Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода

Мета: дослідити властивості напівпровідникового діода.

Illustration

Дослід здійснено за допомогою набору для проведення лабораторних та демонстраційних робіт з курсу електрики та магнетизму EdPro AMPERIA

ПІДГОТОВКА ДО ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

1.

Підготуйте необхідне для виконання експериментів обладнання та переконайтеся у його справності.Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням https://amperia.edpro.ua/instruction.

Illustration

мультиметри

Є можливість виконати цю роботу і з одним мультиметром.

Illustration

випрямний напівпровідниковий діод

Illustration

стабілітрон

Illustration

джерело струму

Illustration

світлодіод

Illustration

з’єднувальні провідники

2.

Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір EdPro Amperia призначений для роботи групи з 4-х учнів.Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити, натиснувши на кнопку "МАТЕРІАЛИ ДЛЯ УЧНІВ".

3.

Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

 Якщо струм, який проходить через елементи електричного кола, буде більшим за 0.5 А, вони можуть вийти із ладу, ставши при цьому дуже гарячими та призвести до опіків. У випадку неправильного під’єднання провідників у колі може відбутися коротке замикання. Хоча джерело струму EdPro Amperia має програмний захист від короткого замикання, все ж варто уникати такої ситуації. Повний текст рекомендацій з техніки безпеки під час роботи з набором EdPro Amperia доступний за посиланням https://amperia.edpro.ua/safety.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ЗАКОНИ

Діод

Діод — нелінійний прилад, що по-різному пропускає струм залежно від напрямку: добре пропускає прямий струм (як тільки досягнуто “напруги відкривання”) і майже не пропускає зворотний струм (у діапазоні напруг менших за значення “напруги пробою”).

Illustration

Основні характеристики типових діодів

Напруга відкривання: 0.05 — 1 В Максимальний прямий струм: 500 — 1000 мАМаксимальний зворотний струм — у напрямку від катода до анода (до пробою): 100 нА — 100 мкАНапруга пробою, при якій діод починає пропускати струм у зворотному напрямку: 20 — 1000 В

Коли діод відкрився, для більшості розрахунків можна вважати, що спад напруги на ньому постійний і не залежить від струму.

Напівпровідниковий діод

Напівпровідниковий діод складається з двох напівпровідників різних типів: p- та n-провідності, тобто містить один p-n перехід. На умовному позначенні “стрілка” діода вказує на напрямок, у якому пристрій пропускає струм.

Illustration

Діоди бувають різні

Вольт-амперна характеристика та поведінка дуже сильно залежать від типу пристрою. Деякі з різновидів діодів:

Випрямні діоди перетворюють змінний струм на постійний;Діоди Шоткі мають малі значення напруги відкривання;Імпульсні — із малим часом перехідних процесів, можуть працювати на високій частоті;Варикапи мають змінну ємність, залежно від зворотної напруги;Детекторні використовуються в детекторах сигналів, наприклад, радіоприймачах;Стабілітрони (діоди Зенера) можуть працювати в режимі пробою, використовуються як джерела опорної напруги;Світлодіоди є джерелами світла при проходженні струму.

ХІД РОБОТИ З НАБОРОМ AMPERIA

1.

Illustration
Illustration
Illustration

Мультиметр в ролі вольтметра

2.

Illustration
Illustration
Illustration

Мультиметр в ролі амперметра

Зверніть увагу!До набору EdPro Amperia входить програмне забезпечення, що дозволяє знімати покази величини струму в автоматичному режимі для заданого користувачем діапазону напруги. Це дає змогу будувати вольт-амперні характеристики різних пристроїв, а також порівнювати їхні криві між собою.Детальні інструкції з налаштування та використання програмного забезпечення EdPro Amperia доступні для завантаження онлайн: https://amperia.edpro.ua/amperia-software.

3.

Якщо у вас є тільки один мультиметр Amperia, то ним потрібно вимірювати струм, а в ролі вольтметра скористатися блоком живлення. У такому випадку хід роботи буде наступним:

Illustration
Illustration

До таблиці результатів вносимо фактичне виміряне значення напруги, а не бажане її значення, що встановлене за допомогою ручки керування. Різниця між цими значеннями може бути спричиненою впливом температури, залежністю від заряду акумулятора тощо.

Illustration

Мультиметр в ролі амперметра.

Illustration

Блок живлення в ролі вольтметра.

4.

Illustration
Illustration

ТЕХНІЧНА СПЕЦИФІКАЦІЯ

Випрямний діод 1N4007

Illustration

● Напруга відкривання: 0.93—1.1 В● Максимальний прямий струм: 1 А● Максимальний зворотний струм (до пробою): 0.05—10 мкА t = 25°С● Напруга пробою: 1000 В

Illustration

Стабілітрон 1N4728A

Illustration

● Напруга відкривання: 0.8—0.9 В● Максимальний прямий струм: 500 мА● Максимальний зворотний струм (до пробою): 100 мкА t = 25°С● Максимальний зворотний струм (після пробою): 276 мА t = 25°СДопустимі короткочасні (1/20 секунди) стрибки до 1380 мА● Напруга пробою: 3.3 В

Illustration

Світлодіод FYL-8003UWC

Illustration

● Колір: білий, 5500 K● Максимальна яскравість: 2 кд● Типовий спад напруги: 2.5 В● Робоча напруга: 3.5 В● Максимальний прямий струм: 30 мА● Напруга пробою: 5 В

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ!Приклади зібраних електричних кіл з використанням компонентів EdPro Amperia та показники на приладах у цьому розділі надані лише в якості ілюстрації, а не як критерій правильності виконання експерименту. Може бути декілька правильних способів зібрати електричне коло за схемою (з перестановками елементів кола, різними варіантами під'єднання магнітних з'єднань провідників тощо).Рекомендуємо давати учням лише формальну постановку задачі таможливість знайти власний варіант її практичного розв'язку.

Illustration

Найпростіше електричне коло

Illustration

Провідники та діелектрики

Illustration

Залежність сили струму від напруги на ділянці кола та від опору цієї ділянки. Закон Ома для ділянки кола постійного струму

Illustration

Вимірювання опору провідника за допомогою вольтметра та амперметра

Illustration

Гальванічний елемент

Illustration

Послідовне з’єднання провідників

Illustration

Паралельне з'єднання провідників

Illustration

Залежність опору від матеріалу, довжини та площі перерізу провідника

Illustration

Взаємодія електромагніту з постійним магнітом

Illustration

Електромагнітна індукція

Illustration

Явище самоіндукції

Illustration

Вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму

Illustration

Дослід Ерстеда з магнітною стрілкою

Illustration

Принцип дії трансформатора

Illustration

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода

Illustration

Конденсатор. Збереження електричної енергії, заряджання та розряджання конденсатора