Bài thí nghiệm số 7 đo ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEATSTONE

Bài thí nghiệm số – Nhóm 10 ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEATSTONE I MỤC ĐÍCH Nghiên cứu cầu WHEATSTONE, ứng dụng mach cầu WHEATSTONE để đo điện trở II LÝ THUYẾT C Cầu WHEATSTONE gồm điện trở biết Ro, R1, R2, điện trở chưa biết Rx, nguồn Ro nuôi chiều ampe kế A nối Rx I1 sơ đồ hình Khi ta đóng khố K K1 dịng điện từ nguồn phân nhánh vào điện trở R1 & Ro Ta có A thể điều chỉnh điện trở Ro, R1 R2 cho khơng có dịng qua điện kế V, lúc đó: tương tự, cường độ I3 nhanh AD cường độ I4 nhánh DB B - I3 I4 k1 R1 R2 D Cường độ I1 dòng điện nhánh AC cường độ I2 dòng điện nhánh CB: I2 + V k - + Hình Các điểm C D điện thế, ta có: Hay: VA - VC = VA - VD VC - VB = VD - VB (1) RoI1 = R1I3 (2) RxI2 = R2I4 (3) Chia phương trình (3) cho phương trình (2), ta có: Rx R2 = Ro R1  Rx = Ro R2 R1 (4) Từ phương trình (4), biết Ro tỷ số R2/R1 ta xác định Rx III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM TT Tên dụng cụ thí nghiệm Số lượng Nguồn ni hạ áp Đồng hồ đa HIOKI Mạch cầu WHEATSTONE 1 Biến trở Ro Dây điện trở 1m TT Chức Công tắc nguồn Lối 12V xoay chiều Lối 020V xoay chiều Lối 020V chiều Núm chỉnh điện áp 4 Nguồn ni hạ áp có lối ra: Đồng hồ đa HIOKI: Có chức đo tương ứng với dũng điện, điện áp chiều, xoay chiều điện trở Khi sử dụng chúc đo thỡ xoay công tắc chọn chức Màn hình thị kết Cơng tắc chọn chức đo Cực dương (Đo dòng DC, AC(µA, mA)) Cực dương (Đo điện áp DC, VC, điện trở) Cực dương (Đo dòng AC, DC (A)) Cực âm Biến trở Ro: cách ghép nối tiếp hộp điện trở có giai x 1, x 10, x 100, x 1K, x 10 K, x100 K, x1 M, cho phép ta thay đổi 1 từ đến 111111110 IV THỰC HÀNH Mắc mạch theo sơ đồ hình vẽ: Ro Rx C + V l1 Dây điện trở - l2 A B D Thanh gỗ Thước mét + - Đồng hồ đa HIOKI: vặn công tắc quay chọn thang đo điện áp chiều Bật công tắc nguồn nuôi, điều chỉnh núm cho điện áp lối nhỏ 1,5V Dịch chuyển điển tiếp xúc D để dòng qua vụn kế V Kết đo l1 l2 cho RX1 ghi vào bảng Tương tự điện trở RX2 RX1 mắc song song với RX2 Kết đo l1 l2 ghi vào bảng Bảng 1: Số lần đo RX1 l1 (cm) RX2 l2(cm) l1 (cm) Lần RX1// RX2 l2(cm) l1 (cm) l2(cm) Lần Lần Lần Lần V NHỮNG NỘI DUNG CẦN BÁO CÁO Cơ sở lý thuyết Kết thí nghiệm (Bảng số liệu) Tính giá trị l1 & l2 , suy tỷ số R R1 sau: l2 R2 l2 = S = R1 l1 l1  S  (5)  , S điện trở suất tiết diện dây điện trở Thay (5) vào phương trình (4) tính R x Tính sai số a Sai số tuyệt đối: Từ l , l , l , l R x , suy  R x b Sai số tỷ đối: = R x  100% Rx Kết viết dạng Rx = R x   R x Rx = R x   BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – NHĨM 10 Bài thí nghiệm số 07: ĐO ĐIỆN TRỞ CẦU WHEATSON Họ tên sinh viên Mã số SV: Lớp:…… Những người làm cùng: Bảng 1: Kết đo Rx1 Lần đo R0 = 100  R0 = 150  l1 (cm) l2 (cm) l1 (cm) l2 (cm) l1 (cm) l2 (cm) 50.5 49.5 59.6 40.4 67.1 33.0 50.5 49.6 60.1 39.9 67.1 33.0 50.4 49.6 59.7 40.3 67.1 32.9 50.4 49.6 60.4 39.6 67.2 