Zvyšování kvality výuky v přírodních a technických oblastech CZ.1.07/1.1.28/02.0055 Sestrojení voltampérové charakteristiky diody (experiment) Označení: EU-Inovace-F-9-01 Předmět: Fyzika Cílová skupina: 9. třída Autor: Mgr. Monika Rambousková Časová dotace: 1 vyučovací hodina Forma: skupinová, dvojice Anotace: tento experiment lze zařadit při probírání učiva o polovodičích Cíl: proměřit a sestrojit voltampérovou charakteristiku diody Pomůcky: 2 rozhraní GO!Link, voltmetr VP-BTA, ampérmetr DCP-BTA, vodiče, zdroj stejnosměrného napětí 4,5V, dioda, reostat, příp. rezistor 100 Ω Teorie Polovodičová dioda je elektrotechnická součástka, jejímž úkolem v elektrickém obvodu je propouštět elektrický proud jedním směrem. Podle konstrukce slouží k usměrňování elektrického proudu (přeměna střídavého proudu na stejnosměrný proud), ke stabilizaci elektrického napětí nebo k signalizaci průchodu proudu. Polovodičová dioda se skládá ze dvou příměsových polovodičů - jeden polovodič je typu N (katoda) a druhý polovodič je typu P (anoda). Na rozhraní polovodičů vznikne přechod P-N (hradlová vrstva), který v ideálním případě propouští proud pouze jedním směrem.
Základem diody bývá křemíková nebo germaniová destička, obohacená z jedné strany o prvek s pěti valenčními elektrony (fosfor, arsen), z druhé strany o prvek s třemi valenčními elektrony (bor, hliník, galium, indium). Vzájemným silovým působením mezi částicemi se na přechodu P-N vytvoří vnitřní elektrické pole. Schéma zapojení Postup: 1. Žáci sestaví obvod podle schéma. Pokud je to pro ochranu diody nutné (nesnese velké proudové zatížení), připojí ochranný rezistor 100 Ω. 2. Ampérmetr a voltmetr připojí přes rozhraní GO!Link k počítači. 3. Na počítači spustí program LoggerLite. 4. Pro měření voltampérové charakteristiky diody stačí jeden graf. 5. V Nastavení os zvolí pro svislou osu proud, pro vodorovnou osu napětí. 6. Nastaví měření Sběr dat doba měření 20 sekund, vzorkovací frekvence 10 Hz. 7. Před připojením zdroje k obvodu si obě čidla v programu na počítači vynulují - tlačítko na liště Nulovat. 8. Jezdec reostatu posunou tak, aby napětí bylo nulové. 9. Spustí měření. Jezdcem reostatu plynule posunují do druhé krajní polohy. Voltmetr na diodě bude ukazovat 0 V. 10. Aniž by přerušili měření, změní polaritu zdroje a to výměnou vodičů na zdroji, tzn., zapojí diodu v propustném směru. 11. Posunují jezdcem plynule do původní polohy. Na diodě bude maximální napětí. 12. Po skončení měření uloží graf menu Graf Uložit měření. 13. Graf vloží do pracovního listu. 14. Vysloví a zapíší závěr do pracovního listu. Závěrečné zhodnocení:
Pracovní list: Název úlohy: EU-Inovace-F-9-01 LABORATORNÍ PRÁCE č. Sestrojení voltampérové charakteristiky diody Jméno: Datum: Třída: Školní rok: Spolupracovali: Úkol: proměřit a sestrojit voltampérovou charakteristiku diody Pomůcky: 2 rozhraní GO!Link, voltmetr VP-BTA, ampérmetr DCP-BTA, vodiče, zdroj stejnosměrného napětí 4,5V, dioda, reostat, příp. rezistor 100 Ω Schéma zapojení: Postup: 1. Sestav obvod podle schéma. Pokud je to pro ochranu diody nutné (nesnese velké proudové zatížení), připoj ochranný rezistor 100 Ω. 2. Ampérmetr a voltmetr připoj přes rozhraní GO!Link k počítači. 3. Na počítači spusť program LoggerLite. 4. Pro měření voltampérové charakteristiky diody stačí jeden graf. 5. V Nastavení os zvol pro svislou osu proud, pro vodorovnou osu napětí. 6. Nastav měření Sběr dat doba měření 20 sekund, vzorkovací frekvence 10 Hz. 7. Před připojením zdroje k obvodu si obě čidla v programu na počítači vynuluji- tlačítko na liště Nulovat. 8. Jezdec reostatu posuň tak, aby napětí bylo nulové.
9. Spusť měření. Jezdcem reostatu plynule posunuj do druhé krajní polohy. Voltmetr na diodě bude ukazovat 0 V. 10. Aniž bys přerušil měření, změň polaritu zdroje a to výměnou vodičů na zdroji, tzn., zapoj diodu v propustném směru. 11. Posunuj jezdcem plynule do původní polohy. Na diodě bude maximální napětí. 12. Po skončení měření ulož graf menu Graf Uložit měření. 13. Graf vlož do pracovního listu. 14. Vyslov a zapiš závěr do pracovního listu. Vypracování: Graf Závěr: Použité zdroje: http://cs.wikipedia.org/wiki/polovodi%c4%8dov%c3%a1_dioda inspirováno video návodem na www.vernier.cz