Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Діоди сьогодні застосовують усюди.
Найочевидніше - як джерело світла у вигляді світлодіодів. До особливостей діода належить те, що ним можна блокувати струм у певному напрямку або, наприклад, обмежувати напругу, щоб деталь не зруйнувалася від перенапруги. Крім того, діоди застосовують для перетворення змінної напруги на постійну. Тут говорять про випрямлення.
У цьому досліді учні та учениці мають ознайомитися з властивістю випрямлення.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти складати просте електричне коло. Крім того, вони мають розуміти, що таке напруга і сила струму, і зокрема що таке змінний струм.
Учні мають також бути обізнані з принципом дії діода (зокрема з вентильною дією) і розуміти поняття прямого напрямку та зворотного напрямку.
Навчальна мета
Учні мають виявити випрямну дію діода.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Завдання
Дослідь, яку дію спричиняє діод у колі змінного струму.
Для цього спершу слід виміряти поведінку сили струму при постійній напрузі з діодом у прямому напрямку і без нього. Потім це саме повторюють при змінній напрузі.
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.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Альтернативна схема досліду
Примітки
Дослід побудовано так, щоб учні, окрім випрямної дії діода, побачили також, що діод має - хоч і відносно малий - опір у прямому напрямку.
Для подальшого кількісного опрацювання схему досліду можна розширити так, щоб вимірювати також спад напруги на лампі розжарювання. З цього стане видно, що й результуюча напруга на лампі розжарювання значною мірою залежить від діода.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Умовне позначення діода
Напівпровідникові діоди завдяки їхнім корисним властивостям широко застосовують у сучасній техніці. Приклади - сонячні елементи або світлодіоди.
Як поводиться діод при постійній напрузі; що він має прямий і зворотний напрямок - тобі вже має бути відомо. На рисунку умовного позначення в прямому напрямку лівий вивід - це анод, а правий - катод.
У цьому досліді ти дізнаєшся, яку користь може мати ця властивість і як поводиться діод при змінній напрузі.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 2 | Cobra SMARTsense - напруга, ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-00 | 1 |
| 3 | Cobra SMARTsense - сила струму, ± 1 А (Bluetooth) | 12902-00 | 1 |
| 4 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 2 |
| 6 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 1 |
| 7 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 8 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 9 | Опір 500 Ом, модуль SB | 05613-50 | 1 |
| 10 | Кремнієвий діод 1N4007, модуль SB | 05651-00 | 1 |
| 11 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 12 | Лампи розжарювання 12 В/ 0,1 A, E10, 10 шт. | 07505-03 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 15 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
Склади, як показано на рисунках, електричне коло з лампою розжарювання і амперметром. Вимикач при цьому спочатку має бути розімкнений.
Виконання (1/4)
- Увімкни датчик SMARTsense тривалим натисканням кнопки ввімкнення і переконайся, що планшет може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
- Відкрий PHYWE measure App і вибери датчик "Current" .
- Після кожного з наступних вимірювань вимірювання можна зберегти. Для подальшого аналізу вимірювання будь-коли можна знову відкрити в розділі "Мої вимірювання".
Виконання (2/4)
Схема досліду з постійною напругою
- Увімкни блок живлення і подай спершу постійну напругу 12 В−. Встанови обмежувач струму на блоці живлення на 1 А.
- Замкни електричне коло, запусти вимірювання (приблизно 5-10 секунд) і визнач одержане середнє значення сили струму. Запиши значення в протокол.
- Заміни з'єднувальний модуль 1 (див. рисунок «Складання») на діод у прямому напрямку (див. рисунок ліворуч).
- Запусти нове вимірювання, знову визнач одержану середню силу струму й запиши її в протокол.
Виконання (3/4)
Схема досліду зі змінною напругою
- При розімкненому вимикачі знову заміни діод на з'єднувальний модуль (див. рисунок «Складання»). Потім подай змінну напругу 12 В~.
- Замкни електричне коло і спостерігай за лампою розжарювання. Запусти нове вимірювання і знову визнач середню силу струму. Запиши результат знову в протокол.
- Зауваження: змінна напруга має, відповідно до напруги мережі, . Функцією масштабування можна переглянути перебіг сили струму, щоб виключити похибки вимірювання. Для цього збільш масштаб у даних вимірювання приблизно до . Вища частота опитування дає при цьому точніші результати вимірювання.
Виконання (4/4)
Схема досліду зі змінною напругою
- Знову заміни з'єднувальний модуль 1 на діод, запусти вимірювання, визнач середню силу струму і запиши її.
- Розімкни вимикач і поверни діод на 180°. Знову замкни вимикач, запусти ще одне вимірювання і знову запиши одержану середню силу струму.
- Вимкни блок живлення.
Протокол
Таблиця
Запиши виміряні значення сили струму для різних схем.
Постійна напруга без діода: I [мА]:
Постійна напруга з діодом: I [мА]:
Змінна напруга без діода, діапазон вимірювання 300 мА-: I [мА]:
Постійна напруга, без діода
Постійна напруга, з діодом
Змінна напруга з діодом, діапазон вимірювання 300 мА-: I [мА]:
Змінна напруга, без діода
Змінна напруга, діод у зворотному напрямку: I [мА]:
Змінна напруга, з діодом, діапазон вимірювання 300 мА-
Змінна напруга, з діодом у зворотному напрямку
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: +; -. Місця на схемі: лівий вивід; правий вивід.
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: +; -. Місця на схемі: лівий вивід; правий вивід.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Перетягни слова у правильні поля. У колі з прикладеною ____ за допомогою діода можна дістати ____, бо струм тече лише при полярності в ____. Образно діод виконує роль ____ або вентиля струму, тож струм тече лише в один бік. При протилежній полярності говорять про ____. Це корисно, бо деякі електричні деталі працюють лише з постійним струмом. Отже, у колах змінного струму діоди виконують роль ____.