32.8 49.6 50.4 59.7 40.3 66.8 33.2 _ _ l1 =  l2 =  l  l Bảng 2: Kết đo Rx2 R0 = 10  Lần đo l1 (cm) l2 (cm) l1 =  l2 =  l1 = R0 = 20   l2 =  R0 = 30  l1 (cm) l2 (cm) l1 (cm) l2 (cm) 50.5 49.6 67.2 32.8 75.3 24.7 50.1 49.9 67.2 32.8 74.5 25.5 49.8 50.2 66.9 33.1 74.6 25.4 50.1 49.9 67.0 33.0 74.9 25.1 49.6 50.4 67.4 32.6 75.2 24.8 _ _ l1 =  l2 =  l  l Bảng 3: Kết đo Rx3 R0 = 10  Lần đo l1 (cm) l2 (cm) l1 =  l2 =  l1 = R0 = 20   l2 =  R0 = 30  l1 (cm) l2 (cm) l1 (cm) l2 (cm) 52.5 47.5 68.7 31.3 76.7 23.3 52.5 47.5 68.7 31.3 76.7 23.3 52.5 47.5 68.7 31.3 76.7 23.3 52.5 47.5 68.7 31.3 76.7 23.3 52.5 47.5 68.7 31.3 76.7 23.3 _ R0 = 200  _ l  l l1 =  l2 =  l1 =  δRo = 1% l2 =  l1 =  l2 =  Ngày …… tháng …… năm ……… Xác nhận giáo viên hướng dẫn thí nghiệm Bài thí nghiệm số 10 – Nhóm 10 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Vẽ đặc tuyến tĩnh transistor, xác định hệ số khuếch đại transistor II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc transistor - Bán dẫn chất có điện trở suất lớn kim loại nhỏ điện môi, thành phần hạt mang điện bao gồm electron lỗ trống Bán dẫn pha tạp chất bán dẫn pha lẫn tạp chất Tuỳ vào chất pha tạp nồng độ pha tạp mà độ dẫn điện bán dẫn tăng lên hàng vạn, hàng triệu lần Bán dẫn pha tạp chia thành hai loại: loại p (positive), loại n (negative) Bán dẫn loại p có thành phần hạt mang điện lỗ trống, loại n có thành phần mang điện electron - Transistor dụng cụ bán dẫn cấu tạo từ C ba phần có tính dẫn điện khác Nếu phần C B p n p bán dẫn loại p hai bên bán dẫn loại a E n (ta có transistor NPN), phần bán B E dẫn loại n hai bên bán dẫn loại p (ta có C transistor PNP) Transistor có miền bán dẫn: emitơ, bazơ, colector Theo thói quen ta thường b E C B n p n gọi transistor loại PNP phân cực thuận, NPN B E phân cực ngược Khi vẽ transistor ta cần ý đến ký hiệu mũi tên để phân biệt hai loại Hình Cấu tạo, ký hiệu loại transistor a Transistor loại PNP (thuận) transistor b Transistor loại NPN (nghịch) - Miền emitor miền có nồng độ tạp chất lớn nhất, điện cực nối với miền gọi điện cực E (cực phát) Miền bazơ có nồng độ tạp chất nhỏ bề dày nhỏ (cỡ m tới nm), điện cực nối với miền gọi B (cực gốc) Miền colector có nồng độ tạp chất trung bình, điện cực nối với miền C (cực góp) Tiếp giáp p-n miền E B gọi tiếp giáp emitơ (JE), miền C B gọi tiếp giáp colector (JC) IC C - Để transistor làm việc ta phải dùng hai điện áp ngồi đặt vào ba cực nó, tức phải phân cực cho Ở P chế độ khuếch đại tiếp giáp emitơ JE phải phân Etx + + cực thuận để mở cho hạt dẫn xuất phát, JC tiếp giáp colector JC phải phân cực ngược để tạo IB UCE N điện trường gia tốc cho hạt dẫn chạy đến B + Etx cực C hình thành dịng điện chạy qua transistor JE - Để phân tích nguyên lý làm việc ta lấy transistor PNP + + + UBE làm ví dụ Do JE phân cực thuận trạng thái mở, hạt (lỗ trống) từ miền E chạy qua JE tạo nên P dòng emitor (IE), chúng tràn qua miền bazơ hướng tới E JC Trong trình khuếch tán