Báo cáo thực tập điện tử tương tự tuần 1

LỜI MỞ ĐẦU I. Khảo sát đặc tuyến IV của các loại diode 1. Đo đặc tuyến IV với các diode Si (D1) và Ge (D2) thông thường 2. Đo đặc tuyến IV của diode Zener (D3) 3. Đo đặc tuyến IV với các diode phát quang LED: D4, D5, D6, D7 II. Khảo sát mạch chỉnh lưu 1. Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng 2. Sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng dùng thứ cấp biến thế ra có điểm giữa IV. Các mạch dịch mức tín hiệu và hạn biên dùng diode 1. Bộ dịch mức một chiều DC của tín hiệu 2. Bộ hạn chế tín hiệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

- -BÁO CÁO MÔN HỌC THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

THỰC NGHIỆM 1:

CÁC LOẠI DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Hà Nội, ngày * tháng * năm ***

Nguyễn Văn B

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

I Khảo sát đặc tuyến I-V của các loại diode 2

1 Đo đặc tuyến I-V với các diode Si (D1) và Ge (D2) thông thường 2

2 Đo đặc tuyến I-V của diode Zener (D3) 3

3 Đo đặc tuyến I-V với các diode phát quang LED: D4, D5, D6, D7 5

II Khảo sát mạch chỉnh lưu 5

1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng 5

2 Sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng dùng thứ cấp biến thế ra có điểm giữa 9

IV Các mạch dịch mức tín hiệu và hạn biên dùng diode 10

1 Bộ dịch mức một chiều DC của tín hiệu 10

2 Bộ hạn chế tín hiệu 12

LỜI MỞ ĐẦU

Đầu tiên, chúng em muốn bày tỏ lòng biết ơn của mình đến thầy cùng cán bộ khoa của trường vì đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện báo cáo này Nhờ sự hướng dẫn của thầy/cô, chúng em

đã có cơ hội tiếp cận với những kiến thức, phương pháp và kỹ năng cần thiết để thực hiện đề tài của mình một cách hiệu quả nhất Thầy/cô luôn sẵn sàng giải đáp thắc mắc và cung cấp những lời khuyên hữu ích giúp tôi cải thiện kết quả nghiên cứu của mình Dưới đây là bài báo cáo của chúng em, mong thầy/cô nhận xét và đánh giá.

I Khảo sát đặc tuyến I-V của các loại diode

1 Đo đặc tuyến I-V với các diode Si (D1) và Ge (D2) thông thường

 Đo trong vùng thiên áp thuận:

Hình 1- a

V D 471.5

(mV)

481.1 (mV)

497.9 (mV)

507.4 (mV)

515.1 (mV)

522.1 (mV)

0.766 (V)

1 (V)

(mA)

0.1 (mA)

0.15 (mA)

0.18 (mA)

0.21 (mA)

0.25 (mA)

6.32 (mA)

17.77 (mA)

 Đo trong vùng thiên áp ngược:

Hình 1- b

V D -11.95

(V)

-11.91 (V)

-11.85 (V)

-11.83 (V)

-11.81 (V)

-11.75 (V)

-11.7 (V)

-11.65 (V)

I D -0.03

(mA)

-0.03 (mA)

-0.03 (mA)

-0.03 (mA)

-0.03 (mA)

-0.03 (mA)

-0.03 (mA)

-0.03 (mA)

 Nhận xét kết quả đặc điểm mắc thuận và mắc ngược của diode:

- Nhận xét kết quả về đặc điểm mắc thuận là: Lúc đầu khi Vd tăng từ 471.5

mV đến 522.1 mV thì Id tăng chậm từ 0.08 mA đến 0.25 mA cho đến khi Vd tăng đến 0.766 mV thì Id bắt đầu tăng nhanh đến 6.32 mA

- Nhận xét kết quả về đặc điểm mắc ngược là: Vd thay đổi không ảnh hưởng đến Id Id luôn xấp xỉ 0

 Trả lời câu hỏi:

- Điện trở Rs trong sơ đồ đo I-V được sử dụng để bảo vệ diode bằng cách giới hạn dòng điện tối đa chảy qua diode, đồng thời giúp đảm bảo rằng diode đang hoạt động Nếu không có điện trở bảo vệ, khi áp dụng điện áp lên diode, dòng điện có thể tăng lên rất cao, gây ra quá tải và làm hỏng diode

- Biểu hiện của điện trở Rs và P1 trên đường đặc tuyến I-V: Khi giá trị của biến trở P1 thay đổi thì giá trị Vd và Id cũng thay đổi Đường đặc tuyến I-V phụ thuộc vào giá trị Vd và Id nên cũng sẽ phụ thuộc vào giá trị điện trở

- Đối với diode Si: Von = 0.7 V, dải biến đổi thế nhỏ 0.766 < Vd < 1 (V) cho dải biến đổi dòng lớn 6.32 < Id < 17.77 (mA)

