Báo cáo thí nghiệm vật lý bán dẫn

Nguyên nhân cho việc sóng ngõ ra thấp hơn hơn sóng ngõ vào là do ở diode phải có sụt áp giữa anode và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thì diode mới dẫn, với: Vou ~ Vin-Von Page

ĐẠI HỌC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

6

c2 BAO CAO THI NGHIEM VAT LY BAN DAN

NHOM L18 TO5

TP HCM, 5-2024

Danh sach thanh vién

1 2312656 | NGUYEN HO GIA PHU

2 2312935 | NGUYEN HONG SANG

3 2310557 | NGUYEN HUNG DUNG

4 2310395 | NGUYEN MANH CƯỜNG

Page 2 of 42

Page 3 of 42

Page 4 of 42

Page 5 of 42

Page 7 of 42

MUC TIEU:

> Nam duoc cach str dung kit thi nghiém, dung cu do

> Năm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh hu, LED phat quang va diode zener

> Thiết lập được mạch ôn áp đơn giản

CHUAN BỊ:

> Chuan bi bai prelab

>» Xem lai cach str dung cac dung cu do VOM, oscilloscope, may phat séng

& SEMICONDUCTOR DEVICES

“¢ LAB II (Diode & Zener)

Page 8 of 42

BAI 2: KHAO SAT DIODE CHINH LUU VA ZENER

© oO €

> Két ndéi nguồn điện thay đổi 0-20V vao diode D1, ding VOM ở chế độ đo mA kết nối D1 và R1

Dùng I VOM ở chế độ đo điện áp đo điện áp vao Vin, mét VOM khác đo điện áp 2 đầu diode

Nếu như thiểu VOM thì cé thé ding 1 VOM đo điện áp Vin rồi sau đó đo điện áp trén diode

Điện áp ngưỡng của D2: 2V

> Lap lai thi nghiém cho Led D3

THÍ NGHIỆM 2

Mục tiêu

Khảo sát đặc tính diode trong miễn 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, Ding 1 VOM 6 ché

độ đo điện áp đo điện áp trên R2 (VR2), một VOM khác đo điện áp 2 dau diode Vp

Chinh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất rồi bật nguồn

Tang dan Vin, quan sat Vp va ghi các giá trị đo được vào bảng sau:

Vo(V) 2 4 6 8 10 12 14 l6 18 VR2(V) 0.0274 0.0545 0.0816 0.1193 0149 0.1786 02077 02373 0.267 Id(wA) 0.19 037 056 O81 102 122 44142 #429162 1.82

Nhận xét về điện trở của diode trong miễn ngược:

Trong miền ngược diode có điện trở rất lớn 1072

Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu? (Gợi ý: dựa vào công thức liên hệ giữa Ip, Is, Vp ta tính được Is, chú ý dẫu của Vp)

Nhận xét giá trị thu được, giải thích:

Trong miền ngược, diode có giá trị điện trở rất lớn và giá trị ID thực

tế khác xa với lý thuyết

Page 12 of 42

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,42V

Nguyên nhân cho việc sóng ngõ ra thấp hơn hơn sóng ngõ

vào là do ở diode phải có sụt áp giữa anode và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thì diode mới dẫn, với: Vou ~

Vin-Von

Page 14 of 42

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

Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, nguyên nhân lả do

khi có tụ điện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện

xa dé duy trì điện áp qua tải được ôn định Nhờ tác dụng lọc của tụ mà đạng sóng ở ngõ ra phẳng hơn

Page 15 of 42

Gia tri đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 8.8V

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 thi diode moi dan, cho nén Vout = Vin-VON

Page 17 of 42

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

Dạng sóng ngõ ra khi nỗi tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, nguyên nhân là

do khi có tụ điện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện xả đề duy trì điện áp qua tải được ôn định Nhờ tác dụng lọc của tụ mà

dạng sóng ở ngõ ra phẳng hơn

Page 18 of 42

Kết nối nguồn điện 0-20V vào mạch, chỉnh điện áp về 0V Dùng VOM ở chế độ do mA két nối

