Nghiên cứu, lắp ráp và sử dụng các mạch tự động hoá cơ sở vào dạy học vật lí ở trường THPT

Nghiên cứu thực nghiệm: + Tiến hành các thí nghiệm trong bộ thí nghiệm điện tử; + Thiết kế chế tạo các thiết bị ứng dụng mạch tự động hóa cơ sở.. Chơng 1 Nghiên cứu lắp ráp các mạch tự đ

Nghiên cứu, lắp ráp và sử dụng các mạch tự động hóa cơ sở vào dạy học vật lý ở trờng THPT

khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Lý luận và phơng pháp giảng dạy vật lý

Giáo viên hớng dẫn: TS Phạm Thị Phú

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Thuận

lớp 44A – vật lý vật lý

Vinh - 2007

Lời cảm ơn

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn, giúp

đỡ chỉ bảo tận tình của cô giáo hớng dẫn TS Phạm Thị Phú

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ bộ mônPPGD; các thầy cô và cán bộ khoa Vật lý, phòng thí nghiệm PPGD cùng toànthể bạn bè gia đình đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho

em hoàn thành bản luận văn này

Vinh, ngày 14 tháng 05 năm 2007

Sinh viên Phan Văn Thuận

mục lục

Trang

Mở đầu 3

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Đối tợng nghiên cứu 4

4 Phạm vi nghiên cứu 4

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

6 Giả thuyết khoa học 4

7 Phơng pháp nghiên cứu 4

8 Kết quả nghiên cứu

8.1

8.2

8.3

8.4

5 Chơng 1: Nghiên cứu lắp ráp các mạch tự động hóa cơ sở 6

Bài 1: Rơle nhiệt 6

Bài 2: Rơle điện từ 8

Bài 3: Điện trở phụ thuộc vào ánh sáng (điện trở quang) 10

Bài 4: Rơle điều khiển bằng ánh sáng 14

Bài 5: Đặc tính của Điốt (Diode) 16

Bài 6: Điốt Phát quang 21

Bài 7: Máy thử cực với các Điốt 24

Bài 8: Đờng đặc trng của Điốt-Z 27

Bài 9: Bảo vệ quá tải dùng một Điốt-Z 30

Bài 10: Chiều của Điốt trong mạch Tranzito Thử mạch điện với Điốt phát quang 33

Bài 11: Đờng đặc trng truyền của Tranzito 37

Bài 12: Mạch Tranzito điều khiển điện áp 39

Bài 13: Công tắc trễ 42

Bài 14: Sự chia điện áp 45

Bài 15: Mạch Tranzito điều khiển dòng 48

Bài 16: Điều khiển Tranito bằng ánh sáng 51

Chơng 2: Sử dụng các thí nghiệm về mạch tự động hóa cơ sở vào dạy học vật lý THPT 55

2.1 Sử dụng thiết bị tự động hóa trong thực hành thí nghiệm vật lý

a Thiết bị đo thời gian trong SGK VL 10 phân ban 55

b Thiết bị đo thời gian dùng trạm quang tự chế tạo 56

2.2 Dạy học chính khóa 58

Giáo án 1: Sự nở vì nhiệt của vật rắn 58

Giáo án 2: Quang trở và pin quang điện 61

2 3 Bài thí nghiệm thực hành 63

Bài 1: Vẽ đờng đặc tính của Điốt 63

Bài 2: A Khảo sát điện trở phụ thuộc vào ánh sáng; B Rơle điện từ điều khiển bằng ánh sáng 65

2 4 Ngoại khóa Vật lý 69

Bài 1: Công tắc cảm ứng bằng tay 69

Bài 2: Công tắc hẹn giờ tự động 72

Kết luận 74

Tài liệu tham khảo 76

Mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp càng tỏ ra quan trọng trong điềukiện khoa học kỹ thuật phát triển nh vũ bão hiện nay Những ứng dụngcủa vật lý vào kỹ thuật không những tạo ra những ph ơng pháp sản xuấtmới, dẫn tới năng suất lao động cao mà nhiều khi còn thay đổi cơ bảnchức năng của con ngời và máy móc trong quá trình sản xuất Chẳnghạn nh trong nhiều lĩnh vực sản xuất hiện nay đã đợc tự động hóa hoàntoàn hay một phần, máy móc hoạt động theo một chơng trình hoàn toànxác định với một mức độ chính xác cao hơn cả con ng ời thao tác trựctiếp trên máy Vai trò của con ng ời ở đây quy về việc kiểm tra hoạt

