Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода

Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода

Цель работы: выяснить зависимость силы тока, проходящего через диод, от приложенного напряжения при прямом и обратном включении диода. Построить график этой зависимости.

Оборудование: полупроводниковый диод, источник постоянного напряжения на 4 В, миллиамперметр, вольтметр лабораторный, потенциометр на 100 Ом, выключатель, провода соединительные.

Порядок выполнения работы.

1.  Исследуйте зависимость прямого тока от величины приложенного к диоду напряжения. Для этого соберите электрическую цепь по рисунку 1. Диод включите в прямом направлении, обратив внимание на знаки + и -, указанные на его панели.

Рисунок 1

2.  Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений

U, В	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I, мА

3.  Увеличивая напряжение на диоде каждый раз на 0,1 В, запишите показания обоих приборов в таблицу.

4.  Исследуйте зависимость обратного тока диода от величины приложенного к диоду напряжения. Для этого соберите электрическую цепь по рисунку 2. Обратите внимание на отличие включения диода и вольтметра.

 

Рисунок 2

5.  Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений

U, В	0	1	2	3	4	5	6
I, мА

6.  Увеличивая напряжение на 1 В, каждый раз измеряйте величину обратного тока диода. Результаты измерений запишите в таблицу.

7.  По данным двух таблиц постройте график зависимости силы тока от приложенного напряжения. Прямой ток и прямое напряжение считайте положительным, а обратный ток и обратное напряжение – отрицательным. Выберите наиболее удобный масштаб.

Контрольные вопросы.

1.  Что является основной частью полупроводникового диода? Каким свойством он обладает?

2.  Что такое вольтамперная характеристика диода?

3.  Почему при длительном прохождении прямого тока через диод сопротивление диода изменяется?

4.  Зачем изменяют схему включения приборов при измерении прямого и обратного токов в диоде?

5.  Почему так сильно отличается величина прямого и обратного тока диода?

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

В ЛЮБЫХ СИСТЕМАХ

Цель работы: определить силу трения бруска о наклонную плоскость.

Оборудование: брусок, линейка, наклонная плоскость, полоска картона или линолеума, весы с разновесами, штатив с муфтой и лапкой.

Ход работы.

1.  Соберите установку, изображенную на рисунке.

 

L

Н

 

h

 

l

Наклонную плоскость надо покрыть полоской картона или линолеума так, чтобы внизу она плавно перешла в горизонтальную плоскость стола.

2.  Опустите брусок с верхней точки наклонной плоскости и заметьте место его падения на пол.

3.  Измерьте: а) длину и высоту наклонной плоскости; б) высоту стола, с конца которого падает брусок; в) среднее расстояние по горизонтали, которое пролетел брусок по воздуху; г) массу бруска. (Среднее расстояние, которое пролетит брусок по горизонтали, определите, повторив опыт 3 раза).

4.  Все данные измерений запишите в таблицу.

5.  По данным, полученным в ходе опыта, определите силу трения, используя следующие выражения:

Закон сохранения и превращения энергии с учетом силы трения:

Е1=Е2+Атр

Потенциальная энергия поднятого тела: Еп=mgН

Кинетическая энергия тела: Ек=

Механическая работа: А=Fs

При движении тела, брошенного горизонтально, движение по вертикали является ускоренным, а по горизонтали – равномерным.

; l=vt

Контрольные вопросы.

1.  Сформулируйте закон сохранения и превращения энергии для замкнутой системы и при наличии в системе силы трения.

2.  Какая система называется замкнутой? Приведите примеры.

3.  Какое движение совершает тело после того, как оторвется от наклонной плоскости? Почему?

4.  От чего зависит сила трения?

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА ОТ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИК.

Цель работы: исследование зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения. Определение удельного сопротивления вещества, из которого сделан проводник.

Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, исследуемый проводник, соединительные провода, выключатель, линейка, штангенциркуль

Ход работы.

1.  Исследование зависимости сопротивления проводника от его длины.

1. Начертите схему электрической цепи для выполнения задания.

