Діод як електричний вентиль з Cobra SMARTsense

ВСТАВИТИ СЮДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНУ УСТАНОВКУ З ДАТЧИКАМИ

Схема досліду

Діоди сьогодні застосовують усюди.

Найочевидніше - як джерело світла у вигляді світловипромінювальних діодів. До особливостей діода належить те, що ним можна блокувати струм у певному напрямку або, наприклад, обмежувати напругу, щоб деталь не була зруйнована перенапругою. Крім того, діоди застосовують для перетворення змінної напруги на постійну. Тут говорять про випрямлення.

У цьому досліді йдеться саме про найважливішу властивість - прямий напрямок.

Попередні знання

Учні повинні вміти складати просте електричне коло. Крім того, вони повинні розуміти, що таке напруга й сила струму.

Навчальна мета

Учні мають усвідомити, що діод діє як електричний вентиль.

Примітка: вимірювання сили струму не є необхідним для виявлення вентильної дії, бо лампочка й так показує наявність електричного струму, а за поданих умов досліду зворотний струм виявити неможливо.

Завдання

Учні мають дослідити, що відбувається, коли до лампочки в колі постійного струму послідовно вмикають діод. Спершу учні й учениці мають так усвідомити, що діод пропускає струм лише в одному напрямку. Після цього учні й учениці вимірюють силу струму в електричному колі й додатково отримують кількісний результат.

Принцип

Назву «діод» зазвичай уживають для напівпровідникових діодів (зазвичай кремнієвих), які працюють переважно на основі p-n-переходу. Леговані атоми нерухомі й утворюють як іони об'ємний заряд, електростатичне поле якого тримає обидва види носіїв заряду віддалік один від одного і так запобігає рекомбінації. Через усю область об'ємного заряду виникає дифузійна напруга. Її можна - залежно від полярності - скомпенсувати прикладеною ззовні напругою, і тоді p-n-перехід стає провідним, або посилити, і тоді він лишається закритим.

Примітка: на рисунку поруч показано альтернативну експериментальну установку для використання діода як електричного вентиля. Для цього Cobra SMARTsense Voltage вмикають паралельно до конденсатора () і подають змінну напругу.

Увага: діод при цьому дозволяється використовувати лише з додатковим опором () як навантаженням, який обмежує силу струму.

Крім того, опір сповільнює заряджання конденсатора. Більші значення опору можуть зробити цей процес ще повільнішим і тому краще простежуваним.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Світлодіодні лампочки-фари на автомобілі

Напівпровідникові діоди широко використовуються в сучасній техніці завдяки своїм корисним властивостям. Типовим прикладом застосування є світловипромінювальний діод (LED). Завдяки своїй потужності вони використовуються, наприклад, у світлофорах, фарах, ліхтарях або як інфрачервоні світлодіоди в пультах дистанційного керування для передачі сигналів.

У цьому експерименті учні досліджують властивості діода.

iOS

Android

Windows

Експериментальна установка з перевернутим діодом

• Увімкніть джерело живлення і встановіть його на постійну напругу 12 В і регулятор сили струму на 2 А (вправо до упору).
• Замкніть вимикач і спостерігайте за лампочкою.
• Поверніть діод на 180° (див. рисунок) і спостерігайте за лампочкою.

• Увімкніть датчик SMARTsense, довше натиснувши кнопку ввімкнення, і переконайтеся, що планшет може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
• Відкрийте PHYWE measureAPP і виберіть датчик "Current".
• Після кожного з наступних вимірювань його можна зберегти. Для подальшого аналізу збережене вимірювання будь-коли можна знову відкрити в розділі "Мої вимірювання".

• Заберіть один зі з'єднувальних модулів і замініть його на модуль із подвійним роз'ємом із SMARTsense Current (див. рисунки).
• Спочатку завжди встановлюйте великий діапазон вимірювання і за потреби зменшуйте відповідний діапазон аж до найменшого діапазону вимірювання сили струму.
• Спостерігайте за силою струму.
• Тепер знову встановіть найбільший діапазон вимірювання і поверніть модуль із діодом назад на 180°.
• Знову поспостерігайте за силою струму.
• Вимкніть джерело живлення.