động của các hệ thống tự động, phát hiện và điều chỉnh những trục trặc

sự cố, chứ không còn phải thao tác trực tiếp trên vật liệu cần gia công

và những công việc đó đã đợc các rôbốt hoặc máy móc tự động đảmnhận

Bớc vào thế kỷ 21, sẽ xuất hiện nhiều công nghệ sản xuất hiện đại,trong đó tự động hóa giữ một vai trò quan trọng, ng ời lao động cần phải

có kiến thức cơ bản về tự động hóa

Vì vậy ngay khi đang ngồi trên ghế nhà tr ờng chúng ta phải chuẩn

bị cho học sinh những kiến thức và những kỹ năng cần thiết để họ cóthể nhanh chóng tham gia vào các hoạt động sản xuất đa dạng trong xãhội hiện đại Việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp không đòi hỏi phải dạycho học sinh tất cả các máy móc, thiết bị nhng đòi hỏi phải dạy nhữngcơ sở, nguyên tắc vật lý nói chung Nắm đ ợc những nguyên tắc chung

đó, học sinh sẽ dễ dàng sau này đi vào sử dụng từng loại máy mócchuyên dùng cụ thể trong mỗi ngành sản xuất

Môn vật lý học đóng một vai trò quan trọng để thực hiện đ ợc mụctiêu trên Vì vậy trong dạy học vật lý cần tạo đ ợc niềm tin vào sự đúng

đắn của khoa học, phải mang lại sự gần gũi giữa các bài học và thựctiễn Điều đó chỉ có thể thực hiện đợc thông qua những thí nghiệm màgiáo viên hoặc học sinh tiến hành trong quá trình dạy học Nh ng nhiềuthí nghiệm để có đợc kết quả chính xác, thuyết phục giáo viên hoặc họcsinh không thể đo đạc trực tiếp mà phải nhờ vào sự hỗ trợ của các thiết

bị tự động

Từ những mục tiêu quan trọng trên tôi đã chọn đề tài "Nghiên cứu,

lắp ráp và sử dụng các mạch tự động hóa cơ sở vào dạy học vật lý ở

- Lắp ráp và sử dụng các thiết bị điều khiển tự động vào trong một

số thí nghiệm vật lý nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả thu đ ợc khitiến hành thí nghiệm

- Đề xuất phơng án các bài thí nghiệm vào trong dạy học ở trờngphổ thông

3 Đối tợng nghiên cứu

- Các phần tử thay đổi trạng thái khi có sự tác động của điều kiệnbên ngoài

- Từ những phần tử đó tiến hành lắp ráp và sử dụng trong thínghiệm

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu trong phạm vi các mạch tự động hóa cơ sở (đơn giản,cơ bản) ở trình độ kiến thức vật lý THPT

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

+ Nghiên cứu tài liệu thí nghiệm điện tử của hãng Leybold - CHLB Đứcsản xuất

+ Lắp ráp các mạch tự động hóa cơ sở dựa trên tài liệu do hãng cung cấp

và thiết bị đợc trang bị ở phòng thí nghiệm phơng pháp dạy học khoa Vật lý.+ Nghiên cứu sách giáo khoa vật lý 10, 11, 12 THPT (các thí nghiệmbiểu diễn và thí nghiệm thực hành) có thể sử dụng các thí nghiệm trên trongquá trình dạy học

+ Đề xuất phơng án sử dụng các thí nghiệm đó vào dạy học vật lý ở trờngphổ thông (thí nghiệm trong bài học xây dựng kiến thức mới; thí nghiệm trongbài học bài tập vật lý (bài tập thí nghiệm vật lý); thí nghiệm trong tiết thựchành; thí nghiệm trong bài học ngoại khóa)

6 giả thuyết khoa học

Có thể và cần phải sử dụng các thí nghiệm về mạch tự động hóa cơ sởtrong dạy học vật lý ở trờng THPT Từ đó góp phần giáo dục kỹ thuật tổnghợp trong dạy học vật lý

7 Phơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết:

+ Cơ sở lý thuyết của các đề tài;

+ Xây dựng phơng án dạy học

Nghiên cứu thực nghiệm:

+ Tiến hành các thí nghiệm trong bộ thí nghiệm điện tử;

+ Thiết kế chế tạo các thiết bị ứng dụng mạch tự động hóa cơ sở

8 Kết quả nghiên cứu

8.1 Lắp ráp và thực hiện thành công 16 đề tài thí nghiệm theo tàiliệu thí nghiệm của hãng Leybol phần "kỹ thuật điện tử"

8.2 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công bộ thí nghiệm nghiêncứu chuyển động thẳng sử dụng Rơle quang điện: Bộ thí nghiệm có thểthay thế bộ thí nghiệm có nội dung tơng tự do ĐHBK HN chế tạo (trongdanh mục thiết bị dạy học vật lý lớp 10 chơng trình phân ban), đảm bảothí nghiệm chính xác

