Báo cáo thí nghiệm cấu kiện điện tử

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ BÀI 1: DIODES 1.1 Thiết bị: • Khảo sát đặc tính của diode 1N914 vs 5819 tương ứng với vật liệu Si và Ge. • Tìm dòng rò, dòng thuận của diode. • So sánh kết quả khảo sát của 2 loại diode

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

-BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ

1.2 Nội dung thí nghiệm:

1.2.1 Mục đích :

 Khảo sát đặc tính của diode 1N914 vs 5819 tương ứng với vật liệu Si và Ge

 Tìm dòng rò, dòng thuận của diode

 So sánh kết quả khảo sát của 2 loại diode

1.2.2 Mạch thí nghiệm và các thông số trên mạch:

Thiết lập bài thí nghiệm:

Lắp mạch trên breadboard: cấp nguồn Vss=10Vdc, R1=1M, diode 1N4007, 1N4148, 1N5819

Câu hỏi:

Xếp thứ tự ba điốt này theo thứ hạng, từ dòng rò ngược nhỏ nhất đến lớn nhất Điốt nào sẽ phù hợp nhất để sạc tụ điện và cho phép tụ điện giữ điện tích trong thời gian dài nhất?

Kết quả đo được hiển thị trên phần mềm LTspice:

Sắp xếp các diode theo thứ tự từ dòng rò ngược nhỏ nhất đến lớn nhất:

Loại diode Giá trị dòng rò (mA) Giá trị dòng rò

tương đương (mA)

1.2.3 Đo xác định đặc tuyến diode

Thiết lập bài thí nghiệm:

Lắp mạch trên breadboard: Dùng 3 loại điốt (1N4007, 1N4148 và 1N5819), hãy

điện áp của diode trong một bảng trong Báo cáo thí nghiệm Dòng diode xác định bằng10,0 V / R1

Thay đổi điện trở thành giá trị tiếp theo và lặp lại Sau khi đo đủ sáu cặp (I, V) khácnhau đối với mỗi loại diode, hãy thay đổi diode thành diode tiếp theo và lặp lại từngđiểm trong số sáu các phép đo một lần nữa Trao đổi giữa các thành viên trong nhómphòng thí nghiệm, để mọi người đều phải làm ít nhất một diode

(d) Xếp hạng bốn điốt từ điện áp VON nhỏ nhất đến lớn nhất Làm thế nào

xếp hạng này so với xếp hạng đối với dòng rò ngược?

(a) Biểu đồ logarit chung (cơ số 10) của dòng điện so với điện áp

Diode 1N914:

(a)

+ Đo lần 1: Ứng với vị trí trục hoành 1V

+ Đo lần 2: Ứng với vị trí trục hoành 2V

+ Đo lần 3: Ứng với vị trí trục hoành 3V

+ Đo lần 4: Ứng với vị trí trục hoành 4V

+ Đo lần 5: Ứng với vị trí trục hoành 5V

+ Đo lần 6: Ứng với vị trí trục hoành 6V

577,64m

592,46m

607,29m

622,08m

(b) (c) Theo bảng số liệu, ta thấy hiệu điện thế của diode lần lượt tăng từng khoảng gần bằng nhau:

+ Đo lần 2: Ứng với vị trí trục hoành 2V

+ Đo lần 3: Ứng với vị trí trục hoành 3V

+ Đo lần 4: Ứng với vị trí trục hoành 4V

+ Đo lần 5: Ứng với vị trí trục hoành 5V

+ Đo lần 6: Ứng với vị trí trục hoành 6V

563,02m

577,85m

592,51m

607,38m

622,36m

(b) (c) Theo bảng số liệu, ta thấy hiệu điện thế của diode lần lượt tăng từng khoảng gần bằng nhau:

