(TIỂU LUẬN) THÍ NGHIỆM môn vật lí bán dẫn (EE1008) bài THÍ NGHỆM1 KHẢO sát LINH KIỆN r l c

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí MinhKhoa Điện - Điện Tử BÀI THÍ NGHỆM 1 KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C  Nắm được đặc tính các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm.. Trường Đại Học Bách Kh

Mục tiêu

 Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.

 Nắm được đặc tính các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm.

 Thiết lập được mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn cảm.

Chuẩn bị

 Chuẩn bị PreLab và nộp cho giáo viên trước khi vào lớp.

Thí nghiệm 1

 Đọc và kiểm chứng giá trị điện trở.

 Đọc giá trị của các điện trở R1, R2, R3, R4 theo vòng màu, sau đó kiểm chứng giá trị thực của R1, R2, R3, R4, R6, R7 bằng VOM.

 Đo giá trị của biến trở VR5.

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh

Các kết quả điền vào bảng sau:

 Xác định sai số giữa kết quả đọc và đo ? Sai số này có đúng với vòng màu sai số của điện trở hay không ?

- Sai số giữa kết quả đọc và đo đúng với vòng màu sai số của điện trở.

Thí nghiệm 2

 Khảo sát mạch R-C, từ đó suy ra giá trị tụ điện

 Kết nối máy phát sóng và oscilloscope như sau:

 Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1KHz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

 Quan sát điện áp trên tụ trên dao động ký.

 Biên độ điện áp trên tụ 1 là bao nhiêu?

- Biên độ điện áp trên tụ 1

Từ đó, giá trị 1 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

 Giá trị in trên C1 là bao nhiêu? Từ đó suy ra sai số giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực.

- Giỏ trị in trờn C1 là: 0,1àF

- Vậy sai số giữa giá∆trị=lý0,1thuyết−0,104vàgiá=trị0,004( )thựclà:

 Vẽ lại dạng sóng ngõ vào và sóng trên tụ C1.

 Quan sát dạng sóng ngõ vào và dạng sóng trên tụ C1, hai sóng này có tương quan về phase như thế nào? Giải thích.

Nhận xét: Điện áp trên tụ C1 trễ pha so với tín hiệu đầu vào Khi dòng điện xoay chiều chạy vào tụ điện, nó bắt đầu tích điện cho tụ và nhờ lượng tích điện tích lũy được mà điện áp trên tụ mới tăng lên Điện áp không tăng đồng thời với cường độ dòng điện; cần một khoảng thời gian để phân bố điện tích và hình thành điện áp trong tụ Do đó, đối với tụ điện, điện áp trễ pha hơn so với dòng điện.

Khi tần số tín hiệu vào tăng lên, biên độ điện áp trên tụ điện giảm; ngược lại, khi tần số tín hiệu vào giảm xuống, biên độ trên tụ tăng Điều này xảy ra trong mạch RC do tụ điện có trở kháng Z_C = 1/(jωC) phụ thuộc vào tần số: khi ω tăng, |Z_C| giảm nên điện áp chia cho tụ giảm và V_C giảm theo; khi ω giảm, |Z_C| tăng khiến V_C tăng lên và ở tần số rất thấp V_C gần bằng điện áp nguồn.

Tụ điện có đặc tính phụ thuộc tần số: khi tần số dòng điện tăng lên, trở kháng của tụ điện giảm và nhờ đó cường độ dòng điện xoay chiều hiệu dụng trong mạch tăng lên; ngược lại, khi tần số giảm xuống hoặc với dòng điện một chiều, trở kháng của tụ điện tăng và tụ ngăn không cho dòng DC qua Đặc tính này được ứng dụng trong các mạch truyền tín hiệu và lọc tần số, giúp điều chỉnh và ghép các tín hiệu khác nhau trong hệ thống điện tử.

 Chuyển tín hiệu Vin thành xung vuông tần số 1Khz, biên độ 2Vpp Vẽ dạng sóng Vin và dạng sóng trên tụ điện?

 Giải thích hình dạng sóng ngõ ra khi ngõ vào là xung vuông.