2. Определите силу тока в проводнике и напряжение на нем для разных длин проводника: 50 см; 30 см; 15 см.

3.  Вычислите для каждого значения длины проводника его сопротивление.

4.  Все данные занесите в таблицу и сделайте соответствующий вывод.

2. Исследование зависимости сопротивления проводника от площади поперечного сечения.

1. Определите силу тока в проводнике и напряжение на нем для длины проводника 25 см.

2. Сделайте переключение в цепи так, чтобы длина проводника осталась та же, а площадь поперечного сечения увеличилась в два раза. Измерьте силу тока в проводнике и напряжение на нем.

3. Вычислите для каждого значения площади поперечного сечения

(S и 2S) проводника его сопротивление.

4. Все данные занесите в таблицу и сделайте соответствующий вывод.

3.  Определение удельного сопротивления материала, из которого сделан проводник.

1.  Включите проводник на всю длину и измерьте силу тока в нем и напряжение на нем.

2.  Определите с помощью штангенциркуля диаметр проволоки и вычислите площадь поперечного сечения проводника по формуле

3.  Вычислите удельное сопротивление проводника.

4.  Занесите все данные в таблицу.

5.  Рассчитайте относительную и абсолютную погрешности измерений

; ∆ρ=ερ·ρ

∆U=0,25 В; ∆I=0,1 А; ∆l=1,5 мм; ∆d=0,05 мм

6. Запишите результат измерения удельного сопротивления проводника в виде ρ= ρр±∆ρ; ερ=…%

Контрольные вопросы.

1.  Дайте определение удельного сопротивления. В каких единицах оно измеряется?

2.  Почему для изготовления нагревательных элементов применяют проводники с большим удельным сопротивлением, а для подводящих проводников – с малым?

3.  Где можно применить зависимость сопротивления проводника от его длины?

Определение электроемкости конденсатора

Цель работы: Определить опытным путем электроемкость конденсатора, проверить формулы для вычисления электроемкости батареи конденсаторов при последовательном и параллельном соединении.

Оборудование: набор конденсаторов с обозначенной емкостью, конденсатор неизвестной емкости, источник тока, миллиамперметр, переключатель однополюсный, провода соединительные.

Содержание и метод выполнения работы.

Если заряжать конденсатор постоянной емкости от одного и того же источника постоянного напряжения, а потом разряжать его через гальванометр, то стрелка гальванометра всякий раз будет отбрасываться по шкале на одно и то же число делений. При конденсаторах другой емкости гальванометр покажет иную величину отброса стрелки.

Имея конденсаторы известной емкости (эталоны), можно на опыте убедиться, что величина емкости конденсатора С прямо пропорциональна числу делений n, на которое отбрасывается стрелка гальванометра С = kn. Отсюда легко определить коэффициент пропорциональности , выражающий собой электроемкость, соответствующую одному делению. Зная коэффициент и повторив опыт с конденсатором неизвестной емкости, можно определить его емкость по отбросу стрелки гальванометра.

Порядок выполнения работы.

1.  Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

№ опыта	Емкость конденсатора С, мкФ	Число делений по шкале гальванометра, n	Коэффициент пропорциональности
1 2 3 4
5 конденсатор неизвестной емкости
6 последовательное соединение конденсаторов
7 параллельное соединение конденсаторов

2.  Составьте электрическую цепь по рисунку 1.

 

4 В С

Рисунок 1

3.  Зарядите конденсатор. Для этого соедините переключателем на короткое время цепь с источником тока. Затем, сосредоточив внимание на стрелке гальванометра, быстрым движением переключателя замкните цепь на гальванометр и заметьте по шкале максимальное отклонение стрелки. Опыт повторите несколько раз, чтобы точнее заметить показание стрелки, и вычислите коэффициент пропорциональности.

4.  Выполните этот опыт с конденсаторами другой емкости и по полученным данным вычислите среднее значение kср. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

5.  В электрическую цепь включите конденсатор неизвестной емкости и определите, на сколько делений отклоняется стрелка гальванометра в этом случае. Зная коэффициент пропорциональности kср, вычислите неизвестную емкость.

