Przejdź do treści

Charakterystyki prądowo-napięciowe

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

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Zmierzyć charakterystyki prądowo-napięciowe opornika, żarówki i diody i porównać ich kształty.

Układ

Jedno źródło 3 V zasila trzy gałęzie przez szyny „+” (lewą) i „−” (prawą); w każdej gałęzi jest amperomierz i woltomierz włączony równolegle do elementu. U góry jest opornik 100 Ω, pośrodku żarówka 6 V / 3 W, na dole dioda z opornikiem zabezpieczającym 100 Ω.

Przebieg doświadczenia

  1. Zmieniać napięcie źródła od 0 do 6 V co 1 V.
  2. Przy każdym kroku zapisywać pary „napięcie — natężenie prądu” dla wszystkich trzech elementów.
  3. Narysować trzy wykresy \(I(U)\).
  4. Podłączyć diodę odwrotnie: zamienić wtyki dwóch kabli na jej zaciskach — anodzie i katodzie — i powtórzyć pomiary.
Oczekiwany wynik

Przy 3 V: opornik — około 2,78 V i 28 mA; żarówka — około 2,74 V i 314 mA; dioda — około 0,61 V i 22 mA (prawdziwa dioda krzemowa ma przy takim natężeniu nieco więcej, około 0,7 V). Wykres dla opornika jest linią prostą. Krzywa dla żarówki się wygina: włókno się nagrzewa i jego opór rośnie — przy 6 V do około 12 Ω. Dioda prawie nie przewodzi poniżej 0,5 V; powyżej natężenie prądu gwałtownie rośnie, a napięcie na diodzie utrzymuje się na poziomie około 0,6–0,7 V. Przy odwrotnie podłączonej diodzie natężenie prądu diody wynosi zero.

Pytania

  1. Dlaczego opór żarówki rośnie wraz z napięciem?
  2. Dlaczego szeregowo z diodą włącza się opornik?
Odpowiedzi
  1. Prąd nagrzewa włókno, a opór wolframu rośnie wraz z temperaturą: im wyższe napięcie, tym gorętsze włókno. Przy 3 V żarówka ma 2,74 V / 314 mA ≈ 8,7 Ω, przy 6 V około 12 Ω, a zimne włókno ma tylko około jednej piętnastej oporu, jaki ma przy pełnym żarzeniu.
  2. Powyżej około 0,6 V natężenie prądu diody rośnie bardzo stromo, a sama dioda prawie go nie ogranicza. Opornik 100 Ω przejmuje resztę napięcia i ustala natężenie prądu, około 22 mA przy 3 V; bez niego natężenie prądu ograniczałyby tylko opór wewnętrzny źródła 0,5 Ω, amperomierz i kable, a prąd osiągnąłby wartości rzędu amperów i zniszczyłby prawdziwą diodę.