1

VLKT -
Viện Vật lý Kỹ thuật- ĐHBK Hà nội.

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 820 và 100k .
4.Bộ dây nối mạch điện ( 9 dây )
I. Cơ sở lý thuyết
1.đặc tính chỉnh lu 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 lợng 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, tơng đơng với một hạt điện dơng 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 đợc gọi là các lỗ trống
tự do. Nh vậy, nhờ quá trình ion hoá vì nhiệt, hai loại

>> n
p
.
Cũng tơng 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, đợc gọi là
bán dẫn loại P. Lỗ trống chiếm đa số, là hạt dẫn
cơ bản, electron là hạt dẫn không cơ bản: n
e
<<
n
p
.
c. Tiếp xúc PN và đặc tính chỉnh lu của
Diode bán dẫn
Khi cho hai bán dẫn loại P và loại N tiếp xúc
với nhau, tại miền tiếp xúc, do có sự chênh lệch
lớn về nồng độ các hạt dẫn cùng loại giữa hai
bên mà xảy ra hiện tợng khuếch tán của các hạt
dẫn cơ bản từ miền này sang miền kia, lỗ trống từ
miền P sang N và electron từ N sang P. Khi di
chuyển sang P, electron sẽ tái hợp với lỗ trống ở
bên P đồng thời để lại bên bán dẫn N các ion (+)
tạp chất, hình thành nên vùng điện tích không

bán dẫn làm từ Si.
2
)1)(exp(

=
==
=
kT
eU
II
o

Nếu chúng ta đặt 1 điện trờng ngoài E lên tiếp
xúc p-n sao cho điện thế (+) đặt lên bán dẫn P và điện
thế (-) lên bán dẫn N (Hình 1b), thì khi đó điện trờng
ngoài sẽ ngợc hớng E
tx
. Nếu E đủ lớn, nó sẽ triệt tiêu
điện trờng tiếp xúc, đồng thời gia tốc cho chuyển động
của các hạt dẫn cơ bản của cả hai bên chạy qua tiếp
xúc PN tạo ra một dòng điện lớn. Nói theo một ngôn
ngữ khác, vùng nghèo bị thu hẹp lại và điện trở của lớp
tiếp xúc PN trở nên rất nhỏ. Trong trờng hợp này ta nói
rằng tiếp xúc p-n đợc phân cực thuận.
Ngợc lại nếu điện thế (-) đặt lên bán dẫn P và điện
thế (+) đặt lên bán dẫn N (Hình 1c) thì điện trờng ngoài
E sẽ cùng chiều E
tx
,. Điện trờng tổng hợp ( cùng chiều
E
đi qua 1 chiều. Tính chất này của tiếp xúc PN gọi
là đặc tính chỉnh lu hay tính chất van. d. Diode.
Tiếp xúc PN và đặc tính chỉnh lu của nó đợc
ứng dụng để tạo ra một dụng cụ bán dẫn gọi là
Diode (Đi-ốt), là dụng cụ không thể thiếu đợc
trong các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành
một chiều và nhiều ứng dụng khác trong kỹ thuật
điện tử. Ký hiệu của Diode trong mạch điện đợc
chỉ ra trên hình 2a, trong đó mũi tên chỉ chiều
dòng điện xuất phát từ miền bán dẫn P.
Trong thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đặc
tính chỉnh lu của Diode bằng cách vẽ đờng đặc
trng Von-Ampe I = f(U) của nó.

2
.
transistor ( Trandito) và đặc tính
khuếch đại của transistor
.

Transistor là dụng cụ bán dẫn đợc cấu tạo
từ ba miền có tính dẫn điện khác nhau. Nếu miền
ở giữa là bán dẫn loại P thì hai bên là bán dẫn
loại N :
(1)

tạo ra dòng I
B
rất nhỏ, còn đa số các electron sẽ chuyển
đến tiếp giáp C-B và đợc điện trờng gây bởi nguồn U
2

cuốn sang miền C, tạo thành dòng I
C
khá lớn gần
bằng dòng I
E
(*). ở đây cần lu ý là tại mỗi tiếp xúc,
các hiện tợng động học của các hạt dẫn cơ bản cũng
nh không cơ bản xảy ra giống nh ta đã biết trong
phần 1a, do vậy dòng điện trên các cực E và C đều có
sự đóng góp của cả 2 loại hạt dẫn này, nghĩa là ta có :
I
E
= I
EP
+ I
En
và I
C
= I
CP
+ I
Cn
(2)
Trong đó chỉ số p là ký hiệu dòng sinh ra bởi các lỗ

E
+ I
CB0
( 4 )
Khi đó dòng emitơ I
E
sẽ là:
I
E
= I
B
+ I
C
với I
B
<< I
C
( 5 )
Thay (5) vào (4) đợc:
I
C
= (I
B
+ I
C
) + I
CB0
( 6 )
Rút ra : I
C

B
thay đổi 1 lợng rất nhỏ cũng làm I
C

thay đổi một lợng rất lớn, do đó



đơc gọi là hệ
số khuếch đại dòng. Ngời ta lợi dụng tính chất này của transistor để
làm dụng cụ khuếch đại dòng điện.Hình 4 chỉ ra
đờng đặc trng I
C
= f ( I
B
),( 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)
I
b(bh)
Ic(mA)

Chú ý :
Mọi thao tác tháo lắp mạch điện trên mặt máy của
bộ thí nghiệm MC-957 đều phải đợc 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 U
1
,U
2
về 0

1. Vẽ đặc trng 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 A
2
chọn thang 10mA, phù hợp với
điện trở tải R= 820.
Các nguồn điện U
1
và U
2
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 trng

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 A
2
hoặc A
1
để có
thang đo thích hợp).Các nguồn điện U
1
và U
2Q
Q
A1
+
V
+
Rc
820
+12V
U2
C
N P
+12V
U2
A2
+


B. Vẽ đờng đặc trng I
C
= f ( I
B
) của
transistor :
1. Nguyên tắc chung :
Để có thể vẽ đờng đặc trng I
C
= f ( I
B
) với cùng một
giá trị của U
CE
cần tiến hành theo trình tự sau (hình 7) .
- Vẽ họ đờng cong I
C
= f (U
CE
) biểu diễn sự phụ
thuộc của dòng colectơ I
C
vào hiệu thế U
CE
giữa colectơ
và emitơ ứng với các giá trị không đổi của dòng badơ I
B

= 5àA, 10àA, 15àA, 20àA.

I
C
B
tg
(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 , Điện trở
mạch Badơ chọn Rb = 50 100 k.
b. Mắc mạch điện trên mặt máy MC-95.7 theo
sơ đồ hình 8
Các nguồn điện U
t
và U
2
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 đa điện vào
máy : đèn LED phát sáng.
Vặn từ từ núm điều chỉnh nguồn U
1
để để

C
E
C
A1
N

Hình 8
-
+
-
+
-
+
Ic ( mA)
Uce (V)
3V
0
I
b
(
à
A)


Hình 7 : Đặc tuyến ra Ic = f ( Uce) và đặc
tuyến truyền đạt Ic= f (I
b
)
Ib=5àA
Ib=10àA