Lab1 Thực hành điện tử tương tự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


BÁO CÁO THỰC NGHIỆM
MÔN : THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
Họ và tên :
MSV :

THỰC NGHIỆM 1
CÁC LOẠI DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG


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

• Nhiệm vụ:
Bản mạch này gồm các linh kiện để xác định đặc tuyến I-V của các diode trong 2 vùng thiên áp thuận
và ngược như sơ đồ dưới đây. Căn cứ vào 1 trong 2 sơ đồ này, sinh viên tự mắc dây trên bản mạch để
đo đặc tuyến I-V cho mỗi trường hợp thiên áp. Lưu ý: Nối ۸ܑvới i=1,…7 tương ứng với diode cần đo.

Để đo hết đặc tuyến I-Vcủa 7 diode trong cả 2 vùng thiên áp, cần đổi cực dây dẫn và các đồng hồ đo
bao nhiêu lần? Suy nghĩ trước giải pháp cho cách tiến hành hiệu quả nhất trong thực nghiệm ở Phòng
thực hành.
-

Để đo được hết đặc tuyến I-V của 7 diode trong cả 2 vùng thiên áp, ta đo từng diode trong
thiên áp thuận sau đó đổi cực và các đồng hồ để đo từng diode trong thiên áp ngược.Như vậy
,chỉ cần đổi dâu cực dẫn và đồng hồ 1 lần.

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

Mạch Proteus :


•

Đo trong vùng thiên áp thuận:

Diode Si:
VD
ID

100%
0.53V
0.11mA

50%
0.56V
0.23mA

30%
0.58V
0.37mA

20%
0.59V
0.55mA

10%
0.62V
1.07mA

5%
0.64V
2.00mA

3%
0.66V
3.08mA

1%
0.69V
6.73mA

0%
0.72V
16.6mA

100%
0.6V
0.11mA

50%
0.62V
0.22mA

30%
0.63V
0.37mA

20%

0.64V
0.55mA

10%
0.66V
1.06mA

5%
0.67V
1.99mA

3%
0.68V
3.07mA

1%
0.7V
6.72mA

0%
0.73V
16.6mA

Diode Ge:
VD
ID
•

Đo trong vùng thiên áp ngược:

Diode Si:
100%
VD
11.9V
ID
0.52uA
Diode Ge:

50%
12V
0.52uA

30%
12V
0.52uA

20%
12V
0.52uA

10%
12V
0.52uA

5%
12V
0.52uA

3%
12V

0.52uA

1%
12V
0.52uA

0%
12V
0.52uA

100%
11.9V
0.52uA

50%
12V
0.52uA

30%
12V
0.52uA

20%
12V
0.52uA

10%
12V
0.52uA

5%
12V
0.52uA

3%
12V
0.52uA

1%
12V
0.52uA

0%
12V
0.52uA

VD
ID

- Với kết quả đo được trên 2 bảng, vẽ đồ thị biểu diễn đặc tuyến I-V của các diode Si và Ge theo thang độ
tuyến tính:


Đồ thị biểu diễn đặc tuyến I-V của diode Si:

Đồ thị biểu diễn đặc tuyến I-V của diode Ge:


Nhận xét kết quả về đặc điểm mắc thuận và ngược của các diode:
-

Khi mắc thuận diode cho dòng đi qua cịn mắc ngược thì khơng.
Điện trở Rs là trở bảo vệ cho diode vì nó bảo vệ diode khỏi bị đánh thủng khi điện áp ngược lớn.

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

•

100%
0.63V
0.11mA

VD
ID
•
V
ID
VD

Đo trong vùng thiên áp thuận:
50%
0.65V
0.22mA

30%
0.66V
0.37mA

20%
0.67V

0.55mA

10%
0.69V
1.06mA

5%
0.71V
1.99mA

3%
0.72V
3.07mA

1%
0.74V
6.7mA

-12V
5.59mA
8.20V

-13V
7.05mA
8.20V

-14V
8.52mA
8.21V

-15V
9.98mA
8.21V

0%
0.77V
16.5mA

Đo trong vùng thiên áp ngược:
-8.2V
0.16mA
8.09V

-9V
1.25mA
8.15V

-10V
2.68mA
8.17V

-11V
4.14mA
8.19V

Đồ thị biểu diễn đặc trưng I-V của diode zener.

Nhận xét kết quả:
-

Khi mắc thuận diode Zener giống với diode khác còn khi mắc ngược thì diode zener có một vùng
trong đặc tuyến phân cực ngược của nó với điện áp âm gần như khơng đổi.


