Logo
Logo

Лампа и фотодиод

Содержание
Оборудование

Комплектация оборудования на столе

ОборудованиеКоличествоХранениеПримечание
1Осциллограф Rigol DS10541  
2Генератор
UNI-T UTG9002C
(серый корпус)
1 Принципиально не синий.
3Источник постоянного тока
MASTER HY3003
2 Подходит другой с диапазоном напряжений не менее 15 В. Если диапазон напряжений больше 15 В, перед началом тура объявить, что запрещено выставлять на источнике напряжение, большее 16 В!
4Силовой кабель питания к
осциллографу, генератору, источникам
4  
5Мультиметр1 Модель не принципиальна, используется в режимах омметра и вольтметра.
6Лампа накаливания
H4-12017
 
1 https://www.chipdip.ru/product/h4-12017
7Держатель лампы
накаливания
BA9S
1 В России такие не продаются, заказываются, например, с AliExpress.
8Резистор 1 Ом1 Расчётная мощность непринципиальна.
9Фотодиод в корпусе, спаянный последовательно с резистором 1 МОм1 См. 9a-9c.
9aФотодиод BPW-341 

Выводы фотодиода — катод и анод. Согласно условию красный провод должен соответствовать аноду, чёрный — катоду. Вывод, соответствующий аноду (т. е. красному проводу), можно распознать по характерной полоске в плоскости фотоэлемента (см. рис.).

Длина проводов — около 10 см каждый.

9bКорпус фотодиода1 Пластиковая заглушка для трубы диаметром 5 см с просверленными диаметрально противоположно отверстиями для вывода проводов.
9cРезистор 1 МОм1 

Припаять последовательно к фотодиоду, место спая изолировать термоусадкой/изолентой для исключения возможности подключения к нему.

Резистор используется для предохранения фотодиода от сожжения.

10Провод BNC-крокодил3 Для подключения генератора переменного тока и двух каналов осциллографа.
11Провод банан-крокодил6 Для подключения источников постоянного тока и мультиметра.
12Штатив1  
13Лапки штатива2  
14Линейка 50 см1 Подойдёт другая длиной не менее 20 см.
15Ноутбук с программой lamp.exe1 В папке с программой (желательно названной фамилией школьника) должны присутствовать пустые файлы «V(T)_синус.txt» и «V(T)_ступени.txt».
16Чёрная подложка (при необходимости)1 Что-нибудь чёрное (картон, бумага ткань и т. п.), что может снизить фоновую засветку отражённого от стола света (при необходимости).

Перед началом работы

  1. Подключить осциллографы, генераторы, источники к сети. При необходимости использовать удлинители. Если провода питания будут находиться слишком близко к измерительным проводам и другим частям установки, это вызовет помехи при измерениях, поэтому все провода питания должны быть расположены на достаточном расстоянии от установки.
  2. Закрыть шторы, выключить освещение. Во время проведения эксперимента в помещении не должно быть никаких световых помех, вызванными приборами, питающимися от сети 50 Гц.
  3. Если диапазон напряжений источника больше 15 В, перед началом тура объявить, что запрещено выставлять на источнике напряжение, большее 16 В! Нарушение запрета может привести к сожжению фотодиода.
  4. Вставить лампы в держатели.
Возможные проблемы с оборудованием во время работы

Не обнаружено.

Самостоятельная уборка школьников

  1. Отключить все приборы.
  2. Разобрать установку, сложить все соединительные провода.

Во время пересменки

  1. При необходимости заменить лампы и резисторы 1 Ом.

После окончания работы

  1. Отключить от сети и убрать на места осциллографы, генераторы, источники.
  2. Соединительные провода и провода питания смотать стяжками и убрать на место.
  3. Остальное оборудование убрать по местам.
Работа со школьниками
Перед началом работы

Ничего не требуется, всё необходимое указано в условии.

Во время работы

  1. При необходимости напомнить, что уменьшение масштаба осциллографа увеличивает точность измерений.
  2. Когда школьники переходят к части C, проверить, что получаемый сигнал осциллографа, соединённого с фотодиодом, соответствует описанному в условии. В противном случае проверить все параметры установки и подаваемого на лампу сигнала, если требуется, настроить DC LEVEL на генераторе.
  3. При необходимости помочь с выводом теории в части C.
  4. Следить за тем, чтобы помехи не «заглушали» исследуемый сигнал. Если это происходит, проверить, нет ли световых помех, по возможности отдалить провода питания от установки.
  5. Следить за верным подключением «земли» осциллографа и источника (у источника постоянного тока «землёй» является «минус»).

После окончания работы

  1. Напомнить, что ВАХ — это зависимость тока от напряжения ($I(U)$), а не наоборот.
  2. Напомнить, что при измерении сопротивления омметром (например, сопротивления нити лампы) нужно учитывать сопротивление его проводов.
  3. Сделать акцент на верную схему в пункте B1. Она верная, так как действительно позволяет получать силу тока через фотодиод и напряжение на нём без каких-либо пренебрежений.

    Привести пример неверной схемы: если подключать вольтметр параллельно фотодиоду с резистором 1 МОм, то через него тоже потечёт ток. Учитывая, что нам не известно в условии сопротивление вольтметра, этот ток может быть сравним с током через фотодиод, поэтому измерения тока с помощью такой схемы не корректны, и такая схема не считается верной.
  4. Пояснить, что такое область перегиба (см. разбалловку пункта В1) и почему её надо тщательно промерять (так как любые особенности графиков нужно тщательно промерять).
  5. Отметить, что части A, C в этой задаче независимы от части B и наоборот, поэтому при возникновении трудностей в части B можно было пропускать её и начинать часть C, где очень легко набрать баллы за теорию. Общая идея: в начале тура прочитать всё условие и отразить для себя, какие части зависимы, какие нет, какие части делаются быстро, какие можно пропустить и т. п.