R3 và D9 Dùng 2 VOM đo điện áp vào và điện áp ra

Kiểm tra

Tang dan điện áp vào, ghi nhận điện áp trên Zener và dòng điện qua Zener như bảng sau

Vi(V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Vdz(V) 1.998 3.955 5.167 5.201 5213 5222 5.231 5.239 5.247

Iz(mA) 0.01 0.08 1.51 5.07 8.67 12.27 1588 19.49 23.09

Page 19 of 42

Tính công suất R3 khi Id = IR3 = 20mA

Pa:=lu2x Rạ=(20.102ÿx548.1=0.21924(W)

Xác định dòng én áp tối thiểu, cách làm như thể nào?

Dòng ổn áp tôi thiểu 7:„„ = 1,69 GnA )

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

Page 20 of 42

Quan sát sự thay đôi của Volt kế và Miliampe kế khi có tải và không có tải, giải thích sự thay đôi

đó

Quan sát: Số chỉ trên Miliampe kế tăng nhưng chỉ số trên Volt kế lại không nhiều Nguyên nhân: là do với điều kiện của thí nghiệm này, diode zener đã đạt trạng thái ôn áp do dòng điện đã đạt giá trị ôn áp tôi thiểu nên điện áp giữa hai đầu diode

zener 6n dinh ở mức điện áp áp Đối với Miliampe kế thì Miliampe kế lúc này

đang hiển thị cường độ dòng điện trong cả mạch, tức là là tông của cả dòng điện qua diode zener va tải nên lúc này Miliampe kế hiển thị giá trị lớn hơn ban đầu khi chỉ có dòng điện qua diode zener

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

Khi điện áp qua Zenner bị sụt áp dưới mức điện áp phân cực nghịch của Zenner,

cụ thể trong bài này là 5,005 V

Ghi nhận lại giá trị Vĩn khi mạch không còn én ap

Vin= 13.82V

Tinh Vin theo lý thuyết để mất 6n ap, biét Vz = 5.6V

Page 21 of 42

Xét mạch ta có : Vĩn = Vạ: + Vạ = In: x Ra +V;

(với điều kiện là Zener ôn áp, Vz không đổi)

+Vz

Suy ra: Vin =, RA & xR3+V,

Vì Vũ là hàm đồng biến với Iz 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

Vũ nhỏ nhất dé diode zener van 6n ap theo lý thuyết: (1z lúc này 1a I: min)

2.6

_ 3

Vụ = (1.69, 1021 459) ¿x548.1+5.6=16.01(V)

So sánh hai giá trị Vin theo lý thuyết và thực tế

Vin lý thuyết cao hơn Vặ„ thực tế, cách nhau khá xa, khoảng 2.19 V

Page 22 of 42

BAI TN 3: MOT SO UNG DUNG CUA DIODE

MUC TIEU:

> Nam duoc cach str dung kit thi nghiém, dung cu do

> Nắm được đặc tính các linh kiện diode chính lưu, LED phát quang va diode zener

> Thiét lập được mạch ồn áp đơn giản

CHUAN BI:

> Chuan bi bai prelab

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

Page 23 of 42

THÍ NGHIỆM 1

Mục tiêu

Khảo sát mạch xén phân cực âm dùng diode

'Yêu cầu

Kết nối mạch như hình vẽ Trong đó nguồn Voc là nguồn DC có điện áp 1V

Nguồn xoay chiều V„„¿ là sóng sine biên độ ban đầu là 2Vp-p, tần số IkHz,

Page 24 of 42

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 của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần

ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng

Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí

nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm

Xác nhan cua GVHD:

Thay đối bién d6 cua nguén xoay chiều Visine tit 2Vp-p dén 10Vp-p Trong quá trình thay đối đó, quan sát đạng sóng thu được trên cả hai kênh của dao

động ký, mô tả lại hiện tượng thu được

Ghi chú: cả hai kênh đều phải quan sát ở chế độ DC trong bài thí nghiệm này

trở về sau

Page 25 of 42

Ban dau:

