Bài 1: Thí Nghiệm Chỉnh Lưu Nửa Sóng và Đặc Tính Diode | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Bài 1: Diode và Chỉnh lưu nửa sóng
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Sau khi hoàn thành bài này, sinh viên sẽ có thể kiểm chứng các nguyên lý hoạt động của diode bán dẫn và mạch chỉnh lưu nửa sóng bằng cách sử dụng các mạch
thí nghiệm sử dụng diode.
CƠ SỞ LÝ THUYẾ
Bình thường Diode chỉ cho phép dòng điện tích electron chảy theo một hướng như hình minh họa. Vùng nghèo Bán dẫn Bán dẫn Dòng loại N loại P điện tích electron Lớp tiếp giáp Diode bán dẫn Ký hiệu diode
Khi vật liệu bán dẫn loại N tiếp giáp với vật liệu bán dẫn loại P, một vùng nghèo điện tích được hình thành gần lớp tiếp giáp. Cần có một hiệu điện thế để đẩy dòng
điện tích đi qua vùng nghèo của lớp tiếp giáp này. Vùng nghèo Bán dẫn Bán dẫn Dòng loại N loại P điện tích electron Cathode Lớp tiếp giáp Anode Ký hiệu
Bình thường Diode cho phép diode Diode bán dẫn
a. Dòng điện xoay chiều (ac) chảy qua
b. Dòng điện chảy theo một chiều duy nhất
Hiệu điện thế cần thiết để bù lại điện tích tại vùng nghèo của lớp tiếp giáp bán dẫn Diode gọi là điện áp rào Vùng nghèo Bán dẫn Bán dẫn loại P Dòng loại N điện tích electron Cathode Lớp tiếp giáp Anode Ký hiệu diode Diode bán dẫn
Điện áp rào của diode Germani là khoảng 0.3V và của diode Silic là khoàng 0.6V (0.5V đến 0.7V). Điện áp rào
còn được gọi là điện áp rơi khi phần cực thuận cho diode (VF ).
Điện áp rào của diode Silic vào khoảng: a. 6.0 V. b. 0.6 V. c. 0.3 V.
Khi đặt một điện thế âm vào cathode của diode, các electron trong miền bán dẫn loại N bị đẩy gần đến lớp tiếp giáp Vùng nghèo thu hẹp Sự dẫn điện Cathode Phân cực thuận 1
Tương tự, các điện tích dương trong miền bán dẫn loại P của anode cũng bị hút về phía lớp tiếp giáp bởi điện tích âm ăng lên tại vùng nghèo. Vùng nghèo thu hẹp Sự dẫn điện Anode + Phân cực thuận
Khi điện áp đặt vào vượt quá điện áp rào, độ rộng vùng nghèo sẽ suy giảm, và các electron chảy qua lớp tiếp giáp tiến về cực dương của nguồn. Vùng nghèo thu hẹp Sự dẫn điện Phân cực thuận
Khi duy trì điện áp đặt vào lớn hơn điện áp rào của diode, dòng electron chảy liên tục và diode được phân cực thuận hoàn toàn, hay còn gọi là trạng thái ON. Vùng nghèo thu hẹp Sự dẫn điện Phân cực thuận
Diode phân cực thuận hoàn toàn kh
a. Điện áp đặt vào lớn hơn điện áp
rào. b.không có dòng điện tích chảy qua.
Khi đặt một điện thế dương vào cathode và một điện thế âm vào anode, các electron trong miền bán dẫn loại N bị hút ra xa lớp tiếp giáp tiến về cực dương của
nguồn điện áp đặt vào. Vùng nghèo mở rộng Không dẫn điện Phân cực ngược 2
Các điện tích dương trong miền bán dẫn loại P bị hút ra xa lớp tiếp giáp tiến về cực âm của nguồn điện áp đặt vào. Vùng nghèo mở rộng Không dẫn điện Phân cực ngược
Sự dịch chuyển của các loại điện tích này làm tăng độ rộng của vùng nghèo, dẫn đến diode bị phân cược ngược (trạng thái OFF) với hầu như không có dòng điện chảy qua. I Vùng nghèo mở rộng Không dẫn điện Phân cực ngược Diode phân cực ngược khi
a. Một điện thế dương đặt vào cathode và một điệp áp âm đặt vào anode
b. Có dòng điện chảy qua.
