Khảo sát đặc tính của Diode và Transistor

GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI Tên bài: Khảo sát đặc tính Diode Transistor Nhận xét: - Trong thí nghiệm vật lý có lẽ thí nghiệm “imba” lý thuyết dài (có nghĩa câu hỏi nhiều đa dạng  ko nắm vững xác định đi) mà mạch mắc lại phức tạp (có nghĩa dễ mắc sai, rơi vào tình trạng confusion sau nhìn thấy mạch  nhiều nhóm phải dừng chân này) Có lẽ điều an ủi nằm khâu xử lý số liệu  may mắn đợt có lẽ bạn thuộc nhóm mà miễn  - Để xử lý gọn đề nghị bạn đọc kỹ phần hướng dẫn tới  cung cấp cho bạn kiến thức để trả lời câu hỏi kiểm tra ban đầu (trả lời gần hết gặp hỏi xoáy có giáo sư xoay trả lời  ) Giải quyết: 3.1 Kiến thức cần nắm vững: - Bài liên quan tới kiến thức chất bán dẫn  ta phải tìm hiểu xem liệu chất bán dẫn có ý nghĩa khiến cho phải nghiên cứu Câu trả lời đơn giản: “Chất bán dẫn chất mà vừa dẫn điện vừa không dẫn điện” (tóm lại nửa nạc nửa mỡ, xăng pha nhớt  very simple ) - Vậy dẫn điện không dẫn điện? Ở điều kiện bình thường đa phần chất bán dẫn không dẫn điện Tuy nhiên, điện tử chất bán dẫn nhận lượng (thường dạng nhiệt năng) điện tử bứt khỏi liên kết nguyên tử trở thành electron tự (dẫn điện)  đến lại xuất khái niệm lỗ trống  dễ tưởng tượng giả sử bạn xúc xẻng đất (điện tử) bạn để lại hố  hố lỗ trống - Như bạn hiểu lỗ trống  có lẽ cảm nhận bạn lỗ trống cố định chẳng di chuyển thực tế mà di chuyển   nhiên xem di chuyển cách tưởng tượng bạn lấp lỗ trống xẻng đất bên cạnh  lỗ trống ban đầu lỗ trống xuất xẻng đất vừa xúc lên  coi lỗ trống di chuyển từ vị trí đầu sang vị trí hai Tóm lại giáo viên có hỏi hạt mang điện gây tính dẫn điện bán dẫn nhắm mắt mà trả lời: “Điện tử lỗ trống” Lỗ trống có di chuyển không?  100% có GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 - Phân loại bán dẫn  để phân loại bán dẫn người ta thường chia làm hai loại:  Bán dẫn tinh khiết: nghe tên biết loại bán dẫn tạp chất tức chất bán dẫn tinh khiết Si không tồn nguyên tố khác (trong thực tế bán dẫn hoàn toàn tinh khiết 100%  làm có hoản hảo đâu o.o)  Bán dẫn tạp chất: gồm có hai loại n p  phụ thuộc vào loại tạp chất pha vào  tạp chất nguyên tử thuộc nhóm (thừa điện tử) ta thu bán dẫn loại n tạp chất nguyên tử thuộc nhóm (thiếu điện tử tức thừa lỗ trống) ta thu bán dẫn lại p Trong loại bán dẫn hạt điện (điện tử lỗ trống) chiếm đa số hạt gọi hạt hạt lại hạt không Tóm lại: o Bán dẫn loại n: ne >> np (điện tử hạt bản) o Bán dẫn loại p: np >> ne (lỗ trống hạt bản) - Ứng dụng bán dẫn đa dạng, hai ứng dụng phổ biến chế tạo diode transitor Đó lý mà thí nghiệm tập trung nghiên cứu hai đặc tính hai thiết bị a Diode - Diode tạo thành cho hai bán dẫn loại p bán dẫn loại n tiếp xúc với  tiếp xúc với điều xảy ra? Chắc biết đến tượng khuếch tán khí từ khu vực có nồng độ cao sang khu vực có nồng độ thấp Đối với hạt điện tương tự, cho bán dẫn loại n tiếp xúc với bán dẫn loại p chênh lệch nồng độ hạt điện mà lỗ trống khuếch tán từ miền p (miền có nồng độ lỗ trống tự cao) sang miền n (miền có nồng độ lỗ trống tự thấp) điện tử khuếch tán từ miền n (miền có nồng độ điện tử tự cao) sang miền p (miền có nồng độ điện tử tự thấp) - Tuy nhiên trình khuếch tán không xảy lâu Sau thời gian khuếch tán khu vực n phát điện tử nhiều khu vực p phát lỗ trống chạy đâu  hàng rào thiết lập: điện tử bỏ để lại miền mang điện dương (vì điện tử) lỗ trống bỏ để lại miền mang điện âm (vì lỗ trống)  điện trường hình thành để ngăn cản dòng khuếch tán  xuất thêm dòng dòng trôi điện tích không tác dụng điện trường  dòng trôi ngược chiều với dòng khuếch tán  trạng thái cân động Ikt = Itr (miền điện tích âm miền điện tích dương kết hợp với tạo thành GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 vùng điện tích không gian