6.  Два конденсатора известной емкости включите в цепь сначала последовательно, а затем параллельно (рис. 2) и определите в том и другом случае их общую емкость описанным выше способом.

 

мА

мА

С1

С2 С1 С2 Рисунок 2

7.  Вычислите по известным вам формулам общую емкость конденсаторов при последовательном и параллельном соединении, сравните результаты с теми, которые были получены на опыте. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы.

1.  Что такое электроемкость? конденсатор?

2.  Какие виды конденсаторов вы знаете?

3.  Где применяются конденсаторы?

4.  Запишите формулы для вычисления энергии заряженного конденсатора.

Расширение предела измерения амперметра.

Цель работы: изготовить шунт к амперметру для расширения пределов его измерения.

Оборудование: миллиамперметр лабораторный на 5 мА, амперметр лабораторный на 2 А, источник тока, реостат на 100 Ом, реостат лабораторный на 6 Ом, линейка измерительная, проволока медная эмалированная, выключатель, провода соединительные.

Содержание и метод выполнения работы.

Силу электрического тока измеряют с помощью амперметра (миллиамперметра, микроамперметра), который включают в цепь последовательно с сопротивлением R. Сопротивление амперметра должно быть во много раз меньше сопротивления цепи. Для измерения тока, больше того, на который рассчитан прибор, т. е. для расширения пределов его измерения, к амперметру подключают шунт Rш, показанный на рисунке 1 пунктиром.

Шунт представляет собой проволочный резистор,

который подсоединяют параллельно к прибору.

При этом измеряемый ток Iизм равен сумме токов,

Rш проходящих через шунт и прибор Iизм= Iш+ Iп.

По закону Ома для участка цепи можно определить

R сопротивление шунта .

Рисунок 1 Учитывая, что Iш= Iизм - Iп и U=Iп·Rп, где Rп – сопротивление прибора, получим: .

Здесь Rп = 12 Ом есть характеристика прибора, Iп – предельный ток, на который рассчитан прибор, а Iизм – заданный предел измерения тока (1 А).

Задача в этой работе сводится к тому, чтобы, выполнив необходимые вычисления, подобрать к прибору соответствующий шунт.

Порядок выполнения работы.

1.  Рассчитайте сопротивление шунта, который вам надо изготовить.

2.  Рассчитайте длину проволоки l для шунта по формуле , где ρ – удельное сопротивление меди, его найдите в справочной таблице. (Сделайте вывод указанной формулы в тетради).

3.  Отмерьте с помощью линейки отрезок проволоки, который превышал бы вычисленную на 2 см, и отрежьте его. Затем зачистите концы проволоки и сделайте петли под зажимы так, чтобы расстояние между петлями точно соответствовало расчетной длине шунта.

4.  Подключите изготовленный шунт к прибору, определите цену деления у изготовленного таким способом амперметра и соберите цепь по рисунку 2 с контрольным (Ак) и подготовленным (А) приборами.

 

R1 R2

 

Rш

Рисунок 2

При этом обратите внимание на то, чтобы реостат R1 на 6 Ом был полностью включен в цепь, а реостат R2 выведен из цепи.

5.  Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Iк, А	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
I, А
Поправка

6.  Включите напряжение и реостатом R1 установите в цепи силу тока 1 А по контрольному амперметру. Затем с помощью реостата R2 изменяйте силу тока в цепи от 0,1 А до 1 А, каждый раз записывайте показания обоих измерительных приборов в таблицу.

7.  Вычислите поправку, равную абсолютному значению средней разности показаний контрольного и собранного вами амперметра.

8.  По результатам всех опытов вычислите среднюю поправку.

Контрольные вопросы.

1.  Почему сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления цепи, в которой измеряют ток?

2.  Почему шунт включают параллельно амперметру?

3.  Можно ли подключать шунт к амперметру с помощью соединительных проводов?

4.  Сделайте вывод формулы для вычисления сопротивления шунта.