BÁO cáo THÍ NGHIỆM vật lí bán dẫn bài TN 1 KHẢO sát LINH KIỆN r l c

Điện áp không tăng cùng lúc với cường độ dòng điện mà nó cần thời gian đểphân bố điện tích và tạo nên điện áp trong tụ.. - Giải thích: tần số dòng điện càng lớn thì trở kháng của tụ càng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÍ BÁN DẪN

GV: Nguyễn Phạm Minh Luân

L10 – Nhóm 8.

 Phan Sơn Phúc.

 Võ Thị Kim Anh.

 Hồ Việt Anh.

BÀI TN 1 KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C

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

Đo giá trị của biến trở VR5

Các kết quả điền vào bảng 1

Quan sát điện áp trên tụ C1 trên dao động ký.

Biên độ điện áp trên tụ C1 là bao nhiêu?

- Biên độ điện áp trên tụ C1:

Từ đó, giá trị C1 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

Giá trị in trên C1 là 0,1 Vậy sai số giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực là

Vẽ lại dạng sóng ngõ vào và trên tụ C1 Hai sóng này có tương quan về phase như thế nào? Giảithích

- Nhận xét: Sóng ngõ ra trên tụ C1 trễ phase hơn sóng ngõ vào Khi có dòng xoay chiều đi vào tụđiện, dòng điện sẽ bắt đầu tích điện cho tụ điện và nhờ lượng điện tích đã nạp tụ điện mới bắt đầutăng điện áp lên Điện áp không tăng cùng lúc với cường độ dòng điện mà nó cần thời gian đểphân bố điện tích và tạo nên điện áp trong tụ Do đó, đối với tụ điện thì điện áp trễ pha hơn cường

độ dòng điện

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

- Khi tăng tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ giảm, và khi giảm tần số tín hiệu vào thì biên độtrên tụ tăng

- Giải thích: tần số dòng điện càng lớn thì trở kháng của tụ càng nhỏ, cường độ dòng điện hiệudụng trong mạch càng lớn và ngược lại Với dòng điện một chiều, tụ điện có trở kháng dương vôcùng Đặc tính này được ứng dụng trong các mạch truyền tín hiệu

Chuyển tín hiệu Vin thành xung vuông tần số 1Khz, biên độ 2V Vẽ dạng sóng Vin và dạng sóng trên

tụ điện Giải thích

- Giải thích: do nguyên lý hoạt động tích và phóng điện của tụ.Do điện áp trên tụ thay đổi theophương trình dạng mũ

Quan sát điện áp trên tụ C5 trên dao động ký.

Biên độ điện áp trên tụ C5 là bao nhiêu?

- Biên độ điện áp trên tụ C6: 312mV

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

Đọc giá trị in trên tụ C5 Giá trị và điện áp tối đa theo lý thuyết của C5 là bao nhiêu?

Quan sát điện áp trên cuộn dây L5 trên dao động ký.

Biên độ điện áp trên cuộn dây L5 là bao nhiêu?

- Biên độ điện áp trên cuộn dây: mV

Từ đó, giá trị L5 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính

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

- Nhận xét: Sóng ngõ ra ở L5 có pha sớm hơn sóng ngõ vào Khi có dòng điện đi qua cuộn dây thìcuộn dây cũng đồng thời tạo từ trường chạy trong lòng cuộn dây Dựa trên nguyên lý cảm ứngđiện từ, khi từ trường tăng dần theo dòng điện thì trong cuộn dây cũng sinh ra dòng điện cảm ứng

để chống lại sự tăng dần đó Khi dòng điện giảm, từ trường giảm thì cũng có một dòng điện cảmứng sinh ra để chống lại sự giảm đó Vì vậy trong cuộn dây, dòng điện trễ pha hơn so với điện áp.Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 thay đổi như thế nào? Giải thích

- Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 cũng tăng/giảm tương ứng

- Giải thích: ta có và

Khi Z tăng thì U cũng tăng và ngược lại, khi Z giảm thì U cũng giảm do U và R là cố định L L L L in

Mà Z tỉ lệ thuận với f nên khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 cũng tăng/giảm L

tương ứng

BÀI TN 2 KHẢO SÁT DIOCE CHỈNH LƯU VÀ ZENER

MỤC TIÊU:

 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

CHUẨN BỊ:

 Chuẩn bị bài prelab

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

THÍ NGHIỆM 1

Mục tiêu

Khảo sát đặc tính diode trong miền thuận

Yêu cầu

Kết nối nguồn điện thay đổi 0-20V vào diode D1, dùng VOM ở chế độ đo mA kết nối D1 và R1.Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp đo điện áp vào Vin, một VOM khác đo điện áp 2 đầu diode Nếunhư thiếu VOM thì có thể dùng 1 VOM đo điện áp Vin rồi sau đó đo điện áp trên diode

Kiểm tra

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

Tăng dần Vin và ghi các giá trị đo được vào bảng sau

Xác định điện áp ngưỡng của diode

Điện áp ngưỡng của diode là 0,68 V

Lặp lại thí nghiệm cho Led D2

Vd2 (V) 1,713 1,843 1,91 1,961 2,005 2,043 2,077 2,110 2,135Điện áp ngưỡng của D2: 1,961 V

Lặp lại thí nghiệm cho Led D3

Khảo sát đặc tính diode trong miền ngược.