Nếu một điện áp xoay chiều có biên độ lớn hơn điện áp rào được đặt vào diode, diode sẽ dẫn luân phiên khi điện áp xoay chiều đặt vào là phân cực thuận. AC vào Phân cực Thuận Một chu kỳ DC gợn sóng ra
Diode không dẫn khi điện áp xoay chiều đặt vào là phân cực ngược. AC vào Một chu kỳ Phân cực ngược DC gợn sóng ra
Điện áp hoặc dòng điện được tạo ra có dạng xung một chiều gợn sóng chảy theo một chiều hoặc không có. AC vào Một chu kỳ DC gợn sóng ra 3
Quá trình chuyển đổi một nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều thành xung điện áp một chiều gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ. AC vào Một chu kỳ DC gợn sóng ra
Khi diode hoạt động với chức năng chỉnh lưu nửa chu kỳ, điện áp đầu ra có dạng xung một chiều khi điện áp xoay chiều đặt vào a. phân cực ngược diode. b. phân cực thuận diode
CÁC THUẬT NGỮ MỚI
barrier voltage - Đi ện áp r ào là điện áp cần thiết để dòng điện chảy qua vùng nghèo của lớp tiếp giap diode. Điện áp rào phải được triệt tiêu bởi điện áp phâ
cực thuận trước khi có dòng điện chảy qua diode.
forward voltage drop (VF) - Đi ệ n á p r ơ i k h i p h â n c ự c t h u ậ n là hiệu điện thế giữa anode và cathode khi có dòng phân cực thuận chảy qua.
forward biased - Phân cực thuận - là khi điện thế của cathode bé hơn so với anode và có dòng phân cực thuận chảy qua.
reverse biased – Phân cực ngược - là khi điện thế của anode bé hơn so với cathode.
pulsating dc – Xung điện áp một chiều - các xung đầu ra một cực tính tương ứng với một nửa chu kỳ của điện áp chỉnh lưu xoay chiều đầu vào khi diode được phân cực thuận.
ripple – Điện áp gợn sóng đầu ra - Điện áp đầu ra dạng xung một cực tính sau mạch chỉnh lưu.
half-wave rectification – Chỉnh lưu nửa sóng - Là mạch chỉnh lưu mà dòng điện đầu ra chỉ tồn tại trong một nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều đầu vào.
characteristic curve – Đường đặc tính - Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện chảy qua
diode với điện áp rơi trên diode.
leakage current – Dòng rò - Là dòng điện rất nhỏ chảy qua diode khi phân cực ngược.
minority carriers - Các hạt tải phụ- các electron tự do trong bán dẫn loại P và các lỗ trống (điện tích dương) trong bán dẫn loại N.
Các hạt tải phụ này sinh ra do tồn tại một lượng nhỏ các tạp chất tự nhiên trong bán chất bán dẫn cơ bản. Chúng là nguyên nhân sinh ra dòng ngược (dòng rò) chảy qua chất bán dẫn.
breakdown voltage – Điện áp đánh thủng - là điện áp ngược làm cho diode bị phá hủy do dòng dịch chuyển của điện tích không đúng hướng. Các diode nên
được lựa chọn có điện áp đánh thủng lớn hơn các trường hợp của điện áp phân cực ngược đặt vào diode.
dynamic forward resistance (rF) – Điện trở dẫn động - là điện trở biểu kiến của một diode khi dẫn điện; được tính bằng cách đo độ thay đổi của điện áp rơi trên
diode chia cho độ thay đổi của dòng điện.
rectification – Chỉnh lưu - quá trình chuyển đổi một dòng điện thay đổi thành dòng xung một cực tính.
reverse recovery time (tRR) – Thời gian phục hồi ngược – là thời gian yêu cầu cho một diode ngắt dòng điện khi điều kiện phân cực thuận không còn. Thời
gian phục hồi ngược chủ yếu là do điện tích tích trữ.
stored charges- điện tích tích trữ - là các điện tích dương và âm tồn tại tạm thời trong một chất bán dẫn được phân cực thuận khi dòng điện chảy qua . Các
điện tích tích trữ làm giảm hiệu quả của các chất bán dẫn thông thường tại các tần số cao bởi vì chúng tăng thời gian cần thiết để lớp tiếp giá chuyển trạng thái
từ phân cực thuận sang phân cực ngược.