số lỗ trống bị tái IE hợp với điện tử miền B tạo nên dịng bazơ (IB) Hình Minh hoạ ngun lý làm việc Do miền B cấu tạo mỏng nên hầu hết lỗ transistor PNP chế độ khuyếch đại - trống (hạt miền E) khuếch tán đến bờ JC điện trường gia tốc (do JC phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền C đến cực C tạo thành dòng colector (IC) - Mối quan hệ dòng điện transistor là: I E = I B + IC - Để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán hạt tràn qua miền B, người ta định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện transistor:  = I C / I E Hệ số  bé có giá trị gần transistor tốt - Để đánh giá tác dụng điều khiển dòng IB tới dòng IC người ta định nghĩa hệ số khuếch đại K transistor mắc E chung: K= IC IB (hệ số khuếch đại K có giá trị từ vài chục đến vài trăm lần) - Ta có mối quan hệ  = K K +1 Ba cách mắc mạch transistor - Khi dùng transistor để khuếch đại, tín hiệu điện đưa vào hai điện cực lấy từ hai điện cực Trong điện cực nối chung cho đầu vào đầu điện cực chung Về nguyên tắc cực nối chung phải nối với đất mặt điện xoay chiều để lấy làm so sánh điện áp lối điện áp lối vào Có cách mắc là: mắc emitơ chung, mắc bazơ chung, mắc colector chung IC IB IC IE Ura Uvµo IE Ura IB IE IB Ura Uvµo IC (a) (b) (c) Hình Ba cách mắc transistor a Mắc emitơ chung b Mắc bazơ chung c Mắc colector chung A Các họ đặc tuyến tĩnh transistor - Khi tính tốn thiết kế mạch điện dùng transistor ta cần biết thông số kỹ thuật transistor thơng qua đặc tuyến tĩnh Sau ta xét cụ thể cách mắc emitơ chung - Có họ đặt tuyến tĩnh transistor: đặc tuyến tĩnh vào, đặc tuyến tĩnh ra, đặc tuyến tĩnh truyền đạt a Họ đặc tuyến tĩnh vào transistor - Đặc tuyến tĩnh vào transistor đồ thị mô tả phụ thuộc dòng IB vào hiệu điện UBE hiệu điện UCE giữ không đổi ( I B = f (U BE ) U CE = const ) 40 UCE=2V 30 IB 20 UCE=4V 10 0,2 0,4 0,6 UBE V Hình Họ đặc tuyến tĩnh vào transistor - Với giá trị khơng đổi UCE ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành họ đặc tuyến tĩnh vào transistor Các đặc tuyến có dạng hình vẽ bên A b Họ đặc tuyến tĩnh transistor - Đặc tuyến tĩnh transistor đồ thị mô tả phụ thuộc dòng điện IC hiệu điện thể UCE dòng điện IB giữ không đổi ( IC = f (U CE ) I B = const ) IB=50A UCE=4V IC IB=40A IB=30A IB=20A UCE=1V - Với giá trị không đổi IB ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành học đặc tuyến tĩnh transistor A 50 40 30 20 10 IB=10A V IB UCE c Họ đặc tuyến tĩnh truyền đạt transistor Hình Họ đặc tuyến tĩnh transistor - Đặc tuyến tĩnh truyền đạt đồ thị mơ tả phụ thuộc dịng điện IC vào IB UCE giữ không đổi ( IC = f ( I B ) U CE = const ) - Với giá trị không đổi IB ta có đặc tuyến, đặc tuyến họp thành họ đặc tuyến tĩnh transistor - Họ đặc tuyến tĩnh truyền đạt suy từ họ đặc tuyến tĩnh III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Transistor sử dụng transistor loại NPN có ký hiệu BD 138 Các cực E, B, C có chân cắm thích hợp với bảng điện