Yêu cầu

Dùng VOM đo giá trị điện trở R2

Kết nối nguồn điện thay đổi 0-20V vào diode D8 và điện trở R2 như hình vẽ, Dùng 1 VOM ở chế độ

đo điện áp đo điện áp trên R2 (VR2), một VOM khác đo điện áp 2 đầu diode Vd

Kiểm tra

Giá trị R2 là: 22 KΩ

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

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

VR2 (V) 1,875 3,750 5,585 7,850 9,81 11,78 13,74 15,70 17,66

Id (µA) 1,264 2,514 3,759 5,458 6,816 8,16 9,509 10,88 12,25Nhận 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: -6,469 ( với n = 1,76869)

Dùng dòng điện ngược bão hòa đã có, kiểm chứng lại dòng điện thuận theo lý thuyết của diode D1với bảng đo đã thực hiện ở trên, coi nhiệt độ phòng là 30oC

Vd (V) 0,60 0,644 0,605 0,68 0,691 0,7 0,707 0,713 0,718Id(theory)

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 cho việc sóng ngõ ra thấp hơn hơn sóng ngõ vào là do ở diode phải có sụt áp giữa anode

và cathode lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thì diode mới dẫn, với

Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra và giải thích sự khác nhau so với khi không có tụ C1

Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, nguyên nhân là do khi có tụ điện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện xả để duy trì điện áp qua tải được ổn định Nhờ tác dụng lọc của tụ mà dạng sóng ở ngõ ra phẳng hơn

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

Nguyên nhân sóng ngõ ra có giá trị đỉnh thấp hơn sóng ngõ vào và thấp hơn giá trị đỉnh của sóng ngõ

ra trong trường hợp chỉnh lưu bán kì là do trong mỗi bán kì, giữa hai đầu chỉnh lưu cầu đều phải cósụt áp lớn hơn hai lần điện áp ngưỡng của mỗi diode thì diode mới dẫn, cho nên

Nối ngõ ra vào tụ C1 Vẽ lại dạng sóng ngõ ra và giải thích sự khác nhau so với khi không có tụ C1

Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, nguyên nhân là do khi có tụ điện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện xả để duy trì điện áp qua tải được ổn định Nhờ tác dụng lọc của tụ mà dạng sóng ở ngõ ra phẳng hơn

Khi I =5 mA thì số chỉ của Volt kế là 4,926VD

Sau khi kết nối tải R4, số chỉ của Miliampe là 9mA song song với Zener thì số chỉ của volt kế sẽ là 2,9 V.Quan sát : Số chỉ trên Miliampe kế tăng nhưng số chỉ trên Volt kế lại không khá nhiều

Nguyên nhân là do với điều kiện của thí nghiệm này, diode zener đã đạt trạng thái ổn áp do dòng điện đã đạt giá trị ổn áp tối thiểu nên điện áp giữa hai đầu diode zener ổn định ở mức điện áp áp Đối với

Miliampe kế thì Miliampe kế lúc này đang hiển thị cường độ dòng điện trong cả mạch, tức là là tổng của

cả dòng điện qua diode zener và tải nên lúc này Miliampe kế hiển thị giá trị lớn hơn ban đầu khi chỉ có dòng điện qua diode zener

Giảm Vin cho đến khi mạch không còn ổn áp So sánh với giá trị Vin theo lý thuyết

Vin= 14 V

Vin theo lý thuyết để mất ổn áp:

Xét mạch ta có : trong đó và (với điều kiện là Zener ổn áp, V không đổi )Z

Suy ra:

Vì V là hàm đồng biến với I và các thành phần còn lại là không đổi nên với điều kiện là diode zener ổn in Z

áp là ngay khi đạt giá trị điện áp V nên điện áp V nhỏ nhất để diode zener vẫn ổn áp theo lý thuyết : Z in

BÀI TN 3

KHẢO SÁT BJT

MỤC TIÊU:

 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

CHUẨN BỊ:

 Chuẩn bị bài prelab

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

THÍ NGHIỆM 1

Mục tiêu

Đo và kiểm tra BJT

Hình 2: Layout thực tế trên module thí nghiệm

Tiến hành

Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện Ib, quan sát giá trị Ic và Vce và điền vào bảng sau:

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

- Với Ib trong khoảng 10 ~ 30 uA thì transistor dẫn khuếch đại với h khoảng 355fe

Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ nào? Vì sao?

