Вольт-амперні характеристики

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

Мета¶

Зняти вольт-амперні характеристики резистора, лампочки розжарювання і діода та порівняти їхню форму.

Установка¶

Одне джерело 3 В живить три вітки через шини «+» (ліва) і «−» (права); у кожній вітці — амперметр і вольтметр, під’єднаний паралельно до елемента. Угорі — резистор 100 Ом, посередині — лампочка 6 В / 3 Вт, унизу — діод із захисним резистором 100 Ом.

Хід роботи¶

Змінюйте напругу джерела від 0 до 6 В з кроком 1 В.
На кожному кроці записуйте пари «напруга — сила струму» для всіх трьох елементів.
Побудуйте три графіки \(I(U)\).
Під’єднайте діод навпаки: поміняйте місцями штекери двох кабелів на його клемах — аноді й катоді — і повторіть вимірювання.

Очікуваний результат

За 3 В: резистор — близько 2,78 В і 28 мА; лампочка — близько 2,74 В і 314 мА; діод — близько 0,61 В і 22 мА (у справжнього кремнієвого діода за такої сили струму трохи більше, близько 0,7 В). Графік резистора — пряма. Крива лампочки вигинається: нитка нагрівається, і її опір зростає — близько 12 Ом за 6 В. Діод майже не проводить струму нижче 0,5 В; за вищої напруги сила струму різко зростає, а напруга на ньому залишається близько 0,6–0,7 В. Коли діод під’єднано навпаки, сила струму через діод дорівнює нулю.

Запитання¶

Чому опір лампочки зростає з підвищенням напруги?
Навіщо послідовно з діодом увімкнено резистор?

Відповіді

Струм нагріває нитку, а опір вольфраму зростає з температурою: що вища напруга, то гарячіша нитка. За 3 В опір лампочки 2,74 В / 314 мА ≈ 8,7 Ом, за 6 В — близько 12 Ом, а опір холодної нитки становить лише близько п’ятнадцятої частини її опору під час повного розжарення.
Вище приблизно 0,6 В сила струму через діод зростає дуже круто, і сам діод її майже не обмежує. Резистор 100 Ом бере на себе решту напруги й задає силу струму, близько 22 мА за 3 В; без нього струм обмежували б лише внутрішній опір джерела 0,5 Ом, амперметр і кабелі, і він сягнув би кількох амперів та зруйнував би справжній діод.