Thí nghiệm nghiên cứu đặc tuyến của transistor
 1 VLKT - Viện Vật lý Kỹ thuật- ĐHBK Hà nội. Bạn đang xem: Báo cáo thí nghiệm khảo sát đặc tính của diode và transistor Thí nghiệm vật lý- BKE-090 Khảo sát đặc tính của diode và transistor Dụng cụ: 1. Bộ thí nghiệm Vật lý MC - 957. 2. Một Diode và một Transistor npn. 3. Hai điện trở 820Ω và 100k Ω. 4.Bộ dây nối mạch điện ( 9 dây ) I. Cơ sở lý thuyết 1.đặc tính chỉnh l−u của Diode bán dẫn. a. Tính dẫn điện của bán dẫn tinh khiết : Các nguyên tử Silic (Si), German( Ge)... có 4 electron ở lớp ngoài cùng, khi kết tinh, chúng liên kết với nhau bởi 4 đôi electron góp chung với 4 nguyên tử láng giềng, gọi là liên kết đồng hoá trị. Vì vậy ở nhiệt độ thấp, các tinh thể Ge, Si... tinh khiết không có các electron tự do, chúng là những chất cách điện. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, năng l−ợng chuyển động nhiệt đủ cho một số electron bứt ra khỏi mối liên kết đồng hoá trị, trở thành electron tự do, và để lại ở nguyên tử một lỗ trống p, t−ơng đ−ơng với một hạt điện d−ơng mang điện tích +e . Lỗ trống này nh− một cái bẫy, có thể bắt electron của nguyên tử bên cạnh và tạo ra một lỗ trống mới. Cơ chế này cho phép các lỗ trống có thể di chuyển tự do trong tinh thể nên lỗ trống đ−ợc gọi là các lỗ trống tự do. Nh− vậy, nhờ quá trình ion hoá vì nhiệt, hai loại hạt mang điện tự do e và p đồng thời xuất hiện trong chất bán dẫn, với nồng độ bằng nhau ( ne = np = ni ), cùng tham gia vào quá trình dẫn điện. ở nhiệt độ phòng, quá trình ion hoá vì nhiệt của các bán dẫn tinh khiết xảy ra yếu, nồng độ ni rất nhỏ, điện trở suất của chúng khá lớn . b. Bán dẫn tạp chất Khi pha tạp các nguyên tử thuộc nhóm 5, chẳng hạn nh− Arsenic (As ) vào tinh thể Silic , 4 trong số 5 electron lớp ngoài cùng của nguyên tử As liên kết đồng hoá trị với 4 nguyên tử Silic xung quanh, còn lại 1 electron liên kết yếu với hạt nhân As, dễ bị bứt ra khỏi As trở thành electron tự do và As trở thành 1 ion d−ơng tạp chất. ở nhiệt độ phòng, năng l−ợng nhiệt đủ để ion hoá toàn bộ các nguyên tử tạp As trong mạng tinh thể Si, tạo ra rất nhiều electron tự do, e chiếm đa số trở thành hạt dẫn cơ bản, lỗ trống chiếm thiểu số trở thành loại hạt dẫn không cơ bản, bán dẫn pha tạp As đ−ợc gọi là bán dẫn loại N, có ne >> np. Cũng t−ơng tự nh− thế, nếu ta pha tạp vào tinh thể Silic các nguyên tử thuộc nhóm 3, chẳng hạn Gallium ( Ga), chỉ có 3 electron lớp ngoài cùng. Khi liên kết với 4 nguyên tử Si xung quanh, Ga bị thiếu 1 electron , tạo ra một nút khuyết, hay một lỗ trống liên kết. Nó có thể bắt một electron của nguyên tử Si ở xung quanh, trở thành một ion âm Ga tạp chất, và tạo ra một lỗ trống tự do. Bán dẫn trở nên giàu lỗ trống tự do, đ−ợc gọi là bán dẫn loại P. Lỗ trống chiếm đa số, là hạt dẫn cơ bản, electron là hạt dẫn không cơ bản: ne >1. Nh− thế có nghĩa là chỉ cần IB