- Khi làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ ngắt Vì khi không có dòng điện thích hợpvào Base thì transistor ngắt và không cho dòng điện đi qua Khi có dòng điện thích hợp đi vào Basethì transistor chuyển sang chế độ bão hoà và cho dòng điện đi qua

THÍ NGHIỆM 3

Mục tiêu

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

Chuẩn bị

Đọc xem điện trở R2 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM

Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như Hình 4 Một VOM đo dòng điện Ib ở tầm uA, mộtVOM đo dòng Ic ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp Vce

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

Vặn biến trở VR5 về mức lớn nhất

Tiến hành

Bật nguồn Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện Ib, quan sát giá trị Ic và Vce và điền vào bảng sau:

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

- Với Ib trong khoảng 10 ~ 50uA thì transistor dẫn khuếch đại với hfe

khoảng 224Nếu thay vì đặt tải (điện trở+led) ở cực C, ta đặt ờ cực E như hình sau

Khi đó BJT có bão hòa được không? Vì sao? (Câu hỏi này trả lời khi nộp

báo cáo, không cần trả lời lúc tiến hành thí nghiệm)

BJT sẽ không hoặc rất khó bão hoà vì theo sơ đồ nối như trên Vì đểtransitor PNP có bão hoà thì điện áp tại cục B phải đủ thấp hơn cực E,theo sơ đồ như hình ta có điện áp tại B tương đương hoặc lớn hơn điện áp tại cực C, mà điện ápchênh lệch giữa cực E và cực C lại thấp hơn điện áp chênh lệch giữa cực B và E trong chế độ bãohoà

Bật nguồn Chỉnh điện áp V cố định là 2V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng I và ghi vào bảngCE B

sau Trong quá trình thí nghiệm lưu ý giữ V cố định là 2V.CE

V BE (V) 0,417 0.464 0,518 0,555 0,577 0,598 0,613 0,628 0,645

Chỉnh điện áp V cố định là 4V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng I và ghi vào bảng sau TrongCE B

quá trình thí nghiệm lưu ý giữ V cố định là 4V.CE

V BE (V) 0,313 0,444 0,510 0,550 0,574 0,593 0,607 0,622 0,641

Vẽ đặc tuyến vào IB-VBE ứng với hai trường hợp V =2V và V =4V Nhận xét.CE CE

- Nhận xét: Đối với trường hợp V =2V, V tăng chậm khi I nằm trong khoảng 10-15uA và 25-35uA,CE BE B

các khoảng còn lại VBE tăng nhanh, với trường hợp VCE =4V, khi I trong khoảng 10-20uA, V tăngB BE

chậm, khi I trong khoảng 20-50uA, VB BE tăng nhanh

Bật nguồn Chỉnh dòng điện I cố định là B 20uA, thay đổi V để có được các giá trị V theo bảng sau.in CE

Điền các giá trị tương ứng của dòng I C

Vẽ đặc tuyến ngõ ra IC-VCE ứng với 3 trường hợp trên.

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

Tương quan giữa ba đặc tuyến: Nếu IC=f(VCE) thì I (IC B=30µA)>I (IC B=25µA)> IC(IB=20µA) Dựa vào đồ thị V [0;0,3] là miền bão hoà Chọn đường I =20µA, lấy gần đúng CE B

Kết nối mạch như Hình 7 Nguồn cấp Vin là 12V

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

Dùng 1 VOM đo điện áp giữa cực C và E của Q3.

Dùng kênh 1 dao động ký đo dạng sóng Vs, kênh 2 đo dạng sóng tại cực C của Q3

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 V = 6V.CE

Tăng dần biên độ Vs Xác định biên độ tối đa của Vs để ngõ ra không bị méo dạng (max swing) Nếudạng sóng ngõ ra bị méo dạng ở 1 đầu hình sine, chỉnh biến trở R8 để thay đổi phân cực sao cho đạtmax swing Vẽ dạng sóng v và v trên cùng hệ tọa độ.s ce

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

- Độ lợi của mạch khuếch đại ở max-swing: h = fe

out in

Chỉnh lại Vs sao cho đạt max swing trong trường hợp có tải R13 Xác định độ lợi và Vs tại MaxSwing Kiểm chứng lại so với lý thuyết

- Độ lợi tại max-swing: hfe