8.3 Đề xuất các phơng án dạy học sử dụng các thí nghiệm về mạch

tự động hóa cơ sở

8.4 Chế tạo thiết bị tự động báo trộm và thiết kế mạch điện côngtắc hẹn giờ tự động Dùng cho dạy học ngoại khóa ở trờng phổ thông

Chơng 1 Nghiên cứu lắp ráp các mạch tự động hóa cơ sở

Phòng thí nghiệm phơng pháp khoa Vật lý đã đợc trang bị bộ thí nghiệm

điện tử do hãng Leybold - CHLB Đức cung cấp Bộ thí nghiệm có thể lắp ráp

đợc 21 bài thí nghiệm Tuy nhiên do thực tiễn dạy học tôi chỉ tiến hành lắp ráp

16 bài thí nghiệm ứng dụng vào dạy học vật lý ở trờng THPT Trong đó có 2bài đợc bổ sung thay thế

Bài 1

Rơ le nhiệt

1 Mục đích

- Hiểu đợc cấu tạo của Rơle nhiệt và nguyên tắc hoạt động của nó

- Biết đợc các ứng dụng của Rơle nhiệt trong các dụng cụ điện

2 Cơ sở lý thuyết

Rơle nhiệt hoạt động nhờ vào tính chất nở vì nhiệt của kim loại

Do hệ số nở vì nhiệt của các chất khác nhau là khác nhau (ở đây tachỉ xét đối với kim loại) Vì vậy nếu ta gắn chặt hai thanh kim loại cóbản chất khác nhau và đa đến nhiệt độ nào đó thì một thanh sẽ dài(ngắn) hơn thanh kia Do hiện tợng này mà một thanh có xu hớng kéocòn một thanh có xu hớng đẩy đã làm cho cả hai thanh uốn cong về mộthớng nào đó

+ Khi tăng nhiệt độ Rơle thấy bóng đèn tắt.

+ Khi để nhiệt độ về nhiệt độ ban đầu bóng đèn sáng trở lại

- Từ thí nghiệm hãy nêu các ứng dụng trong thực tế của Rơle

+ Rơle nhiệt đợc sử dụng trong đời sống và kỹ thuật nh: bàn là, nồi cơm điện

Bài 2

Hình 1.5: ảnh băng kép khi bị nung nóng

Đèn

Băng kép6V

Hình 1.4K

1 Mục đích

+ Hiểu đợc cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của Rơle điện từ

+ Biết đợc các ứng dụng của Rơle điện từ trong kỹ thuật

2 Cơ sở lý thuyết

Rơle điện từ là loại dụng cụ điện có chức năng tự động đóng ngắtmạch điện hay dùng để điểu khiển đóng ngắt mạch điện

Hình 2.1 là sơ đồ nguyên tắc cấu tạo một kiểu Rơle điện từ tự động

đóng ngắt mạch Trong sơ đồ N là nam châm điện, S là lá sắt giữ chothanh thép trụ K không bị lò xo L đẩy ra, hai thanh tiếp điện T

Vì một lý do nào đó (nh bị chập mạch) làm dòng điện trong mạchtăng quá mức cho phép thì nam châm N hút lá sắt S về phía nó Khi đó

là xo L đẩy thanh trụ K làm hở hai thanh tiếp T Dòng điện bị ngắt.Hình 2.2 là sơ đồ nguyên tắc hoạt động của một Rơle điều khiểnviệc đóng ngắt mạch điện Bộ phận chủ yếu của Rơle là nam châm điện

N Khi đóng khóa K thì nam châm điện N hút thanh sắt S Thanh thépnày mang bộ phận tiếp xúc vì vậy khi nam châm hút nó sẽ đóng mạch

điện Loại Rơle thờng dùng để điều khiển việc đóng ngắt điện ở nhữngnơi nguy hiểm, xa nơi điều khiển Khi ngắt mở khóa K nam châm điệnmất tác dụng và lò xo L kéo thanh S về phía nó đồng thời ngắt mạch

điện

SL

Hình 2.2

N S

I L

Hình 2.1

T

I

K1

2

3 Thiết bị

1 Bảng cắm linh kiện

2 2 Rơle điện từ (loại 1 (hình 1.1) và loại 2 (hình 1.2))