thay đổi 1 l−ợng rất nhỏ cũng làm IC thay đổi một l−ợng rất lớn, do đó β đ−ơc gọi là hệ số khuếch đại dòng. Ng−ời ta lợi dụng tính chất này của transistor để làm dụng cụ khuếch đại dòng điện.Hình 4 chỉ ra đ−ờng đặc tr−ng IC= f ( IB ),( gọi là đặc tuyến truyền đạt của trandito ), ứng với đoạn OM ta nói Transistor làm việc ở chế độ khuếch đại tuyến tính. Trên đoạn MN transistor hoạt động ở chế độ bão hoà, khi đó điện trở giữa hai cực C - E của Ic(bh) Ib(bh) Ic(mA) Ib (àA) 0 M N Hình 4 : Đặc tuyến truyền đạt Ic =f (Ib) của transistor 4 transistor rất nhỏ và Transistor đ−ợc sử dụng nh− một công tắc (đóng ngắt điện ). Trong thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đặc tính khuyếch đại cuả transistor bằng cách vẽ các đ−ờng đặc tr−ng Ic = f( IB), từ đó xác định vùng hoạt động tuyến tính và xác định đ−ợc hệ số khuếch đại dòng điện β của transistor. II - Trình tự thí nghiệm A. Vẽ đặc tr−ng von-ampe của diode. Quan sát bố trí trên mặt máy của bộ thí nghiệm MC - 95.7 (hình 5) Hình 5 Chú ý : Mọi thao tác tháo lắp mạch điện trên mặt máy của bộ thí nghiệm MC-957 đều phải đ−ợc thực hiện khi ngắt điện, và rút phích cắm nguồn của nó ra khỏi ổ điện 220V ! Khi cần vặn chuyển mạch để chọn lại các thang đo, nhất thiết phải giảm điện áp các nguồn cung cấp U1,U2 về 0 1. Vẽ đặc tr−ng V-A của điốt phân cực thuận: a. Mắc mạch điện trên mặt máy của bộ MC - 95.7 theo sơ đồ hình 6-a. b. Lựa chọn các thông số cho mạch điện : Von kế đặt ở thang đo 10V Ampe kế A2 chọn thang 10mA, phù hợp với điện trở tải R= 820ς. Các nguồn điện U1 và U2 ban đầu đặt ở vị trí 0, công tắc K ở vị trí ngắt mạch, chuyển mạch “ pnp/npn, D “ ở vị trí “npn, D”. Hình 6a : Sơ đồ mạch điện đo đặc tr−ng Von-Ampe của Diode phân cực thuận Hình 6b : Sơ đồ mạch điện đo đặc tr−ng Von-Ampe của Diode phân cực nghịch c. Sau khi thiết lập xong,Mời thầy giáo kiểm tra mạch điện , để đ−ợc phép cắm phích điện nguồn của MC-957 vào ổ 220V. d. Tiến hành đo : Bấm công tắc K đ−a điện vào máy: đèn LED phát sáng. e. Vặn từ từ núm xoay của nguồn U2 để hiệu điện thế U giữa hai cực của điốt chỉ trên vôn kế V tăng dần từng 0,1V , từ 0 đến khoảng 0,7V. Đọc và ghi các giá trị t−ơng ứng của c−ờng độ dòng điện thuận It chỏ trên ampe kế A2 vào bảng 1. f. Vặn núm xoay của nguồn U2 về vị trí 0. Bấm công tác K để ngắt điện. 2. Vẽ đặc tr−ng V-A của điốt phân cực ng−ợc. a. Mắc lại mạch điện trên mặt máy MC-95.7 theo sơ đồ hình 6-b. b. Lựa chọn các thông số cho mạch điện : Von kế đặt ở thang đo 10V. Ampe kế chọn thang 0.1mA (có thể sử dụng đồng hồ Ampe kế A2 hoặc A1 để có thang đo thích hợp).Các nguồn điện U1 và U2 Q Q A1 + V + Rc 820ς +12V U2 C N P +12V U2 A2 + V + Rc 820ς C N P Q E U1 A1 V A2 K U2 5 ban đầu đặt ở vị trí 0, công tắc K ở vị trí ngắt mạch, chuyển mạch “ pnp/npn, D “ vẫn để ở vị trí “npn, D”. c. Sau khi thiết lập xong, Mời thầy giáo kiểm tra