Чёрный ящик-1
6/10В «чёрном ящике» с тремя выводами («К» — красный, «С» — синий, «Б» — белый) собрана электрическая цепь, состоящая из двух батареек, двух одинаковых светодиодов, размещённых на корпусе ящика, а также переключателя, который может находиться в трёх положениях (рис. 1). В центральном положении 3 все контакты переключателя разомкнуты.
Полупроводниковый светодиод — это устройство, которое пропускает электрический ток только в одном направлении и излучает при этом свет. Если светодиод включить в обратном направлении, ток через него течь не будет.
Расшифруйте и нарисуйте схему «чёрного ящика» без определения номиналов элементов. (Для выполнения этого пункта пользоваться мультиметрами не обязательно). Объясните ход вашего решения.
Примечание. Во избежание перегорания светодиодов последовательно каждому включён балластный резистор с сопротивлением \(R = 510\) Ом.
Получите вольт-амперную характеристику (ВАХ) одного светодиода без балластного резистора в диапазоне напряжений на самом диоде \(0 \div 1{,}8\) В. Постройте график ВАХ при значениях напряжения на светодиоде \(1{,}2 \div 1{,}8\) В. Нанесите на него погрешности.
Примечание. Приборная погрешность прямых измерений напряжения и силы тока мультиметром равна \(0{,}5\,\%\) от значения измеряемой величины.
Оборудование. «Чёрный ящик», потенциометр, батарейка «Крона», колодка для подключения батарейки (положительному выводу соответствует красный провод), миллиметровая бумага, два мультиметра.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаСначала проверьте, какие пары выводов дают свечение при разных положениях переключателя, помня, что светодиод пропускает ток только в одном направлении. Затем найдите, как соединены выводы между собой.
Решение1. Поскольку в «чёрном ящике» находятся батарейки, начнём анализ цепи без подключения внешнего источника.
а) Замыкаем между собой выводы «К» и «Б». В положении (1) переключателя загорается светодиод А. В других положениях переключателя светодиоды не горят. Возможный фрагмент схемы приведён на рис. 5.
б) Замыкаем между собой выводы «Б» и «С». В положении (2) переключателя загорается светодиод Б. В других положениях переключателя светодиоды не горят. Возможный фрагмент схемы приведён на рис. 6.
в) Проверяем, соединены ли точки «X» и «Y». Для этого подключаем положительный вывод батарейки к выводу «С», а отрицательный — к «К». Загораются оба светодиода. Следовательно, выводы «X» и «Y» замкнуты накоротко.
г) Для проверки замкнём накоротко выводы «К» и «С». При всех положениях ключа светодиоды не горят. Отсюда получаем схему «чёрного ящика» (рис. 7).
2. Для снятия вольт-амперной характеристики соберём схему (рис. 8). Сила тока \(I\) через диод равна силе тока \(I_A\) через амперметр. Напряжение на диоде вычисляем по формуле \[U = \frac{U_V}{2} - I_A R,\] где \(U_V\) — напряжение на вольтметре. Для увеличения точности проводим измерения три раза и строим график \(I(U)\). Пример ВАХ светодиода приведён на рис. 9.
Похожие задачи
- Варистор ВсОШ 2009/10, 10 кл.
- Лампочки ВсОШ 2011/12, 10 кл.
- Бареттер и стабилитрон ИОШ 2012/13, 9-11 кл.
- Шесть нелинейных ламп ИОШ 2014/15, 11 кл.
- Нелинейные показания ВсОШ 2017/18, 9 кл.
- ВАХ цепи из нелинейных элементов ИОШ 2018/19, 11 кл.