lOMoARcPSD|46958826 lOMoARcPSD|46958826 BÀI TN 2
KHẢO SÁT DIODE CHỈNH LƯU VÀ ZENER Nhóm 09 – L07 Thành viên MSSV Nguyễn Việt Tiến 2114993 Nguyễn Hoàng Đạt 2111011 Thiên Hải Lâm 2113888 MỤC TIÊU:
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 CHUẨN BỊ:
Chuẩn bị bài prelab
Xem lại cách sử dụng các dụng cụ đo VOM, oscilloscope, máy phát sóng lOMoARcPSD|46958826 2 THÍ NGHIỆM 1 Mục tiêu
Khảo sát đặc tính diode trong miền thuận. Yêu cầu
Kết nối nguồn điện thay đổi 0-20V vào diode D1, dùng VOM ở chế
độ đo mA kết nối D1 và R1. Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp đo
điện áp vào Vin, một VOM khác đo điện áp 2 đầu diode. Nếu như
thiếu VOM thì có thể dùng 1 VOM đo điện áp Vin rồi sau đó đo điện áp trên diode. Kiểm tra
Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất, bật nguồn. Tăng dần Vin, ghi các giá trị đo: Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ID (mA) 1,40 3,37 5,35 7,34
9,33 11,33 13,33 15,33 17,33 VD (V)
0,597 0,638 0,660 0,675 0,687 0,695 0,703 0,709 0,715
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 3
Vẽ đặc tuyến thuận của diode
Xác định điện áp ngưỡng của diode D: 0,650
Lặp lại thí nghiệm cho Led D2. ≈ Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ID2 (mA) 0,28 2,19 4,17 6,15
8,13 10,12 12,11 14,11 16,10 VD2 (V) 1,712 1,803 1,839 1,865
1,886 1,904 1,919 1,933 1,946
Điện áp ngưỡng của D2: 1,8 V ≈
Lặp lại thí nghiệm cho Led D3. Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ID3 (mA) 0,00 1,56 3,46 5,38 7,32 9,28 11,24 13,21 15,20 VD3 (V) 1,995 2,435 2,553 2,634
2,695 2,744 2,786 2,820 2,850
Điện áp ngưỡng của D3: ≈ 2,5 V
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 4 THÍ NGHIỆM 2 Mục tiêu
Khảo sát đặc tính diode trong miền ngược. Yêu cầu
Dùng VOM đo giá trị điện trở R2.
Kết nối nguồn điện thay đổi 0-20V vào diode D8 và điện trở R2 như
hình vẽ,. Dùng 1 VOM ở chế độ đo điện áp đo điện áp trên R2 (VR2),
một VOM khác đo điện áp 2 đầu diode VD. Kiểm tra
Giá trị R2 là: 148,4 kΩ
Nhắc lại công thức liên hệ giữa ID, IS, VD Vd I I e Vt 1 d s
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 5
Chỉnh điện áp Vin về vị trí nhỏ nhất rồi bật nguồn.
Tăng dần Vin, quan sát VD và ghi các giá trị đo được vào bảng sau: VD (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 VR2(mV)
26,8 53,3 79,8 116,7 145,7 174,8 203,8 232,9 260,0 Id(µA) 0,18 0,35 0,53 0,78 0,97 1,16 1,39 1,58 1,78
Nhận xét về điện trở của diode trong miền ngược:
Trong miền ngược diode có điện trở rất lớn 107Ω
Dòng điện ngược bão hòa Is bằng bao nhiêu? (Gợi ý: dựa vào công
thức liên hệ giữa ID, IS, VD ta tính được Is, chú ý dấu của VD) Vd I I e Vt 1 ; I 2, 01 pA d s s
Gợi ý: Chép lại bảng số liệu đo được ở miền thuận của diode D ở thí nghiệm
1 vào 2 hàng ID (mA) và VD (V). Hàng ID(theory) được tính theo công thức lý thuyết
dựa vào Is đã tính phía trên và hàng VD (V). Sau đó so sánh ID(theory) và ID (mA) Vin (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ID (mA) 1,40 3,37 5,35 7,34 9,33 11,33 13,33 15,33 17,33 VD (V)
0,597 0,638 0,660 0,675 0,687 0,695 0,703 0,709 0,715 ID (theory) 1,40 3,35 5,33 7,39 9,31 11,30 13,29 15,29 17,28
Nhận xét giá trị thu được, giải thích:
Trong miền ngược, diode có giá trị điện trở rất lớn và giá trị ID
thực tế khác xa với lý thuyết.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 6 THÍ NGHIỆM 3 Mục tiêu
Khảo sát các mạch chỉnh lưu bán kỳ. Yêu cầu
Kết nối máy phát sóng vào D1 và R1 như sau. Chỉnh máy phát sóng
chọn ngõ ra là sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p.
Dùng kênh 1 của dao động ký đo dạng sóng ngõ vào, kênh 2 đo
dạng sóng hai đầu R1. Kiểm tra
Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-
p. Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.
Vẽ dạng sóng ngõ vào và dạng sóng ngõ ra trên R1.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 7
Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu?
Giải thích Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,4V.
Nguyên nhân cho việc sóng ngõ ra thấp hơn hơn sóng ngõ vào là
do ở diode phải có sụt áp giữa anode và cathode lớn hơn điện áp
ngưỡng của diode thì diode mới dẫn, với: Vout ≈ Vin−VON
Nối ngõ ra vào tụ C1. Vẽ lại dạng sóng ngõ ra.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 8
Giải thích sự khác nhau của ngõ ra khi có và không có tụ C1.
Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ,
nguyên nhân là do khi có tụ điện thì tụ điện được nạp khi điện áp
tăng và khi điện áp giảm thì tụ điện xả để duy trì điện áp qua tải được
ổn định. Nhờ tác dụng lọc của tụ mà dạng sóng ở ngõ ra phẳng hơn
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 9 THÍ NGHIỆM 4 Mục tiêu
Khảo sát các mạch chỉnh lưu toàn kỳ. Yêu cầu
Kết nối máy phát sóng vào D1 và R1 như sau. Chỉnh máy phát sóng
chọn ngõ ra là sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-p.
Dùng kênh 2 đo dạng sóng hai đầu R1, lưu ý tháo probe kênh 1
ra khỏi mạch. Kiểm tra
Chỉnh máy phát sóng phát ra sóng sine, tần số 1Khz, biên độ 4Vp-
p. Quan sát kênh 1 dao động ký để có dạng sóng chính xác.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 10
Vẽ dạng sóng ngõ vào và dạng sóng ngõ ra trên R1.
Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là bao nhiêu?
Giải thích Giá trị đỉnh của sóng ngõ ra là 1,4V.
Nguyên nhân sóng ngõ ra có giá trị đỉnh thấp hơn sóng ngõ vào và thấp
hơn giá trị đỉnh của sóng ngõ ra trong trường hợp chỉnh lưu bán kì là do
trong mỗi bán kì, giữa hai đầu chỉnh lưu cầu đều phải có sụt áp lớn hơn hai
lần điện áp ngưỡng của mỗi diode thì diode mới dẫn, cho nên Vout ≈ Vin−VON
Nối ngõ ra vào tụ C1. Vẽ lại dạng sóng ngõ ra.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 11
Giải thích sự khác nhau khi có và không có tụ C1.
Dạng sóng ngõ ra khi nối tụ vào tải phẳng hơn khi không có tụ,
nguyên nhân là do khi có tụ điện thì tụ điện được nạp khi điện áp tăng
và khi điện áp giảm thì tụ điện xả để duy trì điện áp qua tải được ổn
định. Nhờ tác dụng lọc của tụ mà dạng sóng ở ngõ ra phẳng hơn
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 12 THÍ NGHIỆM 5 Mục tiêu
Khảo sát diode zener. Yêu cầu
Dùng VOM đo giá trị của R3 và R4.
R3 = 554 Ω; R4 = 320,9 Ω.
Kết nối nguồn điện 0-20V vào mạch, chỉnh điện áp về 0V. Dùng
VOM ở chế độ đo mA kết nối R3 và D9. Dùng 2 VOM đo điện áp vào và điện áp ra. Kiểm tra
Tăng dần điện áp vào, ghi nhận điện áp trên Zener và dòng điện
qua Zener như bảng sau Vi (V) 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Vdz (V) 1,999 3,990 5,061 5,120 5,130 5,138 5,144 5,150 5,156 Iz (mA) 0 0 1,69 5,20 8,78 12,38 15,98 19,59 23,19
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 13
Vẽ đặc tuyến của Zener và xác định Vz.
Tính công suất R3 khi Id = IR3 = 20mA. P 2 R3 IR 3 R3 20 10 3 2 554 0,2216 W
Xác định dòng ổn áp tối thiểu?
Dòng ổn áp tối thiểu I z min 1,69 mA
Chỉnh Vin sao cho Id = IR3 = 20 mA. Sau đó kết nối tải R4 song song với Zener.
Quan sát sự thay đổi của Volt kế và Miliampe kế khi có tải và không
có tải, giải thích sự thay đổi đó.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07 lOMoARcPSD|46958826 14
Quan sát: Số chỉ trên Miliampe kế tăng nhưng chỉ số trên Volt kế lại không
nhiều. Nguyên nhân: là do với điều kiện của thí nghiệm này, diode zener đã
đạt trạng thái ổn áp do dòng điện đã đạt giá trị ổn áp tối thiểu nên điện áp
giữa hai đầu diode zener ổn định ở mức điện áp áp. Đối với Miliampe kế thì
Miliampe kế lúc này đang hiển thị cường độ dòng điện trong cả mạch, tức là
là tổng của cả dòng điện qua diode zener và tải nên lúc này Miliampe kế
hiển thị giá trị lớn hơn ban đầu khi chỉ có dòng điện qua diode zener
Giảm Vin cho đến khi mạch không còn ổn áp. Mạch không còn ổn áp khi nào?
Khi điện áp qua Zenner bị sụt áp dưới mức điện áp phân cực
nghịch của Zenner, cụ thể trong bài này là 5,1 V.
Ghi nhận lại giá trị Vin khi mạch không còn ổn áp. Vin = 15,20 V
Tính Vin theo lý thuyết để mất ổn áp, biết VZ = 5.6V.
Xét mạch ta có : Vin VR 3Vz I R 3 R3 Vz
(với điều kiện là Zener ổn áp, VZ không đổi) Suy ra: V I Vz R V in z 3 z R4
Vì Vin là hàm đồng biến với IZ và các thành phần còn lại là không đổi nên với điều kiện là
diode zener ổn áp là ngay khi đạt giá trị điện áp VZ nên điện áp Vin
nhỏ nhất để diode zener vẫn ổn áp theo lý thuyết: (Iz lúc này là Iz min ) 5,6 Vin 1, 69 10 3 320,9 554 5, 6 16, 20 V
So sánh hai giá trị Vin theo lý thuyết và thực tế.
Vin lý thuyết cao hơn Vin thực tế, cách nhau khá xa, khoảng 1 V.
Lab Material for “Semiconductor device
experiment lab” Nhóm 09 – L07