Giải thích: Dạng sóng thể hiện quá trình nạp và phóng của tụ điện

Thí nghiệm 3

 Lặp lại thí nghiệm 2 để đo giá trị tụ C6.

 Kết nối tương tự như thí nghiệm 2 nhưng thay điện trở thành 3 và tụ điện thành tụ

 Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 100 Hz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

 Quan sát điện áp trên tụ 6 trên dao động ký 6

- Biên độ điện áp trên tụ 6 : 0,168 (V)

Từ đó, giá trị C6 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

 Đọc giá trị in trên tụ C6 Giá trị và điện áp tối đa theo lý thuyết của C6 là bao nhiêu?

- Giá trị in trên tụ

Thí nghiệm 4

 Khảo sát mạch R-L, từ đó suy ra giá trị cuộn cảm

 Kết nối máy phát sóng như sau Dùng kênh 1 của oscilloscope đo dạng sóng Vin, kênh 2 đo dạng sóng trên 5

 Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 100KHz, biên độ 2Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

 Quan sát điện áp trên cuộn dây 5 trên dao động ký.

Biên độ điện áp trên cuộn dây

- Biên độ điện áp trên cuộn dây là:

Trường Đại Học Bách Z Khoa 51,54974243 Tp.HồChíMinh

Khoa Điện - ĐiệnC= Tử 2πffL = 2 πf 100000 = 8,204396323 10 −5 ≈ 8,2 10 −5 (H)

 Vẽ lại dạng sóng ngõ vào và trên L5 Hai sóng này có tương quan về phase như thế nào? Giải thích?

Trong cuộn dây, khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh ra một từ trường chạy trong lòng nó Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, từ trường tăng lên khi dòng điện tăng thì cuộn dây sinh ra dòng điện cảm ứng để chống lại sự tăng đó; ngược lại khi từ trường giảm do dòng điện giảm thì cũng có một dòng điện cảm ứng sinh ra để chống lại sự giảm đó Vì vậy trong cuộn dây, dòng điện trễ pha so với điện áp do tác động của cảm ứng và quy luật Lenz.

 Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 thay đổi như thế nào? Giải thích?

Khi tăng tần số tín hiệu thì biên độ điện áp của cuộn tăng.

Khi giảm tần số tín hiệu thì biên độ điện áp của cuộn cũng giảm Giải thích: = I = I.2πf Lf L

BÀI THÍ NGHIỆM 2 KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU & ZENER

Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.

Nắm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang và diode zener.

Thiết lập được mạch ổn áp đơn giản.

Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng.

Khảo sát đặc tính diode trong miền thuận.

Kết nối nguồn điện có thể điều chỉnh từ 0–20 V tới diode D1 và dùng một VOM ở chế độ đo mA để đo dòng qua D1 và qua R1 Dùng một VOM ở chế độ đo điện áp để đo điện áp đầu vào Vin, và một VOM khác để đo điện áp ở hai đầu diode Nếu không có đủ VOM, có thể dùng một VOM để đo điện áp Vin và sau đó đo điện áp trên diode bằng cùng VOM.

Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất, bật nguồn Tăng dần Vin và ghi các giá trị đo:

Vẽ đặc tuyến thuận của diode

Xác định điện áp ngưỡng của diode D: Điện áp ngưỡng của diode là 0,638 (V).

Lặp lại thí nghiệm cho Led D2.

V D2 (V) 1,725 1,823 1,863 1,891 1,913 1,932 1,947 1,962 1,975 Điện áp ngưỡng của D2 là: 1,832 (V)

Lặp lại thí nghiệm cho Led D3.

V D3 (V) 1.998 2,659 2,759 2,836 2,900 2,956 3,004 3,048 3,088 Điện áp ngưỡng của D3 là: 2,659 (V)

Khảo sát đặc tính diode trong miền ngược.

Dùng VOM đo giá trị điện trở R2.

Kết nối nguồn điện có thể điều chỉnh từ 0–20 V vào diode D8 và điện trở R2 theo hình vẽ Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp để đo điện áp trên R2 (VR2), và dùng một VOM khác để đo điện áp giữa hai đầu diode VD.

Nhắc lại công thức liên hệ giữa I D , I S , V D −

Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất rồi bật nguồn.

