Thực hành điện tử tương tự tuần 1

Báo cáo thực tập điện tử tương tự tuần 1
Các loại diode và mạch ứng dụng
Họ tên: Cấn Quang Trường
MSV: 19021527
1.Khảo sát đặc tuyến I-V của các loại diode
-Bản mạch thực nghiệm A1-1

1.1.Đo đặc tuyến I-V với các diode Si(D1) và Ge(D2) thông thường
-Đo trong vùng điện áp thuận
Diode Si
VD (V)
ID (mA)
Diode Ge

0.53
0.11

0.54
0.15

0.55
0.18

0.61
0.97

0.63
1.31

0.65
2.43

0.69
6.73

0.72
16.6


VD (V)
ID (mA)

0.6
0.11

0.61
0.15

0.62
0.23

0.63
0.34

0.66
1.17

0.68
2.42

0.69

4.22

0.73
16.6

-Đo trong vùng điện áp ngược

Diode Si

VD (V)
ID (uA)

-12
-0.49

-12
-0.49

-12
-0.49

-12
-0.49

-11.9
-0.49

-11.9
-0.49

-11.9
-0.49

-11.9
-0.49

0.6
0.11

0.61
0.15

0.62
0.23

0.63
0.34

0.66
1.17

0.68
2.42

0.69
4.22

0.73
16.6

Diode Ge
VD (V)
ID (mA)

-Đặc tuyến I-V của Diode Si và Diode (Ge) tương tự như nhau:


-Trở Rs là trở bảo vệ bởi vì khi P1 ở giá trị bằng 0 (Ohm) thì Rs sẽ giúp hạn dịng và
diode sẽ khơng bị đánh thủng. Khơng có biểu hiện của hai điện trở trên đường
đặc tuyến I-V vì theo cơng thức của I_D và V_D thì I_D chỉ phụ thuộc vào sự thay
đổi của V_D.
-Von của Diode (Si) là 0.7V, còn của Diode (Ge) là 0.3V. Dải biến đổi thế nhỏ 0.69V
< V < 0.73V cho dải biến đổi dòng lớn 4.22mA < I < 16.6mA
1.2 Đo đặc tuyến I-V của diode Zenner D3
-Đo trong vùng điện áp thuận
VD (V)
ID
(mA)

0.24

0.25

0.26

0.27

0.28

0.33

0.34

0.46

0.12

0.15

0.2

0.27

0.4

2.06

3.17

17

-11
-5.13
-2.39

-12
-5.69
-2.4

-13

-6.38
-2.4

-14
-6.95
-2.41

-15
-7.48
-2.41

-Đo trong vùng điện áp ngược

V
I_D
V_D

-8.2
-3.41
-2.37

-9
-4.11
-2.38

-10
-4.67
-2.39

Đồ thị đặc trưng của diode Zener

-Độ ổn áp của diode Zener D3

-Nhận xét kết quả:
+Đối với điện áp phân cực thuận thì diode Zener hoạt động như một diode bình
thường, cịn đối với phần điện áp phân cực âm thì Zener duy trì ở mức điện áp
-2.4V. Diode Zener giúp cho diode hoạt động ngay cả ở vùng điện áp ngược và duy
trì một mức cố định nếu điện áp ngược quá lớn làm cho diode không bị hỏng, cụ
thể trong trường hợp này Zener sẽ duy trì ổn áp tại 2.4V.
1.3 Đo đặc tuyến I-V với các diode phát quang LED: D4, D5, D6, D7
-Đo trong vùng điện áp thuận:

LED red

Điểm bắt
đầu sáng

Thế nuôi +V
Dòng qua LED ID4
Sụt thế trên LED
-VD4
LED green

7.23

8.77

3.34

7.37

9.62

Điểm bắt
đầu sáng

Dòng qua LED ID5
Sụt thế trên LED
-VD5

Sáng rõ

4.48

2.2

Thế nuôi +V

LED yellow

Sáng trung
bình

2.22
2.23
Sáng trung
Sáng rõ
bình

2.65

4.48

8.77

0.72

3.34

9.62

2.17
Điểm bắt
đầu sáng

2.2
2.23
Sáng trung
Sáng rõ
bình

Thế ni +V

2.65

7.6

9

Dịng qua LED ID6

0.72

7.92

9.96


Sụt thế trên LED
-VD6
LED blue

2.17
Điểm bắt
đầu sáng

Thế ni +V
Dịng qua LED ID7
Sụt thế trên LED
-VD7

2.22
2.23
Sáng trung
Sáng rõ
bình

4.48

7.94

9

3.34

8.41

9.96

2.2

2.22

2.23

Nhận xét: Dịng và thế sử dụng cho các LED sẽ tăng dần từ: Red Green Yellow
Blue
2. Khảo sát mạch chỉnh lưu
2.1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng

-Kết quả của phép đo


-Nhận xét: Sóng vàng là sóng tại A, sóng xanh là sóng OUT, Vout là dạng chỉnh lưu
nửa chu kỳ của V tại A, Vout có giá trị đỉnh ít hơn V_A là 0.62V do sụt thế trên
diode D1.
• Khảo sát bộ chỉnh lưu có lọc gợn sóng:
-Dạng sóng lối ra OUT sau khi mắc tụ

-Thế gợn sóng: Vr= 0.04V, thế trung bình Vdc = 3.25 => Vr/Vdc = 0.04/3.25 = 1.23
%
- Hiện tượng gợn sóng xảy ra do sự nạp nhanh và phóng chậm của tụ C1. Tỷ lệ
ripple phụ thuộc vào các thông số là điện trở, tụ điện và tần số.
• Khảo sát sự phụ thuộc của thế gợn sóng vào trở tải và tụ lọc
-Vẽ lại lối ra OUT khi nối J2 và J3, bỏ nối J1.

-Tỷ lệ gợn sóng
-Dạng gợn sóng sau khi nối thêm J4


-Tỷ lệ gợn sóng lúc này sẽ là
-Góc dẫn

-Tỷ lệ gợn sóng sẽ tăng lên khi thay R1 bằng R2 do R2 < R1 nên hằng số thời gian t
= RC sẽ giảm làm thời gian phóng điện của tụ nhanh hơn hoặc ta có thể giải thích
bằng phương trình sau

-Khi R giảm đi thì Vr sẽ tăng lên
-Khi mắc thêm tụ C2 thì tỷ lệ gợn sóng sẽ giảm đi do điện dung của tụ tăng làm
tăng hằng số thời gian dẫn tới thời gian phóng điện của tụ sẽ lâu hơn, hoặc ta có
thể giải thích như phương trình trên, khi tăng C làm Vr giảm.
-Góc dẫn sẽ khơng đổi khi thay R1 bằng R2 do nó chỉ phụ thuộc vào đặc tính của
diode.
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:


-Đây là trường hợp chỉnh lưu toàn chu kỳ so với chỉnh lưu nửa chu kỳ của phần

2.1.

• Khảo sát bộ chỉnh lưu tồn sóng có lọc gợn sóng:
-Suy đốn: nếu mắc thêm tụ lọc thì sẽ có hiện tượng nạp và xả của tụ trong cả 2
chu kỳ âm và dương và tỷ lệ gợn sóng sẽ nhỏ hơn so với chỉnh lưu nửa chu kỳ.
-Nối J3, vẽ lại dạng sóng OUT


-Vr = 0.03V, tỷ lệ gợn sóng
-Thế gợn sóng và tỷ lệ gợn sóng nhỏ hơn so với trường hợp chỉnh lưu nửa chu kỳ.
Vậy suy đốn trên hồn tồn hợp lý.
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:


-Vin = 8.07V, Vout = 7.17V do sụt thế trên 2 diode là 0.9V, chu kỳ là 1mS.
-Trường hợp này, do máy biến thế sử dụng điểm tham chiếu là đất trong khi
nguồn AC sử dụng điểm tham chiếu là -9V vì vậy phần âm của dạng sóng Vin sẽ bị
mất.
-Nhận xét: So với trường hợp dùng 2 diode sử dụng máy biến áp có điểm nối ở
giữa thì sụt thế của trường hợp sử dụng diode cầu sẽ nhiều hơn.


• Khảo sát bộ chỉnh lưu mạch cầu có lọc gợn sóng:
-Dạng sóng OUT sau khi mắc tụ

-Vr = 0.04V, Vdc = 6.92v => r = Vr/Vdc = 0.04/6.92 = 0.58%
-Nhận xét: Tỷ lệ r không thay đổi nhiều so với trường hợp sử dụng 2 diode và biến
thế có sử dụng điểm nối ở giữa. Ngoại trừ việc sụt thế trong trường hợp dùng cầu
diode sẽ lớn hơn.