THIẾT BỊ YÊU CẦU FACET base unit
SEMICONDUCTOR DEVICES circuit board Multimeter Oscilloscope, dual trace Generator, sine wave Two-post connectors Terminal posts 4
Bài hí nghiệm 1: Đặc tính một chiều của diode
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Sau khi sinh viên hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ có thể kiểm tra diode trong mạch điện thông thường bằng cách vận dụng đường cong đặc tính một
chiều của diode. Sinh viên sẽ kiểm chứng kết quả bằng đồng hồ vạn năng. THẢO LUẬN
Đường cong đặc tính một chiều của diode thể hiện mối quan hệ của dòng điện theo toàn dải điện áp đặt vào diode
Phần đồ thị phía bên phải thể hiện tính chất làm việc của diode khi được phân cực thuận (cathode âm hơn so với anode). Thang đothường để dưới một vôn đến vài vôn.
Đường đặc tính của diode Silic
Thang đo của dòng điện thuận thường để ở mA hoặc A, phụ thuộc vào loại diode.
Đường đặc tính của diode Silic
Phần đồ thị đường cong đặc tính một chiều của diode mô tả hoạt động khi phân cực thuận là a. bên phải. b. bên trái.
Đường đặc tính của diode Silic
Phần đường cong bên trái của trục tung thể hiện đặc tính làm việc của diode khi phân cực ngược (cathode dương hơn so với anode).
Đường đặc tính của diode Silic
Thang đo điện áp ngược bên trái của trục hoành được chọn bằng hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn vôn, phụ thuộc vào loại diode.
Đường đặc tính của diode Silic 5
Thang đo dòng điện ngược là pA hoặc µA.
Đường đặc tính của diode Silic
Phần bên trái của đồ thị đường cong đặc tính một chiều của diode mô tả
a. hoạt động phân cực thuận của diode.
b. hoạt động phân cực ngược của diode.
Khi đặt một điện áp thuận bé trong khoảng từ 0V đến 0.5V, hầu như không có dòng điện chảy qua bởi vì
điện áp đó chưa đạt được điện áp rào.
Đường đặc tính của diode Silic
Khi tăng điện áp phân cực thuận lên, vượt qua điện áp rào, thì dòng điện thuận tăng rất nhanh.
Đường đặc tính của diode Silic
Với diode bán dẫn, quá trình dẫn điện bắt đầu khi điện áp thuận đạt xấp xỉ 0.5V đến 0.7V
Đường đặc tính của diode Silic
Đường cong đặc tính một chiều của diode bán dẫn thể hiện rằng diode sẽ dẫn điện khi đặt vào một điện áp +0.75V ? a. Sai b. Đúng
Sau khi xảy ra quá trình dẫn điện, điện áp trên diode chỉ tăng rất ít trong quá trình dòng điện thuận
tăng. Điện áp gần như không đổi này là điện áp rơi trên diode khi phân cực thuận (VF).
Đường đặc tính của diode Silic
Đối với diode germani, quá trình dẫn điện xảy ra ở một điện áp thuận thấp hơn, khoảng 0.3V. 6
Đường đặc tính của diode Silic
Trên điện áp rào, điện áp rơi trên diode là a. gần như không đổi. b. tăng nhanh.
Đường đặc tính của diode Silic
Khi diode bị phân cực ngược, đường đặc tính nằm gần như dọc theo trục hoành bên trái.
Đường đặc tính của diode Silic
Lý do là khi điện áp ngược tăng từ 0, một dòng điện rò, rất nhỏ chảy theo hướng ngược lại.
Dòng rò là kết quả của sự hiện diện của các hạt tải phụ trong các miền bán dẫn loại P và và bán loại N dẫn của diode.
Đường đặc tính của diode Silic
Khi diode phân cực nược, có một dòng điện rất nhỏ chảy qua được gọi là a. dòng thuận. b. dòng rò.
Khi điện áp ngược tiếp tục tăng, sẽ tiến đến một điểm gọi là điện áp đánh thủng.
Đường đặc tính của diode Silic
Tại điểm này, dòng điện qua diode tăng rất nhanh theo chiều ngược, và diode có thể bị phá hủy.
Đường đặc tính của diode Silic 7
Dòng điện ngược của một diode bắt đầu tăng nhanh khi điện áp ngược đạt đến a. điện áp rào. b. điện áp đánh thủng.
Một cách không hoàn toàn chính xác, chúng ta có thể coi điện áp rơi trên diode khi phân cực thuận là hằng số.
