Báo cáo thí nghiệm vật lý bán dẫn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
BỘ MƠN: VẬT LÝ BÁN DẪN

Nhóm: L01
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Nhan Hồng Kỵ
Năm học: 2020 – 2021

1


2


BÀI THÍ NGHIỆM 1
HOME
Bài tập 1:
Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, giá trị R = 100Ω, L =
1mH. Nguồn Vin là sóng sin có f=50Hz và 6Vpp.

Kiểm tra:

➢ Sinh viên tiến hành đo điện áp và dòng điện qua L sử dụng Volt kế và Ampe kế.
➢ Trình bày cơng thức tính tay và đối chiếu với kết quả đo.
➢ Sinh viên tiến hành vẽ đo dạng sóng Vin và VL dùng Oscilloscope. Tìm độ lệch pha
giữa Vin và VL. Trình bày cơng thức.
● Ảnh mô phỏng:
● Bài giải tay:

3


Điên áp hiệu dụng:Vhd

ZL

IL Ihd

:Vin
:

VL

VL sớm pha hơn Vin góc :
4


BÀI TẬP 2:
Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, giá trị R = 100Ω, C =
10nF. Nguồn Vin là sóng sin có f=50Hz và 5Vpp.

Kiểm tra:
➢ Sinh viên tiến hành đo điện áp và dòng điện qua R sử dụng Volt kế và Ampe kế.
➢ Trình bày cơng thức tính tay và đối chiếu với kết quả đo.
➢ Sinh viên tiến hành vẽ đo dạng dóng Vin và VC dùng Oscilloscope. Tìm độ lệch
pha giữa Vin và VC. Trình bày cơng thức.
● Ảnh mơ phỏng:

5


● Bài giải tay:

Điên áp hiệu dụng:Vhd

ZC

IR Ihd

6


:Vin
:

VC

VC trễ pha hơn Vin góc :

=> Đồng pha

7


BÀI THÍ NGHIỆM 2:
KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU - ZENNER
THÍ NGHIỆM 1:
Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến thuận của diode chỉnh lưu.

Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, diode chọn linh kiện có
mã 1N4007, biến trở R có điện trở tối đa 2KΩ. Nguồn V in = 4V. Tiến hành lắp thêm các
volt kế và ampe kế để đo được dòng qua diode và áp giữa Anode và Cathode của diode.

Mạch mô phỏng của SV:

8


Kiểm tra:
 Sinh viên tiến hành thanh đổi giá trị của biến trở theo các mức % (từ 0% đến
100%) và điền giá trị dòng I qua diode, áp V trên diode vào bảng giá trị 1.
Lưu ý: Trong quá trình thay đổi, nếu I và V nhỏ và hiện 0, sinh viên có thể thay đổi
thang đo của đồng hồ (click chuột phải lên đồng hồ, chọn Edit Properties và thay
Display Range xuống mức hiển thị nhỏ hơn).

Bảng 1: Bảng giá trị dòng qua áp qua diode
R (%)

0

I (mA)
V

1.88

5

10

15

20

25

30

35

40

32.5

16.4

11.0

8.27

6.63

5.54

4.75

4.16

0.75

0.72

0.70

0.69

0.69

0.68

0.67

0.67

45

50

55

60

65

70

75

80

85

95

100

3.71

3.34

3.04

2.79

2.58

2.39

2.24

2.10

1.98

1.77

1.68

0.66

0.66

0.66

0.65

0.65

0.65

0.64

0.64

0.64

0.64

0.63

 Từ bảng số liệu trên, sinh viên tiến hình vẽ đặc tuyến I-V của diode. Từ đồ thị, sinh
viên tiến hành rút ra phương trình đặc tuyến của diode và điện áp mở của diode
(giá trị xấp xỉ gần đúng).
Lưu ý:
- Sinh viên có thể sử dụng excel để vẽ đường cong trơn đi qua các điểm trên bảng.
- Sử dụng pp bình phương tối thiểu tìm phương trình đặc tuyến.