hay vùng nghèo  hạt điện vùng nên gọi vùng nghèo ) - Chú ý: có nhiều bạn nghĩ bán dẫn loại n có nhiều điện tử tự bình thường mang điện âm, bán dẫn loại p mang điện dương Chúng ta phải hiểu điện tử lỗ trống điện tử lỗ trống tự (tức di chuyển khối bán dẫn) tổng điện tích khối bán dẫn trung hòa (vì nguyên tố cấu thành lên chất bán dẫn trạng thái trung hòa mà chẳng nhẽ ghép nối phần tử trung hòa lại thành phần tử mang điện  very sai lầm)  - Hình mô tả chế khuếch tán hình thành vùng điện tích không gian Đường màu đỏ đường biểu diễn nồng độ lỗ trống đường màu xanh đường biểu diễn nồng độ điện tử Dễ thấy nồng độ lỗ trống giảm dần sang miền n nồng độ điện tử giảm dần sang miền p Ta thấy tồn hiệu điện nội (ΔV built-in) hai miền p n Hình Tiếp giáp p-n - Bây đặt hiệu điện vào tiếp giáp p-n điều xảy ra?  dễ thấy có hai trường hợp xảy là: GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011  Phân cực thuận: miền p nối với cực +, miền n nối với cực –  Phân cực ngược: miền p nối với cực -, miền n nối với cực + Hình Phân cực thuận Quá trình phân cực thuận có nghĩa ta đặt vào điện trường lớn ngược chiều với điện trường tiếp xúc (điện trường vùng nghèo)  dòng khuếch tán lớn  có nghĩa vùng nghèo điện tích bị co lại (giống ta thu hẹp khoảng cách hai tường lượng người nhảy qua tường tăng lên)  điện trở lớp tiếp giáp pn giảm Hình Phân cực ngược Quá trình phân cực thuận có nghĩa ta đặt vào điện trường lớn chiều với điện trường tiếp xúc (điện trường vùng nghèo)  vùng nghèo mở rộng  khiến cho hạt mang điện khó di chuyển qua  điện GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 trở tiếp giáp p-n lớn Như ta thấy trường hợp phân cực thuận có dòng điện chạy qua diode phân cực ngược điện trở lớn nên dòng chạy qua diode  cho dòng chạy theo chiều  tính chỉnh lưu diode (chỉnh lưu có nghĩa cho chạy qua theo chiều) - Đối với Diode quan tâm tới đường đặc trưng Vôn – Ampe  thông qua đường đặc trưng Vôn – Ampe mà biết chất lượng Diode  kỹ sư điện tử hay vật lý sau muốn học lên cao phải nắm vững Nửa trái chế độ phân cực ngược nửa bên phải trục I chế độ phân cực thuận Chú ý vùng phân cực ngược tồn hiệu điện gọi hiệu điện đánh thủng  gọi kiểu tức nước vỡ bờ, giun xéo quằn Nếu mà ta tiếp tục tăng hiệu điện phân cực ngược lớn (vặn cho sướng tay) diode bị ngỏm củ tỏi  Hình Đường đặc trưng V-A Diode b Transistor: - Transistor dụng cụ bán dẫn tổ hợp từ miền bán dẫn có độ dẫn điện khác nhau, miền có độ dày nhỏ (cỡ vài micro mét)  có hai loại npn pnp - Transistor thường có ba miền ứng với miền ba cực  Miền Base (miền giữa) – cực base (cực gốc)  Miền Emitter – cực Emitter (cực phát)  Miền Collector – Cực Collector (cực góp) GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 Hình Sơ đồ cấu tạo transistot npn  Dễ thấy có hai tiếp giáp pn transistor - Cấu tạo đơn giản vậy, hoạt động transistor nhiều bạn mơ hồ (mặc dù học qua từ thời phổ thông, học chơi nhiều nên kiến thức rơi rụng nhiều  ) Để transistor hoạt động theo sách hướng dẫn lớp tiếp xúc BE phải phân cực thuận, CB phải phân cực ngược  nhiều bạn lại không nhớ phân cực thuận phân cực ngược bị giáo viên hỏi liên tục  làm bi giờ? Chẳng nhẽ lựa chọn phương án 50% 50%  may rủi Cách nhớ dễ gắn với câu nói Để nhớ hoạt động transistor thường nhớ sau: Bé Tý Chưa Biết Nghịch  BETCBN (BE: tiếp giáp BE, T: thuận, CB: tiếp xúc CB, N: ngược quá dễ nhớ không nhầm) - Nhưng đến giáo viên hỏi BE phân cực thuận CB phân cực ngược rất nhiều bạn mắt chớp chớp miệng đớp đớp hi vọng trợ giúp đồng đội Nhìn sang đồng đội chả sáng sủa Chẳng nhẽ lại bảo sách bảo  trả lời kiểu xác định vườn Các bạn phải nhớ chất hai trình phân cực thuận ngược  Phân cực thuận: làm tăng dòng khuếch tán  Phân cực ngược: làm tăng dòng trôi Khi BE