Bài thí nghiệm số 7 đo ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEATSTONE

Bài thí nghiệm số 10 – Nhóm 10 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR I.. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Vẽ các đặc tuyến tĩnh của transistor, xác định hệ số khuếch đại của transistor II.

Bài thí nghiệm số 7 – Nhóm 10

ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU WHEATSTONE

I MỤC ĐÍCH

Nghiên cứu cầu WHEATSTONE, ứng dụng mach cầu WHEATSTONE để đo điện trở

II LÝ THUYẾT

Cầu WHEATSTONE gồm 3 điện trở đã biết

Ro, R1, R2, một điện trở chưa biết Rx, một nguồn

nuôi một chiều và một ampe kế A được nối như

sơ đồ hình 1

Khi ta đóng khoá K và K1 dòng điện từ

nguồn sẽ phân nhánh vào điện trở R1 & Ro Ta có

thể điều chỉnh các điện trở Ro, R1 và R2 sao cho

không có dòng đi qua điện kế V, lúc đó:

1 Cường độ I1 của dòng điện trong nhánh AC

bằng cường độ I2 của dòng điện trong nhánh CB:

tương tự, cường độ I3 trong nhanh AD bằng

cường độ I4 trong nhánh DB

2 Các điểm C và D ở cùng điện thế, ta có:

VA - VC = VA - VD và VC - VB = VD - VB (1)

Hay: RoI1 = R1I3 (2)

RxI2 = R2I4 (3)

Chia phương trình (3) cho phương trình (2), ta có:

1

2

1

2

R

R R R R

R R

R

o x o

Từ phương trình (4), nếu biết Ro và tỷ số R 2 /R 1 thì ta xác định được R x

III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Hình 1

Rx

Ro

+

-D

C

B A

-V

R2 R1

k

k1

I4 I3

4 Biến trở Ro 1

1 Nguồn nuôi hạ áp có 3 lối ra:

2 Đồng hồ đa năng HIOKI: Có 4 chức năng đo tương ứng với dũng điện, điện áp một

chiều, xoay chiều và điện trở Khi sử dụng chúc năng đo nào thỡ xoay công tắc chọn chức năng đó

1

5

1 Công tắc nguồn

2 Lối ra 12V xoay chiều

3 Lối ra 020V xoay chiều

4 Lối ra 020V một chiều

5 Núm chỉnh điện áp ra 3 và 4

Cực dương (Đo điện áp

DC, VC, điện trở)

Cực dương (Đo dòng

DC, AC(µA, mA)) Cực dương (Đo dòng

AC, DC (A))

Công tắc chọn chức năng đo

Cực âm

Màn hình hiện thị kết

quả

3 Biến trở R o: bằng cách ghép nối tiếp 7 hộp điện trở có các giai x 1, x 10, x 100, x 1K, x 10 K, x100 K, x1 M, cho phép ta thay đổi từng 1 một từ 0 đến 111111110

IV THỰC HÀNH

1 Mắc mạch theo sơ đồ hình vẽ:

2 Đồng hồ đa năng HIOKI: vặn công tắc quay chọn thang đo điện áp 1 chiều

3 Bật công tắc 1 của nguồn nuôi, điều chỉnh núm 5 sao cho điện áp lối ra 4 nhỏ hơn 1,5V

4 Dịch chuyển điển tiếp xúc D để dòng qua vụn kế V bằng 0 Kết quả đo l 1 và l 2 cho R X1 ghi

vào bảng 1

Tương tự đối với điện trở R X2 và R X1 mắc song song với R X2 Kết quả đo l 1 và l 2 ghi vào bảng 1

Bảng 1:

l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm)

Lần 1

Rx

Ro

V +

-D

C

B A

-Thanh gỗ Thước mét

Dây điện trở

Lần 2

Lần 3

Lần 4

Lần 5

V NHỮNG NỘI DUNG CẦN BÁO CÁO

1 Cơ sở lý thuyết

2 Kết quả thí nghiệm (Bảng số liệu)

3 Tính các giá trị l1& l2, suy ra tỷ số R2 R1như sau:

1

2

1

2

1

2

l l S l S l R





(5)

trong đó  , S là điện trở suất và tiết diện dây điện trở

Thay (5) vào phương trình (4) tính được Rx

4 Tính sai số

a Sai số tuyệt đối: Từ  l 1, l2, l1, l2và Rx, suy ra  Rx

b Sai số tỷ đối: =   100 %

x

x R

R

5 Kết quả được viết dưới dạng

Rx = Rx   Rx và Rx = Rx  

BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – NHÓM 10 Bài thí nghiệm số 07: ĐO ĐIỆN TRỞ CẦU WHEATSON

