- Khi ta nối nguồn điện một chiều cú suất điện động E, điện trở trong rvới điện trở
2.5.4. Xõy dựng bài thớ nghiệm Dũng điện trong chất bỏn dẫn
Đề tài 1: Khảo sỏt đường cong đặc trưng của Điốt silic
* Mục đớch thớ nghiệm
Dựng thực nghiệm đưa ra đường cong đặc trưng V – A của điốt silớc.
Điốt bỏn dẫn là cỏc linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phộp dũng điện đi qua nú theo một chiều mà khụng theo chiều ngược lại, sử dụng cỏc tớnh chất của cỏc chất bỏn dẫn.
Cú nhiều loại điốt bỏn dẫn, như điốt chỉnh lưu thụng thường, điốt Zener, LED. Chỳng đều cú nguyờn lý cấu tạo chung là một khối bỏn dẫn loại P ghộp với một khối bỏn dẫn loại N.
Khối bỏn dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tớch dương nờn khi ghộp với khối bỏn dẫn N (chứa cỏc điện tử tự do) thỡ cỏc lỗ trống này cú xu hướng chuyển động khuếch tỏn sang khối N. Cựng lỳc khối P lại nhận thờm cỏc điện tử (điện tớch õm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tớch điện õm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tớch điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Ở biờn giới hai bờn mặt tiếp giỏp, một số điện tử bị lỗ trống thu hỳt và khi chỳng tiến lại gần nhau, chỳng cú xu hướng kết hợp với nhau tạo thành cỏc nguyờn tử trung hũa. Quỏ trỡnh này cú thể giải phúng năng lượng dưới dạng ỏnh sỏng (hay cỏc bức xạ điện từ cú bước súng gần đú).
Sự tớch điện õm bờn khối P và dương bờn khối N hỡnh thành một điện ỏp gọi là điện ỏp tiếp xỳc (UTX). Điện trường sinh ra bởi điện ỏp cú hướng từ khối n đến khối p nờn cản trở chuyển động khuếch tỏn và như vậy sau một thời gian kể từ lỳc ghộp 2 khối bỏn dẫn với nhau thỡ quỏ trỡnh chuyển động khuếch tỏn chấm dứt và tồn tại điện ỏp tiếp xỳc. Lỳc này ta núi tiếp xỳc P-N ở trạng thỏi cõn bằng. Điện ỏp tiếp xỳc ở trạng thỏi cõn bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bỏn dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bỏn dẫn Ge.
Hai bờn mặt tiếp giỏp là vựng cỏc điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nờn quỏ trỡnh tỏi hợp thường xảy ra ở vựng này hỡnh thành cỏc nguyờn tử trung hũa. Vỡ vậy vựng biờn giới ở hai bờn mặt tiếp giỏp rất hiếm cỏc hạt dẫn
điện tự do nờn được gọi là vựng nghốo. Vựng này khụng dẫn điện tốt, trừ phi điện ỏp tiếp xỳc được cõn bằng bởi điện ỏp bờn ngoài. Đõy là cốt lừi hoạt động của điốt.
Nếu đặt điện ỏp bờn ngoài ngược với điện ỏp tiếp xỳc, sự khuyếch tỏn của cỏc điện tử và lỗ trống khụng bị ngăn trở bởi điện ỏp tiếp xỳc nữa và vựng tiếp giỏp dẫn điện tốt. Nếu đặt điện ỏp bờn ngoài cựng chiều với điện ỏp tiếp xỳc, sự khuyếch tỏn của cỏc điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vựng nghốo càng trở nờn nghốo hạt dẫn điện tự do. Núi cỏch khỏc điốt chỉ cho phộp dũng điện qua nú khi đặt điện ỏp theo một hướng nhất định.
* Dụng cụ thớ nghiệm (Ảnh 4)
- 01 nguồn điện (a).
Tờn thiết bị Số lượng
Nguồn điện (a). 01
Đồng hồ đo đa năng, một đồng hồ đặt ở chế đụ hiệu điện thế, một đồng hồ đặt ở chế độ đo cường độ dũng điện (b).
02
Bảng mạch (c). 01
Biến trở loại 250 Ω (d). 01
Điốt silic loại 1N4007 (e). 01
Điện trở loại 100 Ω (f). 01
Khúa (g). 01
* Lắp rỏp thớ nghiệm (Xem hỡnh 7)
- Đặt 1 đồng hồ đo ở chế độ đo cường độ dũng điện, một đồng hồ đo ở chế độ đo hiệu hiệu điện thế.
- Nối mạch điện như hỡnh 6.
- Nguồn được lấy ra dũng một chiều cú hiệu điện thế cực đại là 12 V. - Khi măc mạch phải đỳng cực của đồng hồ đo, nếu thấy số chỉ của
đồng hồ õm phải đổi lại cực của dũng đi vào đồng hồ đo.
* Tiến hành thớ nghiệm
- Kiểm tra lại sơ đồ mạch điện.
- Bật cụng tắc nguồn điện và đồng hồ đo.
- Vặn nỳm điều chỉnh hiệu điện thế trờn nguồn điện mỗi lần thay đổi 1 V. Đọc số đo của đồng hồ và ghi số liệu thớ nghiệm vào bảng dưới đõy: Lần đo U(V) I(A) a f e b d c g
Ảnh 7: Thớ nghiệm khảo sỏt đường cong đặc trưng của điốt silic
A
V
250 Ω
-
Hỡnh 7: Thớ nghiệm khảo sỏt đường cong đặc trưng của điốt silic
100 Ω
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
* Xử lớ và đỏnh giỏ kết quả thớ nghiệm
Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của cường độ dũng điện và hiệu điện thế giữa 2 đầu Điụt silic.