2 Đo đặc tuyến I-V của diode Zener (D3)

 Đo trong vùng thiên áp thuận:

(V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V)

(mA)

0.08 (mA)

0.09 (mA)

0.11 (mA)

0.15 (mA)

0.19 (mA)

0.37 (mA)

16.59 (mA)

 Đo trong vùng thiên áp ngược

V -8 (V) -9 (V) -10 (V) -11 (V) -12 (V) -13 (V) -14 (V) -15 (V)

(mA)

1.6 (mA)

2.1 (mA)

2.5 (mA)

3 (mA)

3.55 (mA)

4 (mA)

4.7 (mA)

(V)

5.57 (V)

5.6 (V)

5.62 (V)

5.63 (V)

5.67 (V)

5.69 (V)

5.72 (V)

 Hệ số ổn áp của Diode Zener (D3):

β (%)=(5.72−5.56)

(15−8) ×100 %=2,28 %

 Nhận xét kết quả:

- Diode Zener là một loại diode đặc biệt được thiết kế để hoạt động ở chế độ thuận và ngược, và được sử dụng như một thành phần ổn áp trong mạch điện

- Đặc điểm mắc thuận - ngược và vai trò ổn áp của Diode Zener:

+ Khi mắc thuận: Diode Zener sẽ hoạt động như diode Si

+ Khi mắc ngược: Diode Zener có khả năng chịu được điện áp ngược lớn

mà không bị phá hủy Khi điện áp nghịch tăng đến một giá trị lớn hơn

điện áp Vz của nó thì nó cho phép dòng điện ngược đi qua đồng thời nó

ổn định điệp áp giữa hai đầu bằng Vz

- Đặc điểm của đặc tuyến I-V của diode zener:

+ Vùng phân cực thuận tương tự như diode chỉnh lưu Còn vùng phân cực ngược ban đầu xuất hiện dòng điện rất nhỏ, cho đến khi Vd tăng đến -5,6V thì dòng điện qua diode tăng lên đồng thời diode giữ ổn định mức điện áp ở -5.6V nếu không bị đánh thủng

- Vai trò của Diode Zener trong mạch ổn áp: giúp điện áp đầu ra ổn định với

độ gợn sóng thấp trong các điều kiện dòng tải khác nhau

3 Đo đặc tuyến I-V với các diode phát quang LED: D4, D5, D6, D7

sáng Sáng trung bình Sáng rõ

Dòng qua LED - ID4 0.16 (mA) 10.3 (mA) 12.9 (mA) Sụt thế trên LED -VD4 1.845 (V) 2.89 (V) 3.2 (V)

II Khảo sát mạch chỉnh lưu

1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng

Hình 1.4: Mạch chỉnh lưu nửa sóng

 Sơ đồ nguyên lý khảo sát mạch chỉnh lưu nửa sóng tương tự như hình 1.4, ở đây sử dụng diode D1 và trở R1 của bản mạch như sau:

- Kết quả đo:

- Giải thích sự khác nhau giữa dạng sóng tại A và OUT, sự chênh lệch thế đỉnh tương ứng:

+ Sự khác nhau giữa dạng sóng tại A và OUT do: trong nửa chu kỳ dương của sóng vào, khi điện áp lớn hơn điện áp ngưỡng của diode thì diode phân cực thuận và cho dòng điện đi qua Khi điện áp nhỏ hơn điện áp ngưỡng của diode và trong nửa chu kỳ âm thì diode phân cực ngược và không cho dòng điện đi qua

+ Sự chênh lệch thế đỉnh tương ứng là do trên diode có một điện áp ngưỡng nên biên độ của sóng ra sẽ giảm một khoảng tương ứng so với sóng vào

cụ thể là khoảng 0.4V

 Khảo sát bộ chỉnh lưu có lọc gợn sóng:

- Kết quả đo:

- Nhận xét:

+ Thế gợn sóng: Vr = 0.05V

+ Thế trung bình: Vdc = 0.8V

+ Tỷ lệ phần trăm so với thế trung bình: r = Vr

Vdc=

0.05 0.08=0.625=6.25 %

- Giải thích hiện tượng:

+ Sóng ra có dạng gần như một đường thẳng và có những gợn sóng bởi vì

có sự tham gia của tụ điện vào mạch Ở chu kỳ dương tụ được nạp, đến chu kỳ âm tụ phóng điện qua từ đó giúp điện áp ra không giảm nhanh mà giảm từ từ Sau đó đến chu kỳ dương thì điện áp lại tăng trở lại Vì vậy gây ra hiện tượng gợn sóng như trên Tỷ lệ gợn sóng tỷ lệ nghịch với điện trở, điện dung của tụ điện và tần số của điện áp lối vào

 Khảo sát sự phụ thuộc của thế gợn sóng vào trở tải và tụ lọc

- Kết quả đo:

Tín hiệu lối ra khi nối J2, J3

Tín hiệu lối ra khi nối J2, J3 và J4

- Nhận xét:

+ Tỷ lệ gợn sóng: r = Vr

Vdc ×100 %=

0.18 2.5 × 100 %=7.2%

+ Tỷ lệ gợn sóng tăng lên khi thay R1 bằng R2 vì R2<R1 Mà thời gian để

tụ phóng nạp tỉ lệ thuận với điện trở nên thời gian phóng nạp sẽ giảm Điện áp lối ra sẽ tăng giảm nhanh hơn do đó tỉ lệ gợn sóng cũng sẽ cao hơn

+ Khi mắc thêm tụ C2 thì tổng dung kháng sẽ tăng lên nên làm tăng thời gian phóng nạp Vì vậy tỉ lệ gợn sóng sẽ giảm đi

+ Dự đoán góc cắt sẽ tăng đi khi thay R1 bằng R2

2 Sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng dùng thứ cấp biến thế ra có điểm giữa

 Khảo sát mạch chỉnh lưu toàn sóng gồm 2 diode D1, D2 và trở R1:

- Kết quả đo

- Giải thích sự khác nhau sự khác nhau của sóng lối ra OUT so với trường hợp chỉnh lưu nửa sóng:

+ Sự khác nhau giữa dạng sóng trong hai trường hợp là do mạch chỉnh lưu toàn sóng lấy được điện áp ở cả nửa chu kỳ âm và nửa chu kỳ dương còn mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ lấy được điện áp ở nửa chu kỳ dương Cụ thể là mạch chỉnh lưu toàn sóng có 2 diode nên mỗi nửa chu kỳ sẽ cho dòng điện qua 1 diode Còn mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ có 1 diode nên dòng điện chỉ có thể đi qua trong nửa chu kỳ dương

 Khảo sát bộ chỉnh lưu toàn sóng có lọc gợn sóng:

- Suy đoán:

+ Vì mạch chỉnh lưu toàn sóng điện áp sẽ không còn những quãng 0 như nửa sóng nên việc lọc gợn sóng cũng tốt hơn

- Kết quả đo:

- Nhận xét:

+ Gợn sóng giảm so với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ như dự đoán

IV Các mạch dịch mức tín hiệu và hạn biên dùng diode

 Mạch thực hiện A1 - 4:

1 Bộ dịch mức một chiều DC của tín hiệu

 Dịch mức dương của tín hiệu

- Vẽ lại sơ đồ nguyên lý:

- Nguyên lý hoạt động: Ở một phần chu kỳ âm đầu tiên của Vin điốt được phân cực thuận, tụ C được nạp điện đến khi điện áp trên tụ đạt tới giá trị Vtụ

= Vin + Vc – 0.7 Ngay sau đó điốt được phân cực ngược, tụ C chỉ có thể phóng điện qua RL Do RL được chọn với điện trở lớn nên tụ phóng điện rất chậm ở mỗi chu kì của Vin vì thế nên tụ C lúc này có thể coi như một nguồn nuôi DC mắc nối tiếp với Vin Do đó biên độ của sóng lối ra khi diode phân cưc ngược là: Vtụ + Vin = Vin + Vc – 0.7 + Vin = 2Vin + Vc – 0.7 Còn khi phân cực thuận biên độ sóng lối ra là: -0.7 + Vc nên khoảng cách từ giữa 2 đỉnh vẫn là Vin Do đó khi tăng Vc thì điện áp lối ra cũng tăng theo

 Dịch mức âm của tín hiệu

- Vẽ lại sơ đồ nguyên lý:

- Nguyên lý hoạt động: Tương tự với bộ dịch mức phần dương của tín hiệu nhưng ngược lại Khi diode phân cực ngược biên độ sóng lối ra là: -2Vin –

Vc + 0.7 Khi diode phân cực thuận thì biên độ sóng lối ra là: 0.7 – Vc Do

đó khi Vc tăng thì biên độ sóng lối ra giảm

2 Bộ hạn chế tín hiệu

 Hạn chế phần dương của tín hiệu

- Vẽ lại sơ đồ nguyên lý:

- Nguyên lý hoạt động: Từ mạch điện ta thấy điện áp phân cực cho điốt là: Vin

- Vc

+ Khi Vin - Vc > 0.7 hay Vin > Vc + 0.7 điốt được phân cực thuận, sụt áp trên điốt Vout - Vc = 0.7 hay Vout = Vc + 0.7

+ Khi Vin - Vc <= 0.7 điốt được phân cực ngược Vout = Vin

 Hạn chế phần âm của tín hiệu

- Vẽ lại sơ đồ nguyên lý:

- Nguyên lý hoạt động: Tương tự bộ hạn chế phần dương của tín hiệu

+ Khi -Vin - Vc > 0.7 hay -Vin > Vc + 0.7 điốt được phân cực thuận, Vout = -Vc - 0.7

+ Khi -Vin - Vc <= 0.7 điốt được phân cực ngược Vout = Vin