mạch điện. d. Tiến hành đo : Bấm công tắc K đ−a điện vào máy: đèn LED phát sáng. Vặn từ từ núm xoay của nguồn U2 để hiệu điện thế U chỏ trên vôn kế V tăng dần từng 1V, từ 0 đến 10V. Đọc và ghi các giá trị t−ơng ứng của c−ờng độ dòng điện ng−ợc chỉ trên ampe kế A1 vào bảng 1.Xem thêm: " Sim Rác Giá Rẻ Hà Nội - Sim Rác Giá Tốt Tháng 3, 2021 Sim e. Vặn núm xoay của nguồn U2 trả về vị trí 0. Bấm công tác K để ngắt điện . Rút phích điện của bộ MC-95.7 ra khỏi nguồn điện ~ 220V. B. Vẽ đ−ờng đặc tr−ng IC = f ( IB ) của transistor : 1. Nguyên tắc chung : Để có thể vẽ đ−ờng đặc tr−ng IC = f ( IB ) với cùng một giá trị của UCE cần tiến hành theo trình tự sau (hình 7) . - Vẽ họ đ−ờng cong IC = f (UCE ) biểu diễn sự phụ thuộc của dòng colectơ IC vào hiệu thế UCE giữa colectơ và emitơ ứng với các giá trị không đổi của dòng badơ IB = 5àA, 10àA, 15àA, 20àA. - Xác định quan hệ IC = f (Ib) ứng với cùng giá trị của hiệu thế UCE = 3V bằng cách kẻ đ−ờng thẳng song song với trục tung tại vị trí UCE = 3V, và lấy các toạ độ các giao điểm của nó với họ đ−ờng cong IC=f(UCE ). Từ đó vẽ đ−ờng đặc tr−ng IC = f ( IB ) của trandito có dạng đ−ờng thẳng OM nh− hình 7 và suy ra hệ số khuếch đại dòng điện β của trandito, có trị số bằng độ dốc tgα của đ−ờng OM . β α= =∆∆IICBtg (8) 2. Trình tự đo : a. Lựa chọn các thông số cho mạch điện : Von kế đặt ở thang đo 10V. Ampe kế A1 chọn thang 50 àA Ampe kế A2 chọn thang 1 mA Điện trở tải Colectơ Rc = 820 ς, Điện trở mạch Badơ chọn Rb = 50 – 100 kς. b. Mắc mạch điện trên mặt máy MC-95.7 theo sơ đồ hình 8 Các nguồn điện Ut và U2 ban đầu đặt ở vị trí 0, công tắc K ở vị trí ngắt mạch, chuyển mạch “ pnp/npn, D “ vẫn để ở vị trí “npn, D”. c. Sau khi thiết lập xong, Mời thầy giáo kiểm tra mạch điện. d. Tiến hành đo : Bấm công tắc K đ−a điện vào máy : đèn LED phát sáng. Vặn từ từ núm điều chỉnh nguồn U1 để để thiết lập dòng badơ ( chỉ trên ampe kế A1 ) IB = 5àA . Vặn từ từ núm điều chỉnh nguồn U2 để vôn kế V chỉ hiệu điện thế UCE (giữa colectơ và êmitơ) tăng dần từng 0,2V, từ 0 đến 1V. NPNB+12V+12VI E Q820ςPRcA2V100kRb MH F CECA1N Hình 8 - + - + - + Ic ( mA)Uce (V)3V0Ib(àA)αHình 7 : Đặc tuyến ra Ic = f ( Uce) và đặc tuyến truyền đạt Ic= f (Ib) Ib=5àA Ib=10àA Ib=15àA Ib=20à M A 6 Đọc và ghi giá trị hiệu thế UCE và dòng Ic t−ơng ứng ( chỉ bởi A2) vào bảng 2. Khi dòng Ic tăng v−ợt quá 1mA thì phải chuyển thang đo của ampe kế A2 sang vị trí 10mA. Tiếp tục tăng UCE từng von một, từ 1 – 10V, đọc và ghi các giá trị IC t−ơng ứng vào bảng 2. Chú ý rằng khi tăng Ic , dòng Ib sẽ bị giảm, vậy cần th−ờng xuyên quan sát đồng hồ A1, điều chỉnh kịp thời giữ cho Ib không đổi. e. Vặn núm xoay của nguồn U2 trả về vị trí 0. f. Tiếp tục thực hiện lại từ động tác ( B-2-d) với các giá trị không đổi của dòng badơ IB = 10àA,15àA, 20àA. Đọc và ghi các cặp giá trị t−ơng ứng của UCE và IC ứng với