Báo cáo thí nghiệm vật lý bán dẫn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.19 MB, 52 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

<b>THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÁN DẪN</b>

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚ CƯỜNG - 2112715 PHAN TRƯỜNG GIANG - 2111103

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO

<b>THÍ NGHIỆM VẬT LÝ BÁN DẪN</b>

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN PHÚ CƯỜNG - 2112715 PHAN TRƯỜNG GIANG - 2111103

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>TN1: KHẢO SÁT LINH KIỆN R-L-C</b>

•Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo. •Nắm được đặc tính các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm. •Thiết lập được mạch đo đơn giản cho tụ điện, cuộn cảm.

<b>1.2 CHUẨN BỊ</b>

•Chuẩn bị PreLab và nộp cho giáo viên trước khi vào lớp

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

•Đo giá trị của biến trở VR5. •Các kết quả điền vào bảng sau:

•Xác định sai số giữa kết quả đọc và đo. Sai số này có đúng với vịng màu sai số của điện trở hay khơng?

Sai số này đúng với vòng màu sai số trên điện trở.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

•Quan sát điện áp trên tụ C1 trên dao động ký. •Biên độ điện áp trên tụ C1 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên tự C1 là 0.45V.

•Từ đó, giá trị C1 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Nhận xét: Sóng ngõ ra trên tụ C1 trễ pha hơn sóng ngõ vào. Khi có dịng xoay chiều đi vào tụ điện, dịng điện sẽ bắt đầu tích điện cho tụ điện và nhờ lượng điện tích đã nạp tụ điện mới bắt đầu tăng điện áp lên. Điện áp không tăng cùng lúc với cường độ dịng điện mà nó cần thời gian để phân bố điện tích và tạo nên điện áp trong tụ. Do đó, đối với tụ điện thì điện áp trễ pha hơn cường độ dịng điện.

•Khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ thay đổi như thế nào? Giải thích

Khi tăng tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ giảm theo biểu thức tính, và khi giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên tụ tăng.

Giải thích: với dịng điện xoay chiều, tần số dịng điện càng lớn thì trở kháng của tụ càng nhỏ, cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch càng lớn và ngược lại. •Chuyển tín hiệu Vin thành xung vng tần số 1Khz, biên độ 2V. Vẽ dạng sóng Vin

và dạng sóng trên tụ điện. Giải thích

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Do nguyên lý hoạt động tích và phóng điện của tụ, điện áp trên tụ thay đổi theo phương trình dạng mũ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

•Quan sát điện áp trên tụ C6 trên dao động ký. •Biên độ điện áp trên tụ C6 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên tụ C6 là 0.36V

•Từ đó, giá trị C6 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>1.6 THÍ NGHIỆM 4</b>

1.6.1 Mục tiêu

•Khảo sát mạch R-L, từ đó suy ra giá trị cuộn cảm. 1.6.2 u cầu

•Kết nối máy phát sóng như sau. Dùng kênh 1 của oscilloscope đo dạng sóng Vin, kênh 2 đo dạng sóng trên L5.

1.6.3 Kiểm tra

•Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 10Khz, biên độ 2Vp-p. Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.

•Quan sát điện áp trên cuộn dây L5 trên dao động ký •Biên độ điện áp trên cuộn dây L5 là bao nhiêu?

Biên độ điện áp trên cuộn dây L5 là 420mV. •Từ đó, giá trị L5 bằng bao nhiêu? Trình bày cách tính.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Nhận xét: Sóng ngõ ra ở L5 có pha sớm hơn sóng ngõ vào. Khi có dịng điện đi qua cuộn dây thì cuộn dây cũng đồng thời tạo từ trường chạy trong lòng cuộn dây. Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, khi từ trường tăng dần theo dịng điện thì trong cuộn dây cũng sinh ra dịng điện cảm ứng để chống lại sự tăng dần đó. Khi dịng điện giảm, từ trường giảm thì cũng có một dòng điện cảm ứng sinh ra để chống lại sự giảm đó. Vì vậy trong cuộn dây, dịng điện trễ pha hơn so với

