Bài thí nghiệm 4 vật lý bán dẫn trường đại hoc bách khoa TP. hồ chí minh

Lớp:DT03
Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Cường
Trương Tiến Dũng
Nguyễn Nhật Linh

BÀI THÍ NGHIỆM 4
KHẢO SÁT BJT
I.

Mục tiêu

⮚ Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.
⮚ Nắm được đặc tính các linh kiện BJT loại npn, pnp.

⮚ Khảo sát mạch khuếch đại, mạch đóng/ngắt dùng BJT.
II. Chuẩn bị

⮚ Chuẩn bị bài prelab

⮚ Xem lại cách sử dụng các công cụ đo VOM, DVM và Oscilloscope (dao động ký dđk).

III. Thí nghiệm 1
1. Mục tiêu


 Đo và kiểm tra BJT.
2. Yêu cầu
 Dùng VOM đo và kiểm tra BJT ở module 1 và 2, phần BJT.

3. Kiểm tra
 Đưa VOM về chế độ đo diode. Đo điện áp giữa các chân của BJT trong khối I và II

và ghi nhận vào bảng sau:
Transistor Q1:
Điểm đo

P1-P2

P2-P1

P1-P3

P3-P1

P2-P3

P3-P2

Giá trị

0,655

OL

0,654

OL

OL

OL

Điểm đo

P1-P2

P2-P1

P1-P3

P3-P1

P2-P3

P3-P2

Giá trị

0,661

OL

OL

OL

OL

0,657

Transistor Q2:

 Xác định xem transistor loại gì và các chân P1-P2-P3 là chân gì, BJT cịn tốt hay
khơng? Giải thích?

-

Transistor

P1

P2

P3

Loại BJT

Chất lượng

Q1

Base

Collector

Emitter

NPN

Tốt

Q2

Emitter

Base

Collector

PNP

Tốt

Giải thích

+ Với �1

�12 = 0,655 ⟹ �1 − �2 : � − �
�13 = 0,654 ⟹ �1 − �3 : � − �

⟹ �1 �à ��ạ� ��� �ớ� �1 �à �ự� ����, �2 cạnh �1 là cực Collector và �3 là cực Emitter.
+ Với �2


�12 = 0,661 ⟹ �1 − �2 : � − �
�32 = 0,657 ⟹ �3 − �2 : � − �

⟹ �1 �à ��ạ� ��� �ớ� �2 �à �ự� ���� �3 cạnh �2 là cực Collector và �1 là cực Emitter.

IV. Thí nghiệm 2
1. Mục tiêu

 Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa của BJT npn.
2. Chuẩn bị
 Đọc xem điện trở R1 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM.
R1=10.102 ±5%Ω(giá trị đọc)
R1=981Ω(giá trị đo)

 Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như Hình 2. Một VOM đo dịng điện Ib ở
tầm μA, một VOM đo dòng Ic ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp Vce.

 Vặn biến trở VR3 về mức nhỏ nhất.

Hình 1: Sơ đồ phần III


Hình 2: Layout thực tế trên module thí nghiệm

3. Tiến hành
 Bật nguồn. Chỉnh biến trở để thay đổi dòng điện Ib, quan sát giá trị Ic và Vce và điền
vào bảng sau:
Ib

10

Ic

μA

15 μA

20 μA

25 μA

30 μA

35 μA

40 μA

45 μA

50 μA

3,03

4,47

5,96

7,22

8,25

8,36

8,49

8,40

8,41

6,10

4,49

2,836

1,438

0,316

0,20

0,175

0,158

0,147

(mA)
Vce(v)

 Với Ib trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó hfe là bao nhiêu?
Lấy ������ = 0,25 (�), để transistor dẫn khuếch đại thì ��� > ������ →Với �� trong

khoảng 10 ÷ 30μA thì transistor dẫn điện khuếch đại.
ℎ�� = � =

��

��

: độ lợi dòng điện cực phát chung.