Ib = 10àA, 15àA, 20àA vào bảng 2. g. Cuối cùng, vặn trả núm điều chỉnh các nguồn U1 và U2 về vị trí 0. Bấm công tắc K để ngắt điện. Rút phích lấy điện ra khỏi ổ điện ~ 220V. Tháo các dây nối mạch điện và thu xếp gọn gàng các dụng cụ thí nghiệm. Đừng quên đọc và ghi vào bảng 1 và 2 : Giá trị thang đo và cấp chính xác δA1 , δA2 , δV của ampe kế A1 , A2 , và Von kế V. III- Câu hỏi kiểm tra 1. Phân biệt tính dẫn điện của bán dẫn tinh khiết, bán dẫn loại n và loại p . Vì sao điện trở của bán dẫn lại phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ ? Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở của bán dẫn và của kim loại khác nhau thế nào ? 2. Giải thích sự xuất hiện hiệu thế tiếp xúc Utx khi ghép hai bán dẫn P,N với nhau ? giải thích đặc tính chỉnh l−u của tiếp xúc PN. 3. C−ờng độ dòng điện I chạy qua điốt phụ thuộc vào hiệu điện thế U giữa hai điện cực của nó theo quy luật nào, có thể áp dụng định luật Ôm cho diode đ−ợc không ? Vẽ đ−ờng đặc tr−ng von - ampe của Diode và sơ đồ mạch điện để xác định đ−ờng đặc tr−ng von - ampe này. 4. Mô tả cấu tạo và ký hiệu của transistor loại npn và loại pnp. Giải thích cơ chế hoạt động và đặc tính khuếch đại dòng điện của transistor. 5. Theo anh chị thì dòng ICBO có ảnh h−ởng tốt, xấu thế nào đến hoạt động của transistor ? Vùng hoạt động của transistor trong phạm vi thí nghiệm anh chị đã làm là tuyến tính hay phi tuyến, vì sao ? 6. Anh chị có nhận xét gì về cách bố trí các đồng hồ đo thế và dòng trong các sơ đồ mạch điện hình 6a và 6b ? vì sao phải bố trí khác nhau nh− vậy ? 7. Nếu transistor cần khảo sát là loại PNP thì sơ đồ mạch điện nh− trên hình 8 cần phải bố trí thay đổi nh− thế nào? 7 Báo cáo thí nghiệm Khảo sát đặc tính của diode và transistor Xác nhận của thầy giáo Tr−ờng ........................................ Lớp .....................Tổ ..................... Họ tên : ......................................... I. Mục đích thí nghiệm ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ............. II. Kết quả thí nghiệm A. Khảo sát đ−ờng đặc tr−ng von - ampe I = f(U) của Diode : Bảng 1 Um = .................( V ) ; δV = ..................(%) Thang đo It = ............... (mA ) ; δA1 = ..................(%) In = ................(àA ) ; δA2 = ..................(%) U (V) Chiều thuận I (mA) U (V) Chiều nghịch I (mA) B. Khảo sát đ−ờng đặc tr−ng IC = f ( IB ) của Transistor : Bảng 2 Um = .................( V ) ; δV= ..................% Thang đo I1 = ...............Xem thêm: Ví Dụ Về Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu Là Gì? Thể Loại:Hệ Quản Trị Cơ Sở Dữ Liệu ( àA ) ; δA1 = ..................% I2 = ................(mA ) ; δA2 = ..................% Uce (V) Ib= 5àA Ic (mA) Uce (V) Ib= 10àA Ic (mA) Uce (V) Ib= 15àA Ic (mA) Uce (V) Ib= 20àA Ic (mA) 8 3. Vẽ đồ thị đặc tr−ng Von – Ampe của Diode I = f ( U ) |