* Cõu hỏi vận dụng thớ nghiệm vào dạy học
- Thớ nghiệm vừa thực hiện thuộc hỡnh thức nào của thớ nghiệm giỏo khoa vật lớ?
- Sử dụng thớ nghiệm này khi nào trong quỏ trỡnh dạy dũng điện trong chất điện phõn?
- Xõy dựng hệ thống cõu hỏi đàm thoại gợi mở với học sinh trong khi thực hiện thớ nghiệm này ở hỡnh thức thớ nghiệm biểu diễn kiểm chứng, thớ nghiệm thực hành kiểm chứng và thớ nghiệm nghiờn cứu khảo sỏt dũng điện trong chất điện phõn với dương cực khụng tan. - Với cỏc dụng cụ thớ nghiệm trờn và 3 điối silic, một búng đốn loại 12
v, Hóy xõy dựng và tiến hành cỏc thớ nghiệm khảo sỏt mạch chỉnh lưu nửa chu kỡ, khảo sỏt mạch chỉnh lưu cả chu kỡ.
Đề tài 2: Khảo sỏt đường cong đặc trưng của Điốt Zener (Z Điốt )
* Mục đớch thớ nghiệm
- Sử dụng đồng hồ đo đa năng như vụn kế và am pe kế.
* Cơ sở lý thuyết
- Cấu tạo : Điốt Zener cú cấu tạo tương tự Điốt, Điốt Zener được ứng dụng trong chế độ phõn cực ngược, khi phõn cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phõn cực ngược Điốt Zener sẽ gim một mức điện ỏp cố định bằng giỏ trị ghi trờn Điốt.
- Nguyờn tắc hoạt động: Điốt Zener, cũn gọi là "điốt đỏnh thủng" hay "điốt ổn ỏp": là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đỏnh thủng. Khi sử dụng điốt này mắc ngược chiều lại, nếu điện ỏp tại mạch lớn hơn điện ỏp định mức của điốt thỡ điốt sẽ cho dũng điện đi qua.
- Khi được phõn cực thuận Điốt Zener hoạt động giống diode bỡnh thường Khi được phõn cực nghịch, lỳc đầu chỉ cú dũng điện thật nhỏ qua diode. Nhưng nếu điện ỏp nghịch tăng đến một giỏ trị thớch ứng: Vngược = Vz (Vz : điện ỏp Zener) thỡ dũng qua diode tăng mạnh, nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như khụng thay đổi, gọi là hiệu thế Zener.
- Đặc tớnh: Diode Zener cú đặc tuyến volt-ampe giống diode thường nhưng cú thờm vựng làm việc ở vựng đạc tuyến ngược với hiệu ứng đỏnh thủng zener.
* Dụng cụ thớ nghiệm
- 01 nguồn điện (a).
- 02 đồng hồ đo đa năng, một đồng hồ đặt ở chế đụ hiệu điện thế, một đồng hồ đặt ở chế độ đo cường độ dũng điện (b).
- 01 bảng mạch (c).
- 02 điện trở loại 100 Ω (d). - 01 Z Điốt loại ZF4.7 (e). - 01 điện trở loại 47 Ω (f). - 03 khúa (g).
* Lắp rỏp thớ nghiệm
- Đặt 1 đồng hồ đo ở chế độ đo cường độ dũng điện, một đồng hồ đo ở chế độ đo hiệu hiệu điện thế.
- Nối mạch điện như ảnh 8.
- Nguồn được lấy ra dũng một chiều cú hiệu điện thế cực đại là 12 V. - Khi măc mạch phải đỳng cực của đồng hồ đo, nếu thấy số chỉ của
đồng hồ õm phải đổi lại cực của dũng đi vào đồng hồ đo.
e g c b d f a Ảnh 8: Thớ nghiệm khảo sỏt đường cong Vụn Ampe của Z ĐiỐt
Hỡnh 8: Thớ nghiệm khảo sỏt đường cong Vụn Ampe của Z ĐiỐt 47 V A 100 100 + -
* Tiến hành thớ nghiệm
- Kiểm tra lại sơ đồ mạch điện.
- Bật cụng tắc nguồn điện và đồng hồ đo. - Đúng khúa g.
- Vặn nỳm điều chỉnh hiệu điệ thế trờn nguồn điện. - Ghi cỏc số liệu thớ nghiệm vào bảng dưới đõy:
Lần đo ID(mA) UD(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
* Xử lớ và đỏnh giỏ kết quả thớ nghiệm
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của cường độ dũng điện và hiệu điện thế giữa Điụt silic.
- Khi tiến hành thớ nghiệm cần đặt cõu hỏi như thế nào để học sinh nắm được cơ sở lý thuyết của thớ nghiệm trờn?
- Vai trũ của cỏc điện trở và biến trở trong thớ nghiệm trờn như thế nào? - Trong quỏ trỡnh làm thớ nghiệm, cần lưu ý gỡ về cực của dũng điện đi
vào Điốt?
- Trong quỏ trỡnh dạy học, nờn đưa thớ nghiệm này vào giai đoạn nào, với vai trũ gỡ, thời gian tiến hành trong bao lõu?