BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÍ BÁN DẪN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Điện – Điện tử BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÍ BÁN DẪN GVHD: NGUYỄN PHẠM MINH LUÂN Lớp L12 – Nhóm 03 SINH VIÊN THỰC HIỆN Ngô Dương Anh Kiệt 1913873 Nguyễn Đại Phúc 1914690 Hồ Xuân Tuấn 1915759 NĂM 2019-2020 BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C MỤC TIÊU:  Nắm cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo  Nắm đặc tính linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm  Thiết lập mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn cảm CHUẨN BỊ:  Chuẩn bị PreLab nộp cho giáo viên trước vào lớp THÍ NGHIỆM Mục tiêu Đọc kiểm chứng giá trị điện trở Yêu cầu Đọc giá trị điện trở R1, R2, R3, R4 theo vịng màu, sau kiểm chứng giá trị thực R1, R2, R3, R4, R6, R7 VOM BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C Đo giá trị biến trở VR5 Các kết điền vào bảng R1 R2 R3 R4 R6 R7 VR5 Đọc 220±5 % 1000±5 % 2000±1 % 10±5 % 1000 1500 11000 Đo 217 1.36% 994 1482 10350 0.6% 1.2% 5.91% Sai số 983 1,7% 1980 1% 10 0% Kiểm tra Xác định sai số kết đọc đo Sai số có với vịng màu sai số điện trở hay khơng THÍ NGHIỆM Mục tiêu Khảo sát mạch R-C, từ suy giá trị tụ điện Yêu cầu Kết nối máy phát sóng oscilloscope sau: Kiểm tra BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh dao động ký để có dạng sóng xác Quan sát điện áp tụ C2 dao động ký Biên độ điện áp tụ C2 bao nhiêu? Biên độ điện áp tụ C2 U C2  200mV Từ đó, giá trị C2 bao nhiêu? Trình bày cách tính U U Z  C2  C2 I C2 U  R2  Z 2 C2 0.2 9832  Z C2  200.654 C 2 1000C  C  8.107 F Z  Thời gian nạp/xả tụ 1 T  R C   2 f 1000 C   1,02.106 F 1000.983 Giá trị in C2 bao nhiêu? Từ suy sai số giá trị lý thuyết giá trị thực Giá trị in C2 Sai số: C2theory  10 6 F C  C2theory  C2  106  8.107  2.107 Vẽ lại dạng sóng ngõ vào tụ C1 Hai sóng có tương quan phase nào? Giải thích: Dạng song ngõ tụ C2 chậm pha so với sóng ngõ vào tụ mạch điện xoay chiều R-C nối tiếp C có tính dung BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ tụ thay đổi nào? Giải thích -Khi tăng tần số tín hiệu vào biên độ tụ giảm giảm tần số tín hiệu vào biên độ tụ tăng Ta có tần số tỉ lệ nghịch với biên độ tự theo công thức sau: U C  U IN Z C  R  Z2 C U IN R2 1 ZC U IN  R2    2 fC    1 Tần số dòng điện lớn trở kháng tụ nhỏ, cường độ dịng điện hiệu dụng mạch lớn ngược lại Với dịng điện chiều, tụ điện có trở kháng dương vơ Đặc tính ứng dụng mạch truyền tín hiệu Chuyển tín hiệu Vin thành xung vuông tần số 1Khz, biên độ 2V Vẽ dạng sóng Vin dạng sóng tụ điện THÍ NGHIỆM Mục tiêu Lặp lại thí nghiệm để đo giá trị tụ C3 BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C Yêu cầu Kết nối R2 với tụ C3 Kiểm tra Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh dao động ký để có dạng sóng xác Quan sát điện áp tụ C3 dao động ký Biên độ điện áp tụ C3 bao nhiêu? Biên độ điện áp tụ C3 