuột phái vào nguồn, chọn Edit Properties dé thay đỗi thông số

Chang han dé lay nguồn tạo sóng dạng sine có tan s6 f = 30Hz và 4Vpp, ta kéo nguồn Sine ra, click chuột phải chọn Eđif Properfies đề thay đôi thông số như Hình 12

Hinh 12: Lay dat

5 Sir dung cic thiét bi do:

- Trên khu vực thanh công cụ, click vào biểu tượng & , tai đây sinh viên gặp những thiết bị: + Oseilloscope: dao động ký 4 kênh độc lập

+ DC/AC volmeter: volt ké DC/AC

+DC/AC ammeter: ampe ké DC/AC

+ Wattmeter: déng hé do céng suat

Sinh viên lây đồng hỗ đo tương ứng và nói dây hợp lí để đo đúng các đại lượng trên mạch, lưu

ý rằng: đo dòng điện mắc nối tiếp ampe kế và đo điện áp mắc song song volt kế

Để chạy mô phỏng, sinh viên nhắn nút _Ề- và dừng mô phỏng sinh viên án nat ML

VDI: Dé do điện áp trên trở ở hỉnh 1 la, sinh viên mắc mạch như hình vẽ 13a Sau đó chạy mô

phỏng được kết quả:

r

LH ÿ:

- Sinh viên chỉ cần nối 1 trong 4 kênh và không cần nói đất vì mặc định GROUND của

Osciloscope trong Proteus đã nói đất chung với GROUND

- Để chỉnh dạng sóng cho để quan sát, sinh viên có thê tham kháo hình sau:

AC/DC: chinhkénh do 1 chiéu/xoay chiều GND: chinh về đâ

OFF: tat không liên thị

<

- Cũng có thé chon Cursors dé hién thi con tré do

- Nếu vô tình tắt mắt khung hiển thị Digital Oscilloscope, sinh vién vao Debug —>

Detd Oscilloscope

- Ngoài ra dé tiện cho mạch đỡ rỗi, sinh viên còn có thê sử đụng công cụ nhãn label (biểu tượng LBL trên thanh công cụ) dé tiến hành đặt tên cho dây nối Khi này 2 sợi dây không nhất thiết phải nói với nhau thì mặc định trong Proteus, 2 dây có cùng tên là được nỗi chung với nhau

6 Sử di rot rể lo áp và done:

Ngoai ra dé do dong va áp, sinh viên còn có thé click vào biểu tượng 2 trên thanh công cụ

Oo đây có 3 lựa chọn là:

+ Voltage: do ap (mac dinh la do gitra diém can do va dat)

+ Current: do dong di qua điểm cần đo

+ Tape: record lai gia tri

VD: Taco thé dung probe voltage va mac vao diém can do nhw hinh 14 va thu duoc kết quá khi chạy mô phỏng

Hình 14: Sw dung probe dé do dong va áp

^ 51,5 A,

- Công cụ này dùng đề vẽ sự thay đôi của l đại lượng trong mạch khi 1 (hoặc 2) nguôn thay

đổi

- Sinh vién con cé thé click vao biéu tuon:

tiếp vào TRANSFER, sau đó vẽ một hình chữ nhật vào khoáng trống trên bán vẽ Một khung

dùng đề vẽ đỗ thị sẽ xuất hiện như hình 15

Hinh 15: Tao khung dé vé ham truyén

VD: Ta cần vẽ đồ thị sự thay đổi điện áp trên trở R khi điện áp nguồn Vin thay đổi từ 0 —>

sV

- Sử dụng công cụ PROBE và nói để đo điện áp trên trở R

- Click chuột vào khung, chỉnh như hình vẽ Trong do, source | la nguồn Vin thay đổi Giá trị

dau (Start value) là 0, giá trị kết thúc (Stop value) là 5 Số điểm chia (No Step) là 100 Rồi

chon OK

+ Edit Transfer Function Graph

Source] Vin Y Source 2-

Left Axis:

Bight Axis:

Options Always simulate? [xi

- Sau đó kéo điểm đo vào khung và thá tay như hình

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, giá trị R = 100, L = 1mH

Nguồn Vặy là sóng sin có 50Hz và 6Vạp

Kiém tra:

> Sinh viên tiến hành đo điện áp và dòng điện qua L sử đụng Volt kế và Ampe kế

> Trình bày công thức tính tay và đối chiếu với kết qua do

> Sinh viên tiến hành vẽ đo dạng dóng Vin va Vi dung Oscilloscope Tim dé lệch pha

giữa Vịn và Vụ Trinh bày công thức

L†

R1 : (man

lf 100 | imH | | Wigs V1

Muc tiêu: Nắm được cách sử dụng chương trình có sẵn để mô phỏng bằng Proteus

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ Trong đó, giá trị R = 1000, C = 10nE

> Sinh viên tiến hành đo điện áp và dòng điện qua R sử dụng Volt kế và Ampe kế

> Trình bày công thức tính tay và đối chiếu với kết qua do

> Sinh viên tién hanh vé do dang dong Vin va Vc dung Oscilloscope Tim dé léch pha gitra Vinva Vc Trinh bay công thức

~*~ ¥1002-+¢ 3

, 100[.10ˆ

Ampe kê băng 0

> UgLR=5,55.10 7.100 =5, 55.10 Ï (r) giá trị điện áp quá nhỏ nên số chỉ của volt kế

