Как найти вольт амперную характеристику проводника

Для
любого электрического прибора важна
зависимость между током через прибор
и приложенным напряжением. Зная
эту зависимость, можно определить ток
при заданном напряжении или, наоборот,
напряжение, соответствующее заданному
току.

Если
сопротивление прибора по­стоянно,
не зависит от тока или напря­жения,
то связь между током и напря­жением
выражается законом Ома:

i
= u/R
или
i
=
Gu. (3.1)

Ток
прямо пропорционален напря­жению.
Коэффициентом пропорциональ­ности
является проводимость G
=
1/R.

График
зависимости между током и напряжением
называется вольт-амперной
характеристикой
данного
прибора или просто
характеристикой. Для
прибора, подчиняющегося
закону Ома, характе­ристикой
является прямая линия, про­ходящая
через начало координат (рис.
3.1).

Рис.
3.1. Вольт-амперная характеристика
ли­нейного
прибора

Чем
больше сопротивление R,
тем
меньше
проводимость G
и
тем меньше ток
при данном напряжении. Поэтому для
больших сопротивлений характе­ристика
идет более полого. Сопротив­ление R
связано
с углом наклона а характеристики
зависимостью

R
=
u/i
=
k
ctg
a, (3.2)

где к
—
коэффициент пропорциональ­ности,
учитывающий единицы величин, входящих
в формулу, и масштаб, в котором
значения величин отложены на осях.

Иначе можно написать:

G=
1/Д = j/u
=/с’ig
ос, (3.3)

где
к’
=
1/к.

Заметим,
что нельзя писать R
= ctg
a
или
G
= tg
а, так как R
и
G
— физи­ческие
величины, имеющие определен­ную
размерность и единицы для коли­чественной
оценки, a
tg
а и ctg
а — тригонометрические
функции, выражае­мые
только числом. Кроме того, в за­висимости
от масштаба на осях угол а
при данном R
может
быть различным.

Приборы,
принцип действия которых подчиняется¹
закону Ома, а вольт-ампер­ная
характеристика имеет вид прямой линии,
проходящей через начало коорди­нат,
называются линейными.

Существуют
также приборы, у кото­рых
сопротивление не постоянно, а за­висит
от напряжения или тока. Для таких
приборов связь между током и напряжением
выражается не законом Ома,
а более сложным образом и вольт-амперная
характеристика , не является прямой
линией, проходящей через начало координат.
Эти приборы называются нелинейными.

Электронно-дырочный
переход, по существу, представляет собой
полупро­водниковый
диод. Нелинейные свойства диода
видны при рассмотрении его вольт-амперной
характеристики. Пример такой характеристики
для диода небольшой мощности
дан на рис. 3.2. Она пока­зывает,
что прямой ток в десятки миллиампер
получается при прямом напряжении
в десятые доли вольта. Поэтому
прямое сопротивление бывает обычно
не выше нескольких десятков ом.
Для более мощных диодов прямой ток
составляет сотни миллиампер и

Рис.
3.2. Вольт-амперная характеристика
по­лупроводникового
диода

больше
при том же малом напряже­нии,
a
R_np
соответственно
снижается до единиц и долей ома.

Характеристику
для обратного тока, малого
по сравнению с прямым током, обычно
показывают в другом масштабе, что
и сделано на рис. 3.2. Обратный ток
при обратном напряжении до сотен вольт
у диодов небольшой мощности составляет
единицы или десятки микро­ампер.
Это соответствует сопротивлению
несколько
сотен килоом и больше. Так как
и_обр
» и_пр,
то эти напряжения также отложены
в разных масштабах. Вслед­ствие
различия в масштабах получился излом
кривой в начале координат. При неизменном
масштабе характеристика была
бы плавной кривой, без излома.

Характеристика
для прямого тока вначале
имеет значительную , нелиней­ность,
так как при увеличении м_пр
сопротивление
запирающего слоя умень­шается.
Поэтому кривая идет со все боль­шей
крутизной. Но при напряжении в десятые
доли вольта запирающий слой практически
исчезает и остается только сопротивление
п-
и
р-областей, которое приближенно
можно считать постоян­ным.
Поэтому далее характеристика ста­новится
почти линейной. Небольшая не­линейность
здесь объясняется тем, что при
увеличении тока п- и
р-области нагреваются
и от этого их сопротив­ление
уменьшается.

Обратный ток при увеличении
обрат­ного
напряжения сначала быстро воз-

растает.
Это вызвано тем, что уже при небольшом
обратном напряжении за счет повышения
потенциального барьера в переходе
резко снижается диффузионный ток,
который направлен навстречу току
проводимости.
Следовательно, полный ток
i_o6p
= 1д_Р
— 1_ДИф
резко увеличивается. Однако
при дальнейшем повышении обратного
напряжения ток растет не­значительно.
Рост тока происходит вследствие нагрева
перехода* за счет утечки
по поверхности, а также за счет лавинного
размножения носителей за­ряда,
т. е. увеличения числа носителей заряда
в результате ударной
ионизации. Явление
ударной ионизации состоит в том, что
при более высоком обратном напряжении
электроны приобретают большую скорость
и, ударяя в атомы кристаллической
решетки, выбивают из них
новые электроны, которые, в свою очередь,
разгоняются нолем и также вы­бивают
из атомов электроны. Такой процесс
усиливается с повышением на­пряжения.

