Розробка - лабораторна робота з фізики в для учнів 8 класу «Дослідження кола з напівпровідниковим діодом»

   Лабораторна робота з фізики в для учнів 8 класу

«Дослідження кола з напівпровідниковим діодом»

  Завдання: 

 впевнитись в односторонній провідності напівпровідникового діода при постійному струмі  і спостерігання зменшення яскравості світіння електролампи розжарення з включеним в ланку напівпровідниковим діодом при змінному струмі. Лабораторна робота досить проста, але дуже корисна і учні зпам’ятають результати дослідів назавжди. Для учнів 8 класу вони будуть нескладними.   

 Необхідно дотримуватися запобіжних заходів:

1.  Виготовлення блока живлення і його випробовування необхідно проводити на гуртку «Радіоконструкторів» разом з керівником гуртка і під його наглядом.   

2.  Необхідно бути особливо уважними, якщо використовуються гострі, колючоріжучі  предмети, виконувати правила безпеки при роботах з електросхемами.

3.  Ознайомитись з правилами техніки безпеки при роботах з електросхемами (1).

     Напівпровідниковий діод  — електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише в одному напрямі. Широко застосовується у радіотехніці, електроніці, енергетиці та в інших галузях, для випрямляння змінного електричного струму,  перетворення та помноження частоти, для переключення електричних кіл, а також для детектування.

    Для лабораторної роботи знадобляться:

•              напівпровідниковий діод типу Д226Б, 1 шт.;

•              чотири провідника ізольованих довжиною по 10…15 см;

•              батареї типу АА (по 1,5 В), 4 шт.; 

•              відсік для батареї типу АА на 4 шт..; 

•              блок живлення – змінна напруга 6 В, або 12 В; 

•              електровилка 1 шт;

•              електролампа розжарення 6,3 В х 0,28 А, 2 шт. 

•              патрони для електролампи розжарення на 6,3 В х 0,28 А, 2 шт.

•              кусачки

     За допомогою кусачків знімаємо ізоляцію з обох кінців провідників по 20 мм. і під’єднуємо до діода, патрона. Батареї вставляємо в відсік і маємо батарею на  6 В. Збираємо схему, приведену на рис. 1, в якій батарея, напівпровідниковий діод (VD1) і електролампа розжарення (EL1) ввімкнені послідовно, причому напівпровідниковий діод підключений анодом до «+» джерела живлення. Результат такий, що електролампа світить яскраво, тобто діод при такому ввімкненні пропускає постійний струм. Слід зауважити, що без діода електролампа буде світити ще більш яскраво – це пояснюється тим, що напівпровідниковий діод має певний динамічний опір і на ньому будепадіння напруги 1,5 В, тобто до електролампи буде прикладена напруга на 1,5 В менша.

    Збираємо схему, приведену на рис. 2, в якій батарея, напівпровідниковий діод (VD1) і електролампа розжарення (EL1) ввімкнені послідовно, причому напівпровідниковий діод підключений катодом до «+» джерела живлення. Результат такий, що електролампа не світить взагалі, тобто діод при такому ввімкненні не пропускає постійний струм. 

   На практиці іноді виникає потреба зменшити напругу на декілька вольт, так для зменшення напруги на навантаженні на 3 В необхідно в ланку ввімкнути послідовно два напівпровідникові діоди.

     Цікаво також, як веде «себе» напівпровідниковий діод в ланці змінного струму. Для цього досліду слід використати блок живлення на 6, або 12 В. Збираємо схему, приведену на рис. 3 і підключаємо до джерела живлення з вихідною напругою 6 В. Електролампа EL2 буде світити яскраво. Ввімкнем в коло напівпровідниковий діод, як це показано на рис. 4 і будемо спостерігати, що яскравість електролампи EL2 зменшиться вдвічі – пояснюється це тим, що напівпровідниковий діод «відрізає» одну напівхвилю синусоїдального струму. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає позитивну напівхвилю і задержує негативну напівхвилю. Такий же результат, тобто електролампа EL2 буде світити менш яскраво,  отримаємо; якщо поміняти полярність напівпровідникового діода, як це показано на рис. 5. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає негативну напівхвилю і задержує позитивну напівхвилю. 

   На практиці це також можливо використати для зменшення нагріву електроплиток, електрокамінів, і інших нагрівальних приладів, використавши для цього потужний силовий діод типу Д247. При такому включенні нагрівальні прилади будуть більш тривалий час працювати.

