BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 2 Bài 1 DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

+ Xét nửa chu kỳ dương, khi này diode phân cực thuận, có dòng điện chạy tới cổng OUT và có dạng là nửa chu kỳ dương của tín hiệu lối vào tại A và sụt áp khoảng 0.7V.. + Xét nửa chu kỳ sa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN THỰC TẬP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - ELT3102_2

Bài 1: DIODE VÀ MẠCH ỨNG DỤNG

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh An - 21020886

Nguyễn Thu Hiền - 21020141 Giảng viên phụ trách: TS Phạm Duy Hưng

Chu Thị Phương Dung

1 Khảo sát đặc tuyến I-V của các loại diode

Để đo kết quả đặc tuyến I-V ở cả 2 vùng thiên áp của 7 diode chúng ta chỉ cần đổi cực dây dẫn 2 lần Lần đầu tiên đo lần lượt 7 diode trong vùng phân cực thuận, lần thứ hai đo lần lượt 7 diode trong vùng phân cực ngược

Cơ sở để làm được như vậy là do 7 diode được mắc song song

1.1 Đo đặc tuyến I-V với diode Si (D1)

Đo trong vùng thiên áp thuận

Với điện áp đầu vào 12(V), nối D1 và D2 và chỉnh biến trở lần lượt ở những thông số khác nhau:

V D (V) 0.49 0.52 0.55 0.59 0.64 0.67 0.685 0.72

Đo trong vùng thiên áp ngược

Với điện áp đầu vào -12(V), đảo chiều máy đo thế, máy đo dòng và diode D1, D2; nối diode D1 và D2 và chỉnh biến trở lần lượt ở những thông số khác nhau:

V D (V) 12.15 12.16 12.18 12.22 12.25 12.27 12.28 12.3

Đồ thị biểu diễn đặc tuyến I-V của diode Si:

Nhận xét:

- Diode mắc thuận thì có dòng điện đi qua, còn diode mắc ngược thì không có dòng

đi qua hoặc là dòng đi qua cực nhỏ

- Điện trở Rs là trở bảo vệ cho diode vì nó dùng để hạn chế cường độ dòng điện đi trong mạch, tránh điện áp lớn làm đánh thủng diode Điện trở này và P1 có biểu hiện trên đường đặc tuyến vì khi thay đổi P1, giá trị Vd thay đổi khiến Id thay đổi tương ứng Đặc tuyến này chỉ phụ thuộc vào biến trở P1

- Điện thế Von của diode Si là 0.7(V), Dải biến đổi thế nhỏ cho dải biến đổi dòng lớn trong vùng thiên áp thuận là: 0.67V → 0.718V (6,76mA → 6.46 mA)

1.2 Đo đặc tuyến của diode Zener (D3)

Đo trong vùng thiên áp thuận:

V d (V) 0.61 0.63 0.66 0.67 0.72 0.74 0.75 0.77

I d (mA) 0.12 0.2 0.37 0.59 1.03 1.91 3.05 16.5

Đo trong vùng thiên áp nghịch:

V - 5.6V - 6V - 7V - 8V - 9V - 10V - 11V - 12V

I d (mA) - 0.28 - 0.64 - 2.1 - 3.5 - 5.1 - 6.6 - 8.05 - 9.23

V d (V) - 5.65 - 6.02 - 7.01 - 7.98 - 8.99 - 10.05 - 10.98 - 12.03

Đồ thị biểu diễn đặc trưng I-V của diode Zener:

Hệ số ổn áp của diode Zener:

β(%) = ((8.19-8.01)/(15-8.2))*100 = 2.64 Nhận xét:

diode Zener hoạt động giống diode bình thường Khi phân cực nghịch, lúc đầu chỉ

có dòng điện thật nhỏ qua diode Nhưng nếu điện áp nghịch tăng đến một giá trị lớn hơn điện áp Vz của nó thì nó cho phép dòng điện ngược đi qua, đồng thời xuất hiện 1 hiệu điện thế ổn định bằng Vz giữa hai đầu của nó

diode Zener giống với đặc tuyến của diode Si Trong vùng thiên áp ngược, khi điện áp vượt quá điện áp cho phép trên diode Zener, vẫn có dòng đi qua diode sẽ không bị đánh thủng như diode Si, Ge

đầu vào lớn hơn điện áp ổn áp Vz thì điện áp giữa hai đầu diode zener lại ổn định bằng điện áp Vz

