Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Характеристичні криві надають фахівцям інформацію про поведінку електричних компонентів. Для кожного типу таких компонентів існує своя типова вольт-амперна характеристика.
Кремнієві діоди пропускають струм тільки в одному напрямку і стають провідними при напрузі близько 0,7 В. Ця напруга називається пороговою або напругою запирання. Вона необхідна для компенсації дифузійної напруги, яка виникає в прикордонному шарі між кремнієм типу і типу через електрони, що дифундують в область типу, і дірки, що дифундують в область типу.
У цьому експерименті учні мають самостійно записати та оцінити характеристичну криву кремнієвого діода.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти будувати і розуміти просте електричне коло. Вони повинні знати механізм виникнення струму і напруги та вміти безпечно вимірювати їх за допомогою експерименту.
Принцип
Діод - це електронний компонент, який пропускає струм в одному напрямку (прямому) і блокує потік струму в протилежному напрямку (зворотному). Діоди зазвичай виготовляються з різних легованих напівпровідників.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
За допомогою цього експерименту учні мають навчитися досліджувати характеристичні криві. Після завершення експерименту вони повинні знати, як будуються характеристичні криві та які характеристики можна прочитати з характеристичної кривої.
Завдання
Спочатку вимірюється сила струму діода у прямому напрямку при напрузі нижче порогової напруги, а потім при напрузі вище порогової напруги. Це показує характеристику порогової напруги. Потім діод перемикають у зворотному напрямку і знову вимірюють силу струму. Таким чином, можна визначити, що діод блокує потік струму в одному напрямку.
Нарешті, з цих виміряних значень будується характеристична крива.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Діапазон вимірювання 300 мА - занадто великий для визначення значень сили прямого струму при напругах до 0,65 В. Тому рекомендується спочатку вибрати діапазон вимірювання 30 мА, а в ході серії вимірювань допускати перемикання на вищий діапазон вимірювання.
Замість того, щоб змінити полярність робочої напруги та обох вимірювальних приладів для вимірювання сили зворотного струму, перевагу було надано зміні полярності діода. Учням слід звернути на це увагу, щоб вони зрозуміли, чому напруги у верхній частині таблиці 1 мають від'ємний знак.
Зворотний струм кремнієвого діода, який використовувався в експерименті, настільки малий, що його неможливо виявити за допомогою звичайних вимірювальних приладів. З цієї причини також не рекомендувалося використовувати діапазон вимірювання 50 мА, Якщо це все ж таки було зроблено з типом схеми, обраним для прямого напрямку (схема з виправленням напруги), амперметр, по суті, показував би струм, що протікає через вольтметр.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Характеристичні криві надають фахівцям інформацію про поведінку електричних компонентів. Для кожного типу електричних компонентів існує своя типова вольт-амперна характеристика. Це дає можливість швидко визначити основні характеристики компонентів.
У цьому експерименті учні будують характеристичну криву кремнієвого діода на основі власних виміряних значень. З неї вони зможуть зчитати деякі характеристики діода.
Завдання
Які характеристики діода можна визначити з характеристичної кривої?
Визначте залежність сили струму, що протікає через діод, від напруги, яка подається на діод.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 3 |
| 2 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 1 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 1 |
| 4 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 7 | Опір 100 Ом, модуль SB | 05613-10 | 1 |
| 8 | Потенціометр 250 Ом, модуль SB | 05623-25 | 1 |
| 9 | Кремнієвий діод 1N4007, модуль SB | 05651-00 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 14 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 15 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
Зберіть експериментальну установку як показано на рисунках. Спочатку вимикач розімкнений, а діод підключений у прямому напрямку. Виберіть для вимірювальних приладів діапазони вимірювання 1 В і 30 мА.
Виконання роботи
- Поверніть ручку потенціометра вліво до упору, увімкніть блок живлення і встановіть напругу постійного струму на 12 В. Замкніть вимикач.
- Збільшуйте напругу постійного струму від 0 В і далі з відповідним інтервалом до 0,7 В, виміряйте відповідну силу струму (силу прямого струму) і запишіть виміряні значення в таблицю в протоколі.
- Діапазон вимірювання 300 мА - встановіть і збільшуйте напругу понад 0,7 В. Запишіть отримані результати вимірювань.
- Нарешті, зменшіть напругу до 0 В, виберіть діапазон вимірювання 3 В - і встановіть діод, повернутий на 180°.
- Замкніть коло, визначте силу струму (зворотну силу струму) для 1В і 2В і занесіть виміряні значення в таблицю в протоколі (напруги вказані як від'ємні значення).
- Вимкніть блок живлення.
Протокол
Таблиця 1
Запишіть виміряні значення в таблицю.
Потім побудуйте графік залежності виміряних значень. Відкладіть на осі та і на на осі .
01. U [V]
02. U [V]
03 U [V]
04. U [V]
5. U [V]
6. U [V]
7. U [V]
01. I [мА]
02. I [мА]
03. I [мА]
04. I [мА]
05. I [мА]
06. I [мА]
07. I [мА]
8. U [V]
9. U [V]
10 U [V]
11 U [V]
12 U [V]
13 U [V]
14 U [V]
08. I [мА]
09. I [мА]
10. I [мА]
11. I [мА]
12. I [мА]
13. I [мА]
14. I [мА]
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Вставте слова в тексті в потрібне місце! Характеристичні криві використовуються для швидкого ____ різних ____ компонентів. Для цього залежність між виміряними значеннями двох-трьох фізичних величин наносять на ____. Роботу діода можна також продемонструвати, побудувавши графік залежності ____ від сили струму. Таким чином, ____ при 0,7 В і ____ стають зрозумілими з першого погляду.