Загальна інформація
Застосування
Світлодіодні лампочки-фари на автомобілі
Діоди нині застосовують усюди.
Зокрема, як джерело світла у вигляді світловипромінювальних діодів. До особливостей діода належить те, що з його допомогою можна блокувати струм у певному напрямку або, наприклад, обмежувати напругу, щоб компонент не був зруйнований перенапругою. Крім того, діоди застосовують для перетворення змінної напруги на постійну. Тут говорять про випрямлення.
Напівпровідникові діоди завдяки своїм корисним властивостям різнобічно застосовують у сучасній техніці. Особливо часто застосовують світловипромінювальний діод (LED: light-emitting diode).
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають уміти складати просте електричне коло. Крім того, вони мають розуміти, що таке напруга й сила струму.
Принцип
Напівпровідниковий діод проводить електричний струм лише в одному напрямку.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні мають усвідомити, що діод діє як електричний вентиль.
Завдання
Учні мають дослідити, що відбувається, коли до лампи розжарювання в колі постійного струму послідовно вмикають діод.
Спершу учні й учениці мають так усвідомити, що діод пропускає струм лише в прямому напрямку. Далі учні й учениці вимірюють силу струму в колі й дістають додатково кількісний результат.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 2 |
| 5 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 1 |
| 6 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 1 |
| 7 | Кремнієвий діод 1N4007, модуль DB | 09451-00 | 1 |
| 8 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 2 |
| 11 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 12 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 1 |
| 13 | Лампи розжарювання 12 В/ 0,1 A, E10, 10 шт. | 07505-03 | 1 |
| 14 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери дослід відповідно до рисунка. Спочатку вимикач розімкнено, а діод увімкнено в прямому напрямку.
- Обери діапазон вимірювання і встанови постійну напругу .
Виконання
- Замкни вимикач і спостерігай за лампою розжарювання та амперметром.
- Розімкни вимикач.
- Встав модуль із кремнієвим діодом, повернувши його на .
- Замкни вимикач і спостерігай за лампою розжарювання та вимірювальним приладом.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Напівпровідниковий діод проводить струм лише тоді, коли надрукована на модулі символьна стрілка діода вказує на мінусовий полюс джерела струму, тобто в (умовному або технічному) напрямку струму.
Тоді лампа розжарювання світиться, а амперметр показує силу струму близько . Якщо змінити полярність діода, струм не тече і лампа не світиться.
Опрацювання результатів
Діод складається з монокристала кремнію, який частково легований тривалентними, а частково п'ятивалентними домішковими атомами. Завдяки цьому в тривалентній області для проведення струму доступні вільні електрони (n-область), а в п'ятивалентній - дефектні електрони, або дірки (p-область). На межі між n-провідною та p-провідною областями електрони й дірки дифундують і рекомбінують, тож тут виникає збіднення на рухливі носії заряду. Якщо до діода прикласти напругу, то вона може або ще сильніше відтягувати носії заряду з межового шару - тоді діод замикає струм, - або ж при протилежній полярності джерела струму носії заряду вдавлюються в межовий шар і діод увімкнено в прямому напрямку.
Струм, що тече у зворотному напрямку, у кремнієвих діодів дуже малий, і його неможливо виявити звичайними демонстраційними вимірювальними приладами.