Tăng dần Vin, quan sát V D và ghi các giá trị đo được vào bảng sau:

Nhận xét về điện trở của diode trong miền ngược:

Trong miền ngược diode có điện trở rất lớn.

Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu? (Gợi ý: dựa vào công thức liên hệ giữa

I D , I S , V D ta tính được Is, chú ý dấu của V D ).

Chúng tôi sử dụng giá trị dòng điện ngược bão hòa Is có sẵn và kiểm chứng lại dòng điện thuận theo lý thuyết của diode D1 dựa trên bảng đo đã thực hiện ở trên, với nhiệt độ phòng được giả lập ở 30°C để đảm bảo điều kiện thử nghiệm phù hợp.

Gợi ý: Chép lại bảng số liệu đo được ở miền thuận của diode D ở thí nghiệm 1 vào 2 hàng I D (mA) và V D (V) Hàng I D (theory) được tính theo công thức lý thuyết dựa vào

Is đã tính phía trên và hàng V D (V) Sau đó so sánh I D (theory) và I D (mA) (thực tế đo ở bài 1).

Nhận xét giá trị thu được, giải thích:

Kết quả đo trên bảng mạch cho thấy sự sai lệch hoàn toàn so với lý thuyết về diode Tuy nhiên, ta vẫn tính dòng điện ngược bão hòa Is bằng trung bình cộng các giá trị ID đo được trên bảng để kiểm chứng sự sai lệch ở phần sau Giá trị Is thu được là 0,98 μA.

Khảo sát các mạch chỉnh lưu bán kỳ.

Kết nối máy phát sóng vào D1 và R1 như sau Chỉnh máy phát sóng chọn ngõ ra là sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p.

Dùng kênh 1 của dao động ký đo dạng sóng ngõ vào, kênh 2 đo dạng sóng hai đầu R1.

Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

Vẽ dạng sóng ngõ vào và dạng sóng ngõ ra trên R1.

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,4V.

Nguyên nhân khiến sóng ngõ ra thấp hơn sóng ngõ vào là do diode có sụt áp giữa anode và cathode, và sụt áp này chỉ xảy ra khi điện thế đầu vào vượt quá điện áp ngưỡng của diode để nó dẫn Khi hiệu điện thế giữa anode và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng, diode bắt đầu dẫn và phần sụt áp này làm giảm biên độ tín hiệu ở ngõ ra, khiến sóng ra thấp hơn sóng vào Vì vậy, yếu tố sụt áp của diode quyết định biên độ tín hiệu trong mạch, nhất là với tải và tần số cao Để cải thiện biên độ đầu ra, người thiết kế có thể chọn loại diode có điện áp ngưỡng phù hợp (ví dụ silicon khoảng 0,6–0,7 V hoặc Schottky thấp hơn) hoặc thay đổi cấu hình mạch để giảm tác động của sụt áp.

Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra.

Giải thích sự khác nhau của ngõ ra khi có và không có tụ C1.

Giải thích: Khi có tụ dạng sóng ngõ ra phẳng hơn Vì tụ điện nạp điện từ nguồn

Khi tín hiệu tăng lên, quá trình xả điện của tụ điện làm cho điện áp trên tụ (Vc) giảm, nhưng thời gian cần để tụ xả thường lớn hơn nhiều so với thời gian diễn ra của tín hiệu, nên Vc giảm không đáng kể Vì vậy dạng sóng ngõ ra khá phẳng, giúp hệ thống ổn định và giảm biến dạng trong quá trình khuếch đại.

Khảo sát các mạch chỉnh lưu toàn kỳ.

Kết nối máy phát sóng vào D1 và R1 như sau Chỉnh máy phát sóng chọn ngõ ra là sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p.

Dùng kênh 2 đo dạng sóng hai đầu R1, lưu ý tháo probe kênh 1 ra khỏi mạch.

Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

Vẽ dạng sóng ngõ vào và dạng sóng ngõ ra trên R1.

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu? Giải thích?

Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,4V

Nguyên nhân khiến đỉnh sóng ngõ ra thấp hơn đỉnh sóng ngõ vào khi chỉnh lưu cầu là trong mỗi bán kì của cầu, giữa hai đầu cầu phải có một sụt áp lớn hơn hai lần điện áp ngưỡng của mỗi diode thì hai diode mới dẫn; do đó, hai diode cùng dẫn gây ra sụt áp ở đường dẫn và làm đỉnh của sóng ngõ ra bị giảm so với đỉnh của sóng ngõ vào.

Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra?

Giải thích sự khác nhau khi có và không có tụ C1. thời gian cần để − > − <

Giải thích: Khi có tụ C 1 dạng sóng ngõ ra phẳng hơn Vì tụ điện nạp điện từ nguồn ( V c tăng ) khi , , xả điện (V c giảm) khi

, Nhưng khoảng tụ xả điện lớn hơn khoảng thời gian mà , rất nhiều, do vậy

V c giảm không nhiều, nên dạng sóng ngõ ra khá phẳng.

Thí nghiệm 5

Dùng VOM đo giá trị của R3 và R4.

Kết nối nguồn điện 0-20V vào mạch, chỉnh điện áp về 0V Dùng VOM ở chế độ đo mA kết nối R3 và D9 Dùng 2 VOM đo điện áp vào và điện áp ra.

Tăng dần điện áp vào, ghi nhận điện áp trên Zener và dòng điện qua Zener như bảng sau

Vẽ đặc tuyến của Zener và xác≈1519địnhVzμF)A.

Dòng ổn áp≈tối5,056thiểu ( ) Điện áp Đặc tuyến của Zener:

Tính công suất R 3 khi Id = R3 = 20mA.

Xác định dòng ổn áp tối thiểu, cách làm như thế nào?

Dòng ổn áp tối thiểu V in = 15,078 (V)

Chỉnh V in sao cho I d = R3 = 5 mA Sau đó kết nối tải R 4 song song với Zener.

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

Khi I d = 5 mA và chưa mắc với R4, volt kế đo được 5,087 V và hệ thống ở trạng thái ổn áp Khi mắc với R4, giá trị Ampe kế tăng lên 8.772 mA và điện áp đo được trên volt kế giảm xuống.

2,818 V cho thấy mạch không còn ổn áp vì Vd = 2,818 V nhỏ hơn Vz = 5,056 V, cho thấy mất khả năng điều chỉnh điện áp Đây là biến đổi thông thường của mạch ổn áp, khi diễn giải như một mạch hai điện trở nối tiếp Việc giảm dần Vin khiến điện áp đầu ra giảm cho tới khi mạch không còn ổn áp Mạch không còn ổn áp khi nào? Khi điện áp ở điểm Vd giảm xuống dưới điện áp zener Vz, mạch không còn duy trì điện áp ổn định nữa.

Vì mạch đã không còn ổn áp nên cứ giảm nữa thì càng không ổn áp.

Theo lý thuyết thì khi mắc mạch với R 4 , để mạch ổn áp thì V in thỏa điều kiện:

Ghi nhận lại giá trị V in khi mạch không còn ổn áp?

Tính V in theo lý thuyết để mất ổn áp, biết V Z = 5.6V.

Vậy giá trị nhỏ nhất của V in Lí thuyết là: 15,07692308 ( )

BÀI THÍ NGHIỆM 3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA DIODE

 Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.

 Nắm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang và diode zener.

 Thiết lập được mạch ổn áp đơn giản.

 Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Khoa Điện - Điện Tử

 Khảo sát mạch xén phân cực âm dùng diode.

Kết nối mạch như hình vẽ, với nguồn DC V_DC có điện áp 1V và nguồn xoay chiều V_sine là sóng sin có biên độ 2Vp-p, tần số 1kHz và offset 0V Điều kiện kích thích này cho phép phân tích đáp ứng của mạch, phục vụ cho thiết kế, đo đạc và tối ưu hóa hiệu suất.

Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua.

 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.

 Thay đổi biên độ của nguồn xoay chiều V sine từ 2Vp-p đến 10Vp-p Trong quá trình thay đổi đó, quan sát dạng 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.

