báo cáo thực tập điện tử tương tự tuần 1

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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Văn Hiệp – Mã sinh viên: 21021582 Phạm Minh Hiếu – Mã sinh viên: 21021587 Lớp: ELT3102_25

GV hướng dẫn: TS. Mai Linh, ThS. Trần Thanh Hằng

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

THỰC NGHIỆM

Mạch thí nghiệm AE – 101 Module:

1. Khảo sát đặc tuyến I-V của các loại diode • Bản mạch thực nghiệm: A1-1.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

• 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 ܑ ٨ với i=1,…7 tương ứng với diode cần đo.

Sơ đồ nguyên lý đo đặc tuyến I-V trong 2 vùng thiên áp thuận (a) và ngược (b) 1.1 Đo đặc tuyến I-V với các diode Si (D1) và Ge (D2) thơng thường

• Đo trong vùng thiên áp thuận:

- Cắm các dây dẫn và cấp nguồn +12 V theo sơ đồ hình (a). - Chọn dải đo V cho đồng hồ đo thế, dải đo mA cho đồng hồ đo dòng. - Bật điện nguồn ni ở thiết bị chính. Vặn biến trở P1 cực đại. Ghi giá trị dòng chảy qua diode I và sụt thế V trên diode vào bảng.<small>DD</small>

- Giảm từng bước biến trở P1. Tại mỗi bước, ghi giá trị dòng chảy qua và sụt thế trên diode vào bảng. Chú ý xác định giá trị thế ngưỡng (V ) mà tại đó <small>ON</small>

dịng qua diode đo có sự thay đổi đột ngột.

Đo trong vùng thiên áp ngược:

- Cắm các dây dẫn và cấp nguồn -12 V theo sơ đồ hình (b). - Chọn dải đo V cho đồng hồ đo thế, dải đo µA cho đồng hồ đo dịng. - Bật điện nguồn ni ở thiết bị chính. Vặn biến trở P1và ghi giá trị dòng ngược chảy qua diode I và sụt thế V trên diode vào bảng.<small>DD</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

- 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.

- Nhận xét kết quả về đặc điểm mắc thuận và ngược của các diode và trả lời các câu hỏi sau: + Tại sao lại gọi điện trở RS là trở bảo vệ cho diode trong sơ đồ đo I-V? Có biểu hiện gì của điện trở này và P1 trên đường đặc tuyến I-V không? Tại sao? Đường đặc tuyến này chỉ phụ thuộc vào gì?

+ Xác định thế VON của từng diode, xác định dải biến đổi thế nhỏ cho một dải biến đổi dòng lớn trong vùng thiên áp thuận.

Nhận xét:

- Diode mắc thuận thì có dịng điện đi qua, còn diode mắc ngược thì khơng có dịng đi qua.

- Điện trở Rs là trở bảo vệ cho diode vì nó dùng để hạn chế cường độ dịng điện đi trong mạch, tránh điện áp lớn làm đánh thủng diode. Điện trở này và P1 có biểu hiện trên đường đặc tuyến vì khi thay đổi P1, giá trị Id và Vd cũng thay đổi tương ứng. Đặc tuyến này chỉ phụ thuộc vào biến trở P1.

- Điện thế Von của diode Si là 0.7V, Von của diode Ge là 0.3V. Dải biến đổi thế nhỏ cho dải biến đổi dòng lớn trong vùng thiên áp thuận là: 0.73 => 0.77V (1.99 => 16.5mA).

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

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

•Đo trong vùng thiên áp thuận:

Tiến hành đo như loại diode D1 và D2 kể trên.

•Đo trong vùng thiên áp ngược:

- Cắm các dây dẫn và cấp nguồn DC ADJUST POWER SUPPLY điều chỉnh được từ 0 đến -15 V theo sơ đồ hình (b) để mắc phân cực ngược cho diode. Chọn dải đo V cho đồng hồ đo thế, dải đo mA cho đồng hồ đo dịng.

