Діод зі свічки

Завдання роботи:

виготовити і випробувати модель газорозрядного діода.

Обладнання:

– свічка;
– мідний або сталевий дріт діаметром 0,5…1 мм;
– ізоляційна стрічка;
– з’єднувальні провідники з затисками типу «крокодил»;
– мультиметр.

Основні терміни та поняття

ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМ У ГАЗАХ (ГАЗОВИЙ РОЗРЯД) РОЗРЯД У РОЗРІДЖЕНИХ ГАЗАХ – ТЛІЮЧИЙ РОЗРЯД. БЛИСКАВКА, ПЛАЗМА Діод

Теоретична частина

Рис. 1. Загальний вигляд моделі газорозрядного діода з мультиметром

Діодом називається електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише в одному напрямку. Застосовуються діоди в радіотехніці, електроніці та електротехніці здебільшого для випрямлення змінного струму та детектування сигналів.

За принципом дії діоди можуть бути електровакуумними, газорозрядними та напівпровідниковими.

Електровакуумний діод – це вакуумна двохелектродна електронна лампа. В електровакуумного діода катод нагрівається до температур, за яких виникає термоелектронна емісія. Коли на анод подається додатна щодо катода напруга, частина електронів спрямовується до анода, внаслідок чого виникає електричний струм. Якщо до анода прикласти від’ємну щодо катода напругу, то електрони повертаються до катода. Струм у такому випадку не виникає, оскільки на аноді електронна емісія не відбувається. Отже, електровакуумний діод проводить електричний струм лише в одному напрямку.

Газорозрядний діод відрізняється від електровакуумного тим, що його колба наповнена інертним газом, а також деякими конструктивними особливостями. При подаванні на анод газорозрядного діода додатної щодо катода напруги електрони, емітовані катодом, прискорюються й іонізують газ, у результаті чого між катодом і анодом виникає газовий розряд, плазма якого проводить електричний струм. При подаванні на анод від’ємної щодо катода напруги емітовані електрони повертаються до катода і газовий розряд не виникає, оскільки на аноді електронна емісія не відбувається.

Напівпровідниковий діод – це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Принцип дії напівпровідникового діода ґрунтується на явищі p-n переходу. Якщо сплавити напівпровідники з різними типами провідності (n- та p-провідністю), то на межах їхнього стику утворюється p-n-перехід. Вільні електрони з зони напівпровідника з n-провідністю рекомбінують з «дірками» напівпровідника з p-провідністю. Утворюється нейтральний шар, який розділяє дві зони з електричними зарядами. Створюється різниця потенціалів. Якщо подати напругу від’ємним знаком на n-зону та додатним – на p-зону, то електрони будуть здатні подолати нейтральний бар’єр і через діод потече струм (пряме увімкнення діода). Якщо подати напругу додатним знаком на n-зону, а від’ємним – на p-зону, то нейтральний шар розшириться і струм протікати не буде. Більш детально з процесами, що протікають у p-n-переході, можна ознайомитися під час виконання лабораторної роботи «Дослідження властивостей p-n переходу в напівпровідникових діодах».

У сучасних електронних приладах здебільшого використовуються напівпровідникові діоди.

У цій практичній роботі пропонується виготовити і випробувати цікавий прототип газорозрядного діода, в якого іонізованим провідним середовищем виступає полум’я свічки. Схема такого діода представлена на рисунку 2.

Рис. 2. Схема полум’яного діода

Два електроди, анод і катод, розміщають у полум’ї свічки так, щоб катод перебував у більш гарячій зоні полум’я з температурою, достатньою для термоелектронної емісії, а анод – у менш гарячій, з температурою, недостатньою для термоелектронної емісії.

Такий діод працює за аналогією з газорозрядним діодом. Відмінністю полум’яного діода від газорозрядного є лише те, що провідне іонізоване середовище підтримується постійно, за допомогою полум’я, яке також слугує для розігріву катода.

Свого часу радіолюбителями були проведені досліди, які довели можливість застосування діода зі свічки як детектора для радіоприймача.

Хід роботи

1. З мідного або сталевого дроту зігніть електроди довжиною 8…10 см. Ділянка електродів, яка занурюється в полум’я, може бути як прямою, так і спіральною. Приклад виготовлення електродів показаний на рисунку 3.

Рис. 3. Приклад виготовлення електродів

2. За допомогою ізоляційної стрічки примотайте електроди до свічки, як показано на рисунку 4. За такого закріплення електродів забезпечується можливість регулювання їхнього положення.
3. За допомогою з’єднувальних проводів під’єднайте до електродів мультиметр. Нижній електрод (катод) з’єднайте з гніздом «COM» мультиметра, а верхній (анод) – з гніздом «VΩ». Мультиметр увімкніть на вимірювання опору на діапазон 20М. За такого підключення мультиметр буде вимірювати опір у МОм при подачі на анод додатної, а на катод – від’ємної напруги.
4. Увімкніть мультиметр і запаліть свічку.
5. Відрегулюйте положення електродів у полум’ї так, щоб нижній електрод (катод) розжарювався до червоного жару, а верхній (анод) – ні.
6. Додатково відрегулюйте положення електродів так, щоб досягти мінімального опору.
7. Змініть полярність підключення електродів до мультиметра на протилежну. Якщо положення електродів налаштоване правильно, то опір за такої полярності підключення має бути значно більшим, ніж за початкової полярності.

Рис. 4. Кріплення електродів до свічки

8. З першого разу не завжди вдається правильно налаштувати положення електродів. Через особливості будови полум’я буває так, що більш розігрітим виявляється верхній електрод, а не нижній, і він у такому випадку може стати катодом. Також буває, що обидва електроди розігріваються однаково і спостерігається провідність в обох напрямках. Якщо ваш діод належно не запрацював з першого разу, не засмучуйтеся. Відтворіть дослід декілька разів, і у вас обов’язково все вийде.
9. За бажання візьміть будь-який напівпровідниковий діод, наприклад 1N4007, і за допомогою мультиметра в тому самому діапазоні виміряйте опір за прямої та зворотної полярності підключення.

Аналіз даних

Дійдіть висновків щодо принципу дії та якості створеної моделі газорозрядного діода.