Khi Z<small>L</small>tăng thì U<small>L</small>cũng tăng và ngược lại, khi Z<small>L</small>giảm thì U<small>L</small>cũng giảm do U và R là cố định, mà Z<small>L</small>tỉ lệ thuận với f nên khi tăng/giảm tần số tín hiệu vào thì biên độ trên L5 cũng tăng/giảm tương ứng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>TN2: KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU VÀ ZENNER</b>

•Nắm được cách sử dụng kit thí nghiệm, dụng cụ đo.

•Nắm được đặc tính các linh kiện diode chỉnh lưu, LED phát quang và diode zener. •Thiết lập được mạch ổn áp đơn giản.

<b>2.2 CHUẨN BỊ</b>

•Chuẩn bị bài prelab.

•Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

•Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm. Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.

•Thay đổi biên độ của nguồn xoay chiều Vsine từ 2Vp-p đến 10Vp-p. Trong q trình thay đổi đó, quan sát dạng sóng thu được trên cả hai kênh của dao động ký, mô tả lại hiện tượng thu được.

Khi càng tăng biên độ của Vs phần âm của đồ thị bị xén ngày càng nhiều •Giữ biên độ của nguồn xoay chiều Vsine là 10Vp-p, thay đổi giá trị điện áp của

nguồn DC từ 1VDC đến 3VDC, quan sát hiện tượng thu được. Phần âm xén ít dần khi cho điện áp tăng dần.

•Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

•Giải thích vì sau ta thu được đồ thị như vậy.

Ở bán kì âm, khi Vsine > VON + VDC thì diode on dẫn đến V tại CH2 ln bằng VON+VDC khi Vsine < VON + VDC thì diode off nên V tại CH2 bằng Vsine.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<b>3.5 THÍ NGHIỆM 3</b>

3.5.1 Mục tiêu

•Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có tải. 3.5.2 u cầu

•Kết nối mạch như hình vẽ. Trong đó nguồn VDC là nguồn DC có điện áp 1V. Nguồn xoay chiều Vsine là sóng sine biên độ 8Vp-p, tần số 1kHz, mức offset là 0V.

<b>Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua.</b>

3.5.3 Kiểm tra

•Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thơng số của chúng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

•Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm. Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.

•Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

•So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu được tại thí nghiệm 2, mơ tả lại các điểm giống và khác nhau giữa hai đồ thị, giải thích.

Cả hai đồ thị đều có dạng sóng giống nhau, tuy nhiên đồ thi trên không bị xén ở phần âm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<b>3.6 THÍ NGHIỆM 4</b>

3.6.1 Mục tiêu

•Khảo sát mạch xén phân cực dương dùng diode, có thêm điện trở trên diode. 3.6.2 u cầu

•Kết nối mạch như hình vẽ. Trong đó nguồn VDC là nguồn DC có điện áp 1V. Nguồn xoay chiều Vsine là sóng sine biên độ là 8Vp-p, tần số 1kHz, mức offset là 0V.<b>Các bộ nguồn trên chưa được bật cho đến khi được GVHD xem qua.</b>

3.6.3 Kiểm tra

•Vẽ lại sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm trên, trên sơ đồ nguyên lý cần ký hiệu đầy đủ tên linh kiện, thơng số của chúng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

•Sinh viên tiến hành lắp mạch điện thí nghiệm. Sau khi lắp xong mạch thí nghiệm, sinh viên nhờ GVHD xác nhận rồi mới tiến hành thí nghiệm.

•Điều chỉnh nguồn Vsine có biên độ 10Vp-p, nguồn DC có điện áp 1V, vẽ lại dạng sóng thu được trên dao động ký.