3 Một biến thế (điện áp thay đổi 3V - 24V)

4 Dụng cụ điện (quạt điện) 220V AC

+ Mỗi lần tăng quan sát hiện tợng xảy ra trên Rơle

Thí nghiệm 2: Mắc sơ đồ mạch điện 1.2 (với nguồn cần điều khiển là

điện áp 220V AC)

Đóng khóa K và quan sát hiện tợng xảy ra trên mạch điện cần điều khiển.Nếu nam châm điện không hút thanh S cần kiểm tra dòng điện vào namchâm và tăng điện áp lên từng nấc cho đến khi thanh S bị nam châm hút

5 Kết quả và nhận xét

Thí nghiệm 1

Từ 3 V 12 V Rơle cha hoạt động

Điện áp để Rơle hoạt động là  16V

Thí nghiệm 2

Từ 3 V 6 V Rơle cha hoạt động

Điện áp để Rơle hoạt động là  9 V

Khi thanh S bị hút quạt điện quay

Nh vậy Rơle chỉ hoạt động khi dòng qua nó đủ lớn

+ Khảo sát ảnh hởng của sự thay đổi cờng độ ánh sáng đến trị số

điện trở vật dẫn

+ Biết đợc điện trở quang là điện trở phụ thuộc vào ánh sáng và trị

số điện trở giảm khi có ánh sáng chiếu tới

+ Qua đây giúp học sinh biết đợc kí hiệu điện trở quang (LDR), và

có thể nhận biết đợc nó trong các linh kiện điện tử

2 Cơ sở lý thuyết

- Điện trở quang (LDR) là linh kiện điện tử nhạy với ánh sáng

Cấu tạo của quang trở gồm một lớp chất bán dẫn (cadimi sunfua CdSchẳng hạn)

Lớp chất này (1) đợc phủ lên một lớp nhựa (sứ) cách điện (2) và có hai

điểm tiếp xúc (3) và (4) (Hình 3.1)

Nối nguồn điện khoảng 3V với quang trở thông qua Ampe kế ta thấy khi

ánh sáng chiếu vào quang trở nhiều hơn thì số chỉ của Ampe kế lớn hơn Nhvậy điện trở của quang trở sẽ giảm khi đợc chiếu ánh sáng (có thể giảm cònkhoảng 20) (tăng dòng điện chạy qua) Còn khi không đợc chiếu sáng điệntrở của nó có thể bằng  (dòng không thể qua điện trở quang)

Dựa vào tính chất này ngời ta lắp ráp các mạch điện tử điều khiển cácphần tử trong mạch dựa vào ánh sáng

+ Đặt thang đo hiệu điện thế của Vônkế ở mức 3V DC

+ Đặt nguồn cung cấp ở mức 12V DC

+ Xoay bảng cắm linh kiện để ánh sáng ban ngày chiếu vào phía cómũi tên chỉ (phía trớc) của điện trở quang

AHình 3.1: cấu tạo của LDR

1

2

3 4

+ Đọc giá trị điện áp ở Vôn kế Ghi lại giá trị điện áp U

+ Che điện trở quang ở mọi phía để cho ánh sáng không chiếu vào

điện trở quang (có thể dùng mảnh vải) Đọc và ghi lại giá trị hiệu điệnthế U

Khi chiếu ánh sáng vào điện trở quang thì trở kháng sẽ giảm đi.

- Khi ánh sáng chiếu vào điện trở quang với c ờng độ sáng nh nhau,trờng hợp thứ nhất là chiếu vào phía trớc, trờng hợp thứ hai là chiếu vàophía sau thì trờng hợp nào trở kháng của điện trở quang thay đổi nhiềuhơn?

V 12V

LDR

10 k 

Hình 3.2

Trở kháng của điện trở quang sẽ thay đổi nhiều hơn khi ánh sáng chiếu vào mặt trớc của điện trở quang.

- Xem kí hiệu của điện trở quang trong mạch điện (hai mũi tên biểuthị cần ánh sáng chiếu vào)

LDR

Hình 3.3: LDR không đ ợc chiếu sáng trực tiếp

1

+ Khi cha đợc chiếu sáng điện trở của điện trở quang rất lớn, do đódòng điện qua nó rất nhỏ Khi này dòng qua điện trở R và LDR không

đủ để cho Rơle hoạt động (Rơle ở đây chính là một Rơle điện, nó đ ợccấu tạo bởi một nam châm điện Khi dòng qua nó đủ lớn sẽ hút thanhkim loại T, đồng thời sẽ đóng hoặc ngắt mạch điện)

+ Khi đợc chiếu sáng điện trở của LDR có giá trị đủ nhỏ lúc đódòng qua R và LDR đủ để Rơle hoạt động và thanh T đợc hút chuyểnsang vị trí B