- Đặt thế nguồn ni DC là -12V. Vặn biến trở P1 để dòng qua D3 gần bằng 5mA. Giảm thế nuôi xuống dưới -8,2 V. Sau đó vặn biến trở chỉnh nguồn thay đổi theo từng bước -9V, -10V, -11V, -12V, -13V, -14V, -15V. Ứng với mỗi giá trị V, ghi giá trị dòng chảy qua ID và sụt thế VD trên D3 vào bảng sau:

- Với kết quả đo được trên 2 bảng, vẽ đồ thị biểu diễn đặc trưng I-V của diode zener.

- Từ kết quả đo trên, tính hệ số ổn áp của diode zener D3:

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

β = 1,76% -Nhận xét kết quả:

+ Đặc điểm mắc thuận - ngược và vai trò ổn áp của diode zener. Trả lời:

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 dòng điện ngược đi qua, đồng thời ghim lại một hiệu điện thế ổn định bằng VZ giữa hai đầu của nó.

+ Đặc điểm của đặc tuyến I-V của diode zener. So sánh với diode Si va Ge thông thường? Vai trò của diode zener trong mạch ổn áp ?

Trả lời:

-Diode Zener có đặc tuyến volt-ampe giống diode thường nhưng có thêm vùng làm việc ở vùng đặc tuyến ngược với hiệu ứng đánh thủng.

- So sánh với diode Si và Ge thông 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, còn 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

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

•Đo trong vùng thiên áp thuận:

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 tương tự như hình 1.4 ở phần tóm tắt lý thuyết, ở đây sử dụng diode D1 và trở R1 của bản mạch như sau:

V<small>0</small> là thế nguồn tín hiệu vào từ máy phát sóng, V là thế ra trên trở tải R1. Trong thực <small>0 </small>

nghiệm này, để dễ quan sát, ta sử dụng V là sóng hình sin có tần số 1.000 Hz cao hơn tần số<small>s</small>

mạng điện thành phố 50 Hz. Dạng sóng lối vào V và dạng sóng lối ra trên trở tải vo được <small>0</small>

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

quan sát trên máy hiện sóng tại các kênh 1 và 2.

Kết quả đo:

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

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

Sự khác nhau giữa dạng sóng tại A và OUT:

- Xét nửa chu kỳ đầu, khi này diode phân cực thuận nên sẽ có dịng điện chạy qua. - Xét nửa chu kỳ sau, khi này diode phân cực ngược nên khơng có dịng điện chạy qua. - Dạng sóng OUT là sóng tại nửa chu kỳ đầu của diode, sự chênh lệch điện thế ở đỉnh là do điện thế Von của diode, do mạch mắc 2 diode Si nên điện thế đầu ra của mạch sẽ là:

Vout = 2 -0.7 = 1.3(V)

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

•Khảo sát bộ chỉnh lưu có lọc gợn sóng:

Giải thích hiện tượng xảy ra ? Chưa thực nghiệm tiếp vội, hãy suy nghĩ: tỷ lệ kể trên phụ

thuộc vào các thơng số nào của mạch ? Thế gợn sóng: Vout = Vin – 2*Vdiode + Vcap Giải thích hiện tượng xảy ra:

- Trong nửa chu kỳ đầu tiên, khi có dịng điện chạy trong mạch, lúc đó tụ cũng bắt đầu quá trình nạp.

- Trong nửa chu kỳ sau, khi khơng có dịng chạy trong mạch, khi đó điện áp trong tụ sẽ bắt đầu xả, gợn sóng trên mạch sẽ thoải hơn so với khi khơng có tụ. - Tỷ lệ trên phụ thuộc vào điện dụng của tụ, điện thế của diode.

•Khảo sát sự phụ thuộc của thế gợn sóng vào trở tải và tụ lọc

- Nối J2 và J3 để thay trở R1 bằng trở R2 trong mạch (Các J1 và J4 không nối) - Tiến hành các bước thực nghiệm như trên.

- Vẽ lại dạng sóng lối ra OUT. Xác định tỷ lệ gợn sóng. - Tiếp tục nối J4.

- Tiến hành các bước thực nghiệm như trên. - Vẽ lại dạng sóng ở lối ra. Xác định lại tỷ lệ gợn sóng.

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

- Xác định góc cắt ( góc pha khi xuất hiện dịng dẫn qua diode) bằng so sánh 2 dạng sóng trên máy hiện sóng.