Họ tên sinh viên Mã số SV: Lớp:……

Những người làm cùng: 1

2

3 Bảng 1: Kết quả đo Rx1

l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm)

_ _

l l l1 =  l2 =  l1 =  l2 =  l1 =  l2 =  Bảng 2: Kết quả đo Rx2

l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm)

_ _

l l l1 =  l2 =  l1 =  l2 =  l1 =  l2 =  Bảng 3: Kết quả đo Rx3

l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm) l 1 (cm) l 2 (cm)

_ _

l l l1 =  l2 =  l1 =  l2 =  l1 =  l2 = 

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn thí nghiệm

Bài thí nghiệm số 10 – Nhóm 10 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Vẽ các đặc tuyến tĩnh của transistor, xác định hệ số khuếch đại của transistor

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc của transistor

- Bán dẫn là những chất có điện trở suất lớn hơn của kim loại nhưng nhỏ hơn của điện môi, thành phần hạt mang điện bao gồm electron và lỗ trống Bán dẫn pha tạp là chất bán dẫn được pha lẫn một ít tạp chất Tuỳ vào chất pha tạp và nồng độ pha tạp mà độ dẫn điện của bán dẫn tăng lên

hàng vạn, hàng triệu lần Bán dẫn pha tạp được chia thành hai loại: loại p (positive), loại n (negative) Bán dẫn loại p có thành phần hạt mang điện cơ bản là lỗ trống, loại n có thành phần

mang điện cơ bản là electron

- Transistor là dụng cụ bán dẫn được cấu tạo từ

ba phần có tính dẫn điện khác nhau Nếu phần ở

giữa là bán dẫn loại p thì hai bên là bán dẫn loại

n (ta có transistor NPN), nếu phần ở giữa là bán

dẫn loại n thì hai bên là bán dẫn loại p (ta có

transistor PNP) Transistor có 3 miền bán dẫn:

emitơ, bazơ, colector Theo thói quen ta thường

gọi transistor loại PNP là phân cực thuận, NPN

là phân cực ngược Khi vẽ transistor ta cần chú ý

đến ký hiệu mũi tên của nó để phân biệt hai loại

transistor

- Miền emitor là miền có nồng độ tạp chất lớn

nhất, điện cực nối với miền này gọi là điện cực E (cực phát) Miền bazơ có nồng độ tạp chất nhỏ nhất và bề dày rất nhỏ (cỡ m tới nm), điện cực nối với miền này gọi là B (cực gốc) Miền

colector có nồng độ tạp chất trung bình, điện cực nối với miền này là C (cực góp) Tiếp giáp p-n giữa miền E và B gọi là tiếp giáp emitơ (J E), giữa miền

C và B gọi là tiếp giáp colector (J C)

- Để transistor làm việc ta phải dùng hai điện áp ngoài

đặt vào ba cực của nó, tức là phải phân cực cho nó Ở

chế độ khuếch đại thì tiếp giáp emitơ J E phải được phân

cực thuận để mở cho các hạt dẫn cơ bản xuất phát, còn

tiếp giáp colector J C phải được phân cực ngược để tạo

điện trường gia tốc cho các hạt dẫn cơ bản chạy đến

cực C hình thành dòng điện chạy qua transistor

- Để phân tích nguyên lý làm việc ta lấy transistor PNP

p n p

E

B

C

E

B

C

a

n p n

E

B

C

E

B

C

b

Hình 1 Cấu tạo, ký hiệu của các loại transistor

a Transistor loại PNP (thuận)

b Transistor loại NPN (nghịch)

+ + +

+ +

-

P

N

Etx

JC

Etx

JE

IC

+

U CE

B

C

trống (hạt cơ bản của miền E) khuếch tán đến được bờ của JC và được điện trường gia tốc (do J C

phân cực ngược) lôi kéo tràn qua miền C đến cực C tạo thành dòng colector (I C)