Đặc tuyến được dùng của diode Zener là khi phân cực nghược thì điốt Zener sẽ ghim một mức điện áp
gần cố định bằng giá trị ghi trên diode, làm ổn áp cho mạch điện trong khi dòng điện qua nó thì biến
thiên một khoảng rộng.
1.3 Đo đặc tuyến I-V với các diode phát quang LED: D4, D5, D6, D7

LED đỏ

Điểm bắt đầu sáng

Sáng trung bình

Sáng rõ

Thế ni +V

3V

5V

8V

Dịng qua LED – ID4

1.2mA

4.11mA

8.49mA

Sụt thế trên LED -VD4

2.18V

2.21V

2.22V

LED xanh

Điểm bắt đầu sáng

Sáng trung bình

Sáng rõ

Thế ni +V

3V

5V

8V

Dịng qua LED – ID5

1.2mA

4.11mA

8.49mA

Sụt thế trên LED -VD5

2.18V

2.21V

2.22V

LED xanh

Điểm bắt đầu sáng

Sáng trung bình

Sáng rõ

Thế ni +V

3V

5V

8V

Dịng qua LED – ID6

1.2mA

4.11mA

8.49mA

Sụt thế trên LED -VD6

2.18V

2.21V

2.22V

LED xanh

Điểm bắt đầu sáng

Sáng trung bình

Sáng rõ

Thế ni +V

3V

5V

8V

Dịng qua LED – ID7

1.2mA

4.11mA

8.49mA


Sụt thế trên LED -VD7

2.18V

2.21V

2.22V

2. Khảo sát mạch chỉnh lưu
• Thực hành trên bản mạch: A1 - 2.

• Nhiệm vụ:
Nghiên cứu và xác định vai trò của diode trong các loại mạch chỉnh lưu để sử dụng trong các bộ tạo
nguồn một chiều và các thiết bị khác.

2.1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng:
• Sơ đồ nguyên lý khảo sát mạch chỉnh lưu nửa sóng:


Mạch Proteus :

- Nối J1 (các J2, J3, J4 không nối)
- Nối lối ra máy phát sóng tới chốt A của mạch, đồng thời nối với kênh 1 của máy hiện sóng.
- Nối lối ra OUT của mạch với kênh 2 của máy hiện sóng.
- Đặt thang đo của máy hiện sóng ở mức biên độ vào 1V/cm, chu kỳ quét 0,05 ms/cm để có thể quan sát
được vài chu kỳ sóng tín hiệu vào/ra của mạch. Sử dụng chuyển mạch ghép tín hiệu lối vào là “DC” trên
cả hai kênh của máy hiện sóng. 17
- Đặt chế độ máy phát sóng: phát sóng sin, tần số 1.000 Hz.
- Bật các thiết bị.
- Quan sát trên máy hiện sóng và chỉnh biên độ máy phát sóng sao cho biên độ này (cũng là biên độ vào
mạch) là 4,0 V.
- Chỉnh đồng bộ tín hiệu trên máy phát sóng, quan sát và vẽ lại tín hiệu vS từ máy phát sóng và dạng
sóng lối ra v0 trên điện trở.

Mạch Proteus:


Ta thu được sóng :

Giải thích sự khác nhau của dạng sóng tại A và OUT? Sự chênh lệch thế đỉnh tương ứng?
-

Sự khác nhau của dạng sóng tại A và OUT là do ở chu kì âm diode bị cấm và khơng cho dịng đi
qua nên VOUT = 0V.


• Khảo sát bộ chỉnh lưu có lọc gợn sóng:
Thêm tụ :

Mạch Proteus :

Giải thích hiện tượng xảy ra:
Do sự thơng và cấm của diode trong nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm nên tụ điện được nạp nhanh
qua nội trở diode và phóng chậm qua trở tải R. Kết quả thế lối ra hầu như không đổi với một thăng giáng
nhỏ

Sự phụ thuộc của thế gợn sóng vào trở tải và tụ lọc:
Tỷ lệ gợn sóng tăng lên khi thay R1 bằng R2 do trở bé nên tụ xả nhanh hơn.
Khi mắc thêm tụ C2 thì tăng điện dung, nạp được nhiều điện hơn nên xả lâu => Tỷ lệ gợn sóng giảm.
2.2 Sơ đồ chỉnh lưu tồn sóng dùng thứ cấp biến thế ra có điểm giữa:
• Khảo sát mạch chỉnh lưu tồn sóng gồm 2 diode D1, D2 và trở R1:
- Nối J1. 18
- Nối nguồn xoay chiều ~9V, ~0V, ~9V của khối thiết bị chính lần lượt với các chốt A, C và B trên
bản mạch. Chú ý, chốt C nối với điểm giữa của biến áp nguồn AC.
- Đặt thang đo thế lối vào của máy hiện sóng ở 5V/cm, thời gian quét ở 5ms/cm. Chỉnh cho cả 2 tia
nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn máy hiện sóng. Sử dụng các nút chỉnh vị trí của
máy hiện sóng để dịch tia theo chiều X, Y về vị trí dễ quan sát.
- Nối chốt A với kênh 1 của máy hiện sóng, lối ra OUT với kênh 2 máy hiện sóng.
- Bật nguồn cho thiết bị chính.
- Quan sát tín hiệu tại các điểm A và lối ra OUT. Vẽ lại dạng sóng tương ứng. Ghi giá trị thế đỉnh
cho mỗi dạng sóng, chu kỳ tín hiệu.

