Chương III: Dòng Điện Trong Các Môi Trường – Vật Lý Lớp 11
Bài 18: Khảo Sát Đặc Tính Chỉnh Lưu Của Điốt Bán Dẫn Và Đặc Tính Khuếch Đại Của Tranzito
Bài cuối cùng trong chương III dòng điện trong các môi trường này là nội dung bài học thực hành. Trong bài học thực hành này các em sẽ được tìm hiểu về công dụng của điốt trong việc chỉnh lưu dòng điện thông qua bài thực hành: khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của Tranzito.
Tóm Tắt Lý Thuyết
A. Khảo Sát Đặc Tính Chỉnh Lưu Của Điôt Bán Dẫn
I. Mục Đích Thí Nghiệm
1. Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt
2. Vẽ đặc tuyến vôn – ampe của điốt
II. Dụng Cụ Thí Nghiệm
1. Điốt chỉnh lưu (loại D 4007)
2. Nguồn điện U (AC – DC:0-3-6-9-12V/3A)
3. Điện trở bảo vệ \(R_0 = 820Ω\)
4. Biến trở núm xoay R (loại 10Ω x 10)
5. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (DT-830B) dùng làm chức năng miliampe kế một chiều A.
6. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (DT-830B) dùng làm chức năng vôn kế một chiều V.
7. Bảng lắp ráp mạch điện
8. Bộ dây dẫn nối mạch điện có hai đầu phích cắm.
9. Khóa đóng – ngắt mạch điện K.
III. Cơ Sở Lý Thuyết
Điốt chỉnh lưu là linh kiện bán dẫn được cấu tạo bởi một lớp chuyển tiếp p-n hình thành tại chỗ tiếp xúc giữa hai miền mang tính dẫn p và tính dẫn n trên một tinh thể bán dẫn.
Điện cực nối với nhiều miền p gọi là anôt A, điện cực nối với miền n gọi là catôt K.
Do tác dụng của lớp chuyển tiếp p-n nên điôt bán dẫn có đặc tính chỉnh lưu dòng điện, tức là nó chỉ cho dòng điện chạy qua theo chiều thuận từ miền p sang miền n.
IV. Giới Thiệu Dụng Cụ Đo
Đồng hộ đo điện đa năng hiện số kiểu DT-830B là dụng cụ đo điện hiện đại, có nhiều thang đo với các chứng năng khác nhau.
V. Tiến Hành Thí Nghiệm
1. Khảo sát dòng điện thuận chạy qua điôt
a. Mắt điôt AK và điện trở bảo vệ \(\)\(R_0\) theo sơ đồ mạch điện, trong đó chú ý đặt;
– Khóa K ở vị trí ngắt điện (OFF)
– Nguồn điện U ở vị trí 6V một chiều
– Biến trở R nối với hai cực của nguồn điện U theo kiểu phân áp
– Điôt AK phân cực thuận: anôt A nối với cực dương, catôt K nối với cực âm của nguồn điện U.
– Vôn kế V ở vị trí DCV 20, mắc song song với điôt AK
– Miliampe kế A ở vị trí DCA 20m, mắc nối tiếp với đoạn mạch chứa điôt AK và vôn kế.
b. Cắm phích lấy điện của nguồn điện U vào ổ điện ~220V. Gạt công tắc của nguồn điện U về bên phải: Đèn tín hiệu LED phát sáng, báo hiệu nguồn điện đã hoạt động.
c. Gạt núm bật – tắt của miliampe kế A và vôn kế V sang vị trí “ON” để các chữ số hiển thị trên màn hình.
d. Đóng khóa K và vặn núm xoay của biến trở R đến vị tri1 sao cho hiệu điện thế giữa hai cực của điôt AK hiển thị trên vôn kế V có giá trị U = 0. Sau đó, thay đổi vị trí núm xoay của biến trở R để tăng dần hiệu điện thế U (tới giá trị khoảng 0,70V).
2. Khảo sát dòng điện ngược chạy qua điôt
a. Gạt công tắc của nguồn điện U về bên trái để ngắt điện. Mắc điôt AK, miliampe kế A và vôn kế V, trong đó chú ý đặt đúng:
– Khóa K ở vị trí ngắt điện (OFF)
– Nguồn điện U ở vị trí 6V một chiều
– Biến trở R nối với hai cực của nguồn điện U theo kiểu phân áp.