+ Đo lần 1: Ứng với vị trí trục hoành 1V

+ Đo lần 2: Ứng với vị trí trục hoành 2V

+ Đo lần 3: Ứng với vị trí trục hoành 3V

+ Đo lần 4: Ứng với vị trí trục hoành 4V

+ Đo lần 5: Ứng với vị trí trục hoành 5V

+ Đo lần 6: Ứng với vị trí trục hoành 6V

126.93m

135.4m

143.87m

152.37m

160.89m

(b) (c) Theo bảng số liệu, ta thấy hiệu điện thế của diode lần lượt tang theo từng khoảng gần bằng nhau:

Thiết lập bộ tạo tín hiệu Sine ở biên độ 10 Vpp và tần số 1000 Hz Kết nối dây nối đất

từ bộ tạo tín hiệu và GND của đầu dò dao động ký với mặt còn lại của R1

Đo cập nhật kết quả vào báo cáo dạng sóng đo được trên CH1 và CH2 Lưu ý tại CH2chọn chế độ đo DC

Tiếp theo, cấu hình một máy hiện sóng để hiển thị các đặc tính I-V như sau: Định cấuhình máy hiện sóng để tạo ra màn hình X-Y, sử dụng Ch-1 làm trục và Ch-2 là trục Y

Từ kết quả của bạn, trích xuất điện áp Vd phân cực thuận (Von) cho mỗi diode Sosánh câu trả lời của bạn với kết quả của các bài đọc DMM trước đó

Thiết lập bài thí nghiệm:

Vẽ lại đặt tuyến I-V của diode 1N4148 trong sổ ghi chép của bạn và dán nhãn các trục dòng điện và điện áp bằng các dấu tích phù hợp với các hệ số tỷ lệ trên máy hiện sóng Bây giờ, thêm một điện trở 1,0 k 1 / 4W khác song song với D1 và quan sát ảnh hưởngđến các đặc tính I-V, như hiển thị trên màn hình máy hiện sóng

Hãy phác thảo những đặc điểm mới này trong báo cáo thí nghiệm trên cùng một bộ trục như đặt tuyến I-V đầu tiên Đặt tuyến I-V mới này thể hiện cách diode bị ảnh hưởng bởi một đường rò song song Tiếp theo, thay kết hợp song song D1 và 1,0 k bằng D1 và một điện trở 100 mắc nối tiếp và quan sát ảnh hưởng đến các đặc tính I-V Phác thảo các đặc điểm mới này trong báo cáo thí nghiệm trên cùng một nhóm trục như hai đặt tuyến I-V khác Đặt tuyến I-V mới này thể hiện cách diode bị ảnh hưởng

bởi điện trở nối tiếp bổ sung có thể phát sinh từ kết nối kém hoặc kết nối bị lỗi trong

mạch

Câu hỏi:

Thảo luận về ảnh hưởng của điện trở mắc nối tiếp và song song đối với các đặc tính

I-V quan sát được của một diode

Đặc tuyến I-V với mạch đã cho trước đó:

Đặc tuyến I-V với mạch mắc thêm điện trở song song với D1:

Đặc tuyến I-V với mạch mắc thêm điện trở nối tiếp với D1:

Thiết lập bộ tạo tín hiệu ở biên độ 5 V và tần số 1000 Hz Nối dây dẫn dương từ bộ tạotín hiệu và đầu dò từ Ch-1 của máy hiện sóng với cực dương của diode Nối đầu dò từCh-2 của máy hiện sóng đến điểm nối giữa D1 và R1 Kết nối dây nối đất từ bộ tạo tínhiệu và hai mặt đất của đầu dò dao động ký với mặt còn lại của R1, như thể hiện trongHình trên.

Tiếp theo, định cấu hình máy hiện sóng để hiển thị dạng đặc tính I-V như sau: Địnhcấu hình máy hiện sóng để tạo ra màn hình X-Y, sử dụng Ch-1 làm trục X và Ch-2 làmtrục Y

Đo đạt:

Phác thảo đặt tuyến I-V của mỗi diode trong sổ tay (chúng sẽ giống như dạng sóng củamáy hiện sóng) trên cùng một tập hợp các trục X Y Sử dụng các hệ số tỷ lệ từ máyhiện sóng, chia tỷ lệ các trục x và y của báo cáo thí nghiệm với các dấu tích cho dòngđiện và điện áp

Câu hỏi:

(a) Sử dụng dữ liệu đã được thu thập, tính giá trị cho zener điện trở Rz của diode trong

(b) Định mức công suất của diode zener 1N4732 được cho là 1,0 Watt Tính dòng điệntối đa mà diode có thể xử lý theo hướng thuận (ON) và sau đó theo hướng ngược lại(zener) và không vượt quá giới hạn 1,0 Watt.