Thu được tín hiệu :


Giải thích sự khác nhau của dạng sóng tại lối ra OUT so với trường hợp chỉnh lưu nửa sóng:
Do hoạt động của thứ cấp biến thế và sự thông cấm của diode nên ta có kết quả chỉnh lưu tồn sóng như
trên.
•

Khảo sát bộ chỉnh lưu tồn sóng có lọc gợn sóng:

Trong một chu kì sẽ có 2 lần gợn sóng trong khi trong trường hợp chỉnh lưu nửa sóng thì chỉ có 1 lần gợn
sóng.
2.3 Sơ đồ chỉnh lưu tồn sóng bằng cầu diode
• Khảo sát mạch chỉnh lưu gồm cầu diode D3, D4, D5, D6 và trở R3:
- Đặt thang đo thế lối vào của máy hiện sóng ở 5V/cm, thời gian quét ở 5ms/cm. Chỉnh cho cả 2 tia nằm
giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn máy hiện sóng. Sử dụng các nút chỉnh vị trí của máy hiện
sóng để dịch tia theo chiều X, Y về vị trí dễ quan sát. Nối kênh 1 của máy hiện sóng tới lối ra K1 của mạch.
- Nối nguồn xoay chiều ~9V của khối thiết bị chính với chốt D và E.
- Bật nguồn cho thiết bị chính.
- Nối K1, khơng nối K2 và quan sát tín hiệu tại lối ra OUT.


Mạch Proteus :

Vẽ lại dạng sóng tương ứng.

• Khảo sát bộ chỉnh lưu mạch cầu có lọc gợn sóng (thêm tụ) :
- Nối K1 và K2
- Vẽ dạng sóng ở lối ra OUT sau khi mắc tụ.

Mạch Proteus :


Thu được sóng :

Kết quả ra khá giống với trường hợp dùng 2 diode với biến thế có điểm giữa ở cuộn thứ cấp và bộ lọc.

3. Khảo sát quá trình chuyển trạng thái của 2 loại diode tiếp điểm và tiếp mặt
• Thực hành trên bản mạch : A1 - 3.


• Nhiệm vụ:
Khảo sát sự ảnh hưởng quá trình chuyển trạng thái của mạch chỉnh lưu ở tần số cao do điện dung tiếp
xúc gây nên tại các diode tiếp mặt 1N- 4001 và tiếp điểm 1N- 4148.

3.1 Khảo sát với diode tiếp mặt 1N-4001
- Nối lối ra của máy phát sóng tới chốt A1 của diode 1N-4001, đồng thời cũng nối tới kênh 1 của máy
hiện sóng.
- Nối lối ra OUT của mạch tới kênh 2 của máy hiện sóng.

Mạch Proteus :


Máy phát tạo hàm đặt ở chế độ phát sóng vuông, tần số biến đổi từ 50Hz đến 500 KHz, biên độ giữ
không đổi 500 mV.

4. Các mạch dịch mức tín hiệu và hạn biên dùng diode
• Thực hành trên bản mạch : A1 - 4.


• Nhiệm vụ:
Khảo sát các bộ dịch mức thành phần DC của tín hiệu và bộ hạn chế biên độ sử dụng diode. Hiểu biết về
nguyên tắc hoạt động của chúng.

4.1 Bộ dịch mức một chiều DC của tín hiệu
• Dịch mức dương của tín hiệu
- Nối J2, khơng nối J1 để tạo sơ đồ dịch mức dương cho tín hiệu.