Đường đặc tính của diode Silic
Diode silic có điện áp rơi khi phân cực thuận khoảng 0.6 Vdc và diode gecmani là khoảng 0.3 Vdc.Tuy nhiên, trong thực tế, điện áp rơi khi phân cực thuận có xu
hướng tăng lên khi dòng thuận tăng lên.
Khi dòng thuận của một diode tăng lên, điện áp rơi khi phân cực thuận
a. là hằng số tuyệt đối. b. có xu hướng tăng lên.
Điện trở dẫn động (rF ), thường được gọi là điện trở dẫn của diode, là tỷ lệ của độ tăng điện áp rơi trên diode chia cho độ tăng dòng điện thuận.
Diode có điện trở dẫn động rất nhỏ. Bởi vì khi diode được phân cực thuận thì điện trở dẫn động rất nhỏ nên cần có một điện trở ngoài để định dòng điện làm việc trong giới
hạn an toàn, không gây hư hại diode
Điện trở dẫn của diode là
Đường đặc tính của diode Silic a. b. lớn.
Đường đặc tính của diode Silic
Dòng điện cao nhất cho phép chảy qua một diode trước khi nó bị hỏng là dòng thuận tối đa, thường được viết tắt là l F (max) trên các tài liệu kỹ thuật của diode.
Diode khi phân phân cực thuận tiêu tán công suất dưới dạng nhiệt.
Vì lý do này, diode có lF định mức lớn hơn một vài ampe thường được đóng vỏ có đế kim loại để tản nhiệt.
Đường đặc tính của diode Silic
Diode có thể bị hỏng nếu
a. Vượt quá dòng thuận tối đã.
b. Vượt quá điện áp rào.
Một lớp tiếp giáp diode tốt có điện trở dẫn thấp và điện trở ngược rất cao.
Việc đo điện trở dẫn thực tế của lớp tiếp giáp diode rất khó bởi vì dòng thuận tăng rất nhanh với một lượng tăng nhỏ của điện áp thuận. 8
Khi một ohm kế được sử dụng để đo một diode, việc đọc giá trị phải được hiểu là chỉ xác định có dẫn (dòng điện) hoặc không dẫn (không có dòng điện). Giá trị đ
được không phải là điện trở chính xác của lớp tiếp giáp diode.
Một diode tốt được kiểm tra bằng một ohm kế. Khi diode được phân cực thuận, giá trị ohm kế đo được sẽ chỉ ra
a. không có dòng điện chảy qua diode.
b. dòng điện chảy qua diode.
Khi ohm kế được kết nối với tiếp giáp diode tốt phân cực thuận, nó sẽ hiển thị một giá trị (đọc), cho biết độ dẫn.
Con số hiển thị trên đồng hồ ohm kế không phải là điện trở thực tế mà chỉ ra rằng dòng điện đang chạy qua lớp tiếp giáp.
Độ lớn của giá trị hiện thị trên đồng hồ đo phụ thuộc vào loại đồng hồ và thang đo được chọn. Nó có thể thay với dải rất rộng đối với các loại đồng hồ đo và th đo khác nhau.
Khi ohm kế được kết nối với tiếp giáp diode tốt phân cực ngược, nó sẽ hiện thị ngoài thang đo (quá tải), cho thấy không có dòng điện chảy qua.
Để phân cực thuận một tiếp giáp diode với một ohm kế, hãy nối dây dẫn dương (thường là dây dẫn màu đỏ) với anode và dây dẫn âm (thường là dây dẫn chung màu đen) với cathode.
Để phân cực ngược một tiếp giáp diode với một ohm kế, hãy nối dây dẫn dương (thường là dây dẫn màu đỏ) với cathode và dây dẫn âm (thường là dây dẫn chung màu đen) với anode.
Hình dưới thể hiện ohm kế kết nối để kiểm tra diode. Ohm kế hiện thị quá tải. Diode là a. kém. b. tốt. 9
QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
1. Xác định khối mạch TRANSISTOR JUNCTION trên bảng mạch SEMICONDUCTOR DEVICES CR1ICR3 NPN TRANSISTOR JUNCTION
Sinh viên sử dụng ohm kế để kiểm tra tiếp giáp của diode CR1 trên khối mạch TRANSISTOR JUNCTION.