9

Phương trình đặc tuyến :
(A)
Điện áp mở

Von = 0.65V

 Sinh viên sử dụng công cụ vẽ hàm truyền. Vẽ mạch mô phỏng để đo đặc tuyến I-V
của diode.
 Lựa chọn nguồn thay đổi là V có tầm thay đổi từ 0  1.5V, số bước là 1000. Kết
quả vẽ đồ thị I theo V trên diode. So sánh hai đồ thị I-V có được bởi hai cách.
 So sánh kết quả thu được khi mô phỏng với lý thuyết ?

10


Đặc tuyến ID theo Vin: Vin = 0.5V là giá trị điện áp ngưỡng xấp xỉ với kết quả trên.
Vì Vin < Von: diode off => dòng ID=0. Vin Von: diode on => bắt đầu có dịng chạy qua.

THÍ NGHIỆM 2
Mục tiêu: Nắm được mạch chỉnh lưu bán kỳ dùng diode.
u cầu: Sinh viên mơ phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, diode có mã 1N4007, giá
trị R = 10 KΩ. Nguồn V in là sóng sin có f=50Hz và 4V pp. Sinh viên sử dụng công cụ
Oscilloscope để đo dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R).

Mạch mô phỏng của SV:

11


Kiểm tra:

 Sinh viên chụp kết quả của Oscilloscope, lưu ý chỉnh thang đo của 2 dạng sóng
bằng nhau.

12


 Sinh viên giải thích tại sao lại có dạng sóng như vậy.
Nguyên nhân cho việc sóng ngõ ra thấp 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
VR Vin - Von

 Sinh viên tiến hành vẽ thêm tụ C song song với điện trở R như hình vẽ. Chọn C =
1μF.
Sử dụng cơng cụ Oscilloscope để đo lại dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R).

 So sánh dạng sóng trên R trước và sau khi mắc thêm tụ C? Giải thích?

13


Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi khơng có tụ, ngun nhân 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 ngõ ra phẳng hơn.
 Sinh viên thay đổi với 3 cặp giá trị R và C khác nhau. Rút ra kết luận.
Khi tăng C hoặc R, VR càng phẳng

THÍ NGHIỆM 3

14

Mục tiêu: Nắm được mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng diode.
u cầu: Sinh viên mơ phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, các diode có mã
1N4007, giá trị R = 10 KΩ. Nguồn Vin là sóng sin có f=50Hz và 4Vpp. Sinh viên sử dụng
công cụ Oscilloscope để đo dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R).
Lưu ý: Sinh viên sử dụng nguồn VSINE trong thư viên linh kiện, không lấy GROUND
trong mục TERMINAL.

Mạch mô phỏng của SV:

Kiểm tra:
15


 Sinh viên chụp kết quả của Oscilloscope khi đo 2 dạng sóng.

 Sinh giải thích tại sao lại có dạng sóng như vậy.
Giá trị đỉnh sóng ngõ ra là 0.6V, giá trị đỉnh sóng ngõ vào là 2V.
Nguyên nhân sóng ngõ ra có giá trị đỉnh thấp hơn sóng ngõ vào và thấp hơn giá trị
đỉnh sóng ngõ ra trong trường hợp chỉnh lưu bán kì là do trong mỗi bán kì, giữa hai
đầu chỉnh lưu cầu đều phải có sụt áp lớn hơn hai lần điện áp ngưỡng của mỗi diode thì
diode mới dẫn, VR= Vin – 2Von .
 Sinh viên tiến hành vẽ thêm tụ C song song với điện trở R như hình vẽ. Chọn C =
1μF.
Sử dụng cơng cụ Oscilloscope để đo lại dạng sóng Vin và VR (điện áp trên R).

16


 Sinh viên so sánh dạng sóng trên R trước và sau khi có tụ C? Giải thích?

Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ, ngun nhân 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 ngõ ra phẳng hơn.
 Sinh viên thay đổi với 3 cặp giá trị R và C khác nhau. Rút ra kết luận.
Với C > 0,1μF, VR gần như thẳng hoàn toàn.

17


THÍ NGHIỆM 4:
Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến nghịch của diode zenner.
Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, zenner chọn linh kiện có
mã 1N4734A, điện trở R1=R2=100Ω. Nguồn V in. Tiến hành lắp thêm các volt kế và ampe
kế để đo được dòng qua zenner và áp giữa Anode và Cathode của zenner.