Ta thấy điện trở R (470) không thể thiếu đợc trong mạch điện.Theo sơ đồ thì R có tác dụng làm giảm dòng qua điện trở quang và tăngdòng cho Rơle Nếu thiếu R thì dòng qua điện trở quang sẽ quá lớn vàdòng qua Rơle quá nhỏ

2 sáng lên

+ Bật khóa K cho đèn L

1 sáng lên Hiện tợng gì xảy ra trên đèn L

2khi mà đèn L

1 chiếu vào điện trở quang? Ghi kết quả quan sát đợc [1].+ Tiếp theo ta tắt công tắc đèn L

1 Ghi kết quả quan sát trên đèn L

2.[2]

Chú ý Trờng hợp L

2 vẫn không xảy ra hiện tợng gì khi tắt đèn L

1 tacần phải kiểm tra điện áp cấp cho Rơle, lúc này ta vẫn tắt đèn L

1 vàgiảm điện áp cấp cho Rơle

+ Ngắt nguồn sáng chiếu vào điện trở quang thì sẽ dẫn đến điện trở của điện trở quang tăng lên và dòng qua điện trở quang cũng nh Rơle nhỏ đi Khi đó Rơle sẽ chuyển trạng thái tiếp xúc từ vị tri ngắt sang đóng.

- Từ thí nghiệm này ta có thể rút ra ứng dụng trong thực tế là dùng điện trở quang để đóng mở công tắc hệ thống chiếu sáng công cộng Muốn vậy sơ đồ mạch điện đợc bố trí nh hình 4.1 Ban ngày ánh dới tác dụng ánh sáng mặt trời làm cho dòng điện qua Rơle và nam châm điện hút thanh T về phía nó Làm tắt

1

+ Dùng cặp giá trị (U, I) để vẽ đờng cong đặc tính cho mối quan hệgiữa U và I của Điốt đó.

2 Cơ sở lý thuyết

Dòng điện qua lớp tiếp xúc p-n:

Lớp bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại p: đợc tạo thành bởi nguyên

tố Silic và đợc pha thêm tạp chất, tạp chất này thuộc nhóm III (thờng sửdụng Indi (In); Bo (B)) Vì nguyên tử In có 3 điện tử hóa trị nên cònthiếu 1 điện tử trong mối liên kết thứ 4 vì vậy nguyên tử In dễ dàngnhận điện tử của nguyên tử Si bên cạnh để trở thành Ion (-) bất động.Còn nguyên tử Si vừa mất điện tử trở thành lỗ trống và nguyên tử Si dễdàng nhận điện tử nguyên tử Si bên cạnh để trở thành 1 nguyên tử trunghòa Quá trình này gọi là quá trình tái hợp Nh vậy, trong trờng hợp nàytạp chất pha vào làm cho số lỗ trống trong tinh thể tăng lên rất nhiều:chỉ cần một số nguyên tử tạp chất bằng phần triệu số nguyên tử bán dẫntinh khiết cũng làm cho số lỗ trống tăng lên hàng vạn lần, do đó độ dẫn

điện của bán dẫn có tạp chất lớn hơn độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiếthàng vạn lần Tuy vậy số lỗ trống tăng lên nhng số electron tự do khôngtăng nên tính chất dẫn điện của bán dẫn này do lỗ trống quyết định.Lớp bán dẫn n: đợc tạo thành bởi nguyên tố Silic và tạp chất phavào thuộc thuộc nhóm V (thờng sử dụng Asen (As)) Giả sử ta pha vàotinh thể Si một lợng rất ít các nguyên tử As Trong mạng tinh thể bốnelectron của nguyên tử As tham gia vào việc tạo thành bốn mối liên kếtcộng hóa trị với bốn nguyên tử Si xung quanh Còn electron thứ nămcủa nguyên tử As thì liên kết yếu bởi hạt nhân và dễ dàng tách khỏinguyên tử và trở thành electron tự do Nh vậy, trong trờng hợp này tạpchất làm cho số electron tự do tăng lên rất nhiều: chỉ cần một số nguyên

tử tạp chất bằng phần triệu số nguyên tử bán dẫn tinh khiết cũng làmcho số electron tăng lên hàng vạn lần, do đó độ dẫn điện của bán dẫn cótạp chất lớn hơn độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết hàng vạn lần Tuyvậy số electron tự do tăng lên nhng số lỗ trống không tăng nên tính chấtdẫn điện của bán dẫn này do electron tự do quyết định

p n CatôtAnôt

Khi cho hai bán dẫn p-n tiếp xúc với nhau, do nồng độ điện tử trongbán dẫn n rất lớn hơn so với bán dẫn p, còn nồng độ lỗ trống trong bándẫn p rất lớn so với bán dẫn n Nên ở lân cận mặt tiếp xúc hạt dẫn đa sốcủa bán dẫn này khuyếch tán sang chất kia Khi di chuyển qua mặt tiếpxúc chúng để lại các Ion (-) và Ion (+) làm cho gần mặt tiếp xúc mất sựtrung hòa điện tích (bán dẫn n tích điện (+), bán dẫn p tích điện (-)).hình thành điện trờng có chiều từ np Gọi là điện trờng tiếp xúc