1.2.5 Mạch xén

( Thay 1N4007 thành 1N4148)

Lần lượt thay 4 khối mạch bên dưới vào khối LIMITER

Đặt bộ tạo tín hiệu ở biên độ 10 Vpp và tần số 1000 Hz Kết nối bộ tạo tín hiệu, cácđầu dò của máy hiện sóng và GND của chúng như trong Hình trên.

Đo xác định dạng sóng vào và ra trên 2 kênh CH1 và CH2

(a) Hình nguyên lý của LIMITER-B:

-Khi Vin = +3,0V, dòng điện chỉ chạy qua nhánh D1, D3

-Khi Vin = -3,0V, dòng điện chỉ chạy qua nhánh D2, D4

(b) Chỉ sử dụng điốt 1N4148 và 1N4732 (1N750), thiết kế mạch giới hạn để hạn

Đặt bộ tạo tín hiệu có biên độ 10 Vpp và tần số 1000 Hz Kết nối bộ tạo tín hiệu với bảng mạch như trong Hình E.2.2 Điều này sẽ áp dụng một sóng sinewave cực đại 10

V cho mạch khi nguồn được bật Cấu hình nguồn điện một chiều để triển khai nguồn

và đầu ra trên cùng một bộ trục thời gian điện áp trong sổ ghi chép của bạn

Câu hỏi:

Mạch hiển thị trong Hình E2.2 được gọi là bộ cắt mức dương đỉnh dương Trong báocáo thí nghiệm, hãy vẽ mạch, VTC và dạng sóng đầu ra (giả sử là đầu vào hình sin)cho mỗi trường hợp trong số bốn trường hợp:

(a) bộ xén mức dương đỉnh dương,

(d) Bộ xén mức âm đỉnh âm

1.2.6 Chỉnh lưu bán kỳ có tụ lọc

Thiết lập bài thí nghiệm:

Đặt bộ tạo tín hiệu có biên độ 10 V và tần số 60 Hz Kết nối bộ tạo tín hiệu, các đầu dòcủa máy hiện sóng, và đế của chúng với mạch breadboard như thể hiện trong Hình E2.3 Điều chỉnh máy hiện sóng để hiển thị cả dạng sóng đầu vào và đầu ra như một hàm của thời gian

Tiến hành thí nghiệm:

Phác thảo tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ trong báo cáo thí nghiệm, ghi nhãn

cả trục điện áp và thời gian bằng các dấu tích thu được từ các hệ số tỷ lệ trên máy hiện sóng Xác định công suất điện áp tối thiểu và tối đa

Tiếp theo, nối tụ C1 song song với R1 và lặp lại phép đo Cẩn thận lưu ý rằng C1 là tụ điện phải được lắp đặt đúng cực Tụ điện sẽ có một số đánh dấu cho biết các đạo trình (+) và (-) Đảm bảo rằng dây dẫn (+) được kết nối với cực âm của diode, như trong Hình E2.3 Trên cùng một tập hợp các trục như phép đo trước đó, hãy phác thảo dạng sóng đầu ra trong sổ ghi chép của bạn Lưu ý các giá trị tối thiểu và tối đa của dạng sóng Tiếp theo, mắc song song tụ C2 với R1 và C1 Lưu ý rằng C2 cũng là tụ điện và phải được lắp đặt đúng cực Việc mắc thêm C2 có tác dụng tăng điện dung tổng hợp từ

10 uF lên 43 uF Lặp lại phép đo và phác thảo đầu ra bộ chỉnh lưu nửa sóng trên các trục tương tự như trước Một lần nữa lưu ý giá trị tối thiểu và tối đa của dạng sóng.Câu hỏi:

(a) Tính điện áp nhỏ nhất rơi trên R1 giảm xuống khi có cả hai tụ C1 và C2

(c) Từ điện áp đầu ra tối thiểu và tối đa được tính toán của bạn, hãy tính điện áp gợn sóng và khoảng thời gian mà diode dẫn điện.