Mạch mô phỏng của SV:

Kiểm tra:
 Sinh viên tiến hành thanh đổi nguồn V in từ 0 đến 18V. Đọc và điền giá trị dòng I
qua diode, áp V trên diode vào bảng giá trị 2.
Lưu ý: Trong quá trình thay đổi, nếu I và V nhỏ và hiện 0, sinh viên có thể thay đổi
thang đo của đồng hồ (click chuột phải lên đồng hồ, chọn Edit Properties và thay
Display Range xuống mức hiển thị nhỏ hơn).

18


Bảng 2: Bảng giá trị dòng qua áp qua diode zenner
Vin

0

1

2

3

4

5

6

7

8

I
(mA)

0

0

0

0

0

0

0

0

0

V

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0

0

0.09

7.56

17.1

26.8

36.6

46.5

56.3

66.2

4.5

5

5.5

5.62

5.65

5.66

5.67

5.68

5.68

5.69

 Từ bảng số liệu trên, sinh viên tiến hình vẽ đặc tuyến I-V của zenner ở miền
nghịch. Từ đồ thị, sinh viên tiến hành rút ra giá trị ổn áp của diode zenner (giá trị
xấp xỉ gần đúng).

Giá trị ổn áp của diode zenner là 5.5V

19


BÀI THÍ NGHIỆM 3
KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN CỦA BJT - ỨNG DỤNG
THÍ NGHIỆM 1:
Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến ngõ vào của BJT.
Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, BJT chọn linh kiện có
mã 2N5551.

Chọn giá trị Vo = 5V.
Sử dụng công cụ vẽ hàm truyền, vẽ I b theo Vi. Chỉnh Source 1 là Vi với giá trị từ 0 đến
1.5V. Số bước chạy là 1000 như hình.

Kiểm tra:
 Sinh viên tiến hành chụp kết quả.

20


 Từ đồ thị, sinh viên tiến hành rút ra điện áp mở của tiếp giáp BE (giá trị xấp xỉ
gần đúng).
Điện áp mở của tiếp giáp BE: VBE = 0.75V
 Sinh viên chỉnh thêm Source 2 là Vo với giá trị từ 5 đến 10V. Số bước chạy là 1

như hình.

Việc thay đổi này có thể hiểu đơn giản: đồ thị I-V vẽ tại Vo=5V và Vo=10V. Sinh
viên chụp lại kết quả. Giải thích hình dạng đồ thị.

21


Khi Vin đạt giá trị áp ngưỡng, Ib tăng vọt.
 Tăng giá trị Vo chạy từ 1 đến 10V, số bước Vo lên 10. Chụp lại kết quả và nhận xét về
hình dạng đặc tuyến khi Vo tăng.

Vo tăng => Ib càng dốc

22


THÍ NGHIỆM 2
Mục tiêu: Nắm được đặc tuyến ngõ ra của BJT.
Yêu cầu: Sinh viên mô phỏng mạch điện như hình vẽ. Trong đó, BJT chọn linh kiện có
mã 2N5551.

Lưu ý: khi vẽ cần lấy probe CURRENT đo (nhớ xoay lại cho đúng chiều dòng điện).
Chọn giá trị Ib = 10μA. Để chọn nguồn dịng DC. Ta chỉnh như hình.

Sử dụng công cụ vẽ hàm truyền, vẽ I b theo Vo. Chỉnh Source 1 là Vo với giá trị từ 0 đến
12V. Số bước chạy là 1000 như hình.

23

Kiểm tra:
 Sinh viên chụp lại kết quả.

 Từ đồ thị, sinh viên tiến hành tính tốn để rút ra điện áp bão hòa VCEsat (giá trị xấp
xỉ gần đúng) và hệ số khuếch đại β (giá trị trung bình). Giải thích cách làm.

24


Từ đồ thị =>
Với Ib = 10μA ta đo được giá trị Ic =2.59 mA
 Hệ số khuếch đại β

 Sinh viên chỉnh thêm Source 2 là Ib với giá trị từ 10u đến 50u. Số bước chạy là 1 như
hình. Việc thay đổi này có thể hiểu đơn giản: đồ thị I-V vẽ tại Ib=10u và Ib=50u.

 Sinh viên chụp lại kết quả. Giải thích hình dạng đồ thị bây giờ. Giá trị β bằng bao
nhiêu.

25