Bài 43A: Khảo sát đặc tuyến vôn-ampe của diode, Z-diode, LED

MỤC ĐÍCH

Trong bài thí nghiệm này chúng ta xây dựng đặc tuyến vôn am-pe nhằm khảo sát tính chất dẫn điện của lớp bán dẫn p-n. Từ đó làm sáng tỏ nguyên lý làm việc của diode bán dẫn và diode phát quang (LED).

NGUYÊN LÝ PHÉP ĐO

Để xây xựng đặc tuyến vôn am-pe cho linh kiện, ta cần đặt linh kiện đó vào một điện áp \(U\) và đo dòng \(I\) chạy qua linh kiện. Thay đổi nhiều giá trị khác nhau của \(U\), ta có được hàm số \(I(U)\) đặc trưng cho tính dẫn điện của linh kiện.

Mạch khảo sát có sơ đồ nguyên lý như hình 1. Nguồn điện một chiều với chiết áp có thể tạo ra dòng điện ra mạch ngoài với giá trị như ý. Linh kiện cần khảo sát mắc nối tiếp với điện trở \(R_0\) có vai trò giới hạn dòng. Vôn kế và am-pe kế ghi lại điện áp hai đầu linh kiện và dòng điện chạy qua mạch.

Trong thí nghiệm này ta sẽ khảo sát hai linh kiện là diode và LED, cấu tạo từ lớp bán dẫn p-n. Diode thông thường khi có dòng điện chạy qua chỉ phát nhiệt. Với LED (Light-Emitting Diode – diode phát quang), như tên gọi của nó, còn phát ra photon, tuỳ vào bước sóng mà có màu sắc nhất định.

QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

Khảo sát diode

Ta sẽ khảo sát đặc tuyến vôn am-pe của diode theo cả hai chiều: thuận và nghịch. Hai bảng dữ liệu tương ứng khi khảo sát mỗi chiều có dạng như bên dưới.

\[ \text{Linh kiện: \(\ldots\)}\\ \begin{array}{c|c} \hline \text{\(U\)} & \text{\(I\)} \\ \hline &\\ &\\ &\\ &\\ &\\ &\\ … & …\\ \hline \end{array}\\ \]

Trước khi bật nguồn điện, cần đưa núm chiết áp về 0. Đặt diode vào đúng vị trí trên mạch khảo sát, chú ý theo đúng chiều thuận của diode. Đảm bảo rằng vôn kế và am-pe kế đã được bật đúng chức năng.

Từ từ vặn núm chiết áp nâng dần hiệu điện thế lên. Việc này cần làm thật cẩn thận, chậm rãi, tỉ mỉ, sao cho vôn kế và am-pe kế chỉ tăng từng độ chia nhỏ nhất. Mỗi khi vôn kế hoặc am-pe kế tăng được một vạch chia, cần ghi lại điện áp \(U\) và dòng điện \(I\) vào bảng dữ liệu. Việc thu thập dữ liệu nằm trong phạm vi \(I=0 –20\,\mathrm{mA}\), tránh để dòng điện lớn hơn làm cháy linh kiện.

Sau khi khảo sát theo chiều thuận, đưa núm chiết áp nguồn về 0 và quay ngược diode theo chiều nghịch. Tiếp tục nâng dần hiệu điện thế và khảo sát tương tự như chiều thuận. Việc ghi chép hiệu điện thế phần này cần thêm dấu “-” cho giá trị âm.

Khảo sát LED

Ta khảo sát từ 2-3 diode phát quang với màu sắc khác nhau. Với mỗi LED khảo sát, ta cần chuẩn bị một bảng dữ liệu như bên dưới.

\[ \text{Linh kiện: \(\ldots\)}\\ \begin{array}{c|c} \hline \text{\(U\)} & \text{\(I\)} \\ \hline &\\ &\\ &\\ &\\ &\\ &\\ … & …\\ \hline \end{array}\\ \]

Tháo diode ra và đặt LED vào đúng vị trí trong mạch, hướng LED theo chiều thuận dẫn điện. Việc khảo sát làm hoàn toàn tương tự như khảo sát diode thường. Lưu ý giới hạn dòng điện không vượt quá 20 mA để bảo vệ linh kiện.

Chiều nghịch không sảo sát!

XỬ LÝ DỮ LIỆU

Từ dữ liệu thu được, hãy dựng đồ thị hàm số \(I(U)\) thể hiện sự phụ thuộc của dòng điện \(I\) theo điện áp \(U\), với trục hoành theo điện áp, còn trục tung theo cường độ dòng điện. Mỗi đường như thế thể hiện đặc tuyến vôn am-pe của linh kiện.