Khi tăng điện áp nguồn V sine , điện áp đỉnh của kênh 1 tăng theo tỉ lệ thuận và hình dạng sóng sin không bị thay đổi Đối với kênh 2 thì hình dạng sóng sin gần giống với kênh 1 Tuy nhiên, đỉnh dương của hình sóng sin ở kênh 2 bị cắt bớt đi Khi điện áp nguồn tăng ở bán kì dương, điện áp đỉnh dương của kênh 2 chỉ đạt tới một mức V max và giữ nguyên tại mức đó cho đến khi điện áp kênh 1 giảm dần xuống dưới mức này, còn ở bán kì âm thì kênh 2 và kênh 1 có cùng hình sóng sin.

 Giữ biên độ của nguồn xoay chiều V sine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của nguồn

DC từ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được.

Ở điện áp nguồn DC 1 V, tín hiệu hình sin trên kênh 2 bị xén (clip) và đỉnh dương của bán chu kỳ dương được giữ ở mức Vmax Mức Vmax ở bán chu kỳ dương của kênh 2 tăng dần khi điện áp nguồn DC được tăng lên.

 Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

 Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy? Ở bán kì âm, diode tắt, vậy nên V R = V sine Khi ở bán kì dương, khi V sine > V DC +

V on thì diode mở, làm cho V R = V DC + V on = const Do đó, điện áp sóng sin ở kênh 2 bị xén đi phần đỉnh ở bán kì dương.

 Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode.

Kết nối mạch theo hình vẽ Trong mạch này, nguồn DC có điện áp 1V Nguồn xoay chiều V sine là sóng sine có biên độ ban đầu 2Vp-p, tần số 1kHz và mức offset 0V.

Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua.

Trong thí nghiệm thay đổi biên độ nguồn xoay chiều V sin từ 2Vp-p đến 10Vp-p, quan sát trên cả hai kênh của oscilloscope cho thấy biên độ tín hiệu tăng tương ứng với mức điều chỉnh Dạng sóng vẫn là hình sin khi hệ thống hoạt động ở vùng tuyến tính; tuy nhiên, khi biên độ tăng đến giới hạn của nguồn hoặc của dao động ký, có thể xuất hiện clipping hoặc distortion Hai kênh hiển thị tín hiệu có hình dạng và tần số tương đồng, với một vài sai số nhỏ về pha hoặc biên độ do hiệu chuẩn hoặc sự bất đồng giữa các probe Trên màn hình, người quan sát có thể thấy thang đo dọc được điều chỉnh để phù hợp với biên độ mới, trong khi thang đo thời gian thường giữ nguyên Kết quả tổng thể là biên độ tăng từ 2Vp-p lên 10Vp-p đi kèm với sự duy trì hình dạng sin và tần số nếu nguồn được điều khiển ổn định.

Khi tăng điện áp nguồn V sine, điện áp đỉnh của kênh 1 tăng theo tỉ lệ thuận và hình dạng sóng sin không bị thay đổi Đối với kênh 2, hình dạng sóng sin gần giống kênh 1 nhưng đỉnh âm bị cắt bớt Khi điện áp nguồn giảm ở bán kì âm, điện áp đỉnh âm của kênh 2 chỉ xuống tới mức Vmin và giữ nguyên tại mức này cho đến khi điện áp kênh 1 tăng lại lên trên mức đó; ở bán kì dương, kênh 2 và kênh 1 có cùng hình sóng sin.

 Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của nguồn DC từ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được.

Ở điện áp nguồn DC 1 V, tín hiệu sin trên kênh 2 bị xén như ở hình trên, đỉnh âm ở bán chu kỳ âm bị giữ ở mức Vmin Mức điện áp Vmin ở bán chu kỳ dương của kênh 2 giảm dần khi tăng điện áp nguồn DC.

 Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký?

 Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy? Ở bán kì dương, diode tắt, vậy nên V R =V sine Khi ở bán kì âm, khi

|V sine | > |V DC + V on | thì diode mở, làm cho V R = V DC + V on = const Do đó, điện áp sóng sin ở kênh 2 bị xén đi phần đỉnh ở bán kì âm.

Thí nghiêm 3

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

Kết nối mạch như hình vẽ với nguồn V DC có điện áp 1V và nguồn V sine (xoay chiều) là sóng sine biên độ 8Vp-p, tần số 1kHz, offset 0V Các nguồn trên chưa được bật cho đến khi GVHD xem qua.