Kết nối dây đo màu đen (COM) của đồng hồ đo với điểm anode của CR1. Kết nối dây đo màu đỏ của đồng hồ đo với điểm cathode của CR1.
2. Giá trị đo của đồng hồ chỉ ra diode đang a. không dẫn điện. b. dẫn điện.
3.Giá trị đo của đồng hồ chỉ ra diode đang a. phân cực thuận. b. phân cực ngược.
4. Đảo lại dây đo của đồng hồ bằng cách kết nối dây đỏ với điểm anode của CR1 và dây đo đen với điểm cathode.
Giá trị đo của đồng hồ chỉ ra diode đang a. không dẫn điện. b. dẫn điện.
Với các đầu đo được kết nối theo chiều này, giá trị đo của đồng hồ chỉ ra diode đang a. phân cực thuận. b. phân cực ngược. Diode CR1 là diode tốt? a. đúng b. sai
Xác định khối mạch DIODESAND 1/2 WAVE RECTIFICATION, và kết nối dây đo như mạch điện dưới
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA âm)
Điều chỉnh nguồn cung cấp âm (VA) có giá trị -10.0 Vdc 10 8. Đo điện áp trên R1. V -9.374
R1 =...................... Vdc (1) Negative variable supply R2:
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA âm) 9. Đo điện áp trên R2.
Lưu ý: Kết quả đo có đơn vị mVdc. V -0.015
R2 =...................... mVdc (2) Negative variable ' supply - -10.0 Vdc R1 R2
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA âm) -9.374
VR1 =...................... Vdc (Bước 8, 1) -0.015
VR2 =...................... Vdc (Bươc 9, 2)
10. Diode nào phân cực thuận? Negative a. CR1 variable b. CR2 supply R1 R2
11. Diode nào phân cực ngược? a. CR1
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA âm) b. CR2
12. Diode nào cho dòng điện chảy qua? a. CR1 b. CR2
13. Dòng điện chảy qua CR1 bởi vì nó đang a. phân cực ngược. b. phân cực thuận.
14. Kết nối mạch như hình vẽ. Positive variable supply R1 R2
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA dương)
Điều chỉnh nguồn cung cấp dương (VA) có giá trị 10.0 Vdc. 11 15. Đo điện áp trên R1.
Lưu ý: Kết quả đo có đơn vị mVdc. V 0.002
R1 =...................... Vdc (3) Positive variable supply 10.0 Vdc R1 R2
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA dương)
16. Đo và nhập điện áp trên R2. 9374
VR2 =...................... mVdc (4)
Phân cực diode bằng điện áp DC (VA dương) 0.003
VR1 =...................... Vdc (Bước 15, 3) 9.374
VR2 =...................... Vdc (Bươc 16, 4)
17. Diode nào phân cực thuận? a. CR1 b. CR2
18. Diode nào phân cực ngược? a. CR1 b. CR2
Phân cực diode bằng điện áp DC
19. Trong mạch kết nối, phần tử nào xác định dòng điện chảy qua diode phân cực thuận (CR2) sau khi điện áp rào bị vượt qua? a. CR2 b. R2 c. R1 d. CR1