ℎ��1 =

��
��1
��
= 303; ℎ��2 = 2 = 298 ; ℎ��3 = 3 = 298 ;
�� 1
��2
��3
ℎ��4 =

��
��4
= 288,8 ; ℎ��5 = 5 = 275
��4
��5


ℎ������� �ì�ℎ = 292,56

 Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ nào? Vì sao?
Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt ta đưa transistor về chế độ bão hịa/tắt.
Vì khi ở chế độ bão hịa transistor cho dịng điện đi qua và có ��� rất nhỏ, hoạt động

như ngắt mạch, thực hiện chức năng đóng. Khi ở chế đọ tắt transistor không cho dongf
điện đi qua, hoạt động như mạch hở, thực hiện chức năng ngắt.

V. Thí nghiệm 3
1. Mục tiêu
 Khảo sát các miền hoạt động tắt/khuếch đại/bão hòa của BJT pnp.
2. Chuẩn bị
 Đọc xem điện trở �6 có giá trị là bao nhiêu và kiểm chứng lại bằng VOM.
�6 = 10. 102 ± 5%�(��á ��ị đọ�)
�6 = 984�(��á ��ị đ�)

 Chỉnh nguồn về 12V và kết nối mạch như hình 4. Một VOM đo dòng điện �� ở tầm
μA, một VOM đo dòng �� ở tầm mA và một VOM đo điện áp ��� .

Hình 3: Sơ đồ khối BJT pnp


Hình 4: Sơ đồ kết nối trên module thí nhiệm phần BJT pnp

 Vặn biến trở VR3 Về mức lớn nhất.
3. Tiến hành
 Bật nguồn. Chỉnh biến trở để thay đỏi dòng điện �� , quan sát giá trị �� , ��� và điền
vào bảng sau:
10μA

15μA

20μA

25μA

30μA

35μA

40μA

45μA

50μA

��

2,09

3,02

4,00

4,76

5,58

6,33

7,01

7,62

8,16

���

7,18

6,12

4,98

4,12

3,233

2,421

1,667

0,998

0,398

��
(mA)

(V)

 Với �� trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó ℎ�� là bao nhiêu?
Với loại PNP 2N3906 ta có: ������ = 0,4 (�), để transistor dẫn khuếch đại thì

��� > ������ →Với �� trong khoảng 10 ÷ 450μA thì transistor dẫn điện khuếch đại.
ℎ�� = � =
ℎ��1 =

ℎ��5 =

��

��

: độ lợi dòng điện cực phát chung.

��1
��
��
��
= 209; ℎ��2 = 2 = 201; ℎ��3 = 3 = 200; ℎ��4 = 4 = 190,4;
��1
�� 2
�� 3
��4

��5
��
��
��
= 186; ℎ��6 = 6 = 180,85; ℎ��7 = 7 = 175,2; ℎ��8 = 8 = 169,3
��5
�� 6
��7
��8


ℎ������� �ì�ℎ = 188,96875

 Nếu thay vì đặt tải (điện trở+led) ở cực C, ta đặt ờ cực E như hình sau. Khi đó BJT có
bão hịa được khơng? Vì sao? (Câu hỏi này trả lời khi nộp báo cáo, khơng cần trả
lời lúc tiến hành thí nghiệm).
BJT khơng thể bão hịa được.
Vì khi pnp transistor hoạt động ở vùng bão hịa thì hai thành phần E-B và C-B đều
hoạt động ở miền phân cực thuận, nghĩa là �� > �� �à �� > �� , từ đó suy ra ��� < ��� .
Mà ta lại có ��� − ��� = �� − 0 − (�� − �� ) = �� ≥ 0, vậy nên BJT khơng thể bão
hịa được.

VI. Thí nghiệm 4
1. Mục tiêu

 Khảo sát đặc tuyến vào của BJT npn.
2. Chuẩn bị
 Chỉnh nguồn biến đổi 0 - 5V về nhỏ nhất (0V).
 Chuyển board BJT part 2.
 Chỉnh biến trở ��2 về giá trị nhỏ nhất.

 Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0 - 5V vào hai
cực C-E của �2 . Các VOM kết nối như hình vẽ.


Hình 5: kết nối mạch đo đặc tuyến vào của BJT

3. Tiến hành
 Bật nguồn. Chỉnh điện áp VCE cố định là 2V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dịng IB và
ghi vào bảng sau. Trong q trình thí nghiệm lưu ý giữ VCE cố định là 2V.
IB

10μA

15μA

20μA

25μA

30μA

35μA

40μA

45μA

50μA

VBE

0,567

0,606

0,633

0,646

0,656

0,663

0,670

0,674

0,678

(V)
 Chỉnh điện áp VCE cố định là 4V, chỉnh biến trở R2 để thay đổi dòng IB và ghi vào
bảng sau. Trong q trình thí nghiệm lưu ý giữ VCE cố định là 4V.
IB

10μA

15μA

20μA

25μA

30μA

35μA

40μA

45μA

50μA

VBE

0,567

0.600

0,630

0,641

0,649

0,651

0,653

0,659

0,669

(V)

 Vẽ đặc tuyến vào IB -VBE ứng với hai trường hợp VCE = 2V và VCE = 4V.


Nhận xét: đặc tuyến giống với dạng diode. Đặc tuyến ứng với ��� = 4� gần lùi hơn

về bên trái so với khi ��� = 2, nghĩa là ở cùng giá trị ��� thì �� (��� = 4�) > �� (��� =
2�).

VII.

Thí nghiệm 5

1. Mục tiêu
 Khảo sát đặc tuyến ngõ ra của BJT npn.
2. Chuẩn bị
 Chỉnh nguồn biến đổi 0-20V về nhỏ nhất (0V).
 Chỉnh biến trở VR2 về vị trí nhỏ nhất.
 Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dòng, nguồn điện thay đổi 0-20V vào
mạch. Các VOM kết nối như hình vẽ.

3. Tiến hành


 Bật nguồn. Chỉnh dòng điện IB cố định là 20μA, thay đổi Vin để có được các giá trị
VCE theo bảng sau. Điền các giá trị tương ứng của dịng IC.
VCE

0.1V

0.2V

0.3V

0.5V

0.7V

1V

1.5V

2V

2.5V

IC

1,12

4,25

4,96

5,23

5,29

5,33

5,38

5,42

5,46

(mA)
 Lặp lại thí nghiệm với IB= 25μA.
VCE

0.1V

0.2V

0.3V

0.5V

0.7V

1V

1.5V

2V

2.5V

IC

1,45

5,11

5,96

6,48

6,59

6,65

6,72

6,78

6,85

(mA)

 Lặp lại thí nghiệm với IB=30μA.
VCE

0.1V

0.2V

0.3V

0.5V

0.7V

1V

1.5V

2V

2.5V

IC

1,74

5,79

6,81

7,56

7,78

7,89

8,00

8,08

8,18

(mA)
 Vẽ đặc tuyến ngõ ra IC - VCE ứng với 3 trường hợp trên.

 Nhận xét tương quan giữa 3 đặc tuyến. Ước tính điện áp Early.


Khi ��� thấp (khoảng < 0,2), đặc tuyến rất dốc. Khi ��� tăng (khoảng >0,2), đặc

tuyến gần như nằm ngang, IC tăng lên tuyến tính với ���.

Lấy số liệu từ bảng �� = 20��, lấy hai điểm (��� ; IC) là (0,7 ; 5,29) và (0,5 ; 5,23),

ta có độ dốc của đặc tuyến:

���
5,29 − 5,23
5,29
=
=
����
0,7 − 0,5
�� + 0,7

Giải phương trình, ta được �� ≈ 17�. Vậy ước tính điện áp Eraly �� = 17�.