– Điôt AK phân cực ngược: anôt A nối với cực âm, catôt K nối với cực dương của nguồn điện U.
– Miliampe kế A ở vị trí DCA 200μ, mắc nối tiếp với điôt AK
– Vôn kế V ở vị trí DCV 20, mắc song song với đoạn mạch chứa điôt AK và miliampe kế A.
b. Gạt công tắc của nguồn điện U về bên phải để bóng điện. Đóng khóa K và vặn núm xoay của biến trở R đến vị trí sao cho hiệu điện thế giữa hai cực của điôt AK hiển thị trên vôn kế V có giá trị U = 0.
c. Thay đổi vị trí núm xoay của biến trở R để tăng dần hiệu điện thế U.
d. Gạt công tác của nguồn điện U về bên trái để ngắt điện.
B. Khảo Sát Đặc Tính Khuếch Đại Của Tranzito
I. Mục Đích Thí Nghiệm
1. Khảo sát đặc tính khuếch đại của tranxito bằng một mạch điện đơn giản.
2. Xác định hệ số khuếch đại dòng điện của mạch tranzito
II. Dụng Cụ Thí Nghiệm
1. Tranzito lưỡng cực n-p-n (loại C828)
2. Nguồn điện U (AC-DC: 0-3-6-9-12V/3A)
3. Biến trở núm xoay R (loại 10Ω x 10)
4. Điện trở: \(R_B = 300kΩ\)
5. Điện trở \(R_C = 820Ω\)
6. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (DT-830B) dùng làm chức năng micrôampe kế một chiều \(A_1\).
7. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (DT-830B) dùng làm chức năng miliampe kế một chiều \(A_2\)
8. Bảng lắp ráp mạch điện
9. Bộ dây dẫn nối mạch điện có hai đầu phích cắm.
10. Khóa đóng – ngắt mạch điện K.
III. Cơ Sở Lý Thuyết
Tranzito (lưỡng cực) n-p-n là dụng cụ bán dẫn, được cấu tạo từ một tinh thể bán dẫn có một miển mang tính dẫn p rất mỏng kẹp giữa hai miền mang tính dẫn n.
Điện cực nối với miền n có mật độ êlectron rất lớn gọi là cực êtimơ E, điện cực nối với miền n còn lại gọi là cực colectơ C, điện cực nối với miền p ở giữa gọi là cực bazơ B. Tranzito n-p-n được kí hiệu như hình.
Để tranzito hoạt động, ta phải đặt nguồn điện có hiệu điện thế \(U_1\) vào giữa hai cực B-E và phải đặt nguồn điện có hiệu điện thế \(U_2\) (với \(U_2 > U_1\)) vào giữa hai cực C-E, sao cho lớp chuyển tiếp B-E phân cực thuận và lớp chuyển tiếp C-B phân cực ngược. Tranzito có tác dụng khuếch đại cường độ dòng điện hoặc hiệu điện thế – gọi chung là khuếch đại tín hiệu điện.
Trong thí nghiệm này, ta sử dụng các đồng hồ đo điện đa năng hiện số DT-830B để khảo sát đặc tính khuếch đại dòng điện của tranzito n-p-n bằng một mạch điện đơn giản.
IV. Tiến Hành Thí Nghiệm
1. Mắc Tranzito n-p-n và các đồng hồ đo điện đa năng hiện số DT-830B theo hình, trong đó chú ý đặt chúng:
– Khóa K ở vị trí ngắt điện (OFF)
– Nguồn điện U ở vị trí 6V một chiều
– Biến trở R nối với hai cực dương và âm của nguồn điện một chiều U theo kiểu phân áp:
– Micrôampe kế \(A_1\) ở vị trí DCA 200μ, mắc nối tiếp với điện trở \(R_B = 300kΩ\) và cực bazơ B của tranzito
– Miliampe kế \(A_2\) ở vị trí DCA 20m, mắc nối tiếp với điện trở \(R_C ≈ 820Ω\) và cực colectơ C của tranzito.