20. Sử dụng công thức tính dòng điện của định luật Ohm để tính dòng điện qua R2.
Giá trị đo được của V 2.85 R2 là Vdc (Bước 1 6, 4) IR2=VR2/R2 9.374
IR2 = (Bước 1 6, 4) / 3.3 kΩ 2.85 IR2 = mA (5) 2.85
21. Sử dụng giá trị tính được của IR2 ( mA [Bước 20, 5]), xác định dòng điện chảy qua CR2 (ICR2) I 2.84 CR2 = mA (6) 12
Sử Các bước tiếp theo, sinh viên sẽ xác định mối quan hệ giữa dòng điện phân cực (ICR2) và điện áp rơi (VD)
trên diode CR2. Dạng đồ thị của ICR2 phụ thuộc VD được thể hiện như hình
ICR2 = VR2 / 3.3 kΩ VD = VA – VR2
22. Đặt nguồn cung cấp dương (VA) bằng 0.75 Vdc. a. Đo VR2. 0.287
VR2 =........................................Vdc (7) b.Tính giá trị lCR2. 0.088
ICR2 =.........................................mA (8) c.Tính giá trị VD . 0.464
VD =........................................Vdc (9)
23. Đặt nguồn cung cấp dương (VA) bằng 5.00 Vdc. a. Đo VR2. 4.406
VR2 =......................................Vdc (10) b. Tính giá trị lCR2. 1.336
ICR2 =........................................mA (11) c. Tính giá trị VD . 0.601
VD =.............................................Vdc (12)
24. Đặt nguồn cung cấp dương (VA) bằng 10 Vdc. a. Đo VR2. 9.370
VR2 =............................................Vdc (13) b. Tính giá trị lCR2. 2.839
ICR2 =............................................mA (14) c. Tính giá trị VD . 0.65
VD =..............................................Vdc (15) 13
25. Điền vào bảng và so sánh dữ liệu của bạn với đường cong đặc trưng diode. The table shows ICR2 VD 0.087 mA (Bước 22, 8 0.464 ) Vdc (Bước 22 1.335 mA (Bước 23, 1 0.594 1) Vdc (Bước 23, 2.839 mA (Bước 24, 0.63 14) Vdc (Bước 24,
26. Dữ liệu trong bảng có phù hợp với đường cong đặc tính của diode không? a. có b. không
27. Tại giá trí điện áp rơi nào (VD) thì CR2 bắt đầu phân cực thuận hoàn toàn? 0.6
VD =........................................Vdc (16)
28. Điện áp VD gần như không đổi khi ICR2 tăng vượt quá mA (Bước 23, 11) ? a. đúng b. sai KẾT LUẬN
• Một đường cong đặc tính một chiều của diode mô tả dòng điện chảy qua diode khi phân cực thuận và ngược.
• Khi điện áp phân cực thuận tăng lên, điện áp rào bị vượt qua và dòng thuận tăng nhanh với một lượng tăng nhỏ của điện áp rơi trên diode.
• Khi diode bị phân cực ngược, Ban đầu chỉ có một dòng rò rỉ nhỏ chảy qua diode cho đên khi đạt đến điện áp đánh thủng is. Tại điện áp đánh thủng, dòng
ngược tăng lên rất nhanh và có thể làm hỏng diode. Diode có điện trở dẫn rất thấp và điện trở ngược rất cao.
• Với một ohm kế, có thể kiểm tra lớp tiếp giáp diode.
CÁC CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ
1. Xác định khối mạch TRANSISTOR JUNCTION trên bảng mạch SEMICONDUCTOR DEVICES Chuyển công tắc CM 1 sang vị trí ON. Sử dụng một ohm
kế, kiểm tra lớp tiếp giáp CR1 khi phân cực thuận và khi phân cực ngược.
Chuyển CM 1 sang vị trí on và off bằng công tắc chuyển đổi. Lặp lại các phép đo thuận và ngược với ohm kế.
Dựa trên các phép đo này, CR1
a. đo tốt khi CM 1 tắt và xấu khi bật.
b. đo tốt khi CM 1 bật và xấu khi tắt.
c. là xấu khi CM 1 bật và tắt.
d. là tốt khi CM 1 bật và tắt.
2. Điện áp rơi khi phân cực thuận (VF) của diode là
a. một thông số mong muốn để bảo vệ mạch.
b. gần như không đổi khi diode dẫn hoàn toàn.
c. không liên quan đến vật liệu bán dẫn.
d. được xác định bởi điện trở mạch. 3. Dòng rò
a. chảy khi vượt quá điện áp đánh thủng.
b. chảy khi vượt quá điện áp rào.
c. cải thiện hiệu suất diode.
d. rất nhỏ đối với diode tốt. 14
4. Đường cong đặc tính một chiều của diode
a. mô tả hoạt động của diode khi phân cực thuận.
b. mô tả hoạt động của diode khi phân cực ngược.
c. thể hiện điện áp rơi trên diode. d. Tất cả các ý tên
5. Khi diode phân cực thuận, cathode a. âm hơn so với anode.
b. dương hơn so với anode.
c. ngược dấu so với anode. d. là phân cực ngược.
LƯU Ý: Đảm bảo tất cả công tắc CM được xóa (tắt) trước khi tiến hành phần tiếp theo.
Bài thí nghiệm 1: Chỉnh lưu nửa sóng
MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên sẽ hiểu được chức năng chỉnh lưu một nủa chu kỳ của diode thông qua phân tích mạch
chỉnh lưu một nửa chu kỳ cơ bản. Sinh viên sẽ kiểm chứng kết quả của bằng máy hiện sóng và đông hồ vạn năng. THẢO LUẬN
Phương pháp đơn giản nhất để chuyển đổi một dòng điện xoay chiều thành xung dòng điện một chiều là cho đi qua mạch chỉnh lưu nửa sóng (nửa chu kỳ).