(d) So sánh kết quả tính toán của bạn với các giá trị đo được của

gợn sóng trên máy hiện sóng

Tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ:

Tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ sau khi nối tụ C1:

Tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh lưu bán kỳ sau khi nối thêm tụ C2:

(a) Điện áp nhỏ nhất rơi trên R1 giảm xuống khi có cả hai tụ C1 và C2:

Thiết lập bài thí nghiệm:

Đặt bộ tạo tín hiệu có biên độ 10 V và tần số 60 Hz Kết nối bộ tạo tín hiệu với các cực

V + và V- như trong Hình E2.4

Tiến hành thí nghiệm:

Phác thảo đầu ra của bộ chỉnh lưu cầu toàn sóng trong báo cáo thí nghiệm, ghi nhãn cả trục điện áp và trục thời gian bằng các dấu tích thu được từ các hệ số tỷ lệ trên máy hiện sóng Xác định đầu ra điện áp tối thiểu và tối đa

Tiếp theo, nối tụ điện C1 song song với R1 và lặp lại phép đo Một lần nữa, hãy đảm bảo lắp đặt tụ điện C1 theo đúng cực tính Trên cùng một tập hợp các trục như lần đo trước, hãy phác thảo dạng sóng đầu ra trong sổ ghi chép của bạn Lưu ý các giá trị tối thiểu và tối đa của dạng sóng

Câu hỏi:

(a) Tính điện áp nhỏ nhất mà điện áp đầu ra rơi trên R1 giảm xuống

khi có cả hai tụ C1 và C2 Sử dụng phương pháp phân tích tương đương với sự phân rã

RC của đầu ra khi diode tắt thành điện áp đầu vào hình sin khi diode bật

(b) Sử dụng cùng một mô hình cho D1, tính điện áp lớn nhất mà điện áp đầu ra trên R1tăng lên

(c) Từ điện áp đầu ra tối thiểu và tối đa được tính toán của bạn, tính toán điện áp gợn sóng và khoảng thời gian mà các điốt trong cầu dẫn mỗi lần

(d) So sánh kết quả tính toán của bạn với các giá trị đo được của điện áp gợn sóng đối với mạch

(e) Thảo luận ngắn gọn về những ưu điểm và nhược điểm của chỉnh lưu toàn sóng so với nửa sóng để chuyển đổi nguồn AC sang DC

Phác thảo đầu ra của bộ chỉnh lưu cầu toàn sóng:

(a) Điện áp nhỏ nhất mà điện áp đầu ra rơi trên R1 giảm xuống khi có cả hai tụ C1 và C2:

∆t = 7.56 ms

(e) Thảo luận ngắn gọn về những ưu điểm và nhược điểm của chỉnh lưu toàn sóng

so với nửa sóng để chuyển đổi nguồn AC sang DC.

Ưu điểm của chỉnh lưu toàn sóng so với nửa sóng: Cả hai cực dương và cực âm đều được sử dụng, thời gian dẫn của diode nhanh hơn so với bán sóng

Nhược điểm của chỉnh lưu toàn sóng so với nửa sóng: Phải tốn đến 4 diode thay vì 1 hoặc 2 như bán sóng

(b) Vẽ hình của gói thiết bị và dán nhãn các dây dẫn

(c) Tra cứu bảng dữ liệu cho 2N7000 và so sánh các khoản khấu trừ của bạn vớithông số kỹ thuật của nhà sản xuất

(d) Vẽ lưu đồ để kiểm tra bất kỳ MOSFET bốn đầu cuối nào với một ohmmeter

có thể được sử dụng để xác định chính xác đạo trình nào là cổng, dây dẫn nào làphần thân, thiết bị là kênh n hay kênh và liệu thiết bị là chế độ D hoặc chế độ E (e) Nếu Gate bị phá hủy do phóng điện tĩnh, hãy suy đoán xem các số đọcDMM có thể khác như thế nào so với các số đo được quan sát

