ВАХ светодиода

Рекомендации для организаторов. Эксперимент следует проводить в затемнённом помещении. Для выполнения работы наиболее подходят светодиоды АЛ307 и АЛ307Б. Переменные резисторы должны иметь шкалу и обеспечивать возможность регулировать сопротивление от 0 до 20 кОм.

Соберём электрическую цепь, изображённую на рисунке.

Снимем ВАХ светодиода \(D_2\). Обозначим напряжение на \(D_2\) символом \(U_2\), а ток \(I_2\).

Обозначим положения ключей \(K_1\) и \(K_2\) плюсами (если ключ замкнут) и минусами (если разомкнут). Например, состояние, в котором \(K_1\) разомкнут, а \(K_2\) замкнут, обозначим «\(-+\)».

Для различных значений \(R_2\), изменяя \(R_1\), добьёмся, чтобы яркость светодиода \(D_1\) не менялась при переключении из положения «\(-+\)» в «\(+-\)». При выполнении этого условия напряжение на светодиоде \(D_1\) всегда равно \(U/2\). Установим сопротивление резистора \(R_2\) равным нулю. При этом сопротивление резистора \(R_1\) следует подобрать таким, чтобы в состоянии «\(-+\)» напряжение на нём тоже равнялось \(U/2\). Обозначим это сопротивление \(R_0\). Найдём силу тока \(I_0\), протекающего через светодиод \(D_1\): \[I_0 = \dfrac{U}{2R_0}. \tag{1}\] Изменим сопротивление резистора \(R_2\). Вновь добьёмся, чтобы яркость светодиода \(D_1\) не менялась при переключении из положения «\(-+\)» в «\(+-\)». Напряжение \(U_2\) на светодиоде \(D_2\) найдём по формуле \[U_2 = \dfrac{U}{2} - I_0R_1 = \dfrac{U}{2}\left(1 - \dfrac{R_1}{R_0}\right). \tag{2}\] В положении «\(-+\)» сила тока \(I_0\) равна сумме \(I_2\) и \(I_2'\), протекающего через \(D_2\) и \(R_2\) соответственно. Отсюда \[I_2 = I_0 - I_2'. \tag{3}\] Очевидно, что \[I_2' = U_2/R_2. \tag{4}\] С учётом (1), (2), (4) из (3) окончательно получим \[I_2 = \dfrac{U}{2}\left(\dfrac{1}{R_0} - \dfrac{1}{R_2} + \dfrac{R_1}{R_0R_2}\right). \tag{5}\] ВАХ светодиода построим (см. рисунок), вычисляя по формулам (2) и (5) напряжение и силу тока.