Mạch chỉnh lưu nủa sóng chỉ yêu cầu một diode và một điện trở tải như hình dưới.
Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể tạo ra đầu ra là xung một chiều dương hoặc xung âm, tùy thuộc vào cách kết nối diode trong mạch.
Mạch dưới đây là mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ dương so với một gốc điện thế trong mạch (điểm đất)
Mạch chỉnh lưu nửa sóng bao gồm một a. điện trở tải b. diode và điện trở tải
Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể tạo ra
a. chỉ xung một chiều âm.
b. chỉ xung một chiều dương.
c. hoặc xung một chiều âm hoặc xung một chiều dương, tùy thuộc cách kết nối của diode trong mạch. 15
Cực anode của diode (điểm A trên mạch) có điện thế dương hơn so với cathode trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu xoay chiều đầu vào, vì vậy có dòng điện chảy qua.
Dòng chảy qua CR1 sinh ra điện áp rơi trên điện trở tải nối tiếp, R1. Nửa dương Nửa âm Một chu kỳ
Thời gian dẫn điện được thể hiện bằng phần tô mờ của tín hiệu Vi và V . o
Trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu vào (Vi), không có dòng điện chảy qua bởi vì điện áp tại anode âm hơn hơn cathode. Nửa dương Nửa âm Một chu kỳ
Ở mạch trên, dòng điện chỉ chảy trong các nửa chu kỳ dương của Vi, bởi vì
a. cực anode của CR1 nối với Vi, tại điểm A.
b. cực cathode của CR1 nối với Vi, tại điểm A.
Nếu diode phân cực ngược, như sơ đồ sau, diode dẫn trong trong các nửa chu kỳ âm của tín hiệu xoay chiều đầu vào.
Cực anode của diode (điểm A trên mạch) có điện thế âm hơn so với cathode trong nửa chu kỳ âm của tín hiệu xoay chiều đầu vào, vì vậy có dòng điện chảy qua.
Kết quả đầu ra là nửa âm so với gốc điện thế (điểm đât), thể hiện bằng phần tô mờ của tín hiệu.
Trong mạch này, dòng điện chỉ chảy trong các nửa chu kỳ âm của Vi, bởi vì
a. cực anode của CR2 nối với Vi, tại điểm A.
b. cực cathode của CR2 nối với Vi, tại điểm A.
Đầu ra từ bộ chỉnh lưu nửa sóng là điện áp dương hoặc âm không còn là điện áp xoay chiều mà là xung điện áp một
chiều. Quá trình chuyển đổi AC thành DC được gọi là chỉnh lưu. 16
Với mạch chỉnh lưu nửa sóng, thời diode dẫn ít hơn một chút so với một nửa chu kỳ trong mỗi chu kỳ xoay chiều.
Diode trong mạch chỉnh lưu nửa sóng dẫn điện hoặc trong nửa dương hoặc nửa ấm của điện áp xoay chiều đầu vào, phụ thuộc vào chiều của diode trong mạch.
Diode trong mạch chỉnh lưu nửa sóng sẽ dẫn điện
a. trong toàn bộ chu kỳ xoay chiều.
b. khoảng 90° trong một chu kỳ xoay chiều.
c. ít hơn 180° (một nửa) một chút trong một chu kỳ xoay chiều.
Tín hiệu ra của mạch chỉnh lưu nửa sóng là
a. một điện áp xoay chiều.
b. một điện áp xung một chiều.
Điện áp rơi khi phân cực thuận (VF) của diode trong mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể làm cho điện áp đầu ra thấp hơn đầu vào một lượng đáng kể, đặc biệt
đối với các tín hiệu xoay chiều đầu vào có biên độ nhỏ.
Trong quá trình phân cực thuận cho tín hiệu xoay chiều đầu vào, sẽ không có dòng điện cho đến khi điện áp đầu vào đạt được VF.
Khi vượt qua giá trị diện áp này, diode bắt đầu dẫn, và xuất hiện điện áp rơi trên điện trở tải.