1.3 Đo đặc tuyến I-V với các diode phát quang LED: D5, D6, D7

LED xanh Điểm bắt đầu sáng Sáng trung bình Sáng rõ

LED vàng Điểm bắt đầu sáng Sáng trung bình Sáng rõ

Dòng ID6 (mA) 0.25 1.75 10.42

LED cam Điểm bắt đầu sáng Sáng trung bình Sáng rõ

- Qua kết quả mô phỏng, ta có thể thấy dòng và thế sử dụng cho mỗi loại LED có đôi chút sự khác nhau Hầu hết đều cần nguồn nuôi xung quanh mức 2(V) để có thể bắt đầu sáng và điện thế cần để sáng rõ nhất là khác nhau

2 Khảo sát mạch chỉnh lưu

2.1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng và lọc gợn sóng

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu nửa sóng:

 Nối J1:

Nhận xét:

- Sự khác nhau giữa dạng sóng tại A và OUT:

+ Xét nửa chu kỳ dương, khi này diode phân cực thuận, có dòng điện chạy tới cổng OUT và có dạng là nửa chu kỳ dương của tín hiệu lối vào tại A và sụt áp khoảng 0.7(V)

+ Xét nửa chu kỳ sau, khi này diode phân cực ngược nên không có dòng điện chạy qua, tín hiệu lối ra tại OUT bằng 0, được biểu diễn bằng một đường thẳng trùng với trục hoành

- Sự chênh lệch điện thế đỉnh tương ứng là do hiện tượng sụt thế khi dòng đi qua diode, do mạch mắc diode Si nên điện thế đầu ra của mạch sẽ là:

Vout = 4 - 0.7 = 3.3(V)

Khảo sát bộ chỉnh lưu có lọc gợn sóng:

❖ Khi nối J1 với J3:

- Thế gợn sóng: 0.5(V) Tỷ lệ gợn sóng: r = Vr/Vdc = 0.5/4 = 12.5%

- Giải thích hiện tượng xảy ra: Do sự thông và cấm của diode trong nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm nên tụ điện được nạp nhanh qua nội trở diode và phóng chậm qua trở tải R, kết quả thế lối ra hầu như không đổi với một thế gợn sóng nhỏ

- Tỷ lệ gợn sóng phụ thuộc vào điện dung của tụ, tần số của tín hiệu lối vào

Khảo sát sự phụ thuộc của thế gợn sóng vào trở tải và tụ lọc:

❖ Khi nối J2 với J3:

Tỉ lệ gợn sóng khi có J2 và J3: r = Vr/Vdc = 0.7/4*100 = 17.5%

=> Khi thay tải R1 bằng R2, tỷ lệ gợn sóng tăng lên

❖ Tiếp tục nối thêm J4:

- Tỉ lệ gợn sóng: r = Vr/Vdc = 0.1/1.25*100 = 17%

- Tỉ lệ gợn sóng sẽ tăng lên khi thay R1 bằng R Vì từ phương trình Vr = Vp/(fRC)

ta thấy khi R giảm đi (R < R1) thì Vr sẽ tăng, dẫn đến tỉ lệ gợn sóng cũng tăng

- Tỉ lệ gợn sóng sẽ giảm đi khi mắc thêm tụ C2 Do khi mắc tụ C2 thì tụ C1 và C2 được mắc song song dẫn đến điện dung tụ tăng, từ đó Vr giảm

- Góc cắt giảm khi thay R1 bằng R2 Vì R2 < R1 nên Vr sẽ tăng khi thay R1 bằng R2, từ đó độ gợn sóng tăng làm góc cắt giảm

2.2 Sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng dùng thứ cấp biến thế có điểm giữa

Khảo sát mạch chỉnh lưu toàn sóng gồm 2 diode D1, D2 và trở R1:

- Thế đỉnh sóng vào VA = 12.67(V), thế đỉnh sóng ra VOUT = 11.86(V)

- Dạng sóng lối ra ở OUT khác so với trường hợp của chỉnh lưu nửa sóng Vì khi

sử dụng 1 diode dòng chỉ đi qua mạch ở nửa chu kỳ dương của diode, nhưng với

2 diode thì sẽ có dòng ở cả chu kỳ do luôn có 1 diode phân cực thuận

Khảo sát bộ chỉnh lưu toàn sóng có gợn sóng:

- Cho rằng nếu mắc thêm tụ lọc thì sẽ có hiện tượng nạp xả của tụ trong cả 2 nửa chu kì, do đó tỷ lệ gợn sóng sẽ nhỏ hơn so với chỉnh lưu nửa chu kỳ

- Thế gợn sóng Vr = 1.15(V)

Tỉ lệ gợn sóng r = Vr/Vdc = 1.15/12.67*100 = 9%

- Thế gợn sóng và tỷ lệ gợn sóng nhỏ hơn/ít mấp mô hơn so với trường hợp chỉnh

lưu nửa chu kỳ (9% < 12.5%) => Suy đoán hợp lý

2.3 Sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng bằng cầu diode

Khảo sát mạch chỉnh lưu gồm cầu diode D3, D4, D5, D6 và trở R3:

- Giá trị thế tại đỉnh của sóng ra là ~13(V), chu kì tín hiệu T = 1/f = 1/100.05 ~ 0.01(s)

- Bước này không cần quan sát tín hiệu vào vì nguồn xoay chiều đầu vào cho ta biết chính xác hình dạng của sóng từ các thí nghiệm trên (hình sóng sin)

- Đối với trường hợp dùng diode cầu, mỗi nửa chu kỳ sẽ có 2 diode dẫn, nên áp lực của dòng điện lên diode sẽ giảm đi 1 nửa so với trường hợp dùng 2 diode thông thường, tránh được việc diode bị đánh thủng

Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu có lọc gợn sóng:

- Giá trị thế gợn sóng ~ 5.02(V), tỷ lệ gợn sóng: r = Vr / VDC = 5.02/9*100 = 55.8%

- Nhận xét: Đối với trường hợp mạch chỉnh lưu có 2 diode và mạch chỉnh lưu cầu

có máy biến thế sử dụng bộ lọc, tín hiệu sóng ra ở cả 2 trường hợp đều dạng gợn sóng có tỷ lệ gợn sóng thấp hơn khi không có tụ lọc

4 Các mạch dịch mức tín hiệu và hạn biên dùng diode

4.1 Bộ dịch mức một chiều DC của tín hiệu

Dịch mức dương của tín hiệu:

- Tín hiệu lối ra của mạch như sau:

- Sơ đồ nguyên lý của mạch dịch mức dương:

- Nguyên tắc hoạt động của mạch:

+ Xét chu kì âm của tín hiệu đầu vào B, diode dẫn, tụ C nạp điện đến giá trị điện áp dương nhất định Vtụ = VC Voutput = VC + VB

+ Xét chu kì dương của tín hiệu đầu vào B, diode không dẫn, tụ C xả điện

=> Voutput = VB + Vtụ = VC + VB

Dịch mức âm của tín hiệu:

- Sơ đồ nguyên lý mạch dịch mức âm:

- Nguyên tắc hoạt động của mạch

+ Xét chu kì dương của tín hiệu đầu vào B, diode dẫn, tụ C nạp điện đến giá trị điện áp âm nhất định Vtụ = - VC Voutput = - VC + VB

+ Xét chu kì âm của tín hiệu đầu vào B, diode không dẫn, tụ C xả điện

=> Voutput = VB - Vtụ = VB – VC

4.2 Bộ hạn chế tín hiệu

Hạn chế phần dương của tín hiệu:

- Tín hiệu lối ra của mạch như sau:

- Sơ đồ nguyên lý mạch hạn biên dương:

- Nguyên tắc hoạt động của mạch:

+ Xét chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào A, diode đóng vai trò dây dẫn cho dòng VC đi qua mạch, từ đó xén bớt phần dương của hệ thống mạch Khi VB < VC thì Voutput = VB

Khi VB > VC thì Voutput = VC + Trong nửa chu kỳ âm thì diode không dẫn, dòng điện đi qua diode được bảo toàn => Voutput = VB

Hạn chế phần âm của tín hiệu:

- Sơ đồ nguyên lý của mạch hạn biên âm:

- Nguyên tắc hoạt động của mạch:

+ Xét chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào B, diode không dẫn, dòng diện đầu vào được bảo toàn => Voutput = VB

+ Xét nửa chu kỳ âm thì diode đóng vai trò dây dẫn, cho dòng VC đi qua mạch, từ đó xén bớt phần âm của hệ thống mạch:

Khi VB > VC thì Voutput = VB Khi VB < VC thì Voutput = VC