- Cấp nguồn DC điều chỉnh (từ 0 ...+ 15V) từ thiết bị chính với chốt VC của mạch. Vặn biến trở nguồn về
0.
- Đặt chế độ cho máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR của thiết bị chính ở chế độ: phát dạng sin, tần
số 1KHz, biên độ ra ±5V từ đỉnh tới đỉnh;
- Nối tín hiệu từ máy phát với lối vào B của mạch, đồng thời nối lối vào này tới kênh 1 của máy hiện sóng.
- Đặt thang đo thế lối vào của máy hiện sóng kênh 1 ở 1V/cm, thời gian quét ở 1ms/cm. Chỉnh cho cả 2
tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn máy hiện sóng để dễ quan sát.
- Nối lối ra OUT của mạch với kênh 2 máy hiện sóng. Bật điện nguồn ni cho thiết bị 21 chính. Tăng dần
thế VC theo các giá trị: VC = 0,25V; 1V; 2V và 4V.


Mạch Proteus :

Vẽ dạng tín hiệu ra và đo biên độ của chúng. Xác định và vẽ giá trị đường trung bình của tín
hiệu ra.

Thu được sóng :

• Dịch mức phần âm của tín hiệu
- Cấp nguồn DC điều chỉnh (từ 0 ...- 15V) từ thiết bị chính với chốt VC của Sơ đồ A1-4. Vặn biến trở nguồn
về 0. Nối J1, không nối J2 để tạo sơ đồ dịch mức phần âm cho tín hiệu.
- Bật điện cho thiết bị chính. Tăng dần thế VC theo các giá trị, VC = - 0,25V; -1V; -2V và - 4V.


Mạch Proteus :

Vẽ dạng tín hiệu ra và đo biên độ của chúng.
Xác định và vẽ giá trị đường trung bình của tín hiệu ra.

4.2 Bộ hạn chế tín hiệu

* Hạn chế phần dương của tín hiệu:
- Cấp nguồn DC điều chỉnh (từ 0 ... +15V) từ thiết bị chính với chốt VC của sơ đồ A1-4. Vặn biến trở
nguồn về 0.


- Nối J1, không nối J2 để tạo sơ đồ hạn chế phần dương của tín hiệu.

- Vẽ lại sơ đồ nguyên lí của mạch trong bản báo cáo thực nghiệm.

Sơ đồ nguyên lí:
Diode hoạt động ở 2 chế độ:
-

Diode phân cực thuận ( diode cho dòng đi qua )

-

Diode phân cực ngược ( diode khơng cho dịng đi qua )


- Đặt máy phát tín hiệu của thiết bị chính ở chế độ: phát dạng sin, tần số 1KHz, biên độ ra ±5V từ đỉnh tới
đỉnh.
- Nối tín hiệu từ máy phát với lối vào A của mạch, đồng thời nối lối vào này tới kênh 1 của máy hiện sóng.
- Đặt thang đo thế lối vào của máy hiện sóng kênh 1 ở 1V/cm, thời gian quét ở 1ms/cm. Chỉnh cho cả 2
tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dưới của màn máy hiện sóng.
- Nối kênh 2 máy hiện sóng vào lối ra OUT. Bật điện nguồn ni cho thiết bị chính. Tăng dần thế VC theo
các giá trị VC = 0,25V; 1V; 2V và 4V.

Vc = 0,25:

Vmax = 2,05V

;

Vmin = - 3,8V

Vc = 1V:

Vmax = 2,5V

Vc = 2V:

;

Vmin = - 4,1V


Vmax = 3,15V

;

Vmin = - 4,5V

;

Vmin = - 4,9V

Vc = 4V:

Vmax = 4,65V
+ Chu kì dương:

Khi Vin - V < 0,7V : diode phân cực ngược.
Khi Vin -V >= 0,7V : diode phân cực thuận.
+ Chu kì âm:
Diode ln phân cực nghịch.


•

Hạn chế phần âm của tín hiệu:
- Cấp nguồn DC điều chỉnh từ ( 0 … -15V ) từ thiết bị chính với chốt VC của sơ đồ
A1-4. Vặn biến trở về 0. Nối J2, không nối J1 để tạo sơ đồ hạn chế phần âm tín
hiệu.
- Bật điện cho thiết bị chính. ( Tăng dần thế VC theo các giá trị, VC = -0,25V ;
-1V ; -2V và -4V.
Vẽ dạng tín hiệu ra và đo biên độ của chúng.

Vc = - 0,25V:

Vmax = 3,8V ;

Vc = - 1V:

Vmin = -2,1V


Vmax = 4,1V ;

Vmin = -2,5V

Vc = - 2V:

Vmax = 4,5V ;

Vmin = -3,15V

Vc = - 4V:

Vmax = 4,9V ;

Vmin = 4,65V

Vẽ lại sơ đồ nguyên lí của mạch trong bản báo cáo thực nghiệm.

Sơ đồ nguyên lí:
Diode hoạt động ở 2 chế độ:
-

Diode phân cực thuận ( diode cho dòng đi qua )