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

•So sánh hình dạng đồ thị trên với đồ thị thu được tại thí nghiệm 2, mơ tả lại các điểm khác nhau giữa hai đồ thị và giải thích.

Phần dương của hai đồ thị giống nhau nhưng phần ầm có sự khác biệt. Phần âm của đồ thị trên khơng bị xén như ở thí nghiệm hai nhưng biên độ bị giảm xuống do mắc thêm điện trở tải.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

<b>TN4: KHẢO SÁT BJT</b>

•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.

<b>4.2 CHUẨN BỊ</b>

•Chuẩn bị bài prelab

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

</div><span class="text_page_counter">Trang 41</span><div class="page_container" data-page="41">

•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

Q1 Base Emitter/Collector Emitter/Collector NPN Tốt Q2 Emitter/Collector Base Emitter/Collector PNP Tốt

Giải thích

</div><span class="text_page_counter">Trang 43</span><div class="page_container" data-page="43">

R1 = 0.98kOhm (giá trị đo).

•Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như hình. Một VOM đo dịng điện Ib ở tầm uA, một VOM đo dòng Ic ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp Vce.

•Vặn biến trở VR3 về mức nhỏ nhất.

•Sơ đồ phần III

</div><span class="text_page_counter">Trang 44</span><div class="page_container" data-page="44">

4.4.3 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:

Ic(mA) 3.61 5.20 6.87 8.12 8.95 9.00 9.04 9.07 9.1 Vce(V) 5.90 4.17 2.78 1.08 0.26 0.187 0.158 0.154 0.146

•Với Ib trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó hfe là bao nhiêu? Trong khoảng từ 10uA đến 30uA thì transistor dẫn khuếch đại với hfe khoảng 312. •Khi dùng transistor làm nhiệm vụ đóng/ngắt, ta đưa transistor vào chế độ nào? Vì

Đưa transistor vào chế độ khuếch đại và tắt vì ở chế độ bão hoà, rơi áp trên transistor Vce rất nhỏ tương đương một cơng tắc đóng, cịn ở chế độ tắt transis-stor khơng cho dịng điện đi qua C-E nên tương đương cơng tắc mở.

</div><span class="text_page_counter">Trang 45</span><div class="page_container" data-page="45">

•Chỉnh nguồn điện về 12V và kết nối mạch như hình. Một VOM đo dòng điện Ib ở tầm uA, một VOM đo dòng Ic ở tầm mA, và 1 VOM đo điện áp Vce.

•Vặn biến trở VR3 về mức lớn nhất.

•Sơ đồ khối BJT pnp

</div><span class="text_page_counter">Trang 46</span><div class="page_container" data-page="46">

4.5.3 Tiến hành

•Bật nguồn. Chỉnh biến trở để thay đổi dịng điện Ib, quan sát giá trị Ic và Vce và điền vào bảng sau:

Ic(mA) 2.19 3.22 4.19 5.15 6.81 7.55 8.16 8.17 8.56 Vce(V) 7.12 6.00 5.08 4.14 3.29 2.45 1.69 1.05 0.49

•Với Ib trong khoảng nào thì transistor dẫn khuếch đại? Khi đó hfe là bao nhiêu? Khoảng 10uA – 30uA khi đó hfe khoảng 227.

•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?

BJT sẽ khơng hoặc rất khó bão hồ vì theo sơ đồ nối như trên. Vì để transitor PNP có bão hồ thì điện áp tại cục B phải đủ thấp hơn cực E, theo sơ đồ như hình ta có điện áp tại B tương đương hoặc lớn hơn điện áp tại cực C, mà điện áp chênh lệch giữa cực E và cực C lại thấp hơn điện áp chênh lệch giữa cực B và E trong chế độ bão hoà.

</div><span class="text_page_counter">Trang 47</span><div class="page_container" data-page="47">

•Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dịng, nguồn điện thay đổi 0-5V vào hai cực C-E của Q2. Các VOM kết nối như hình vẽ.

