Báo cáo Nguyên lý kỹ thuật điện tử tương tự Thực nghiệm 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

NGUYÊN LÝ KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO THỰC HÀNH THỰC NGHIỆM 1
CÁC LOẠI DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Họ và tên


1. Khảo sát đặc tuyến I-V của các loại diode
1.1 Đo đặc tuyến I-V với các diode Si(D1) và Ge(D2) thông thường.
1.1.1. Đo trong vùng điện áp thuận
- Diode Si
VD
0,49V
0,518V 0,545V 0,570V 0,60V 0,704V 0,856V 0,875V
ID
0,12m
0,22m
0,4
0,65
1,13
4,77
15,41
16,94
A
A
- Đặc tuyến I-V của diode Si và Ge tương tự nhau:

1.1.2. Đo trong vùng điện áp ngược

- Diode Si
VD (V) -0,4
-0,412 -0,416
ID (µA) -8,3
-10
-11,1

-0,42
-12,3

-0,424
-13,5

-0,437
-18,3

-0,47
-35,9

-0,873
-607

- Đặc tuyến I-V của diode Si và Ge tương tự nhau
- Trở Rs là trở bảo vệ bởi vì khi P1 ở giá trị bằng 0(Ω) thì Rs sẽ giúp hạn chế dịng và ) thì Rs sẽ giúp hạn chế dịng và
diode sẽ khơng bị đánh thủng. Khơng có biểu hiện của hai điện trở trên đường đặc tuyến IV vì theo cơng thức của I D và V D thì I D chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi của V D.
Giải biến đổi thế nhỏ 0,704V1.2 Đo đặc tuyến I-V của diode Zener (D3)
1.2.1 Đo trong vùng thiên áp thuận
VD(V) 0.5
ID(mA) 0.11

0.56
0.21

0.61
0.31

0.64
0.49

0.67
1.11

0.73
1.89

0.74
3.65

0.76
6.88

0.79
17.4


1.2.2. Đo trong vùng thiên áp ngược
V
ID
VD

-8.2V
0.32
8.17

-9V
1.27
8.19

-10V
2.61
8.22

-11V
3.82
8.24

-12V
5.1
8.27

-13V
6.39
8.3

-14V
7.77
8.32

-15V

9.05
8.35

Hệ số ổn áp
Β(%) =

8.35−8.17
⋅ 100 = 2.64%
15−8.2

NX:
Đặc điểm mắc thuận - ngược và vai trò ổn áp của zenner diode :
Khi được phân cực thuận diode zener hoạt động giống diode bình
thường. Khi được phân cực nghịch, lúc đầu chỉ có dịng điện thật nhỏ
qua diode. Nhưng nếu điện áp nghịch tăng đến một giá trị lớn hơn điện
áp VZ của nó thì nó cho phép dịng điện ngược đi qua, đồng thời ghim
lại một hiệu điện thế ổn định bằng VZ giữa hai đầu của nó.
So sánh với diode Si và Ge thơng thường :
- Phân cực thuận thì diode zener và diode Si hoạt động giống
nhau.
- Phân cự ngược thì diode Si khơng cho dịng điện đi qua, cịn
diode zener lại cho phép dòng điện ngược đi qua , ghim lại một
điện thế bằng VZ.
Vai trò của diode zener trong mạch ổn áp : giúp điện áp đầu ra ổn định
với độ gợn sóng thấp trong các điều kiện dịng tải khác nhau.


1.3 Đo đặc tuyến I-V với các diode phát quang LED: D4, D5, D6,
D7
1.3.1. Đo trong vùng thiên áp thuận:

LED đỏ
Điểm bắt đầu
Sáng trung
sáng
bình
Thế ni +V 4.5
7.9
Dịng qua
3.3
7.7
LED
Sụt thế trên
2.2
2.2
LED
LED xanh
Điểm bắt đầu
Sáng trung
lục
sáng
bình
Thế ni +V 2.65
4.48
Dịng qua
0.14
0.61
LED
Sụt thế trên
13.24
13.159

LED

Sáng rõ
8.7
9.72
2.23
Sáng rõ
8.87
19.18
12.77

2. Khảo sát mạch chỉnh lưu
2.1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng
Sơ đồ nguyên lý khảo sát mạch chỉnh lưu nửa sóng


Sóng Vout có dạng chỉnh lưu nửa chu kỳ của V tại A, Vout có giá trị đỉnh
ít hơn VA do sụt thế trên diode D1.

Khảo sát bộ chỉnh lưu có lọc gợn sóng:


Thế gợn sóng: Vr = 0.04V, thế trung bình Vdc=3.25 suy ra 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

Tỷ lệ gợn sóng r= Vr/Vdc = 0.98/2.76= 35.5%
- Nối thêm J4
=> tỷ lệ gợn sóng lúc này sẽ là r = 0.21/3.11 = 6.75%
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.
- 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 cua 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:

- Trường hợp chỉnh lưu toàn chu kỳ khác với chỉnh lưu nửa sóng ở 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.

Thế gợn sóng và tỷ lệ gợn sóng nhỏ hơn so với trường hợp chỉnh lưu nửa
chu kỳ. Vậy suy đoán 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:


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
Tỷ lệ r khơng 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


Nhận xét: Khi tăng tần số sóng ở lối vào thì sống ở lối ra sẽ càng trở nên
giống với sóng ở lối vào.
Do tụ điẹn hoạt động ở tần số cao làm diode không hoạt đông đúng
chức năng. Từ 50khz có sự khác biệt lớn, thể hiện sự phóng nạp của tụ.

3.2 khảo sát với diode tiếp điểm 1N 418


-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 quá 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. Các mạch dịch mức tín hiệu và hạn biên dùng diode.
4.1 Dịch mức một chiều DC của tín hiệu
- Dịch mức dương của tín hiệu


(Proteus)
Vc= 0.25V

Vc= 1V


Vc= 2V

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 = 2Vin +Vdc – Vd
Tại nửa chu kỳ âm của tín hiệu diode thơng thế Vout = Vdc – Vd
- Dịch mức phần âm của tín hiệu
-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).