U C  75mV Từ đó, giá trị C3 bao nhiêu? Trình bày cách tính Z C3  U C3  I U C3 U R2  Z C3 Z 0.075 9832  Z C3  73.9332 2 1000C   2.10 F C3 C   Đọc giá trị in tụ C3 Giá trị điện áp tối đa theo lý thuyết C3 bao nhiêu? C3theory  10.106 F Giá trị điện áp tối đa theo lý thuyết C3 U 3theory  50V THÍ NGHIỆM Mục tiêu Khảo sát mạch R-L, từ suy giá trị cuộn cảm Yêu cầu BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C Kết nối máy phát sóng sau Dùng kênh oscilloscope đo dạng sóng Vin, kênh đo dạng sóng L5 Kiểm tra Chỉnh máy phát sóng phát sóng sine, tần số 1000Khz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh dao động ký để có dạng sóng xác Quan sát điện áp cuộn dây L5 dao động ký Biên độ điện áp cuộn dây L5 bao nhiêu? Biên độ điện áp cuộn dây L5 U L5  0.9999V Từ đó, giá trị L5 bao nhiêu? Trình bày cách tính Z L5  U L5 I  U L5 U  R  Z L52  Z L5  2 106 L5  707.054  L5  1,125.104 H 0.9999 102  Z L52 BÀI TN KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C Vẽ lại dạng sóng ngõ vào L5 Hai sóng có tương quan phase nào? Giải thích Dạng sóng ngõ vào L5 Sóng ngõ vào trễ pha so với sóng ngõ mạch điện xoay chiều, điện áp cuộn dây urL sớm pha điện áp hai đầu đoạn mạch Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ L5 thay đổi nào? Giải thích Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào biên độ L5 tăng giảm tương ứng Ta có tần số biên độ cuộn cảm tỉ lệ thuận theo công thức: UL  U IN Z L R  Z L2  U IN R2 1 ZL  U IN R2  2 fL  1 ZL tăng UL tăng ngược lại, ZL giảm UL giảm Uin R cố định Mà ZL tỉ lệ thuận với f nên tăng giảm tần số tín hiệu vào biên độ L5 tăng/giảm tương ứng BÀI TN KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU ZENER MỤC TIÊU:  Nắm cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo  Nắm đặc tính linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang diode zener  Thiết lập mạch ổn áp đơn giản CHUẨN BỊ:  Chuẩn bị prelab  Xem lại cách sử dụng dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng THÍ NGHIỆM Mục tiêu Khảo sát đặc tính diode miền thuận Yêu cầu 10 BÀI TN KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU ZENER Kết nối nguồn điện thay đổi 0-20V vào diode D1, dùng VOM chế độ đo mA kết nối D1 R1 Dùng VOM chế độ đo điện áp đo điện áp vào Vin, VOM khác đo điện áp đầu diode Nếu thiếu VOM dùng VOM đo điện áp Vin sau đo điện áp diode Kiểm tra Chỉnh điện áp Vin vị trí nhỏ bật nguồn Tăng dần Vin ghi giá trị đo vào bảng sau Vin (V) 10 12 14 16 18 Id (mA) 1.39 3.34 5.3 7.27 9.25 11.23 13.22 15.21 17.27 Vd (V) 0.599 0.642 0.664 0.679 0.69 0.699 0.706 0.713 0.718 Vẽ đặc tuyến thuận diode D1 BÀI TN KHẢO SÁT BJT Nhận xét: Khi tăng điện áp VCE điện áp ngưỡng giảm, đặc tuyến ngõ vào có xu hướng tăng độ dốc, dịng điện IB có tốc độ tăng nhanh theo dạng hàm số mũ tương tự diode phân cực thuận THÍ NGHIỆM Mục tiêu Khảo sát đặc tuyến ngõ BJT npn Chuẩn bị Chỉnh nguồn biến đổi 0-20V nhỏ (0V) Chỉnh biến trở VR2 