 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?

 Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10V p-p , nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

Trong thí nghiệm này, hình dạng đồ thị điện áp trên hai điện trở mắc nối tiếp có dạng sin và cùng tần số với đồ thị thu được ở thí nghiệm 2, cho thấy các điểm giống nhau về tần số và pha Tuy nhiên, biên độ của hai đồ thị khác nhau do hiện tượng phân áp giữa hai điện trở: V1 = IR1 và V2 = IR2, và tổng V1 + V2 = Vin Vì vậy, ở giá trị Vpp, Vpp1 = Vinpp · R1/(R1+R2) và Vpp2 = Vinpp · R2/(R1+R2) Do mạch chỉ chứa điện trở, hai đồ thị V1 và V2 có cùng pha với nhau và đồng thời với tín hiệu đầu vào, còn sự khác biệt ở biên độ phản ánh tỉ lệ điện trở R1:R2.

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh ⟹

2 nên diode luôn tắt hình sin được bảo toàn Còn ở thí nghiệm 2, hình sóng sin bị xén đỉnh âm do diode dẫn.

 Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có thêm điện trở trên diode.

Kết nối mạch như hình vẽ: nguồn DC có điện áp 1V và nguồn xoay chiều V sine có biên độ 8Vp-p, tần số 1kHz, offset 0V; các nguồn này chưa được bật cho đến khi GVHD xem qua.

 Điều chỉnh nguồn V sine có biên độ 10V p-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 khác nhau giữa hai đồ thị và giải thích?

Trong thí nghiệm 2, khi diode mở, Vout = Von + Vdc = const; ngược lại ở thí nghiệm 4, Vout không còn là hằng số nữa mà Vout = V_R1 Sự khác biệt chỉ xảy ra khi diode mở; khi diode đóng, đồ thị ở hai thí nghiệm tương tự nhau.

BÀI THÍ NGHIỆM 4 KHẢO SÁT BJT

Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo

Nắm được đặc tính các linh kiện BJT loại npn, pnp

Khảo sát mạch khuếch đại, mạch đóng/ngắt dùng BJT.

Xem lại cách sử dụng các công cụ đo VOM, DVM và Oscilloscope (dao động ký - dđk).

 Đo và kiểm tra BJT.

 Dùng VOM đo và kiểm tra BJT ở module 1 và 2, phần BJT.

 Đưa VOM về chế độ đo diode Đo điện áp giữa các chân của BJT trong khối I và II và ghi nhận vào bảng sau:

Giá trị 0,661 OL 0,662 OL OL OL

Giá trị 0,678 OL OL OL OL 0,677

 Xác định xem transistor loại gì và các chân P 1 -P 2 -P 3 là chân gì, BJT còn tốt hay không? Giải thích?

Q1 Base Collector/ Emitter/ NPN Tốt

Q2 Collector/ Base Emitter/ PNP Tốt

 Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa của BJT npn.

2 Chuẩn bị Đọc xem điện trở R1 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM  R 10 2 ±5%ΩΩ(giá trị đọc)

 ChỉnhμF)Anguồn điện về 12V và kết nối mạch như Hình 2 Một VOM đo dòng điện Ib ở tầm , một VOM đo dòng I c ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp V ce

 Vặn biến trở V R3 về mức nhỏ nhất.

Hình 1: Sơ đồ phần III

Hình 2: Layout thực tế trên module thí nghiệm

 Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện I b , quan sát giá trị I c và V ce và điền vào bảng sau:

Với I b trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó h fe là bao nhiêu?

Với trong khoảng 10 ÷ 25μF)A thì transistor dẫn điện khuếch đại với ℎ khoảng

Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ bão hòa để đóng mạch và vào chế độ cắt để ngắt mạch Trong chế độ bão hòa, transistor cho phép dòng điện qua tải ở mức tối đa có thể và điện áp giữa collector và emitter ở mức rất thấp, nên mạch được xem như đóng Trong chế độ cắt, transistor ngắt hoàn toàn dòng điện và hoạt động như mạch mở, thực hiện chức năng ngắt.

 Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa của BJT pnp.

 Đọc xem điện trở 6 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM.