phân cực thuận có dòng điện tử phun từ miền E sang miền B (đây lý mà người ta gọi miền E – tiếng anh có nghĩa phát, phun) Khi GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 điện tử đến tập trung miền B vấn đề bắt đầu xuất hiện, miền B chật hẹp, điện trở suất lại lớn nên điện tử khó khăn việc di chuyển tới cực B  dòng IB nhỏ Tình hình căng thẳng, điện tử dồn miền B nhiều qua cực B lại  để giải tình trạng tắc nghẽn  lúc cánh C mở cách phân cực ngược lớp tiếp xúc CB(chú ý phân cực ngược lỡ tay mà phân cực thuận điện tử từ miền C lại dồn tiếp miền B  đông lại đông hơn) Đang tắc nghẽn xuất thoát hiểm điện tử ạt kéo qua cánh cổng C không cố chen vào cổng B trước Kết IC >> IB người ta xây dựng công thức thể mối quan hệ thay đổi IC IB là: Trong β số lớn, gọi hệ số khuếch đại  dễ thấy IB thay đổi lượng nhỏ khiến cho IC thay đổi lượng lớn  đặc tính khuếch đại transistor - Khi nghiên cứu transistor người ta thường quan tâm đến đường đặc trưng IC = f(IB)  gọi đường đặc tính truyền đạt transistor Đường có dạng: Hình Đặc tính truyền đạt transistor Ta thấy đường có hai miền OM (khuếch đại tuyến tính  đường thẳng dốc) MN (chế độ bão hòa  điện trở CE nhỏ)  ranh giới hai miền điểm M, M có thay đổi lớn điện trở CE nên ta sử dụng transistor công tắc đóng ngắt điện 3.2 Quá trình đo cần ý: GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 - Hình vẽ hệ máy mà tiến hành thí nghiệm Bộ thí nghiệm gồm có điện trở, dây nối, vôn kế, ampe kế tất nhiên thiếu diode transitor Hình Bộ thí nghiệm khảo sát tính chất diode transistor - Mọi thao tác lắp mạch, tháo mạch phải tiến hành đấu tắt nguồn (không đấu điện sống) a Đối với phần diode Hình 8a Phân cực thuận Hình 8b Phân cực ngược - Trong phần khảo sát đặc tính diode bạn phải làm hai phần khảo sát diode phân cực thuận phân cực ngược để vẽ đường đặc trưng VA Mạch dễ mắc cần ý mắc phân cực thuận cho (dựa vào kí hiệu diode để xác định đâu miền p đâu miền n (cái hi vọng GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 biết) Ngoài nhớ đừng quên điện trở bảo vệ, chọn thang đo cho phù hợp (Vôn kế 10V, ampe kế A2 10mA) - Khi mắc xong mạch nhớ mời giáo viên kiểm tra  ok đo tiếp - Đối với mạch phân cực thuận bạn thấy tăng U I tăng Còn phân cực ngược tăng U bạn không thấy I tăng  mà lần hướng dẫn có bạn giơ tay phát biểu ý kiến hùng hồn mạch có vấn đề em vặn mà chẳng thấy kim ampe quay  lộ rõ kiến thức nắm chưa rõ  gọi lại tỏ nguy hiểm  b Transistor: - Mạch vô phức tạp, mắc không cẩn thận hi sinh Ngoài bạn nên kiểm tra chỗ tiếp xúc xem chắn chưa Hình Sơ đồ mạch khảo sát  đến nhìn thấy hoa mắt *_* - Tuy nhiên, việc khó sợ không liều Chúng ta mắc theo thứ tự sau:  B1: Đấu thô trước  đấu điện trở transitor vào trước Chú ý đấu transistor phải để ý không dễ E lên C xuống Trên transistor ghi ký hiệu cực nên bạn mà lắp  B2: Bắt đầu đấu Ampe kế vôn kế vào  không khó Nhớ Vôn kế đấu vào CE để ý đến cực chút  B3: Đấu dây nguồn vào mạch  mời giáo viên kiểm tra  xong  Đừng hì hục đấu từ phải sang trái, tất nhiên đấu kiểu không khiến bạn bị loạn mắc mạch phức tạp GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com V2011 - Về số liệu  để kiểm tra số liệu có chuẩn không bạn phải để ý tới giá trị IB IC trường hợp đo Thông thường IB thường cách  kiểu IC bão hòa phải cách Xử lý số liệu: - Bài thí nghiệm có liên quan tới đồ thị  xác định ô sai số  vẽ đồ thị (nhớ thích kích thước đơn vị ô sai số, cạnh ô sai số có độ dài 2xΔU 2xΔI ΔU ΔI tự túc hạnh phúc   lỗi ô sai số nặng nên bạn phải ý Báo cáo mẫu: (chú ý số liệu mang tính chất tham khảo đồ thị dạng đồ thị chuẩn  copy nguyên 100% bị trả lại bài) GV: Trần Thiên Đức - http://ductt111.wordpress.com Dưới đồ thị chuẩn với đầy đủ ô sai số CHÚC MỌI NGƯỜI HỌC TỐT ^_^ V2011