Nếu ta đặt điện áp ngợc vào lớp chuyển tiếp p, n (cực (+) nối với n,cực (-) nối với p) khi đó điện trờng ngoài cùng chiều với điện trờng tiếpxúc làm cho điện trờng tiếp xúc tăng Điện trờng này sẽ ngăn cản sựchuyển động của các hạt dẫn đa số

Ngợc lại nếu ta đặt điện áp phân cực thuận cho lớp chuyển tiếp p-n.Lúc đó điện trờng ngoài đặt vào sẽ lớn hơn điện tr ờng tiếp xúc làm chocác hạt dẫn đa số đợc di chuyển qua lớp chuyển tiếp Lớp chuyển tiếpcho dòng điện chạy qua Tuy nhiên chỉ đến điện áp nhất định nào đó(điện trờng ngoài thắng điện trơng tiếp xúc) thì mới có dòng điện chạyqua

Do đặc điểm cấu tạo của hai lớp bán dẫn này mà dòng điện chỉ đitheo một chiều nhất định Dựa vào đó ngời ta chế tạo Điốt bán dẫn Nó

V 100

Chú ý:

+ Kí hiệu chiều của Điốt trong mạch

+ Loại Điốt đợc dùng 1N 4007

+ Đối chiếu lại mạch đã mắc với sơ đồ

+ Trớc khi đặt nguồn cung cấp phải tắt công tắc

+ Chuyển phân thế (chiết áp, biến trở) về vị trí a

V 100

+ Tiến hành thí nghiệm nh trên, dùng phân thế để thay đổi điện áp

từ 0V xuống -3V Ghi lại kết quả vào bảng 5.2

- Từ đồ thị đờng đặc trng ta thấy trong khoảng từ 0 đến 0,5V dòng

điện bằng 0 Từ 0,5V trở lên Điốt bắt đầu thông - dòng điện tăng nhanh.

102030

U (V)

0I(mA)

điện khi điện áp tăng đến qua hiệu điện thế dẫn của nó).

- Nhận biết kí hiệu của Điốt phát quang trên mạch điện và trong thực tế

- Màu sắc của Điốt phát ra tuỳ thuộc vào tạp chất pha vào Điốt

Kí hiệu của Điốt phát quang:

- Đầu tiên chúng ta dùng LED màu xanh

- Chuyển chiết áp (phân thế, biến trở) về vị trí a

- Tăng từ từ điện áp cho đến khi dòng điện bằng 1mA; điện áp 1,85V.Lúc đó đèn LED sáng rất yếu.

- Sử dụng chiết áp (phân thế, biến trở) để tăng dòng điện lên tới 5mA;

điện áp 2V Đèn LED sáng yếu

- Tăng dòng điện 10mA; điện áp 2,2V Đèn LED sáng bình thờng

- Tắt công tắc và đặt thang chiết áp về vị trí a

- Thay đèn LED xanh bằng đèn LED đỏ

- Lặp lại các phép đo và quan sát nh trên đèn LED xanh cho đèn LED đỏ.Kết quả ghi trong bảng 6.1

+ Dùng bút xanh vẽ đờng cong khớp từ các điểm của LED màu xanh trên

hệ tọa độ

+ Và dùng bút đỏ để vẽ đờng cong tơng ứng từ các điểm của đèn LED đỏ

- Hiệu điện thế dẫn của mỗi loại Điốt và hiệu điện thế khi dòng quachúng là 10mA đợc trình bày trong bảng 6.2

1 5

10

I mA

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa

điện áp U và dòng điện I của các loại

đèn LED xanh và đỏ

Bài 7

Máy thử cực với các Điốt

1 Mục đích

+ Thiết lập mạch điện và thí nghiệm trên mạch điện đó

+ Kiểm tra nguồn xoay chiều, nguồn một chiều

phát hiện cực (+) và cực (-) của nguồn điện một chiều?