vị trí nhỏ Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-20V vào mạch Các VOM kết nối hình vẽ Tiến hành Bật nguồn Chỉnh dịng điện IB cố định 20uA, thay đổi Vin để có giá trị VCE theo bảng sau Điền giá trị tương ứng dòng IC VCE 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V Ic (mA) 1.83 5.36 5.84 5.97 6.00 6.03 6.06 6.09 6.12 Lặp lại thí nghiệm với IB= 25uA IB=30uA VCE 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V Ic (mA) 2.27 6.56 7.23 7.43 7.47 7.51 7.55 7.59 7.63 VCE 0.1V 0.2V 0.3V 0.5V 0.7V 1V 1.5V 2V 2.5V Ic (mA) 2.78 7.72 8.63 8.91 8.97 9.03 9.09 9.15 9.21 Vẽ đặc tuyến ngõ IC-VCE ứng với trường hợp 28 BÀI TN KHẢO SÁT BJT 10 Ic (mA) IB=20 uA IB=25 uA IB=30 uA 0 0.5 1.5 2.5 Vce (V) Nhận xét tương quan đặc tuyến Ước tính điện áp Early Cùng giá trị VCE, tăng dòng điện IB IC tăng Cả ba đặc tuyến có vùng bão hòa chung nằm khoảng từ 0V – 0.3V, vùng này, IC tăng nhanh theo VCE Khi sang vùng hoạt động, IC tăng VCE tăng chậm Điện áp Early điểm nằm trục hoành mà phần kéo dài đường đặc tuyến miền khuếch đại qua V  Ước tính điện áp Early: A THÍ NGHIỆM Mục tiêu Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung Chuẩn bị Đọc dùng VOM xác định lại giá trị điện trở Điện trở R9 R10 R11 R12 R13 Giá trị (kΩ) 100 9.95 9.88 0.993 9.87 29 BÀI TN KHẢO SÁT BJT Kết nối mạch Hình Nguồn cấp Vin 12V Chỉnh nguồn tín hiệu Vs có biên độ 1V, tần số 1Khz Sau giảm biên độ Vs 0V Dùng VOM đo điện áp cực C E Q3 Dùng kênh dao động ký đo dạng sóng Vs, kênh đo dạng sóng cực C Q3 TP 16 R 12 1K 47K VR TP 17 TP 18 TP 23 TP 24 R 11 TP 22 C TP 20 Q C 1815 10uF R 13 10K R 10 10K 10uF TP 25 TP 19 1 10K C R 120K TP 26 TP 21 TP 27 TP 28 TP 29 Hình 6: Sơ đồ mạch khuếch đại E chung Hình 7: Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại E chung Tiến hành Bật nguồn Chỉnh biến trở VR8 để VCE = 6V Tăng dần biên độ Vs Xác định biên độ tối đa Vs để ngõ không bị méo dạng (max swing) Nếu dạng sóng ngõ bị méo dạng đầu hình sine, chỉnh biến trở R8 để thay đổi phân cực cho đạt max swing Vẽ dạng sóng v s vce hệ tọa độ 30 BÀI TN KHẢO SÁT BJT Xác định độ lợi mạch khuếch đại max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết  AV= 5.5 =11 0.5 Tắt nguồn, đo giá trị VR8 max swing kiểm chứng lại so với lý thuyết Kết nối tải R13 vào mạch Chuyển kênh dao động ký sang đo dạng sóng ngõ R3 Nhận xét Chỉnh lại Vs cho đạt max swing trường hợp có tải R13 Xác định độ lợi Vs Max Swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết  AV= 5.8 =10.74 0.54 31 BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET MỤC TIÊU:  Nắm cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo  Nắm đặc tính linh kiện MOSFET  Khảo sát mạch đóng/ngắt, mạch khuếch đại dùng MOSFET CHUẨN BỊ:  Đọc chương chương tài liệu hướng dẫn  Xem lại cách sử dụng công cụ đo VOM, DVM Oscilloscope (dao động ký - dđk) THÍ NGHIỆM Mục tiêu Xác định đặc tuyến ID theo VGS, xác định điện áp ngưỡng VT hệ số