- Mối quan hệ giữa các dòng điện trong transistor là:

I =I +I

- Để đánh giá mức hao hụt dòng khuếch tán của các hạt cơ bản khi tràn qua miền B, người ta định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện của transistor:  =I / I C E Hệ số  luôn bé hơn 1 và có giá trị gần bằng 1 đối với transistor tốt

- Để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng IB tới dòng IC người ta định nghĩa hệ số khuếch đại K

của transistor khi mắc E chung:

C

B

I K

I

= (hệ số khuếch đại K có giá trị từ vài chục đến vài trăm lần)

- Ta có mối quan hệ

1

K K

 = +

2 Ba cách mắc mạch transistor

- Khi dùng transistor để khuếch đại, tín hiệu điện được đưa vào giữa hai điện cực và lấy ra cũng

từ hai điện cực Trong đó điện cực nào được nối chung cho cả đầu vào và đầu ra là điện cực chung Về nguyên tắc cực nối chung phải được nối với đất về mặt điện xoay chiều để lấy nó làm nền so sánh giữa điện áp lối ra và điện áp lối vào Có 3 cách mắc đó là: mắc emitơ chung, mắc bazơ chung, mắc colector chung

3 Các họ đặc tuyến tĩnh của transistor

- Khi tính toán thiết kế mạch điện dùng transistor ta cần biết các

thông số kỹ thuật của transistor thông qua các đặc tuyến tĩnh của nó

Sau đây ta xét cụ thể trong cách mắc emitơ chung

- Có 3 họ đặt tuyến tĩnh của transistor: đặc tuyến tĩnh vào, đặc tuyến

tĩnh ra, đặc tuyến tĩnh truyền đạt

a Họ đặc tuyến tĩnh vào của transistor

- Đặc tuyến tĩnh vào của transistor là đồ thị mô tả sự phụ thuộc của

dòng I B vào hiệu điện thế U BE khi hiệu điện thế U CE được giữ không

đổi (I B= f U( BE) khi U CE =const)

- Với mỗi giá trị không đổi của U CE ta sẽ có một đặc tuyến, các đặc tuyến này họp thành họ đặc tuyến tĩnh vào của transistor Các đặc tuyến có dạng như hình vẽ bên

Hình 3 Ba cách mắc transistor

a Mắc emitơ chung b Mắc bazơ chung c Mắc colector chung

IB IC

IE

(a)

U ra

IB

U ra

U vµo

IC

IE

IB

U ra

U vµo

IC

IE

0,2 0,4 0,6 V

UBE

10

20

30

40

0

A

U CE =2V

U CE =4V

Hình 4 Họ đặc tuyến tĩnh vào của transistor

b Họ đặc tuyến tĩnh ra của transistor

- Đặc tuyến tĩnh ra của transistor là đồ thị mô tả

sự phụ thuộc của dòng điện I C và hiệu điện thể

U CE khi dòng điện IB được giữ không đổi

(I C = f U( CE) khi I B =const)

- Với mỗi giá trị không đổi của IB ta sẽ có một

đặc tuyến, các đặc tuyến này họp thành học đặc

tuyến tĩnh ra của transistor

c Họ đặc tuyến tĩnh truyền đạt của transistor

- Đặc tuyến tĩnh truyền đạt là đồ thị mô tả sự phụ

thuộc của dòng điện I C vào I B khi U CE được giữ không đổi (I C = f I( )B khi U CE =const)

- Với mỗi giá trị không đổi của I B ta sẽ có một đặc tuyến, các đặc tuyến này họp thành họ đặc tuyến tĩnh ra của transistor

- Họ đặc tuyến tĩnh truyền đạt có thể được suy ra từ họ đặc tuyến tĩnh ra

III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

1 Transistor trong bài sử dụng là transistor loại NPN có ký hiệu BD 138 Các cực E, B, C có

chân cắm thích hợp với bảng điện

2 Bảng điện DIN A là một bảng phẳng trên có các lỗ cắm dùng để thiết kế một mạch điện

(panel) Trên bảng có các điểm giống nhau, mỗi điểm gồm nhiều lỗ cắm (9 lỗ) tiếp xúc điện

với nhau, các điểm cách điện với nhau

3 Đồng hồ đo điện đa năng (2 chiếc)