> Fine 1Š tan TC”) = tan !(— ' "

5,55.107 cos (100[t Jy

> = uC = U0C cos(100[]£ — []), két luan uc va nguoce pha voi nhau => Vinva V léch

pha nhau 180°, diéu do ciing da duoc thé hién trén dao déng ky

MUC TIEU:

> Nắm được cách sử đụng kít thí nghiệm, 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

Ì> Do giá trị của biến trở VR5

> Các kết quá điền vào bảng sau

Rl R2 R3 R4 R6 R7 VR5 Đọc 220+5% | 100045% | 2000+1%] 10+10%] 1k 1,5k 1- 10k

Đo 208,2 976 1922 10,4 0977k | 1,46k 1,68 - 10,76k Sai số 11,8 24 78 04 0,023 0,04 0,68 — 0,76k

P Quan sat điện áp trên tụ C1 trên dao động ký

> Biên độ điện áp trên tụ C1 là bao nhiêu?

V=0,96 (V)

ToL Rw 1Ð (CO4

Ì> Từ đó, giá trị C1 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính

P Quan sát dạng sóng ngõ vào và dạng sóng trên tụ C1, hai sóng nảy có tương quan về phase

như thế nào? Giải thích

Nhận xét: Sóng ngõ ra trên tụ C1 trễ phase hơn sóng ngõ vào Khi có dòng xoay chiều đi vào

tụ điện, đòng 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 bế 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

- _ Giải thích: tần số dòng điện càng lớn thì ở 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 truyễn tín hiệu

> Giải thích hình đạng sóng ngõ ra khi ngõ vào là xung vuông

> Quan sát điện áp trên tụ Có trên dao động ký

> Biên độ điện áp trên tụ C6 là bao nhiêu?

D> Quan sat điện áp trên cuộn dây L5 trên dao động ký

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

“.- - > .

òng điện cảm ứng sinh ra để chống lại sự giảm đó Vì vậy trong cuộn đây, dòng điện trễ pha hdn so với điệ

-_ Giải thích: Ta có: U = vỮ,+ © val sn U=€1 +¥ Z

-Khi ZL tang thi UL cing tang va newoc lai, khi ZL giam thi UL cing giam do Uin va R la c6 dinh Ma Z_ cũng tăng/ giảm tương ứng

“.- - > .

MUC TIEU:

> Nam được cách sử dụng ktt thí nghiệm, dụng cụ đo

> Năm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang và diode zener

> Thiết lập được mạch ôn áp đơn giản

CHUAN BI:

> Chuẩn bị bài prelab

> Xem lại cách sử dụng các dụng cy do VOM, oscilloscope, may phát sóng

@&_ SEMICONDUCTOR DEVICES

CD caw II (Diode & Zener)

> Kétndi nguồn điện thay đổi 0-20V vao diode D1, dung VOM 6 chế độ do mA kết nối D1 và

R1 Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp đo điện áp vào Vị, một VOM khác đo điện áp 2 đầu

diode Néu nhu thiéu VOM thì có thể đùng 1 VOM đo điện áp Vin rồi sau đó đo điện áp trên diode

Wok Rm 8 Ot ae

Điện áp ngưỡng của D2: 1,803V

Ì>* Lặp lại thí nghiệm cho Led D3

Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Ips (mA) 2.10%-4 | 1,28 2,98 4,98 6,86 8,73 10,81 | 12,63 | 14,56 Vpa(V) 1,991 2,705 | 2,862 | 2,978 | 2,986 |3.026 | 3,164 |3,193 | 3,378

P Kétndi nguén điện thay đối 0-20V vào điode D8 và điện trở R2 như hình vẽ, Dùng 1 VOM

ở chế độ đo điện áp đo điện áp trên R2 (VR2), một VÒOM khác đo điện áp 2 dau diode Vp Kiém tra

> Gia tri R2 la: 148 £Q

> Nhắc lại công thức liên hệ giữa Ip, Is, Vp

Trong mién ngược diode có điện trở rất lớn

Kết quá đo được từ bán trên hoàn toàn sai so với lý thuyết về điode Tuy nhiên ta vẫn thử tính dòng điện ngược bão hòa 7¿ bằng trung bình cộng các giá trị 7„ đo được ở bảng trên, bằng

68,61 C 43, để kiếm chứng sự sai lệch đó ở phần sau

)> Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu? (Gợi ý: đựa vào công thức liên hệ giữa In, Is,

Vp ta tính được Is, chú ý dau cia Vp)

l,=2 064)

Ì>* Dùng dòng điện ngược bão hòa Is đã có, kiếm chứng lại dòng điện thuận theo lý thuyết của

diode D1 voi bảng đo đã thực hiện ở trên, coi nhiệt độ phòng là 309C,

Gợi ý: Chép lại bảng số liệu đo được ở miền thuận của điode D ở thí nghiệm 1 vao 2 hang Ip (mA) va Vp (V) Hang Ip(theory) duge tính theo công thức lý thuyết đựa vào Is da tinh phía trén va hang Vp(V) Sau dé so sanh Ip(theory) va Ip (mA) (thực tế đo ở bài 1)

Wook Rm — vẻ a Bt ee te

THÍ NGHIỆM 3

Wook Rm — vẻ a Bt ee te