Tiếp tục nối J4:

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

Tỷ lệ gợn sóng tăng lên hay giảm đi khi thay trở tải R1 bằng R ? Giải thích ? Khi thay tải R1 bằng R2, tỷ lệ gợn sóng tăng lên.

Tỷ lệ gợn sóng tăng lên hay giảm đi khi mắc thêm tụ C2 ? Giải thích ?

Khi mắc thêm tụ C2 tỷ lệ gợn sóng giảm đi, do khi mắc tụ C2 thì tụ C1 và C2 được mắc song song dẫn đến điện dung tụ tăng.

Dự đốn góc cắt θ tăng lên hay giảm đi khi thay R1 bằng R2 ? Khi thay R1 bằng R2 thì góc cắt Ө sẽ tăng lên.

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:

Vẽ lại dạng sóng tương ứng. Ghi giá trị thế đỉnh cho mỗi dạng sóng, chu kỳ tín hiệu

Giải thích sự khác nhau của dạng sóng tại lối ra OUT so với trường hợp chỉnh lưu nửa sóng nói trên.

Dạng sóng lối ra ở OUT khác sóng lối ra của chỉnh lưu nửa sóng là vì khi sử dụng 1 diode dòng điện xoay chiều chỉ có dịng đi qua ở nửa chu kỳ dương của diode, nhưng khi dùng 2 diode khi dòng điện đổi chiều thì 1 trong 2 diode sẽ phân cực thuận nên sẽ có dịng ở cả chu kỳ

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

Chưa thực nghiệm vội, hãy tự suy đoán: nếu mắc các tụ lọc vào mạch thì thế gợn sóng so với các trường hợp chỉnh lưu nửa sóng sẽ thay đổi thế nào ?

Nếu mắc thêm các tụ lọc vào thì thế gợn sóng sẽ ít nhấp nhơ hơn so với trường hợp chỉnh lưu nửa sóng.

- Nối thêm J3 (Thêm tụ C1 vào mạch).

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

- Vẽ lại dạng sóng ở lối ra OUT sau khi mắc tụ. Xác định thế gợn sóng, tính tỷ lệ gợn sóng.

So sánh kết quả nhận được với kết quả trong trường hợp chỉnh lưu nửa sóng. Xác định suy đốn nói trên.

Theo kết quả mơ phỏng, sóng lối ra phẳng hơn so với trường hợp nửa chu kỳ.

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:

Vẽ lại dạng sóng tương ứng.

Ghi giá trị thế đỉnh cho mỗi dạng sóng, chu kỳ tín hiệu

Chú ý! do vấn đề nối đất cho máy hiện sóng, nên bước thực nghiệm này khơng u cầu quan sát tín hiệu vào từ nguồn xoay chiều AC. Suy đoán tại sao ?

Nhận xét về trường hợp dùng 2 diode với biến thế có điểm giữa ở cuộn thứ cấp. - Bước này khơng cần quan sát tín hiệu của nguồn xoay chiều vì nguồn xoay chiều

đã cho ta biết chính xác hình dạng của sóng từ các thí nghiệm trên.

- Đối với trường hợp dùng diode cầu, mỗi nửa chu kỳ sẽ có 2 diode dẫn, nên áp lực của dòng điện lên diode sẽ giảm đi 1 nửa so với trường hợp dùng 2 diode thông thường, tránh được việc diode bị đánh thủng.

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

Khảo sát bộ chỉnh lưu mạch cầu có lọc gợn sóng:

-Nối K1 và K2

-Vẽ dạng sóng ở lối ra OUT sau khi mắc tụ. Xác định thế gợn sóng, tính tỷ lệ gợn sóng.

Nhận xét về trường hợp dùng 2 diode với biến thế có điểm giữa ở cuộn thứ cấp và bộ lọc. 3. Kh oả sát quá trình chuy nể tr ngạ thái c aủ 2 lo i diodeạ tiếếp đi mể và tiếếp m tặ

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

50KHz

500KHz

Nhận xét có sự thay đổi dạng sóng lối ra so với lối vào khi tăng tần số sóng? Thay đổi thơng số gì? Từ tần số nào xuất hiện sự khác biệt?

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

- Khi tăng tần số sóng vào, dạng sóng từ xung ngang dần dần chuyển sang xung vuông rồi cuối cùng là xung thẳng đứng. Cụ thể, khi tần số sóng vào thấp, dịng điện qua điện trở 1N4001 sẽ bị triệt tiêu năng lượng làm cho sóng ra có xung gần như nằm ngang. Khi tăng dần giá trị tần số, dạng sóng ra sẽ có dạng giống sóng vào, và cuối cùng khi tần số rất lớn, tín hiệu sóng ra sẽ có dạng thẳng đứng. - Thay đổi giá trị tần số của sóng vào. Bắt đầu từ tần số 5kHz, tín hiệu sóng ra có sự

khác biệt với tín hiệu sóng vào. 3.2 Khảo sát với diode tiếp điểm 1N-4148

- Tiến hành như trên với diode 1N-4148, bằng việc nối lối ra của máy phát với chốt A2.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

500KHz

Có sự khác nhau của 2 dạng sóng vào và ra khi tần số tăng lên hay không? Nhận xét so sánh với trường hợp của diode tiếp mặt 4001. Giải thích? Qua thực nghiệm, xác định lĩnh vực ứng dụng của mỗi loại diode ?

- Tương tự như đối với diode 1N4001, diode 1N4148 cũng làm thay đổi tín hiệu sóng ra của mạch khi tín hiệu sóng vào là xung vng. Khi tần số thấp, tín hiệu sóng vào là xung vng cịn tín hiệu ra là xung ngang, khi tăng dần tần số, tín hiệu sóng vào vẫn giữ dạng vng cịn tín hiệu xóng ra chuyển thành xung vng tại tần số thích hợp và chuyển sang xung thẳng đứng khi tần số rất lớn.

- Đối với diode 1N4001, khả năng tín hiệu ra thay đổi nhanh hơn so với diode

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

1N4148. Ở tần số 500kHz, tín hiệu ra của 1N4001 khơng cịn thành phần xung ngang cịn của 1N4148 vẫn có thành phần xung ngang. Do khả năng triệt tiêu năng lượng của 1N4001 lớn hơn.

- Trên thực tế, ứng dụng của diode 1N4001 và 1N4148 là:

+ 1N4001: Mạch nguồn cung cấp điện, mạch sạc pin, mạch chỉnh lưu, chặn điện áp đến nơi không cần thiết.

+ 1N4148: Chuyển mạch tốc độ cao, mạch chỉnh lưu, chặn điện áp đến nơi khơng cần thiết, lọc tín hiệu.

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 Dich mức dương của tín hiệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

- Nối J2, không 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 V của <small>C </small>

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 chính. Tăng dần thế V theo các giá trị: V = 0,25V; 1V; 2V và 4V. Vẽ<small>C C </small> dạng tín hiệu ra và đo biên độ của chúng. Xác định và vẽ giá trị đường trung bình của tín hiệu ra.

Vc = 1.2V (Vc Min do thiết bị không điều chỉnh được về 0V)

Vc = 2V

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Vc = 4V

Dich mức âm của tín hiệu

- Cấp nguồn DC điều chỉnh (từ 0 ...- 15V) từ thiết bị chính với chốt V của Sơ đồ <small>C </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

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 V theo các giá trị, V = 0,25V; <small>C C </small> - -1V; -2V và 4V. Vẽ dạng tín hiệu ra và đo biên độ của chúng. Xác định và vẽ giá trị- đường trung bình của tín hiệu ra.

Vc = -1,394V (Vc Max)

Vc = -2V

Vc = -4V

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

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 V của sơ đồ <small>C </small> 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.

- 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 V theo các giá trị V = 0,25V; 1V; 2V và 4V. Vẽ dạng tín hiệu ra và <small>C C </small> đo biên độ của chúng.

Vc = 1,1V (Vc Min)

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Vc = 2V

Vc = 4V

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Hạn chế phần âm của tín hiệu

- Cấp nguồn DC điều chỉnh (từ 0 ... -15V) từ thiết bị chính với chốt V của sơ đồ<small>C </small> 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 V theo các giá trị, V<small>C C </small>= 0,25V; 1V; 2V và - - - 4V. Vẽ dạng tín hiệu ra và đo biên độ của chúng.

Vc = -1.1V (Vc Max)

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Vc = -2V

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Vc = -4V

</div>