     Якщо блок живлення має вихідну напругу 12 В, то збираємо схему, приведену на  рис. 6 і підключаємо до джерела живлення з вихідною напругою 12 В. Електролампа EL2, EL3 будуть світити яскраво. Ввімкнем в коло напівпровідниковий діод, як це показано на рис. 7 і будемо спостерігати, що яскравість світіння електроламп EL2, EL3 зменшиться вдвічі – пояснюється це тим, що напівпровідниковий діод «відрізає» одну напівхвилю синусоїдального струму. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає позитивну напівхвилю і задержує негативну напівхвилю. Такий же результат, тобто електролампи EL2 і EL3 будуть світити менш яскраво,  отримаємо; якщо поміняти полярність напівпровідникового діода, як це показано на рис. 8. В даному випадку

напівпровідниковий діод пропускає негативну напівхвилю і задержує позитивну напівхвилю. 

   На практиці це також можливо використати для зменшення нагріву електроплиток, електрокамінів, і інших нагрівальних приладів, використавши для цього потужний силовий діод типу Д247. При такому включенні нагрівальні прилади будуть більш тривалий час працювати.

     При використанні блока живлення на 12 В необхідно дві електролампи розжарення на 6,3 В × 0,28 А і ввімкнути їх послідовно, як це показано на рис. 6, рис. 7 і на рис. 8. 

При виконанні лабораторної роботи учні повинні накреслити схеми рис. 1, рис. 2, рис. 3, рис. 4, рис. 5., провести досліди по вказаним схемам і дати пояснення результатам дослідів. Блок живлення на 6 В (12 В) безпечний для проведення дослідів.

    Для виготовлення  блока живлення необхідно:

•              трансформатор силовий понижувальний 220/6, або 220/12 – 1 шт;

•              електровилка - 1 шт;

•              провід двохжильний 2 × 1,5 мм 2 – 3 м.;

•              електролампа розжарення 12 В х 40 Вт - 1 шт (автомобільна); • патрон для електролампи розжарення на 12 В х 40 Вт - 1 шт.

•              тримач запобіжника на 0,5 А – 1 шт;

•              запобіжник на 0,5 А – 1 шт;

•              пластмасовий корпус;

    Трансформатор можливо взяти від фільмоскопа, який має на виході напругу 6 В  (живиться електролампа на 6 В, 15 Вт). Можливо також використати силовий трансформатор від лампового радіоприймача, який має вихідну напругу 6,3 В для розжарення радіоламп, або уніфіковані трансформатори типу ТН2, ТН4, ТН7, ТН36; використавши одну з обмоток на 6,3 В. Для безпечного користування понижувальним трансформатором його необхідно помістити в пластмасовий корпус і послідовно з вторинної обмоткою ввімкнути баластну електролампу розжарення на 12 В, 40 Вт, як це показано на рис. 9. Така конструкція фактично має захист від короткого замикання – при якому навантаження на «себе» візьме баластна електролампа. Якщо блок живлення буде на 12 В, то необхідно використовувати понижувальний трансформатор на 12 В. Як понижувальний трансформатор на 12 В можна використати трансформатор типу 

ОСД 01, У4, 2; або уніфіковані трансформатори типу ТН4, ТН7, ТН36, ТН46. Якщо навіть станеться коротке замикання на виході блока живлення, то при цьому засвітиться електролампа EL1 і великого струму в вторинній ланці не буде. 

Хід роботи:

1.  Ознайомитись з правилами техніки безпеки при роботі з електросхемами.

2.  Скласти електричне коло за рис. 1.

3.  Провести перший експеримент з електролампою розжарення і впевнитись в        тому, що електролампа світить яскраво, тобто напівпровідниковий діод       пропускає постійний струм.

4.  Скласти електричне коло за рис. 2. 

5.  Провести другий експеримент з електролампою розжарення і впевнитись в        тому, що електролампа не світить, тобто напівпровідниковий діод       не пропускає постійний струм при такому включенні.

6.  Ввімкнути понижувальний трансформатор в електромережу. 

7.  Скласти електричне коло за рис. 4. 

8.  Провести третій експеримент з електролампою розжарення і впевнитись в        тому, що електролампа світить менш яскраво (наполовину), тобто        напівпровідниковий діод  пропускає тільки одну напівхвилю змінного струм          при такому включенні.

7.  Скласти електричне коло за рис. 5. 

8.  Провести четвертий експеримент з електролампою розжарення і       впевнитись в  тому, що електролампа світить менш яскраво (наполовину),       тобто  напівпровідниковий діод  пропускає тільки одну напівхвилю змінного        струм  при такому включенні.  9. Накреслити схеми рис. 1, рис. 2, рис. 4, рис. 5.

Експерименти  по лабораторній роботі виконується протягом 2…3-х хвилин.  Оформлення лабораторної роботи протягом 10…15 хвилин.  

Автор: Бабин Дмитро Святославович

Література:

1.    Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин «Правила техніки безпеки при   

    роботі з електросхемами» 

    Джерело: Інтернет https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/   

2.    Автор: Бабин Дмитро Святославович

    Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» доповнення          https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/