4.6.3 Tiến hành

•Bật nguồn. Chỉnh điện áp Vce cố định là 2V, 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 2V.

Vbe(V) 0.48 0.51 0.56 0.59 0.62 0.65 0.67 0.687 0.695

•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.

Vbe(V) 0.45 0.48 0.51 0.55 0.58 0.61 0.63 0.649 0.66

•Vẽ đặc tuyến vào Ib-Vbe ứng với hai trường hợp Vce = 2V và Vce = 4V.

</div><span class="text_page_counter">Trang 48</span><div class="page_container" data-page="48">

•Nhận xét đặc tuyến đã vẽ.

Đặc tuyến giống với dạng đặc tuyến của diode. Đặc tuyến ứng với Vce = 4V lùi về bên trái hơn so với khi Vce = 2V, nghĩa là ở cùng giá trị VBE thì IB (Vce = 4V) > IB (Vce = 2V )

</div><span class="text_page_counter">Trang 49</span><div class="page_container" data-page="49">

•Kết nối nguồn điện 5V vào mạch cấp nguồn dịng, nguồn điện thay đổi 0-20V vào mạch. Các VOM kết nối như hình vẽ.

4.7.3 Tiến hành

•Bật nguồn. Chỉnh dịng điện Ib cố định là 20uA, thay đổi Vin để có được các giá trị Vce theo bảng sau. Điền các giá trị tương ứng của dòng Ic.

</div><span class="text_page_counter">Trang 50</span><div class="page_container" data-page="50">

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

đặc tuyến gần như nằm ngang. Ước tính điện áp Early:

<b>- ta có độ dốc của đặc tuyến Ib = 20uA, từ bảng số liệu ta lấy hai điểm (Vce,Ic)</b>

là (1, 14) và (0.7, 13.88), theo công thức tính độ dốc của đặc tuyến:<sup>dIc</sup>

</div><span class="text_page_counter">Trang 51</span><div class="page_container" data-page="51">

Giá trị 100kOhm 10kOhm 10kOhm 1kOhm 10kOhm

•Kết nối mạch như hình. Nguồn cấp Vin là 12V.

•Sơ đồ mạch khuếch đại E chung

4.8.3 Tiến hành

•Bật nguồn. Chỉnh biến trở VR8 để Vce = 6V.

•Tăng dần biên độ Vs. Xác định biên độ tối đa của Vs để ngõ ra không bị méo dạng (max swing). Nếu dạng sóng ngõ ra bị méo dạng ở 1 đầu hình sine, chỉnh biến trở R8 để thay đổi phân cực sao cho đạt max swing. Vẽ dạng sóng Vs và Vce trên cùng hệ tọa độ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 52</span><div class="page_container" data-page="52">

Biên độ tối đa của Vs để ngõ ra khơng bị méo dạng là 480mVp-p

•Xác định độ lợi của mạch khuếch đại ở max-swing. Kiểm chứng lại so với lý thuyết.

0.24 <sup>= −20.67</sup>

<b>- Kiểm chứng lại so với lý thuyết.</b>

•Tắt nguồn, đo giá trị VR8 tại max swing và kiểm chứng lại so với lý thuyết

<b>- Kiểm chứng lại so với lý thuyết</b>

•Kết nối tải R13 vào mạch. Chuyển kênh 2 của dao động ký sang đo dạng sóng ngõ

•Chỉnh lại Vs sao cho đạt max swing trong trường hợp có tải R13. Xác định độ lợi và Vs tại Max Swing. Kiểm chứng lại so với lý thuyết

<b>- Tại Max Swing đo được Vs = 320mV, Vce = 4.16V- Độ lợi điện áp: a</b><sub>V</sub>=<sup>V</sup><sup>CE</sup>

V<small>S</small> =<sup>−4 16</sup><sub>0.32</sub><sup>.</sup> = −13 50

</div>