Bảng điện DIN A bảng phẳng có lỗ cắm dùng để thiết kế mạch điện (panel) Trên bảng có điểm giống nhau, điểm gồm nhiều lỗ cắm (9 lỗ) tiếp xúc điện với nhau, điểm cách điện với Đồng hồ đo điện đa (2 chiếc) - Trong ta sử dụng chức vôn kế ampe kế chiều Khi sử dụng đồng hồ cần ý chọn giá trị thang đo hợp lý (dịng IB thường nhỏ, khơng vượt q 50A) Nguồn điện chiều - Nguồn cấp điện chiều có hai lối Một lối có hai cực +, − với hiệu điện cố định 5V, lối có cực −, 0, + với hiệu điện thay đổi nhờ triết áp hiển thị hình tinh thể lỏng Các dụng cụ khác: - Điện trở 1k, biến trở có giá trị biến thiên từ đến 220 nhờ triết áp xoay vòng, dây nối coi có điện trở khơng đáng kể Các dụng cụ có chân cắm thích hợi với bảng điện IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Xác định đặc tuyến tĩnh vào transistor 1k IC + + 5V - + 220 - Mắc mạch điện theo sơ đồ hình Một đồng hồ vạn sử dụng chức đo cường độ dòng điện chiều (ampe kế), sử dụng chức đo hiệu điện chiều (vôn kế) - Cần ý dịng IB thường nhỏ (nhỏ 50A, khơng để vượt giá trị này), hiệu điện UBE thay đổi nhờ biến trở 220, có giá trị khoảng từ đến 0,7V Căn vào thơng số A IB V - Hình Sơ đồ mạch điện xác định đặc tuyến tĩnh vào transistor IE o Xác định đặc tuyến tĩnh transistor 1k Lối có điều khiểu UCE hiển thị để chọn thang đo đồng hồ cho hợp lý - Hiệu điện UCE giữ cố định 5V, thay đổi hiệu điện UBE cách xoay triết áp biến trở 220 xem giá trị vôn kế Đặt + A giá trị UBE bảng 1, ghi giá trị IB tương ứng Lặp lại phép đo lần kết ghi vào I bảng + + + C A IB 5V - 220 I - Mắc mạch theo sơ đồ hình Trong phần ta sử dụng hai nguồn điện Hai đồng hồ vạn sử dụng chức đo cường độ dịng Hình Sơ đồ mạch điện xác định đặc điện chiều (ampe kế) tuyến tĩnh transistor - Cần ý dòng IB thường nhỏ (nhỏ 50A, không để vượt giá trị này), dòng IC cỡ mA, hiệu điện UCE cho biến đổi từ đến 2,5V Ta tiến hành xác định đặc tuyến tĩnh transistor với giá trị 10A, 20A, 30A dòng IB - Để tiến hành đo, đặt U CE = 3V , đặt I B = 10  A cách xoay triết áp biển trở 220 Ghi E giá trị IC Sau giảm UCE đến giá trị bảng ghi giá trị IC tương ứng Lặp lại phép đo lần Làm tương tự với giá trị khác IB, kết ghi vào bảng - Chú ý: thay đổi UCE tới giá trị nhỏ dịng IB tăng lên, ta phải xoay triết áp + biến trở 220 để giữ không đổi IB, sau đọc A IC) - 1k - Mắc mạch điện theo sơ đồ hình Trong phần ta sử dụng nguồn điện 5V cố định Hai đồng hồ vạn sử dụng chức đo cường độ dòng điện chiều (ampe kế) - Giữ không đổi U CE = V, thay đổi IB giá trị bảng 3, ghi giá trị IC tương ứng Lặp lại phép đo lần, kết ghi vào bảng + IC + 5V - A IB 220 Xác định đặc tuyến tĩnh truyền đạt IE Hình Sơ đồ mạch điện xác định đặc tuyến tĩnh truyền đạt transistor V NỘI DUNG CẦN BÁO CÁO - Báo cáo thí nghiệm viết theo phần sau: I Mục đích thí nghiệm - Trình bày ngắn gọn mục đích thí nghiệm II Cơ sở lý thuyết - Trình bày sơ lược cấu tạo, phân loại transistor - Trình bày sơ lược họ đặc tuyến tĩnh transistor III Kết thực