Caratteristiche corrente-tensione

Programmi: GCSE (I–V characteristics), 2de, Sek I, A-level, IB B.5

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Obiettivo

Misurare le caratteristiche corrente-tensione di un resistore, di una lampadina a filamento e di un diodo, e confrontare la loro forma.

Il montaggio

Un unico generatore da 3 V alimenta tre rami attraverso le barre «+» (a sinistra) e «−» (a destra); ogni ramo ha un amperometro e un voltmetro ai capi del componente. In alto c'è un resistore da 100 Ω, al centro una lampadina da 6 V / 3 W, in basso un diodo con un resistore di protezione da 100 Ω.

Procedimento

1. Variare la tensione del generatore da 0 a 6 V a passi di 1 V.
2. A ogni passo annotare le coppie «tensione — corrente» per tutti e tre i componenti.
3. Tracciare tre grafici \(I(U)\).
4. Collegare il diodo al contrario: scambiare gli spinotti dei due cavi sui suoi morsetti — anodo e catodo — e ripetere le misure.

Risultato atteso

A 3 V: il resistore — circa 2,78 V e 28 mA; la lampadina — circa 2,74 V e 314 mA; il diodo — circa 0,61 V e 22 mA (un vero diodo al silicio a questa corrente ha un po' di più, circa 0,7 V). Il grafico del resistore è una retta. La curva della lampadina si piega: il filamento si scalda e la sua resistenza aumenta — circa 12 Ω a 6 V. Sotto 0,5 V il diodo quasi non conduce; oltre, la corrente sale bruscamente, mentre la tensione ai suoi capi resta intorno a 0,6–0,7 V. Con il diodo invertito, la corrente nel diodo è zero.

Domande

1. Perché la resistenza della lampadina aumenta con la tensione?
2. Perché un resistore è collegato in serie al diodo?

Risposte

1. La corrente scalda il filamento, e la resistenza del tungsteno cresce con la temperatura: più alta è la tensione, più caldo è il filamento. A 3 V la lampadina ha 2,74 V / 314 mA ≈ 8,7 Ω, a 6 V circa 12 Ω, e un filamento freddo ha solo circa un quindicesimo della resistenza che ha alla piena incandescenza.
2. Sopra circa 0,6 V la corrente nel diodo sale molto ripidamente, e il diodo da solo quasi non la limita. Il resistore da 100 Ω prende il resto della tensione e fissa la corrente, circa 22 mA a 3 V; senza di esso la corrente sarebbe limitata solo dalla resistenza interna di 0,5 Ω del generatore, dall'amperometro e dai cavi, arriverebbe a qualche ampere e distruggerebbe un diodo reale.