VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение. Целью данной работы является исследование методологии курса физики и современного естествознания и эффективных практических методов освоения отдельных тем на примере разработки лабораторной работы по теме «Вольт-амперные характеристики светодиодов» с помощью конструктора «Знаток». Методы исследования: теоретический и экспериментальный.

Задачи:

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

2.Разработка 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

Для освоения эффективных практических методов исследования методологии курса физики и современного естествознания была разработана лабораторная работа для студентов на тему «Вольт-амперные характеристики светодиодов». Главной целью, которой является изучение ВАХ (вольт-амперных характеристик) светодиодов и исследование способов их освоения, построение вольт-амперных характеристик по измеренным значениям силы тока и напряжения, расчет сопротивление гасящего резистора. В ходе выполнения данной работы используются следующие инструменты: мультиметр, гальванический элемент, светодиоды двух типов (красный и зеленый), реостат.

Перед студентом поставлены следующие задания:

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

1. Соберите электрическую цепь, по схеме, Рисунок 1(свечение зеленого светодиода).

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

Задание 3

Свечение красного светодиода. Повторите проделанные расчеты, используя красный светодиод. Запишите полученные значения I₂ и U₂ в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты измерений

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

Построив график вольт-амперной характеристики для двух видов светодиодов, студенту необходимо сделать вывод о проделанной работе: чем больше напряжение, тем больше сила прямого тока. Зависимость прямая.

Задание 6.

Зная характеристики светодиода и напряжение источника тока, студенту необходимо рассчитать, 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.

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

В статье была разработана и проделана лабораторная работа с помощью электронного конструктора «Знаток». Данная работа по курсу физики и современного естествознания на тему «Вольт-амперные характеристики светодиодов» имеет практическую значимость для студентов технической специальности и может быть использована как практический метод усвоения вольт-амперных характеристик 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