Дослідження кола з одним діодом за допомогою осцилографа

джерело струму

випрямний діод

резистор(на 50 Ом)

з’єднувальні провідники

● осцилограф

● змінний струм — електричний струм, сила та напрямок якого періодично змінюються з часом, на відміну від постійного струму, який не змінює напрямку та сили. Електромережі, у тому числі побутові, передають змінний струм. Однак, багатьом електричним та електронним приладам для роботи потрібен постійний струм;● випрямлення — перетворення змінного струму у постійний. Випрямлення здійснюють прилади, які називаються випрямлячі, вони є важливими компонентами більшості блоків живлення. Для випрямлення використовуються пристрої, які пропускають струм тільки в одному напрямку — діоди. Зараз це майже завжди — напівпровідникові діоди;● найпростіший випрямляч струму складається лише з діода, який пропускає прямий струм та не пропускає зворотній.

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.2. Складаємо коло за схемою:

Резистор у цьому колі служить навантаженням для випрямляча. 3. Вмикаємо блок живлення та переводимо його у режим змінного струму, встановлюємо на ньому вихідну напругу 2 В з частотою 1000 Гц. Тепер до контактів блока живлення (1 на схемі) приєднуємо додаткові провідники, які дозволять нам вивести значення вихідної напруги на перший канал осцилографа. До контактів резистора також приєднаємо додаткові провідники (2 на схемі) — від другого каналу осцилографа. 4. Вмикаємо та налаштовуємо осцилограф (на відміну від вольтметра, який для змінного струму показує так зване чинне значення напруги — усереднене протягом тривалого інтервалу часу, осцилограф показує миттєві значення напруги та дає можливість побачити, як напруга змінюється з часом. Тому змінний струм на екрані осцилографа виглядає як графік синуса чи косинуса. Осцилографи можуть мати більше одного каналу, показуючи одночасно напругу в кількох частинах схеми).5. Розглянемо покази осцилографа:

6. Звертаємо увагу, що на екрані осцилографа перший канал (вихідний змінний струм на блоці живлення) показано жовтою лінією, на рисунку нижче ця крива позначена цифрою 1:

Вертикальна вісь відповідає напрузі, горизонтальна — часу. Нуль вольт для цього графіку знаходиться на лінії 2. Коли напруга вище цієї лінії, вона додатна, нижче — від’ємна.Напруга на другому каналі осцилографа (різниця потенціалів на резисторі) показана блакитною лінією — крива 3 на рисунку вище. Нуль вольт для цього графіку показано лінією 4. Бачимо, що після випрямного діода напруга завжди залишається додатною, має вигляд половини синусоїди — нагадує гребінець. Таку напругу називають пульсуючою. Разом із напругою в колі пульсуватиме і струм.Осцилограф також визначає частоту змінного і пульсуючого струму (5 на рисунку вище) — вона складає майже 1 кГц, точніше — 999,9 Гц.Також осцилограф визначає мінімальну та максимальну напругу струму (6 та 7 на рисунку вище). Так, напруга на першому каналі змінюється від -2,8 до +2,8 В. Таким чином амплітуда вихідного змінного струму рівна 2,8 В, а чинне значення напруги — яке покаже вольтметр змінного струму буде рівним 2,8/√2 = 1,98 В ≈ 2 В (що, в межах похибки, збігатися із вимірами на блоці живлення — 2,02 В).У той самий час напруга на другому каналі змінюється у межах від -0,04 В — майже нуля, до +2,0 В. Таким чином амплітуда цього пульсуючого струму буде рівна 2 В. Може виникнути запитання — чому амплітуда вхідної напруги 2,8 В, а вихідної — 2,0 В? Різниця — це спад напруги на діоді. Про цей спад напруги можна більше дізнатися, переглянувши експеримент по вивченню вольт-амперної характеристики випрямного діода ("Вольт-амперна характеристика випрямного діода").Отже, досліджена схема перетворює змінний струм на пульсуючий. Більш досконалі схеми, які перетворюють змінний струм на постійний можна розглянути у наступних дослідах.

Під час виконання досліду ми склали просте коло з одним випрямним напівпровідниковим діодом та дослідили його роботу за допомогою осцилографа. Ми переконалися, що блок живлення генерує змінний струм, сила та напрямок якого змінюється із заданою частотою, а діод пропускає струм лише в одному напрямку, тому у колі струм пульсує із заданою частотою без зміни напрямку, а його напруга змінюється у межах від 0 до 2 В. Також ми навчились читати покази осцилографа.