№ 305 - Khảo sát đặc tuyến Volt-Ampere của diode và transistor

Mục đích

Khảo sát tính chất của diode và transistor bán dẫn, dựng các đặc tuyến Volt-Ampere của diode và transistor.

Chương trình mô phỏng thực hiện bởi sinh viên
khoa Công nghệ thông tin
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh:
Phan Văn Phước Thịnh
Huỳnh Lê Hữu Hưng

Mô phỏng thí nghiệm "Khảo sát đặc tuyến Volt-Ampere diode và transistor"

Lưu ý: chương trình chạy trên nền java

Video minh hoạ

Quy trình thí nghiệm

Khảo sát diode

Mạch thí nghiệm khảo sát diode miêu tả chi tiết trên hình 5.1. Theo đó, nguồn 12 V cung cấp dòng điện chạy qua diode, volt kế mắc song song với diode đo điện áp U, còn ampere kế mắc nối tiếp nhằm lấy giá trị dòng điện. Biến trở có chức năng điều chỉnh điện áp trên hai đầu diode, với giá trị quan sát trực tiếp qua volt kế.

Hình 5.1

Sơ đồ nguyên lý của mạch thí nghiệm chỉ rõ trên hình 5.2 và 5.3. Việc khảo sát đặc tuyến Volt-Ampere gồm hai phần: thuậnnghịch, với sơ đồ mạch chỉ khác nhau ở chiều con diode.

Hình 5.2
Hình 5.3

Do điện áp thuận trên diod làm từ lớp p-n silic dùng trong thí nghiệm này không vượt quá 0.7 V nên ta chỉ khảo sát trên phạm vi điện áp từ 0 cho đến khoảng 1 V. Cứ mỗi giá trị U của điệp áp, ta lấy một giá trị I của dòng điện đọc từ ampere kế, ghi vào bảng 5.1.

Từ bảng số liệu thu được, ta sẽ dựng đặc tuyến volt-ampere dành cho diode, tức đồ thị hàm số I(U). Kết quả khảo sát sẽ cho ra đồ thị có dạng tương tự hình 5.4.

Hình 5.4
Khảo sát transistor

Mạch thí nghiệm khảo sát transistor miêu tả chi tiết trên hình 5.5. Biến trở bên trái giúp điều chỉnh dòng I_B qua cổng B (base) với giá trị khá nhỏ, quan sát được qua micro-Ampere kế. Giá trị này được giữ nguyên cố định để tìm đặc tuyến Volt-Ampere của transistor. Biến trở bên phải dùng để điều chỉnh điện áp U_{CE} với giá trị quan sát được bằng volt kế. Dòng I_{C} quan sát được qua mili-ampere kế.

Hình 5.5

Sơ đồ nguyên lý của mạch khảo sát transistor chỉ rõ trên hình 5.6.

Hình 5.6

Sinh viên nhận khoảng 4 giá trị I_B từ giảng viên để bắt đầu tiến hành khảo sát theo các bước sau:
1. Thiết lập dòng I_B với một trong các giá trị vừa nhận được.
2. Dùng biến trở bên phải điều khiển điện áp U_{CE} thay đổi từ 0 đến 1 V. Điện áp này quan sát trực tiếp qua volt kế. Cứ mỗi giá trị U_{CE}, ta lấy một giá trị I_{C} của dòng điện đọc từ mili-ampere kế, ghi vào bảng 5.2.
3. Lặp lại quy trình trên với giá trị I_B tiếp theo.

Từ số liệu trên bảng 5.2 ta dựng được các đặc tuyến Volt-Ampere. Đồ thị thu được có dạng tương tự như hình 5.7. Ngoài ra, cứ ứng với mỗi đặc tuyến nói trên, ta xác định giá trị của dòng I_{C} khi bão hoà, sau đó vẽ đồ thị phụ thuộc giữa I _{C (bao hoa)} vào I_B để suy ra hệ số khuếch đại \beta theo công thức:

\beta=\frac{\Delta I _{C (bao hoa)}}{\Delta I_B}.

Hình 5.7

Phần mềm mô phỏng

Chương trình mô phỏng thí nghiệm này có giao diện chính như hình 5.8. Từ đây ta có thể lựa chọn một trong hai phần của bài thí nghiệm: khảo sát diode hoặc khảo sát transistor.

Hình 5.8: Giao diện chính của chương trình mô phỏng

Thí nghiệm với diode và transistor đã được miêu tả rõ ở phần trên. Chương trình mô phỏng minh hoạ lại chính xác vị trí của từng linh kiện trên bảng mạch thật tại phòng thí nghiệm. Đặc biệt, nó cho phép người dùng sử dụng như một games tập nối mạch, nếu nối sai dây mạch sẽ bị xoá. Ngoài ra, chương trình mô phỏng cho phép quan sát trực tiếp đặc tuyến Volt-Ampere của linh kiện, điều mà thiết bị thật không cho phép. Khi dùng con trỏ chuột thay bàn tay để thay đổi giá trị dòng I_B, ta có thể quan sát được họ các đặc tuyến Volt-Ampere tương ứng với các dòng I_B khác nhau.

Câu hỏi kiểm tra

  1. Phân biệt kim loại, bán dẫn và điện môi.
  2. Kí hiệu quy ước cho linh kiện diode, tên gọi các cực.
  3. Kí hiệu quy ước cho transistor npn và pnp, tên gọi các cực.
  4. Cách nhận biết các cực của một diode thực tế.
  5. Cách nhận biết các cực của một transistor thực tế.
  6. Vẽ đặc tuyến volt-ampere của diod bán dẫn.
  7. Trong kĩ thuật, điện áp thuận trên lớp phân cách p-n làm từ vật liệu silic có thể xem bằng bao nhiêu? Trường hợp dùng vật liệu germani thì bằng bao nhiêu?
  8. Ứng dụng của diode trong chỉnh lưu dòng điện. Vẽ mạch chỉnh lưu dùng diode.
  9. Vẽ đặc tuyến volt-ampere của transistor.
  10. Ý nghĩa của hệ số khuếch đại.
  11. Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch tách sóng dùng diode bán dẫn.
  12. Ứng dụng của điện áp ngược lên diode trong việc bình ổn nguồn điện.
  13. Vẽ mạch transistor hoạt động ở chế độ khoá (tắt/mở) theo yêu cầu chi tiết. Giải thích cơ chế tạo thành chế độ tắt/mở của transistor.
  14. Vẽ mạch transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại chung cực phát theo yêu cầu chi tiết. Giải thích cơ chế tạo nên sự khuếch đại trên ngõ ra của transistor.