3. Khảo sát quá trình chuyển trạng thái của 2 loại diode tiếp điểm và tiếp mặt


3.1 Khảo sát với diode tiếp mặt 1N-4001
-Sóng vàng là Vin, sóng xanh là Vout.
-Tại tần số 50 Hz

-Tại tần số 500 Hz


-Tại tần số 50 KHz

-Tại tần số 500KHz


-Nhận xét: Khi tăng dần tần số sóng lối vào thì lối ra sẽ dần trở nên giống với lối
vào.
-Do điện dung ký sinh trên diode tích và phóng ở tần số cao làm diode không hoạt
động ở chức năng chỉnh lưu. Từ tấn số 50 KHz có sự khác biệt, thể hiện rõ sự
phóng nạp của tụ ký sinh.

3.2 Khảo sát với diode tiếp điểm 1N-4148
-Tại tần số 50 Hz

-Tại tần số 500 Hz


-Tại tần số 50 KHz

-Tại tần số 500 KHz

-Nhận xét: Từ tần số 50 KHz trở đi, dạng sóng đầu ra khác với dạng sóng đầu vào.
-Cấu tạo của diode tiếp điểm bao gồm hai chất bán dẫn P, N tiếp xúc với nhau tại
một điểm nhằm tránh điện dung ký sinh cho nên nó hoạt động được trong các
mạch cao tần, cịn diode tiếp mặt có mặt tiếp giáp P-N cho nên điện dung ký sinh


là lớn, khi hoạt động ở tần số cao dẫn tới sự phóng nạp của tụ ký sinh làm ảnh
hưởng tới q trình tách sóng.
-Trên thực tế, diode tiếp điểm thường được ứng dụng để tách sóng tín hiệu trong
các mạch cao tần có biên độ nhỏ, cịn diode tiếp mặt chỉ sử dụng để tách sóng tín
hiệu trong các mạch có tần số thấp.

4.1 Bộ dịch mức một chiều DC của tín hiệu

• Dịch mức dương của tín hiệu
- Nối J2, không nối J1 để tạo sơ đồ dịch mức dương cho tín hiệu. Ta có sơ đồ:


-Tăng dần thế VC theo các giá trị: VC = 0,25V; 1V; 2V và 4V.
Ta có kết quả mơ phỏng như sau:
1.

Vc = 0.25

2.

Vc = 1V

3.

Vc = 2V


4.

Vc=4V

-Đường trung bình của các tín hiệu đầu ra Vtb = Vin + Vdc - Vd
-Nguyên tắc dịch mức dương: Ta coi như tụ đã được sạc với thế Vin.
+Tại nửa chu kỳ dương của tín hiệu diode cấm thế Vout = Vin + Vc - Vd =2Vin
+Tại nửa chu kỳ âm của tín hiệu diode thơng tụ sẽ được sạc điện qua diode 
Vout = Vin+Vc


• Dịch mức phần âm của tín hiệu
- Nối J1, không nối J2 để tạo sơ đồ dịch mức dương cho tín hiệu. Ta có sơ đồ: 2

- Bật điện cho thiết bị chính. Tăng dần thế VC theo các giá trị, VC = - 0,25V; -1V;
-2V và -4V. Ta có kết quả mơ phỏng sau:
1. Vc=-0.25V

2.Vc=-1V


3.Vc=-2V

4.Vc=-4V

-Đường trung bình của tín hiệu đầu ra: Vtb = - (Vin +Vdc - Vd)
-Nguyên tắc hoạt động của mạch dịch âm:
+Tại nửa chu kỳ dương: Diode thông => Vout = - (Vdc - Vd)
+Tại nửa chu kỳ âm: Diode cấm => Vout = - (2Vin + Vdc – Vd)

4.2

Bộ hạn chế tín hiệu

• Hạn chế phần dương của tín hiệu
- Nối J1, không nối J2 để tạo sơ đồ hạn chế phần dương của tín hiệu. ta có sơ
đồ sau:


-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.
- Nối kênh 2 máy hiện sóng vào lối ra OUT. Bật điện nguồn nuôi cho thiết bị
chính. Tăng dần thế VC theo các giá trị VC = 0,25V; 1V; 2V và 4V.
-Ta có kết quả mơ phỏng sau:
1. Vc = 0.25 V

2. Vc =1V

3.Vc=2V


4.Vc=4V

-Nguyên tắc hoạt động của mạch hạn chế phần dương:
+Tại phần chu kỳ dương: Diode dẫn => Lúc Vin < Vdc + Vd => Vout = Vin, lúc Vin

> Vdc + Vd => Vout = Vdc + Vd
+Tại phần chu kỳ âm: Diode cấm => Vout = Vin
• 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 nguồn 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.
Ta có sơ đồ:

Kết quả mơ phỏng:
1.Vc=-0.25V

2. Vc=-1V