Chỉnh nguồn về 12V và kết nối mạch như hình 4 Một VOM đo dòng điện

, một VOM đo dòng ở tầm mA và một VOM đo điện áp.

 Vặn biến trở VR3 Về mức lớn nhất.

Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đỏi dòng điện , quan sát giá trị vào bảng sau:

Hình 3: Sơ đồ khối BJT pnp

Hình 4: Sơ đồ kết nối trên module thí nhiệm phần BJT pnp

 Với trong khoảng nà o thì transistor dẫn khuếch ạ đọ ) i? Khi ó ℎ đọ ) là bao nhiêu?

10 ÷ 30μF)A thì transistor dẫn điện khuếch đại với

Trong mạch BJT, thay vì đặt tải gồm điện trở và LED ở cực C (collector), ta đặt tải ở cực E (emitter) như hình minh họa Câu hỏi được nêu: liệu transistor BJT có thể ở trạng thái bão hòa khi tải được đặt ở emitter hay không, và vì sao lại như vậy Sự khác biệt về vị trí tải làm ảnh hưởng đến phân cực giữa các junction B-E và B-C, đồng thời tác động tới điều kiện để BJT đạt chế độ bão hòa Lời giải cụ thể cho câu hỏi này sẽ được trình bày trong báo cáo, còn trong quá trình tiến hành thí nghiệm không cần trả lời ngay.

BJT không thể bão hòa được.

Vì khi pnp transistor hoạt động ở vùng bão hòa thì hai thành phần E-B và C-B đều hòa được − = −0−( − )= ≥0,

, từ đó suy ra hoạt động ở miền phân cực thuận, nghĩa là vậy nên BJT không thể bão

 Khảo sát đặc tuyến vào của BJT npn.

 Chỉnh nguồn biến đổi 0 - 5V về nhỏ nhất (0V).

Chỉnh biến trở 2 về giá trị nhỏ nhất.

 Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0 - 5V vào hai cực C-E của 2 Các VOM kết nối như hình vẽ.

Hình 5: kết nối mạch đo đặc tuyến vào của BJT

Khởi động nguồn và thiết lập điện áp VCE cố định ở 2V Điều chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng IB và ghi kết quả vào bảng dữ liệu Trong quá trình thí nghiệm, lưu ý giữ VCE cố định ở 2V để bảo đảm tính nhất quán của các phép đo.

Trong thí nghiệm, thiết lập điện áp VCE cố định ở 4V và điều chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng IB, sau đó ghi giá trị IB vào bảng dữ liệu Trong suốt quá trình đo, cần đảm bảo VCE luôn ở mức 4V cố định nhằm duy trì điều kiện thử nghiệm nhất quán.

 Vẽ đặc tuyến vào I B -V BE ứng với hai trường hợp V CE = 2V và V CE = 4V.

= 2 ( =4 )> ( Nhận xét: đặc tuyến giống với dạng diode Đặc tuyến ứng với

, nghĩa là ở cùng giá trị thì bên trái so với khi

Thí ngiệm 5

 Khảo sát đặc tuyến ngõ ra của BJT npn.

 Chỉnh nguồn biến đổi 0-20V về nhỏ nhất (0V).

 Chỉnh biến trở V R2 về vị trí nhỏ nhất.

 Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-20V vào mạch Các VOM kết nối như hình vẽ.

 Bật nguồn Chỉnh dòng điện I B cố định là 20μF)A, thay đổi V in để có được các giá trị V CE theo bảng sau Điền các giá trị tương ứng của dòng I C

 Lặp lại thí nghiệm với I

 Lặp lại thí nghiệm với I B 0μF)A.

 Vẽ đặc tuyến ngõ ra I C - V CE ứng với 3 trường hợp trên.

 Nhận xét tương quan giữa 3 đặc tuyến Ước tính điện áp Early.

Khi thấp (khoảng0,2), đặc tuyến rất dốc Khi tăng (khoảng 0,2), đặc tuyến gần như

> nằm ngang, I C < tăng lên tuyến tính với

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí

Minh Khoa Điện - Điện Tử

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh ta có độ dốc của đặc = 20

Lấy số liệu từ bảng , lấy hai điểm ( ; I C ) là (0,7 ; 6,04) và (0,5 ; 6,01), tuyến: = 6,04 − 6,01 = 6,04

Thí nghiệm 6

Vậy ước tính điện áp Eraly

 Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung.

