Загальна інформація
Застосування
Кремнієві діоди як світлодіодні лампи
Характеристичні криві дають фахівцеві відомості про поведінку електричних компонентів. Для кожного типу електричних компонентів існує типовий хід характеристичної кривої. Так можна швидко розпізнати основні властивості компонентів.
Кремнієві діоди пропускають струм лише в одному напрямку і стають провідними при напрузі близько . Цю напругу називають пороговою або напругою запирання. Вона потрібна, щоб скомпенсувати дифузійну напругу, яка виникає в межовому шарі між p-провідним і n-провідним кремнієм через те, що електрони дифундують у p-провідну, а дірки - у n-провідну область.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають уміти складати просте електричне коло і пояснювати його. Вони мають знати поняття сили струму й напруги і мають уміти впевнено визначати їх у досліді.
Принцип
Сила струму, що тече крізь кремнієвий діод, залежить від величини й полярності прикладеної напруги.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою цього досліду учні мають навчитися працювати з характеристичними кривими. Після завершення досліду вони мають усвідомлювати, як будують характеристичні криві і які властивості можна з характеристичної кривої зчитати.
Завдання
Спершу вимірюють силу струму за діодом у прямому напрямку при напрузі, нижчій за порогову; потім - при напрузі, вищій за порогову. Так стає зрозумілою властивість порогової напруги. Насамкінець діод вмикають у зворотному напрямку і знову вимірюють силу струму. Так можна побачити, що діод замикає протікання струму в одному напрямку.
З цих виміряних значень наприкінці, в опрацюванні результатів, будують характеристичну криву.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Зауваження
Використана в схемі лампа розжарювання обмежує силу струму діода в прямому напрямку до допустимого граничного значення і водночас робить наочно видимою різну поведінку діода в прямому та зворотному напрямках.
Зворотний струм Si-діода демонстраційним приладом виявити неможливо. За обраної тут схеми з правильним вимірюванням напруги амперметр після вибору вищої чутливості реєстрував би струм, що тече крізь вольтметр. У техніці напруги й сили струму діода в прямому напрямку позначають та , а у зворотному - та .
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 5 |
| 3 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 3 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, з роз'ємом, модуль DB | 09401-10 | 2 |
| 6 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 1 |
| 7 | Потенціометр 250 Ом, модуль DB | 09423-25 | 1 |
| 8 | Кремнієвий діод 1N4007, модуль DB | 09451-00 | 1 |
| 9 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 10 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 11 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 |
| 12 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 3 |
| 13 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 3 |
| 14 | Лампи розжарювання 12 В/ 0,1 A, E10, 10 шт. | 07505-03 | 1 |
| 15 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери дослід відповідно до рисунка.
- Обери діапазон вимірювання для вимірювання напруги і для вимірювання сили струму.
Виконання (1/2)
- Підвищуй напругу кроками, запропонованими в таблиці, зчитуй значення сили струму й записуй їх.
Таблиця 1
Виконання (2/2)
- Поверни напругу назад до . Збільш діапазон вимірювання вольтметра до .
- Вийми діод із кола і встав його назад із протилежною полярністю.
- Підвищуй напругу кроками до і внеси значення сили струму в останні рядки таблиці.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
На амперметрі вдалося зчитати такі струми:
Опрацювання результатів (1/2)
Характеристична крива кремнієвого діода
Графічне подання виміряних значень на рисунку показує, що струм тече крізь діод лише після перевищення напруги близько . При підвищенні напруги понад це значення крива сили струму зростає дуже круто. Діод увімкнено в прямому напрямку і він має малий опір. У прикладі вимірювання він становить при напрузі . Після зміни полярності струм не вимірюється навіть при підвищенні напруги до ; діод виявляє дуже високий опір, його ввімкнено у зворотному напрямку.
Опрацювання результатів (2/2)
Опрацювання результатів (1/2)
Графічне подання сили струму діода залежно від прикладеної напруги називають характеристичною кривою діода.
У прямому напрямку струм може потекти лише тоді, коли прикладена зовнішня напруга усуває електричне поле між іонами донорів і акцепторів, що виникло в межовому шарі між p-провідним і n-провідним кремнієм унаслідок рекомбінації електронів і дефектних електронів (або дірок).