VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение

Целью данной работы является исследование методологии лабораторных работ и эффективных практических методов освоения отдельных тем на примере разработки изучение педагогических аспектов профессионального изложения информации для студентов на примере создания лабораторной работы с помощью электронного конструктора. Методы исследования: теоретический и экспериментальный.

Задачи:

1. Изучение электронного конструктора «Знаток» и внедрение его в лабораторную работу;

2. Создание лабораторной работы по курсу физики и современного естествознания на тему «Вольт-амперные характеристики светодиодов» с помощью конструктора «Знаток».

Рассмотрение данной темы в работе является актуальной для студентов первых и вторых курсов, так как изучению светодиодной техники по программе бакалавриата специальности «Инноватика» уделяют мало внимания. Студент, освоивший данную тему, с легкостью сможет разобраться с инновациями, в которые внедрены и используются светодиоды.

Светодиод (Рис. 1) или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED) - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

 

 

Рисунок 1 - Светоизлучающий диод

 

Лабораторная работа

«Вольт-амперные характеристики светодиодов»

Цель: Изучить ВАХ (вольт-амперные характеристики) светодиодов, построить вольт-амперные характеристики по измеренным значениям I и U, рассчитать сопротивление гасящего резистора, сделать вывод.

Использованные инструменты: мультиметр, гальванический элемент, светодиоды двух типов (красный и зеленый), реостат.

Задание 1

Ответить на следующие вопросы:

1. Светодиод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

2. Принцип работы: при пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда - электроны и дырки - рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Задание 2

Эксперимент 1. Свечение зеленого светодиода

1. Соберите электрическую цепь, по схеме, приведенной на Рисунке 1.

 

Рисунок 1 - Основная схема включения светодиода

 

2. В реостате выставить максимальное значения сопротивления (50 кОм). С помощью мультиметра измерить напряжение, сопротивление и силу тока.

Занесите измеренные значения в таблицу 1.

3. Изменяя сопротивление реостата (40; 30; 20; 15; 10; 5 кОм), измерьте силу тока и напряжение. Запишите полученные значения I₁ и U₁в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты измерений

R, кОм	50	40	30	20	15	10	5
I1, мА	2,2	2,8	4,3	8,5	9,1	23,5	26,8
U1, В	1,29	1,32	1,52	1,8	1,9	2,4	2,47
I2, мА	2,62	1,88	4,3	6,4	8,3	13,4	27
U2, В	1,2	1,3	1,4	1,42	1,44	1,55	1,57

 

Задание 3

Эксперимент 2. Свечение красного светодиода

Повторите проделанные расчеты, заменив светодиод на красный. Запишите полученные значения I₂ и U₂ в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты измерений

R, кОм	50	40	30	20	15	10	5
I1, мА	1,2	3	4,3	5	7	19	25
U1, В	1,35	1,4	1,45	1,5	1,55	1,7	1,72
I2, мА	2	1,88	4,2	5	6,3	9,4	24
U2, В	1,2	1,27	1,3	1,36	1,38	1,4	1,42

 

Задание 4

По заданным значениям постройте на одном графике зависимости силы прямого тока от напряжения для двух видов светодиодов (Рис. 2).

 

 

Рисунок 2 - Зависимости силы прямого тока от напряжения для двух видов светодиодов

 

Задание 5

Сравнить график теоретический зависимости силы прямого тока от напряжения для двух видов светодиодов с полученным практическим (Рис. 3). Сделать вывод.

 

 

Рисунок 3 - Вольт-амперные характеристики светодиодов

 

Вывод: Построив график вольт-амперной характеристики для двух видов светодиодов, можно сделать вывод, чем больше напряжение, тем больше сила прямого тока. Зависимость прямая.

Задание 6.

Зная характеристики светодиода и напряжение источника тока, рассчитайте, какое сопротивление должен иметь гасящий резистор. Включите гасящий резистор в цепь и наглядно проверьте.

Исходя из ВАХ (Рисунок 3) видно, что для разных светодиодов при токе 20 мА мы имеем разное падение напряжения: 1,4 В для красного светодиода, 1,52 В для зеленого. Для батарейки 3 В на гасящем резисторе должно в первом случае "упасть" 1,6 В, что при 20 мА произойдет при значении сопротивления резистора в 1,6 В / 20 мА=80 Ом. Во втором случае имеем, соответственно, 1,48 В / 20 мА=74 Ом.

Записать общий вывод исходя из цели работы и полученных результатов.

Вывод: В ходе проделанной работы были изучены ВАХ (вольт-амперные характеристики) светодиодов, построены графики вольт-амперных характеристик по измеренным значениям I и U, рассчитано сопротивление гасящего резистора.

 

Заключение

В статье была разработана и проделана лабораторная работа с помощью электронного конструктора «Знаток». Также изучены педагогические аспекты профессионального изложения информации для студентов и освоена методология лабораторных работ по курсу физики и современного естествознания на тему «Вольт-амперные характеристики светодиодов».

Список используемой литературы

1 Определение светодиода и его конструкция [Электронный документ] URL: http://www.svetozone.ru/press/theme/leds/leds_9.html

2 Схемы включения светодиодов [Электронный документ] URL: http://electrik.info/main/praktika/843-horoshie-i-plohie-shemy-vklyucheniya-svetodiodov.html

3 Проблемы, теория и реальность светодиодов для современных систем отображения информации высшего качества [Электронный документ] URL: http://www.kit-e.ru/articles/led/2005_5_48.php

Код для цитирования: Скопировать