Діоди як випрямлячі

Експериментальна установка

У наш час діоди використовуються практично повсюди.

Нині найбільш відоме застосування світловипромінювальних діодів у якості джерел світла. Однією з особливостей діодів є те, що їх можна використовувати для блокування струму в певному напрямку або, наприклад, для обмеження напруги, щоб уникнути руйнування приладів від перенапруги. Діоди також використовуються для перетворення змінної напруги в постійну. Цей процес називається випрямленням.

У цьому експерименті учні дізнаються детальніше про таку властивість діодів, як випрямлення змінного струму.

попередні знання

Учні повинні вміти складати просте електричне коло. Вони також повинні знати, що таке напруга та сила струму, а також змінний струм.

Учні також мають бути знайомі з принципом роботи діода (зокрема, з тунельним ефектом) і розуміти терміни "прямий напрямок" і "зворотний напрямок".

Мета навчання

Учні повинні зрозуміти, що діод діє як випрямляч.

Завдання

Вивчіть роботу діода в колі змінного струму.

Для цього необхідно виміряти силу струму в електричному колі при постійній напрузі з діодом у прямому напрямі та без нього. А потім повторити вимірювання при змінній напрузі.

Принцип

Термін "діод" зазвичай використовується для напівпровідникових діодів (зазвичай кремнієвих), які працюють переважно з p−n переходом. Леговані атоми нерухомі і, як іони, утворюють просторовий заряд, електростатичне поле яких утримує два типи заряду на відстані один від одного і, таким чином, запобігає рекомбінації. Дифузійна напруга виникає по всій зоні просторового заряду. Її можна компенсувати прикладеною ззовні напругою і тоді p−n перехід, залежно від полярності, стає або провідним, або залишається заблокованим.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

Умовне позначення діода

Напівпровідникові діоди багато в чому використовуються в сучасній техніці завдяки своїм корисним властивостям. Прикладами є сонячні батареї або світлодіоди.

Можливо, Вам вже відомо, як діод поводиться під дією постійної напруги; наприклад, що він має прямий і зворотний напрямок. На зображенні символу схеми лівий з'єднувальний елемент позначає анод, а правий - катод.

У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, як можна використовувати цю властивість і як діод поводиться при змінній напрузі.

Експериментальна установка (постійна напруга)

• Увімкніть блок живлення і подайте на нього постійну напругу 12 В. Встановіть обмеження сили струму на блоці живлення на 1 А.
• Замкніть коло і виміряйте отримане значення сили струму. Запишіть значення в протокол.
• Замініть прямий з'єднувальний модуль 1 (див. рисунок, сжема) на діод у прямому напрямку (див. рисунок зліва).
• Знову виміряйте отриману силу струму і запишіть його значення в протокол.

Експериментальна установка (змінна напруга)

• Знову замініть діод на лінійний модуль (див. рисунок). Потім подайте змінну напругу 12 В~ і спочатку не змінюйте діапазон вимірювання сили струму.
• Замкніть коло, спостерігайте за лампочкою і виміряйте силу струму. Знову запишіть результат у протокол.
• Тепер встановіть діапазон вимірювання 300 мА~ (змінний струм), виміряйте силу струму і запишіть його.

Експериментальна установка (змінна напруга)

• Знову виберіть діапазон вимірювання 300 мА (постійний струм) і замініть прямий з'єднувальний модуль 1 діодом, виміряйте силу струму і запишіть її.
• Розімкніть вимикач, поміняйте полярність амперметра і поверніть діод на 180°. Знову замкніть вимикач і знову виміряйте та запишіть отриману силу струму.
• Вимкніть джерело живлення.