- Trong bài này ta sử dụng ở chức năng vôn kế hoặc ampe kế một chiều Khi sử dụng các đồng

hồ cần chú ý chọn giá trị thang đo hợp lý (dòng IB thường nhỏ, không vượt quá 50A)

4 Nguồn điện một chiều

- Nguồn cấp điện một chiều có hai lối ra Một lối ra có hai cực + −, với hiệu điện thế cố định 5V, một lối ra có các cực − , 0, + với hiệu điện thế có thể thay đổi được nhờ một triết áp và được hiển thị trên một màn hình tinh thể lỏng

5 Các dụng cụ khác:

- Điện trở 1k, biến trở có giá trị biến thiên từ 0 đến 220 nhờ một triết áp xoay vòng, các dây nối được coi có điện trở không đáng kể Các dụng cụ này đều có chân cắm thích hợi với bảng điện

IV TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Xác định đặc tuyến tĩnh vào của transistor

- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 6 Một đồng hồ vạn

năng được sử dụng ở chức năng đo cường độ dòng

điện một chiều (ampe kế), một được sử dụng ở chức

V

2

4

6

8

A

1 2 3 4

10

20

30

40

I B =10A

I B =20A

I B =30A

I B =40A

I B =50A

UCE

A

U CE =1V

U CE =4V

Hình 5 Họ đặc tuyến tĩnh ra của transistor

A 5V

+

I C

đó để chọn thang đo ở các đồng hồ cho hợp lý

- Hiệu điện thế U CE được giữ cố định 5V, thay đổi hiệu điện thế U BE bằng cách xoay triết áp của biến trở 220 và xem giá trị trên vôn kế Đặt các

giá trị U BE như trong bảng 1, ghi các giá trị I B tương

ứng Lặp lại phép đo 3 lần và kết quả được ghi vào

bảng 1

2 Xác định đặc tuyến tĩnh ra của transistor

- Mắc mạch theo sơ đồ hình 7 Trong phần này ta

sử dụng cả hai nguồn điện Hai đồng hồ vạn năng

đều được sử dụng ở chức năng đo cường độ dòng

điện một chiều (ampe kế)

- Cần chú ý dòng I B thường nhỏ (nhỏ hơn 50A,

không được để vượt quá giá trị này), dòng I C cỡ mA, hiệu điện thế U CE được cho biến đổi từ 0

đến 2,5V Ta tiến hành xác định 3 đặc tuyến tĩnh ra của transistor với các giá trị 10A, 20A,

30A của dòng I B

- Để tiến hành đo, đặt U CE = 3V , đặt I B = 10A bằng cách xoay triết áp của biển trở 220 Ghi

giá trị của I C Sau đó giảm U CE lần lượt đến các giá trị như trong bảng 2 và ghi các giá trị I C

tương ứng Lặp lại phép đo 3 lần Làm tương tự với các giá trị khác của I B, kết quả được ghi vào bảng 2

- Chú ý: khi thay đổi U CE tới giá trị nhỏ thì dòng IB sẽ tăng lên, khi đó ta phải xoay triết áp của

biến trở 220 để giữ không đổi I B , sau đó mới đọc

I C)

3 Xác định đặc tuyến tĩnh truyền đạt

- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 8 Trong phần này

ta chỉ sử dụng nguồn điện 5V cố định Hai đồng hồ

vạn năng đều được sử dụng ở chức năng đo cường

độ dòng điện một chiều (ampe kế)

- Giữ không đổi U CE = 5V, thay đổi I B lần lượt các

giá trị như trong bảng 3, ghi các giá trị I C tương ứng

Lặp lại phép đo 3 lần, kết quả được ghi vào bảng 3

V NỘI DUNG CẦN BÁO CÁO

- Báo cáo thí nghiệm được viết theo các phần sau:

I Mục đích thí nghiệm

- Trình bày ngắn gọn mục đích của bài thí nghiệm

II Cơ sở lý thuyết

- Trình bày sơ lược về cấu tạo, phân loại transistor

- Trình bày sơ lược về các họ đặc tuyến tĩnh của transistor

III Kết quả thực nghiệm

- Trình bày theo các mục như trong phần thí nghiệm

- Trong mỗi phần, nêu sơ lược cách đo, bảng số liệu, tính các giá trị đo được Từ bảng số liệu tính toán được vẽ đặc tuyến tĩnh, nhận xét (các đồ thị phải được vẽ rõ ràng, vẽ bằng

o +

A 5V

+

-

I C

I E

I B

UCE

+

-

A

Hình 7 Sơ đồ mạch điện xác định đặc tuyến tĩnh ra của transistor

A 5V

+

-

I C

I E

I B

Hình 8 Sơ đồ mạch điện xác định đặc tuyến tĩnh truyền đạt của transistor

A +

-

- Trong phần 3, sau khi vẽ xong được tuyến tĩnh truyền đạt và nhận xét, xác định hệ số khuếch đại của transistor (với các số liệu đã đo được ở bảng 3) Trong phần này lưu ý

cách lấy sai số của các giá trị I B Với mỗi cặp giá trị của I B và I C ta tính được một giá trị

của K và viết dưới dạng K =  K K , với 5 cặp giá trị như trên ta tính được 5 giá trị của

K Lấy trung bình cộng các giá trị đó ta sẽ được kết quả cuối cùng của phép đo viết song

song dưới hai dạng K =  K K ; K = K %

IV Nhận xét

- Nhận xét các kết quả thí nghiệm, nêu nguyên nhân dẫn đến sai số

- Ý kiến đề nghị để bài thí nghiệm được tốt hơn (nếu có)

Lưu ý:

- Bảng kết quả thực nghiệm phải được xác nhận của giáo viên hướng dẫn thí nghiệm, nó phải được ghi rõ ràng, không tẩy xoá (có thể ghi nháp trước, khi nào thấy kết quả hợp lý, chắc chắn mới ghi vào bảng) Bảng kết quả này sẽ phải đóng vào cuối của báo cáo thí nghiệm

BẢNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – NHÓM 10

Bài thí nghiệm số 10 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TUYẾN TĨNH CỦA TRANSISTOR

Họ tên sinh viên: Mã số SV: Lớp:

Những người làm cùng: 1

2

3

Bảng 1 Kết quả đo IB theo các giá trị của UBE tương ứng trong bảng, đơn vị V (UCE = 5V) Lần đo 0,00 0,20 0,40 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 1 0 0 0 2 3 8 16 36 2 0 0 0 2 3 9 16 36 3 0 0 0 2 3 8 16 37   B B I I I B =  I B=  I B=  I B=  I B=  I B =  I B=  I B= 

Bảng 2 Kết quả đo IC với các giá trị của UCE (V) (IB=  10 A, IB =  20 A, IB =  30 A) I B Lần đo 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,5 10 1 0.00 0.60 1.15 1.05 1.05 1.10 1.10 1.20 2 0.00 0.65 1.05 1.15 1.05 1.05 1.05 1.10 3 0.00 0.65 1.10 1.15 1.10 1.05 1.05 1.10   C C I I I C=  I C=  I C =  I C=  I C=  I C=  I C=  I C = 

20 1 0.00 1.15 2.25 2.25 2.25 2.15 2.30 2.15 2 0.00 1.15 2.25 2.20 2.15 2.30 2.20 2.25 3 0.00 1.10 2.15 2.20 2.25 2.15 2.25 2.20   C C I I I C=  I C=  I C =  I C=  I C=  I C=  I C=  I C = 

30 1 0.00 1.60 3.35 3.25 3.35 3.35 3.40 3.40 2 0.00 1.60 3.25 3.30 3.35 3.25 3.40 3.30 3 0.00 1.60 3.30 3.25 3.30 3.30 3.30 3.40   C C I I I C=  I C=  I C =  I C=  I C=  I C=  I C=  I C = 

Bảng 3 Kết quả đo IC theo các giá trị của IB trong bảng, đơn vị A (UCE = 5V) Lần đo 10 20 30 40 50 1 1.20 2.25 3.30 4.35 5.55 2 1.15 2.15 3.35 4.40 5.55 3 1.10 2.20 3.40 4.45 5.45   C C I I I C=  I C =  I C=  I C=  I C= 

Ngày …… tháng …… năm ………