Thiết lập một mạch điện thử cực của nguồn điện với Điốt silic và LED

2 Cơ sở lý thuyết

- Điốt chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều nhất định Do vậy 2 đầu racủa Điốt là 2 cực hoàn toàn khác nhau (1 catot và 1 anot) Vì vậy để dùng đợc

Điốt ta phải thử để biết đợc cực của nó hoặc sử dụng Điốt (đã biết cực) để xác

định cực (-) và cực (+) của nguồn điện

- Nếu A là cực (+) của nguồn điện, thì dòng điện đi chỉ qua Điốt 1 do đó

đèn L1 sáng lên Vì vậy nếu ta thấy L1 sáng lên thì A là cực (+)

- Ngợc lại khi ta mắc các cực của nguồn điện vào chỉ xảy ra L2 sáng thìcực dơng là B

3 Thiết bị

1 Bảng cắm linh kiện

2 Điốt 1N 4007

3 2 đèn 12V-3W

4 Điốt phát quang màu xanh (LED 1)

5 Điốt phát quang màu đỏ (LED đỏ)

L

2

Đ2

Đ1

Hình 7.112V

12V-3W

b) +-

Kiểm tra mạch trớc khi đóng công tắc nguồn điện

- Cấp nguồn 12V DC cho mạch với sự bố trí nh hình trên Trong hai đèn

- Cấp nguồn 12V DC cho mạch điện.

- Quan sát L1 và L2, đèn nào sáng lên?

Ghi kết quả quan sát vào bảng 7.2 Với "x" nếu đèn sáng và "0"nếu đènkhông sáng

- Đảo ngợc cực của điện tại nguồn và ghi kết quả quan sát vào bảng 7.2

- Đổi nguồn điện áp từ DC sang AC Quan sát xem đèn nào sẽ sáng lên?Ghi giá trị quan sát vào bảng 7.2

+ Điện trở 1k có tác dụng giới hạn dòng

+ Điện áp đảo của LED màu đỏ (ở chiều đảo) không vợt qua điện thế dẫncủa LED xanh (gần 2V) Nh vậy LED xanh đã bảo vệ LED đỏ khỏi quá tải

Và việc mắc song đối 2 đèn LED có tác dụng bảo vệ lẫn nhau khỏi quá tải.+ Khi đặt điện áp một chiều, chỉ có một trong hai đèn LED sáng lên Cònkhi thay bằng nguồn điện xoay chiều cả hai đèn đều sáng và nháy theo tần sốdòng điện xoay chiều

Bài 8

Đờng đặc trng của Điốt-Z

1 Mục đích

- So sánh đợc sự khác nhau giữa các loại Điốt với Điốt-Z

- Đo cờng độ dòng điện I qua Điốt-Z với các hiệu điện thế U khác nhau

và vẽ các cặp giá trị đo lên đồ thị nh là hàm của U Từ đó có thể vẽ và giảithích đờng đặc trng của Điốt-Z

- Biết đợc kí hiệu Điốt-Z trên mạch điện

2 Cơ sở lý thuyết

- Điốt-Z hoạt động giống nh một Điốt bình thờng theo chiều mũi tên kíhiệu trên chúng, nhng nó sẽ cho dòng điện chạy qua theo chiều ngợc lại ở 1hiệu điện thế thích hợp (điện áp đánh thủng) Trong bài ta sử dụng loại Điốt6.2 nghĩa là điện áp đánh thủng 6.2V

- Nếu ta đặt điện áp thuận vào Điốt-Z thì đờng dặc trng vôn-ampe códạng nh Điốt thông thờng nhng nếu ta đặt điện áp ngợc vào nó thì đến một giátrị nào đó sẽ có dòng đi qua vì vậy đờng đặc Vôn-Ampe từ đó sẽ khác với

a) b) + -

- Sử dụng phân thế để tạo ra các mức điện áp nh trên bảng 8.1 với mỗimức điện áp đọc cờng dòng điện tơng ứng I, kết quả nh bảng 8.1.

+ Điốt-Z có đờng gấp khúc ở phía trớc tam giác

- So sánh sự khác biệt giữa đờng đặc trng của Điốt-Z và Điốt thông ờng?

th-+ Đờng đặc trng Vôn-Ampe của Điốt-Z giống đờng cong của Điốt thôngthờng nếu điện áp dơng Còn ở phần điện áp âm Điốt-Z cho dòng chạy qua vàtăng nhanh từ điện áp - 6,1V

Với tác dụng này của Điốt-Z nên đã đợc sử dụng vào mạch với tác dụngbảo vệ quá tải

-1-6

V V3-12V

4.Bóng đèn 12V-3W5.Nguồn điện 3V DC/ 9V DC6.Vôn kế 3V DC/ 10V DC7.Các cầu nối và dây điện