Lúc sau:

-Dạng của sóng kênh I không thay đôi

-Sóng kênh 2 bị loại bó mắt một phân của chu kỳ dương (vị trí khoảng 1,7

V)

Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đôi giá trị điện áp

của nguồn DC từ IVDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được

Page 26 of 42

-Gia tri dinh duong cua song kénh 2 khi gia tri dién ap là 3VDC lớn hơn giá trị đỉnh dương của sóng kênh 2 khi gia tri dién ap la 1VDC

Điều chính nguồn Vsine có biên độ I0Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại

dạng sóng thu được trên dao động ký

Page 27 of 42

Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy

Khi Vin > 1,7: Diode dan, khi d6 Vo = 1,7 => mạch bị xén trên

Khi Vin < 1,7: Diode tat, vi vay Vo = Vin

Page 28 of 42

THÍ NGHIỆM 2

Mục tiêu

Khảo sát mạch xén phân cực đương dùng diode

'Yêu cầu

Kết nối mạch như hình vẽ Trong đó nguồn Voc là nguồn DC có điện áp 1V

Nguồn xoay chiều V„„¿ là sóng sine biên độ ban đầu là 2Vp-p, tần số IkHz,

Page 29 of 42

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 của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần

ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng

Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí

nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm

(2 song bang nhau)

Lúc sau:

-Dạng của sóng kênh I không thay đôi

-Sóng kênh 2 bị “xén” mắt một phần của chu kì âm

Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đôi giá trị điện áp

của nguồn DC từ IVDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được

Page 31 of 42

Điều chính nguồn Vsine có biên độ I0Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại

dạng sóng thu được trên dao động ký

Giải thích vì sao ta thu được đồ thị như vậy

Page 32 of 42

-Khi Vin < -1,7: Diode dan, khi dé Vo = 1,7 => mach bi xén dưới

-Khi Vin > -1,7: Diode tat, vi vay Vo = Vin

Page 33 of 42

THÍ NGHIỆM 3

Mục tiêu

Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có tải

'Yêu cầu

Kết nối mạch như hình vẽ Trong đó nguồn Voc là nguồn DC có điện áp 1V

Nguồn xoay chiều Vạ„ là sóng sine biên độ 8Vp-p, tần số IkHz, mức offset

Page 34 of 42

là 0V Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem

qua

Kiểm tra

Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần

ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng

Page 35 of 42

> Sinh vién tién hanh lap mach dién thi nghiém Sau khi lap xong mach thi

nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm

Xác nhan cua GVHD:

Page 36 of 42

Điều chính nguồn Vsine có biên độ I0Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại

dạng sóng thu được trên dao động ký

So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu được tại thí nghiệm 2, mô tả lại

các điểm giống và khác nhau giữa hai đồ thị, giải thích

Đồ thị ngõ vào vẫn giữ nguyên nhưng ngõ ra ở TN 3 có biên độ thấp hơn so với

TN 2, nhưng ở TN 3 thì vẫn giữ nguyên được hình dáng ban đầu của hình Sin

trong khi ở TN 2 thì phần đỉnh miền âm bị xén (gần như phẳng)

Khác nhau ở Vo khi Vin > —1,7 vi TN 3 chia RI song song voi (VDC va D1)

O TN 2: Khi Vin > -1,7 thi Vo = Vin

Ở TN 3: Khi Vin >—1,7: Diode tắt, khi đó Vu=¡o,„, Rì

Page 37 of 42

THÍ NGHIỆM 4

Mục tiêu

Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có thêm điện trở trén diode

'Yêu cầu

Kết nối mạch như hình vẽ Trong đó nguồn Vọc là nguồn DC có điện áp 1V

Nguồn xoay chiều V¿„e là sóng sine biên độ là 8Vp-p, tần số IkHz, mức

Page 38 of 42

offset là 0V Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD

xem qua

Kiếm tra

Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần

ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thông số của chúng

Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm Sau khi lắp xong mạch thí

nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm

Xác nhan cua GVHD:

Page 39 of 42