Có thể ước lượng điện áp đỉnh của tính hiệu đầu ra (Vo(pk)) bằng cách trừ đi điện áp rơi trên diode khi phân cực thuận (khoảng 0.6 V với diode silic) từ
điện áp đỉnh đầu vào (Vi(pk) ).
Ví dụ, giả sử Vi(pk) băng
2.0 V. Điện áp chỉnh lưu đầu ra
được tính theo công thức sau: Một chu kỳ Vo(pk) = Vi(pk) – 0.6 V = 2 – 0.6 = 1.4 V
Điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu nửa sóng (Vo(pk)) nhỏ hơn điện áp vào (Vi(pk)) bởi vì Diode bắt
a. điện áp rơi trên diode (V đầu dẫn F) khoảng 0.6 V. Điện áp đầu ra với
b. điện áp rơi trên điện trở tải. diode lý tưởng (không có điện áp rơi) Điện áp đầu ra với diode thực tế
Hình minh họa mối quan hệ giữa dạng sóng cực đại đầu vào và đầu ra của mạch chỉnh lưu nửa sóng dương.
Dạng sóng xung dương đầu ra chỉ là một phần của dạng sóng xung dương đầu vào.
Trong thời gian nửa âm của tín hiệu xoay chiều đầu vào, không có dòng điện chảy qua vì diode phân cực ngược.
Giả sử Vi(pk) tăng đến 4.0 V. Vận dụng công thức sau để tính Vo(pk). Vo(pk) = Vi(pk) – VF 3.4
Vo(pk) =.....................V (1)
Điểm bắt đầu của xung Vo khi điện áp đầu vào đạt 0.6 V, là điểm mà tại đó điện áp rào của diode bắt đầu bị vượt qua. 17
Dạng sóng Vo cho thấy xung đầu ra nhỏ hơn xung xoay chiều đầu vào khoảng 0.6 V.
Sử dụng máy hiện sóng để đo điện áp đầu vào và đầu ra của mạch chỉnh lưu nửa sóng, có thể quan sát và so sánh cả hai tín hiệu với nhau.
Tại sao Vo về 0 V trước Vi ?
a. Bời vì Vi không cùng pha với V . o
b. Vo = 0 V khi Vi bé hơn điện áp rơi khi phân cực thuận khoảng 0.6 V.
Bằng cách sử dụng hệ số chuyển đổi, có thể tính gần giá trị được đo trên máy hiện sóng thành giá trị hiệu dụng hoặc giá trị trung bình.
Các hệ số chuyển đổi này được áp dụng cho tính hiệu đầu ra của mạch chỉnh lưu với tính hiệu sin đầu vào.
Bởi vì đầu ra nửa sóng của diode hơi nhỏ hơn 180°, giá trị hiệu dụng hoặc giá trị trung bình tính được sẽ nhỏ hơn giá trị được đo bằng vạn
năng. Điện áp rơi trên diode sẽ tính toán được khi xem xét điện áp đỉnh của điện ap ra trên máy hiện sóng.
Hình dưới minh họa mối quan hệ giữa điện áp đỉnh, hiệu dụng và trung bình cho mạch chỉnh lưu nửa sóng. Một chu kỳ
Nếu Vo(pk) = 5 V, tính Vo(avg) Vo(avg) = 0.318 x Vo(pk) 1.59
Vo(avg) =.......................V (2)
Sự thay đổi của tín hiệu xung một chiều đầu ra sau mạch chỉnh lưu nửa sóng được gọi là gợn sóng.
Trong mạch chỉnh lưu điện áp nửa sóng, tần số gợn sóng giống tần số điện áp đầu vào. AC vào Một chu kỳ Gợn sóng DC ra Tần số gợn sóng là
a. gấp đôi tần số đầu vào.
b. giống tần số đầu vào. AC vào Một chu kỳ Gợn sóng DC ra
Một thông số của diode là thời gian phục hồi
(tRR) có thể ảnh hưởng xấu đến đầu ra của bộ chỉnh lưu nửa sóng diode thông thường ở tần số đầu vào AC lớn hơn 1 kHz.
Các điện tích tích trữ trong diode gây ra dòng điện theo hướng ngược lại khi cực của điện áp đặt vào thay đổi.
Thời gian phục hồi là nguyên nhân gây ra xung điện áp đầu ra theo hướng ngược lại xung nửa sóng bình thường.
Ảnh hưởng của thời gian phục hồi ngược sẽ được thể hiện trong quy trình thí nghiệm. 18