4 Tiến hành thí nghiệm

- Lắp ráp các linh kiện nh hình 9.2, cha bật công tắc nguồn

- Bật nguồn lên mức điện áp U0 = 3V DC Đo điện áp giữa hai điểm B và

A Kết quả nh bảng 9.1

- Thay đổi điện áp nguồn U1 = 6V DC; U2=V DC; U3=12V DC Tơngứng mỗi lần thay đổi điện áp do điện áp giữa hai điểm B và A Kết quả thu đ-

ợc ở bảng 9.1

- Đa điện áp nguồn về 0.V

- Nối Điốt-Z giữa B và A nh hình 9.3

- Bật công tắc nguồn với nguồn U0 = 3VDC Đo điện áp tại Điốt-Z, kếtquả thu đợc nh bảng 9.1.

- Đo điện áp trên Điốt-z với các mức điện áp nguồn khác nhau (điện ápchỉ trên V1): U1=6VDC; 9VDC; 12VDC Các kết quả nh bảng 9.1

Bài 10

Chiều của Điốt trong mạch Tranzito

thử mạch điện với Điốt phát quang

1 Mục đích

- Biết đợc cấu tạo của của các loại Tranzito

- Tìm hiểu cách nối Tranzito để dòng điện truyền qua, chiều truyền củadòng điện trong Tranzito

- Biết đợc Tranzito nối hai cực hoạt động nh hai Điốt mắc song song vớinhau và chiều của một trong hai Điốt sẽ là chiều của Tranzito

2 Cơ sở lý thuyết

- Cấu tạo của Tranzito: Tranzito đợc tạo thành từ hai chuyển tiếp p-nghép liên tiếp nhau Do trình tự sắp xếp của các miền mà ta có hai loạiTranzito:

pnp: Tranzito thuận:

npn: Tranzito ngợc:

Miền Emitơ: Điện cực nối với cực này gọi là cực Emitơ (E) đợc gọi làcực phát Cực này có nồng độ tạp chất rất lớn có vai trò phát xạ các hạt dẫn.Miền Bazơ: Điện cực nối với cực này gọi là cực Bazơ Miền này đợc phanồng độ tạp chất rất thấp và có vai trò truyền đạt các hạt dẫn

Miền Collectơ: Điện cực nối với miền này gọi là cực Collectơ (C) hay cựcgóp Miền này đợc pha nồng độ tạp chất trung bình và đóng vai trò thu góp hạtdẫn

+ Điện trở 470 dùng để giới hạn dòng Trong mạch này ta dùng điệnxoay chiều (AC).

[1] + Nối dây cáp còn cha cắm (hình 10.1) với chân cắm B

+ Bật điện áp nguồn lên mức 6V AC, đèn nào sẽ sáng lên, màu xanhhay màu đỏ Kết quả quan sát nh bảng 10.1

[2] + Chuyển dây cắm từ chân B sang chân C

Kí hiệu đờng truyền của Tranzito npn là truyền từ B sang E, còn kí hiệu

đờng truyền của Tranzito pnp thì ngợc lại, tức là từ E sang B.

- Còn ở hình 10.5b, vẽ sơ đồ hai Điốt tơng đơng với Tranzito pnp

Kết quả: mạch điện tơng đơng với kí hiệu của Tranzito pnp bởi vì chiềutruyền của dòng điện giữa chúng là nh nhau

E E

B

C

B C

E E

B

C

E B

a

H×nh 11.1

- Với mỗi cặp giá trị I

b, I

C tính toán giá trị B- Hệ số khuyếch đạidòng và ghi giá trị vào bảng 11.1

- Từ hệ số khuyếch đại dòng này ta nhận xét gì?

Hệ số khuyếch đại không thay đổi trong khoảng 1/3 các giá trị đo nhng sau đó tụt xuống đối với Tranzito này thì hệ số khuyếch đại dòng

B nằm trong khoảng 141-480

Bài 12

Mạch Tranzito: Điều khiển điện áp

1 Mục đích

+ Đờng chuyển từ cực C sang cực E của Tranzito trong một mạch

điện với nguồn một chiều Hiệu điện thế là U

0 Hiệu điện thế thứ haiU

BE đợc đặt giữa hai cực Base và cực Emitter Nghiên cứu dòngCollector I

c trong mối quan hệ với hiệu điện thế U

BE.+ Qua thí nghiệm này giúp ta nhận thấy rằng điện trở của mộtTranzito có thể đợc tăng lên nhờ hiệu điện thế Từ đờng cong đặc tính

1 5 10