 Đọc và dùng VOM xác định lại giá trị các điện trở Điện trở R 9 R 10 R 11 R 12 R 13

 Kết nối mạch như Hình 7 Nguồn cấp V in là 12V

 Chỉnh nguồn tín hiệu V s có biên độ 1V, tần số 1Khz Sau đó giảm biên độ V s về 0V.

 Dùng 1 VOM đo điện áp giữa cực C và E của Q 3

 Dùng kênh 1 dao động ký đo dạng sóng V s , kênh 2 đo dạng sóng tại cực C của Q 3

Hình 6: Sơ đồ mạch khuếch đại E chung.

Hình 7: Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại E chung.

 Bật nguồn Chỉnh biến trở V R8 để V CE = 6V.

 Tăng dần biên độ V s Xác định biên độ tối đa của V s để ngõ ra không bị méo dạng

Trong mạch khuếch đại, max swing được tối ưu bằng cách điều chỉnh phân cực để tránh méo và tận dụng toàn bộ biên độ tín hiệu Nếu dạng sóng ngõ ra bị méo ở một đầu hình sine, hãy chỉnh biến trở R8 để thay đổi phân cực sao cho đạt max swing Để quan sát và phân tích, vẽ đồng thời dạng sóng v s và v ce trên cùng hệ tọa độ để thấy mối quan hệ giữa tín hiệu vào và điện áp thu trên transistor.

Hình 8: Biên độ = 4,8 Và biên độ = 0,212

 Xác định độ lợi của mạch khuếch đại ở max-swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết. Độ lợi:

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh , (R 12 //r 0 ) ≈ R 12

Với Rin ≈ (rpi//R10 ), rpi = β 2 6mVIC , gm = 26mV IC

Do không đo β nên ta không thể tính chính xác độ lợi a theo lý thuyết Nên ta chỉ dự

+ Đầu tiên, theo lý thuyết a có giá trị âm, phù hợp vì à ngược pha

+ Thứ hai, vế g m (R 12 //r 0 ) thường có R giá trị vào khoảng R 100-300 Mà R in < R 11 nên giá trị a = -22,1 là có cơ sở xảy ra, lúc này in nhỏ hơn 11 nhiều lần đoánxemkếtquảđoatheothựcngiệmcóhợplýkhông.

Tắt nguồn, đo giá trị V R8 tại max swing và kiểm chứng lại so với lý thuyết

Giá trị tăng ≈5 5 hơnso với lúc đầu Nguyên nhân là do khi BJT vào vùng bão hòa, Đo được

8 8 I C dạng, ta điều chỉnh tăng để giảm làm tăng giới hạn bão hòa của BJT. sóng bị méo

 Kết nối tải R 13 vào mạch Chuyển kênh 2 của dao động ký sang đo dạng sóng ngõ ra trên R 3 Nhận xét? giảm nhưng không nhiều.Dạngsóngngõrakhôngđổi.Biênđộ

Lý giải là do khi nối tải, theo lý R thuyết, độ lợi thay đổi 10 theo công thức: a ≈ a oc(noload) ∗ R 13 + 13 R 12 =− 22,1 ∗ 10 + 1 =− 20,1

Kết quả thực nghiệm phù hợp với lý thuyết.

 Chỉnh lại V s sao cho đạt max swing trong trường hợp có tải R 13 Xác định độ lợi và

V s tại Max Swing Kiểm chứng lại so với lý thuyết.

Tại Max Swing, đo được= 0,262 và= 5,12 Độ lợi a = = −5,12 0,262

Tiêu đề	Thí Nghiệm 1 Khảo Sát Linh Kiện R L C
Tác giả	Trương Tiến Dũng, Huỳnh Tấn Hiếu, Nguyễn Thục Lễ
Người hướng dẫn	Nguyễn Tuấn Hưng PTS.
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Vật Lí Bán Dẫn
Thể loại	Bài thí nghiệm
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Tp.Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	50
Dung lượng	4,36 MB