Thiết lập bài thí nghiệm:

Điện áp VDD lấy từ nguồn điện một chiều Điện áp này được đặt qua kết nối nối tiếp của một điện trở hạn dòng điện RC = 100 Ω, Như vậy, VDD = VDS + VRC

Điện áp của DMM1 tương đương với điện áp VRC, trong khi điện áp từ DMM2

là điện áp VDS

Tiến hành thí nghiệm:

Điều chỉnh nguồn điện một chiều 2 VGG để tạo ra điện áp +1,0 V Sau đó điều chỉnh nguồn điện DC 1 từ 0,0 V đến 10,0 V với mức tăng 1,0 V Đo VRC và VDS bằng DMM Nếu hai DMM không có sẵn trên băng ghế phòng thí nghiệm của bạn, bạn

có thể phải chuyển đổi qua lại giữa hai thiết bị đầu cuối tại DMM1 và DMM2 Ghi lại dòng xả và VDS vào một bảng trong sổ ghi chép của bạn Dòng xả bằng VRC / 100.0 Tăng nguồn điện DC 2 0,5 V và lặp lại cho đến khi đo bốn cặp (ID, VDS) khác nhau

Sử dụng một số giấy vẽ đồ thị, vẽ các đặc điểm I-V (ID so với VDS) của MOSFET

Câu hỏi:

(a) Quét qua các kết quả đo và tìm giá trị của VGS mà giá trị này chỉ bắt đầu tạo

ra dòng xả khác 0 Đây là giá trị gần đúng đầu tiên đối với điện áp ngưỡng VT của MOSFET được thử nghiệm

(b) Chọn một vài giá trị của VGS mà ID dòng xả cho thấy độ bão hòa được xác định rõ ràng Tìm giá trị của VDS tại đó ID dòng thoát đạt đến giá trị bão hòa của nó

và sau đó so sánh giá trị thực tế này của VDS, bão hòa với giá trị được tính toán của VGS - VT Nhận xét về mức độ gần nhau của các giá trị này Lý thuyết trong sách giáokhoa dự đoán tốt như thế nào về hành vi đo được của một MOSFET thực?

Mạch vẽ:

Lần lượt thay đổi điện trở R1={4.7 k, 20 k} cuối cùng thay R1= 1K

Đo và lưu lại kết quả

Kết quả đo được hiển thị như sau:

Với điện trở 4.7 kΩ:

Với điện trở 20 kΩ:

Mạch vẽ:

Câu hỏi thảo luận:

a) Trước tiên hãy thảo luận định tính tại sao đầu ra thấp khi đầu vào cao và ngược lại, tại sao đầu ra cao khi đầu vào thấp Hãy viết ngắn gọn, nhưng đầy đủ trong phần giải thích của báo cáo

b) Tìm VOH điện áp cao đầu ra và VOL điện áp thấp đầu ra cho mỗi trường hợp trong ba trường hợp đo ở trên Tham số nào trong số các tham số này phụ thuộc vào giá trị của R1? Giải thích tại sao điều này là như vậy?

2.2.2 Mạch đảo dùng CMOS

Giữ nguyên các cấu hình đã thiết lập cho nguồn điện DC và máy hiện sóng nhưtrong 2.2.1 Func Gen xuất ra sóng sine 5 V pp (đỉnh-tới-đỉnh) ở tần số 100 Hz với DC offset là + 2,5 Volts Nghĩa là, đỉnh dương của sóng sinewave phải ở +5.0 Vôn và đỉnh âm của sóng sinewave phải ở 0.0 Volts

Nối mạch như hình vẽ với 2 Mosfet kênh N và kênh P mắc kiểu bổ phụ

Đo và lấy dạng sóng vào và ra của mạch

Mạch được vẽ lại như sau:

Dạng sóng ngõ ra của mạch: