Název: Dioda Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět (mezipředmětové vztahy) : Fyzika (Matematika) Tematický celek: Elektřina a magnetismus Ročník: 5. (3. ročník vyššího gymnázia) Popis - stručná anotace: Žák proměří a porovná VA charakteristiky obyčejné a Zenerovy diody. Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Úkol Proměřte a porovnejte VA charakteristiky obyčejné a Zenerovy diody. Pomůcky Výukové materiály Zdroj stejnosměrného napětí, datalogger, modul ampérmetr, modul voltmetr (nebo osciloskop), spojovací vodiče, obyčejná dioda, Zenerova dioda, potenciometr, (žárovka) Teorie Polovodičová dioda je elektrotechnická součástka, jejímž základním úkolem v elektrickém obvodu je propouštět elektrický proud jedním směrem. 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 PN (hradlová vrstva), který u obyčejných diod propouští proud pouze jedním - propustným směrem. Prahové napětí je elektrické napětí, při kterém dojde ke zrušení hradlové vrstvy a dioda začne propouštět elektrický proud. Průrazné napětí je elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru zničení přechodu P-N a průchod proudu diodou. Zenerova dioda - má nízké napětí, při kterém v závěrném směru dochází k nedestruktivnímu průrazu. Dá se v jednoduchém zapojení využít ke stabilizaci napětí. Slouží k tomu, aby při velké změně velikosti odebíraného proudu napětí nekolísalo vůbec nebo jen velmi málo. Může být také součástí ochranných obvodů, kde omezuje napěťové špičky. Postup práce Obrázek č.1 1. Určete u diody její katodu a anodu. 2. Obvod zapojte podle Obrázku č.1. 3. Zapojte diodu v přímém (propustném) směru. 4. Potenciometrem regulujte napětí zdroje. 5. Napětí měňte spojitě nebo po 0,05 V (pokud používáte klasický voltmetr). 6. Naměřené hodnoty zapište do tabulky. 7. Zapojte diodu v závěrném směru.
Výukové materiály 8. Napětí měňte spojitě nebo po 0,1 V (pokud používáte klasický voltmetr). Pozor, aby nedošlo k překročení průrazného napětí. 9. Naměřené hodnoty zapište do tabulky. 10. Zapojte Zenerovu diodu a opakujte body 2.-6. 11. Při zapojování Zenerovy diody v závěrném směru měňte napětí jako v propustném směru spojitě nebo po 0,1 V (pokud používáte klasický voltmetr). 12. Naměřené hodnoty zapište do tabulky. 13. Sestrojte VA charakteristiky. 14. Z VA charakteristik určete prahové napětí obyčejné i Zenerovy diody. 15. V závěru porovnejte obyčejnou a Zenerovu diodu. Shrňte jejich společné a rozdílné vlastnosti Výsledky Graf č. 1 VA charakteristika - zapojení diody v přímém (propustném) směru Tato dioda má prahové napětí U = 0,65 V. Při zapojení diody v závěrném směru byl proud nulový. Graf č. 2 VA charakteristika - zapojení Zenerovy diody v přímém (propustném) směru
Zenerova dioda má prahové napětí U = 0,70 V. Výukové materiály Graf č. 3 VA charakteristika - zapojení Zenerovy diody v závěrném směru Závěr Obyčejná dioda má v propustném směru nižší prahové napětí (U = 0,65 V), než Zenerova dioda (U = 0,70 V). Po pomalejším nástupu je pak již u obou diod VA charakteristika lineární. Při zapojení v závěrném směru jsme u obyčejné diody nenaměřili žádný proud. Naopak u Zenerovy diody došlo k průrazu při vyšších napětích. Dioda začala přepouštět proud v závěrném směru při napětí 6,5 V. Další aplikace, možnosti, rozšíření Měření lze provést i s pomocí osciloskopu. Videonávod na zapojení pomocí Vernieru naleznete na webových stránkách: http://www.vernier.cz/video/va-charakteristika-diody Literatura [1] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER J. Fyzika, Vysoké učení technické v Brně Nakladatelství PROMETHEUS Praha, 2000 ISBN 81-7196-214-7 [2] KUSALA, JAROSLAV; cez.cz; Solární energie [online]. 09.07.2014. Dostupný z WWW: <http://www.cez.cz/edee/content/microsites/solarni/k31.htm>. [3] Vernier; vernier.cz: Vybavení pro výuku přírodovědných předmětů [online]. 08.07.2014. Dostupný z WWW:<http://www.vernier.cz/video/VA-charakteristika-diody>.
Pracovní list pro žáka Dioda Laboratorní práce č. Vypracoval: Třída, školní rok: Spolupracovali: Úkol Proměřte a porovnejte VA charakteristiky obyčejné a Zenerovy diody. Pomůcky (seznam potřebného materiálu) Zdroj stejnosměrného napětí, datalogger, modul ampérmetr, modul voltmetr (nebo osciloskop), spojovací vodiče, obyčejná dioda, Zenerova dioda, potenciometr, (žárovka) Teorie Polovodičová dioda je elektrotechnická součástka, jejímž základním úkolem v elektrickém obvodu je propouštět elektrický proud jedním směrem. 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 PN (hradlová vrstva), který u obyčejných diod propouští proud pouze jedním - propustným směrem. Prahové napětí je elektrické napětí, při kterém dojde ke zrušení hradlové vrstvy a dioda začne propouštět elektrický proud. Průrazné napětí je elektrické napětí, které způsobí při zapojení v závěrném směru zničení přechodu P-N a průchod proudu diodou. Zenerova dioda - má nízké napětí, při kterém v závěrném směru dochází k nedestruktivnímu průrazu, a dá se tak v jednoduchém zapojení využít ke stabilizaci napětí. Slouží k tomu, aby při velké změně velikosti odebíraného proudu napětí nekolísalo vůbec nebo jen velmi málo. Může být také součástí ochranných obvodů, kde omezuje napěťové špičky.
Pracovní list pro žáka Postup práce obrázek č.1 1. Určete u diody její katodu a anodu. 2. Obvod zapojte podle Obrázku č.1. 3. Zapojte diodu v přímém (propustném) směru. 4. Potenciometrem regulujte napětí zdroje. 5. Napětí měňte spojitě nebo po 0,05 V (pokud používáte klasický voltmetr). 6. Naměřené hodnoty zapište do tabulky. 7. Zapojte diodu v závěrném směru. 8. Napětí měňte spojitě nebo po 0,1 V (pokud používáte klasický voltmetr). Pozor, aby nedošlo k překročení průrazného napětí. 9. Naměřené hodnoty zapište do tabulky. 10. Zapojte Zenerovu diodu a opakujte body 2.-6. 11. Při zapojování Zenerovy diody v závěrném směru měňte napětí jako v propustném směru spojitě nebo po 0,1 V (pokud používáte klasický voltmetr). 12. Naměřené hodnoty zapište do tabulky. 13. Sestrojte VA charakteristiky. 14. Z VA charakteristik určete prahové napětí obyčejné i Zenerovy diody. 15. V závěru porovnejte obyčejnou a Zenerovu diodu. Shrňte jejich společné a rozdílné vlastnosti
Pracovní list pro žáka Výsledky Tabulky pro obyčejnou diodu v propustném a závěrném směru: U [V] I [ma] U [V] I [ma] Tabulky pro Zenerovu diodu v propustném a závěrném směru: U [V] I [ma] U [V] I [ma]
Závěr Pracovní list pro žáka