Metodický pokyn = učitel

 

 

Tematické zařazení experimentu

• elektrický proud v polovodičích
• přechod PN, polovodičová dioda
• usměrňovač s polovodičovou diodou

 

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je demonstrovat usměrňovací vlastnosti polovodičové diody.

Poznámky k realizaci experimentu

• Frekvence měřeného signálu může být i vyšší než 10 Hz, v závislosti na použitém generátoru a počítačového převodníku.
• Hodnotu odporu rezistoru je třeba zvolit podle typu generátoru a zapojené diody tak, aby nedošlo k jejímu poškození.

 

Návod na zpracování dat

• Žáci mohou velmi jednoduše z naměřených dat určit hodnotu amplitudy napětí (0,95 V), periody (0,115 s) a frekvence (8,7 Hz).

Závěry z experimentu

• Dioda propouští pouze kladnou nebo pouze zápornou polvlnu signálu, v závislosti na jejím zapojení v obvodu.
• Rezistor zařazen do obvodu plní nejen ochrannou funkci, ale zároveň slouží k měření časových změn napětí v obvodu s diodou. Jelikož se část elektrické energie procházející tímto rezistorem spotřebovává na teplo, propuštěna půlvlna má nižší amplitudu napětí a netrvá půl periody. K poklesu napětí přispívá i vlastní PN přechod diody, jehož odpor také není nulový. Možná se o tom přesvědčit tak, že do série s první diodou zapojíme další. V tom případě amplituda napětí poklesne ještě více.

Trochu teorie:

• Střídavé napětí mají jednu velkou výhodu: mohou se snadno zvětšovat i zmenšovat pomocí zařízení zvaného transformátor, a upravovat na stejnosměrné napětí s využitím diody. V současnosti se nejvíce využívají diody polovodičové.

 

• Polovodičová dioda se skládá z jednoho PN přechodu. Polovodičový PN přechod má takovou vlastnost, že jedním směrem proud procházet může, druhým směrem však ne. Dioda tak může být zapojena buď v propustném směru (=viz obrázek), nebo v závěrném směru.
• Zapojení diody v propustném směru.
• Pokuste se prozkoumat usměrňovací vlastnosti diody tak, že ji připojíte na zdroj střídavého napětí.

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Možná již víte, že v elektrické síti, a tedy i v zásuvce je střídavé elektrické napětí, které se mění s frekvencí 50 Hz a efektivní hodnota napětí je 230 V. Mnohé domácí elektrické spotřebiče, jako například žárovky a zářivky, vařiče nebo žehličky či vysavače , dokáží spolehlivě pracovat po připojení na takový střídavý signál. Je však mnoho spotřebičů, které obsahují tranzistory a elektrické obvody, které by pracovat nedokázali, kdybychom střídavý elektrický proud neproměnili na stejnosměrný.
• Diody mohou být využity mnoha způsoby, například na transformaci střídavého napětí na stejnosměrné, čemu říkáme usměrňování.
• Diody se dají použít i na ochranu proti nesprávnému vložení baterií nebo akumulátorů v elektronických zařízeních - v rádiích, v mp3 přehrávačích, v přenosných CD přehrávačích, v digitálních fotoaparátech apod. Pokud vložíme baterii opačně, dioda zabrání procházení proudu v nesprávném směru.
• Velké využití mají i tzv. LED-diody, které při průchodu proudu PN-rozhraním emitují elektromagnetické záření.
• Vlnová délka elektromagnetického záření, produkovaného LED-diodami může ležet buď ve viditelné nebo i v infračervené oblasti. Velmi často se používají červené a zelené diody, infračervené diody se využívají v dálkových ovladačích.