knW/L miền bão hòa 31 BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET Lý thuyết Trong miền bão hịa, ta có cơng thức: Do đó, ta vẽ đặc tuyến ID ID  ,W kn (VGS  VT ) L theo VGS, hệ số góc đặc tuyến ,W kn L Yêu cầu Kết nối mạch hình sau Chỉnh nguồn điện Vin 0V Lưu ý cực G MOSFET kết nối vào cực D, MOSFET ln hoạt động chế độ bão hịa Hãy giải thích Cực G được nối vào cực D => G ≡ D=¿ V GS MOSFET hoạt đô ̣ng ở chế đô ̣ bão hoà TP R 3 /5 W TP6 1 TP TP TP9 TP 31 TP 10 1 1 Q BS170 TP 11 TP 32 TP12 32 BÀI TN KHẢO SÁT BJT Hình Sơ đồ kết nối khảo sát đặc tuyến 21 ID - VGS BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET Kiểm tra Tăng dần điện áp Vin bắt đầu xuất dòng điện Id Ghi nhận điện áp VGS lúc Đó điện áp ngưỡng VT VT= 1.8 (V) Tăng dần điện áp Vin để VGS tăng nấc 0.1V Ghi nhận giá trị dòng điện ID VGS VGS VT VT+0.1 VT+0.2 VT+0.3 VT+0.4 VT+0.5 VT+0.6 VT+0.7 VT+0.8 VGS 1.796 1.896 1.994 2.090 2.181 2.264 2.337 2.401 2.455 ID 0.01 0.02 0.05 0.15 0.41 0.91 1.71 2.78 4.12 ID Vẽ đặc tuyến ID theo VGS tìm hệ số knW/L Hê ̣ số góc tiếp tuyến : ,W kn L 33 BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu xấp xỉ phương trình của đă ̣c tuyến thành đường thẳng : √ I D =−0.4102+0.3549 V GS  Hê ̣ số góc a = 0.3549 = √ W W K ' n =K ' n =0.2519 L L THÍ NGHIỆM Mục tiêu Xác định đặc tuyến IDS-VDS, xác định điện trở r0 hệ số điều chế chiều dài kênh λ Lý thuyết Khi bão hòa, tương quan dịng điện ước tính sau ID  ,W kn (VGS  VT ) 2 L Giá trị thực tế sai lệch so với cơng thức Cơng thức xác sau ID  ,W kn (VGS  VT ) (1  VDS ) L λ gọi hệ số điều chế chiều dài kênh, có giá trị nhỏ khoảng 0.02 (V-1) Điện trở ngõ ro tính theo cơng thức: ro  Với V  A  ID ID VA   điện áp Early Chuẩn bị Mắc mạch hình vẽ 34 BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET Chỉnh VGS Vin mức thấp Một VOM đo dòng điện Id tầm mA, VOM đo dòng điện áp VDS, VOM đo điện áp VGS Tiến hành Bật nguồn Chỉnh VGS = 2V Chỉnh Vin cho V DS đạt giá trị bảng sau Ghi nhận giá trị ID VDS(V) 0.5 1.5 2.5 Id (mA) 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 Lặp lại thí nghiệm với VGS = 2.5 V VDS(V) 0.5 1.5 2.5 Id (mA) 5.33 8.98 11.65 13.54 14.93 14.2 37 BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET Vẽ đặc tuyến Xác định điện trở ngõ ro V DS = 3V (nghịch đảo hệ số góc VDS = 3V) Xác định điện áp Early VA hệ số điều chế chiều dài kênh λ ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………… THÍ NGHIỆM Mục tiêu Khảo sát MOSFET hoạt động Switch Chuẩn bị Đọc xem điện trở R9 có giá trị kiểm chứng lại VOM R9= 47000Ω Chỉnh nguồn điện 5V kết nối mạch hình vẽ 37 BÀI TN KHẢO SÁT MOSFET Tiến hành Bật nguồn Led D1 lúc sang hay tắt? Lúc MOSFET hoạt động miền nào? Vì - Led D1 : Sáng - MOSFET hoạt đô ̣ng ở miền tuyến tính (Triode) Vì: V Ds< V GS−V T Tháo rời dây nối R9 nguồn 5V Led D1 lúc sang hay tắt? Lúc MOSFET hoạt động miền nào? Vì - Led D1 : Sáng - MOSFET hoạt đô ̣ng ở miền tắt Vì: V GS