nghiệm - Trình bày theo mục phần thí nghiệm - Trong phần, nêu sơ lược cách đo, bảng số liệu, tính giá trị đo Từ bảng số liệu tính tốn vẽ đặc tuyến tĩnh, nhận xét (các đồ thị phải vẽ rõ ràng, vẽ tay giấy vẽ đồ thị vẽ máy tính Đồ thị trình bày thứ tự phần) - Trong phần 3, sau vẽ xong tuyến tĩnh truyền đạt nhận xét, xác định hệ số khuếch đại transistor (với số liệu đo bảng 3) Trong phần lưu ý cách lấy sai số giá trị IB Với cặp giá trị IB IC ta tính giá trị K viết dạng K = K  K , với cặp giá trị ta tính giá trị K Lấy trung bình cộng giá trị ta kết cuối phép đo viết song song hai dạng K = K  K ; K = K   % IV Nhận xét - Nhận xét kết thí nghiệm, nêu nguyên nhân dẫn đến sai số - Ý kiến đề nghị để thí nghiệm tốt (nếu có) Lưu ý: - Bảng kết thực nghiệm phải xác nhận giáo viên hướng dẫn thí nghiệm, phải ghi rõ ràng, khơng tẩy xố (có thể ghi nháp trước, thấy kết hợp lý, chắn ghi vào bảng) Bảng kết phải đóng vào cuối báo cáo thí nghiệm 10 BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – NHĨM 10 Bài thí nghiệm số 10 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR Họ tên sinh viên: Mã số SV: Lớp: Những người làm cùng: Bảng Kết đo IB theo giá trị UBE tương ứng bảng, đơn vị V ( U CE = V) Lần đo 0,00 0,20 0,40 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0 16 36 0 16 36 0 16 37 I B  I B IB =  IB =  IB = IB =  IB =   IB = IB =   IB =  Bảng Kết đo IC với giá trị UCE (V) ( I B = 10A , IB = 20A , IB = 30A ) I B Lần đo 10 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,5 0.00 0.60 1.15 1.05 1.05 1.10 1.10 1.20 0.00 0.65 1.05 1.15 1.05 1.05 1.05 1.10 0.00 0.65 1.10 1.15 1.10 1.05 1.05 1.10 I C  I C 20  IC =  IC =  IC = IC =   IC =  IC =  IC = 0.00 1.15 2.25 2.25 2.25 2.15 2.30 2.15 0.00 1.15 2.25 2.20 2.15 2.30 2.20 2.25 0.00 1.10 2.15 2.20 2.25 2.15 2.25 2.20 I C  I C 30 IC = IC =  IC =  IC =  IC =  IC =  IC =  IC =  IC = 0.00 1.60 3.35 3.25 3.35 3.35 3.40 3.40 0.00 1.60 3.25 3.30 3.35 3.25 3.40 3.30 0.00 1.60 3.30 3.25 3.30 3.30 3.30 3.40 I C  I C I C =  IC =  IC =  IC = IC =   IC =  IC =  IC =    Bảng Kết đo IC theo giá trị IB bảng, đơn vị A ( U CE = V) Lần đo 10 20 30 40 50 1.20 2.25 3.30 4.35 5.55 1.15 2.15 3.35 4.40 5.55 1.10 2.20 3.40 4.45 5.45 I C  I C IC =  IC =  IC =  IC =  IC =  Ngày …… tháng …… năm ………………… Xác nhận giáo viên hướng dẫn thí nghiệm 11 ... Lần đo l1 (cm) l2 (cm) l1 =  l2 =  l1 = R0 = 20   l2 =  R0 = 30  l1 (cm) l2 (cm) l1 (cm) l2 (cm) 52.5 47. 5 68 .7 31.3 76 .7 23.3 52.5 47. 5 68 .7 31.3 76 .7 23.3 52.5 47. 5 68 .7 31.3 76 .7 23.3... 50.5 49.6 67. 2 32.8 75 .3 24 .7 50.1 49.9 67. 2 32.8 74 .5 25.5 49.8 50.2 66.9 33.1 74 .6 25.4 50.1 49.9 67. 0 33.0 74 .9 25.1 49.6 50.4 67. 4 32.6 75 .2 24.8 _ _ l1 =  l2 =  l  l Bảng 3: Kết đo Rx3 R0... 40.4 67. 1 33.0 50.5 49.6 60.1 39.9 67. 1 33.0 50.4 49.6 59 .7 40.3 67. 1 32.9 50.4 49.6 60.4 39.6 67. 2 32.8 49.6 50.4 59 .7 40.3 66.8 33.2 _ _ l1 =  l2 =  l  l Bảng 2: Kết đo Rx2 R0 = 10  Lần đo