2. Gạt công tắc của nguồn điện U về bên phải. Đóng khóa K và vặn núm xoay của biến trở R đến vị trí sao cho micrôampe kế \(A_1\) chỉ cường độ dòng điện \(I_B\) lớn nhất. Ghi giá trị tương ứng của cường độ dòng điện \(I_B\) trên micrôampe kế \(A_1\) và cường độ dòng điện \(I_C\) trên miliampe kế \(A_2\) vào bảng thực hành.
3. Thực hiện năm lần động tác trên, mỗi lần lại thay đổi vị trí núm xoay của biến trở R từ 100Ω đến 50Ω (mỗi lần giảm 10Ω) để giảm dần cường độ dòng điện \(I_B\). Ghi giá trị tương ứng của cường độ dòng điện \(I_B\) và cường độ dòng điện \(I_C\) vào bảng thực hành.
4. Tắt điện của các đồng hồ hiện số \(A_1, A_2\) và nguồn điện một chiều U khi thực hiện xong các phép đo.
Báo Cáo Thực Hành
Họ và tên:…………………………………..Lớp:……………………….Tổ:……………………
1. Tên bài thực hành
2. Bảng thực hành 18.1: Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điôt bán dẫn
a. Vẽ đồ thị I = f(U) biểu diễn cường độ dòng điện I chạy qua điôt bán dẫn phụ thuộc hiệu điện thế U giữa hai cực của nó.
Đồ thị I = f (U) biểu diễn cường độ dòng điện I chạy qua điôt phân cực thuận
Đồ thị I = f(U) biểu diễn cường độ dòng điện I chạy qua điôt phân cực ngược
b. Nhận xét và kết luận:
– Cường độ dòng điện chạy qua điôt phân cực thuận có giá trị 0 trong khoảng hiệu điện thế U từ 0 đến 0,2 và nó chỉ bắt đầu tăng mạnh khi hiệu điện thế U tiếp tục tăng đến giá trị lớn hơn 0,2.
– Cường độ dòng điện chạy qua điôt phân cực ngược có giá trị bằng 0 với mọi giá trị của hiệu điện thế U từ 0 đến khoảng 10 V.
– Các kết quả trên chứng tỏ điôt bán dẫn có đặc tính chỉnh lưu dòng điện, tức là chỉ cho dòng điện chạy qua theo chiều thuận từ miền p ( anot A ) sang miền n ( catot K )
3. Bảng thực hành 18.2: Khảo sát đặc tính khuếch đại của tranzito
a. Tính hệ số khuếch đại dòng β của mạch tranzito ứng với mỗi lần đo.
b. Tính giá trị trung bình của β và sai số lớn nhất \((Δβ)_{max}\)
\(\overline{β} = \frac{279 + 278,33 + 278,13 + 277,14 + 278,33}{5} = 278,19\)
\((Δβ)_{max} = \frac{(279 – 278,19) + (278,33 – 278,19) + (278,19 – 278,13) + (278,19 – 274,14) + (278,33 – 278,19)}{5} = 1,2\)
c. Ghi kết quả của phép đo:
\(β = \overline{β} ± (Δβ)_{max} = 277,2 ± 1,2\)
Nội dung bài thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của Tranzito này, các em cần phải hoàn thành một số mục tiêu của bài học như sau:
– Các em cần biết được cấu tạo của điốt bán dẫn và giải thích được tác dụng chỉnh lưu dòng điện của nó.
– Sau đó các em cần biết được cách khảo sát đặc tính chỉnh lưu dòng điện của điốt bán dẫn. Từ đó có thể đánh giá được tác dụng chỉnh lưu của điốt bán dẫn.
– Các em cần phải biết được cấu tạo cua3 tranzito và giải thích được tác dụng khuếch đại dòng điện của nó.
– Sau cùng là biết cách khảo sát tính khuếch đại cuả tranzito, từ đó có thể đánh giá tác dụng khuếch đại dòng của tranzito.
Vậy là các em vừa được sơ lượt qua toàn bộ nội dung mẫu báo cáo bài 18 thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của Tranzito. Chúc các bạn có một kết quả thục hành thật tốt và vui chơi nhưng không quên nắm bắt kiến thức.
Trả lời