При
некотором значении обратного напряжения
возникает пробой
п — р-пере-хода,
при
котором обратный ток резко возрастает
и сопротивление запирающе­го слоя
резко уменьшается. Следует различать
электрический
и
тепловой
пробой
п —
р-перехода. Электрический пробой,
области которого соответствует на
рис. 3.2 участок АБВ
характе­ристики,
является обратимым, т. е. при этом пробое
в переходе не происходит необратимых
изменений (разрушения структуры
вещества). Поэтому работа диода
в режиме электрического пробоя допустима.
Специальные диоды для стабилизации
напряжения — полупро­водниковые
стабилитроны — работают на
участке БВ
характеристики.
Могут существовать два вида электрического
пробоя,
которые нередко сопутствуют друг
другу: лавинный и
туннельный.

Лавинный
пробой объясняется ла­винным
размножением носителей за счет ударной
ионизации и за счет вырыва­ния
электронов из атомов сильным электрическим
полем. Этот пробой ха­рактерен
для п
—
р-переходов большой толщины,
получающихся при сравни­тельно
малой концентрации примесей в

полупроводниках.
Пробивное напряже­ние
для лавинного пробоя составляет десятки
или сотни вольт.

Туннельный пробой объясняется
яв­лением туннельного эффекта. Сущность
последнего
состоит в том, что при поле
напряженностью более 10⁵
В/см, действующем
в п
— р-переходе
малой толщины,
некоторые электроны прони­кают
через переход без изменения своей
энергии. Тонкие переходы, в которых
возможен туннельный эффект, получаются
при высокой концентрации примесей.
Напряжение, соответствующее туннельному
пробою, обычно не превы­шает
единиц вольт. Более подробно туннельный
эффект рассматривается в гл.
8.

Области
теплового пробоя соответ­ствует
на рис. 3.2 участок ВГ.
Тепло­вой
пробой необратим, так как он сопровождается
разрушением структуры вещества
в месте п
—
р-перехода. Причи­ной
теплового пробоя является наруше­ние
устойчивости теплового режима и
—р-перехода. Это означает, что коли­чество
теплоты, выделяющейся в перехо­де
от нагрева его обратным током, превышает
количество теплоты, отво­димой от
перехода. В результате темпе­ратура
перехода возрастает, сопротив­ление
его уменьшается и ток увели­чивается,
что приводит к перегреву перехода
и его тепловому разрушению.

Соседние файлы в папке ФОЭ

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Что такое вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ — это вольт-амперная характеристика, а если точнее, зависимость тока от напряжения в каком-либо радиоэлементе. Это может быть резистор, диод, транзистор и другие радиоэлементы. Так как транзистор имеет более двух выводов, то он имеет множество ВАХ.

Думаю, не все, кто читает эту статью, хорошо учились в школе. Поэтому, давайте разберемся, что представляет из себя зависимость одной величины от другой. Как вы помните из школы, мы строили графики зависимости игрек (У) от икс (Х). Та переменная, которая зависит от другой переменной, мы откладывали по вертикали, а та, которая независима — по горизонтали. В результате у нас получалась система отображения зависимости «У» от «Х»:

Так вот, мои дорогие читатели,  в электронике, чтобы описать зависимость тока от напряжения, вместо «У»  у нас будет сила тока, а вместо Х — напряжение.  И система отображения у нас примет вот такой вид:

Именно в такой системе координат мы будет чертить вольт-амперную характеристику. И начнем с самого распространенного радиоэлемента — резистора.

ВАХ резистора

Для того, чтобы начертить этот график, нам потребуется пропускать через резистор напряжение и смотреть соответствующее значение силы тока тока. С помощью крутилки я добавляю напряжение и записываю значения силы тока для каждого значения напряжения. Для этого берем блок питания,  резистор и начинаем  делать замеры:

Вот у нас появилась первая точка на графике. U=0,I=0.

Вторая точка: U=2.6, I=0.01

Третья точка: U=4.4, I=0.02

Четвертая точка: U=6.2, I=0.03

Пятая точка: U=7.9, I=0.04

Шестая точка: U=9.6, I=0.05

Седьмая точка: U=11.3, I=0.06

Восьмая точка: U=13, I=0.07

Девятая точка: U=14.7, I=0.08

Давайте построим график по этим точкам:

Да у нас получилась почти прямая линия! То, что она чуть кривая, связана с погрешностью измерений и  погрешностью самого прибора. Следовательно, так как у  нас получилась прямая линия, то значит такие элементы, как резисторы называются элементами с линейной  ВАХ.

ВАХ диода

Как вы знаете, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Это свойство диода мы используем в диодных мостах, а также для проверки диода мультиметром.  Давайте  построим ВАХ для диода.  Берем блок питания, цепляем его к диоду (плюс на анод, минус на катод) и начинаем точно также делать замеры.

Первая точка: U=0,I=0.

Вторая точка: U=0.4, I=0.

Третья точка: U=0.6, I=0.01

Четвертая точка: U=0.7, I=0.03

Пятая точка: U=0.8,I=0.06

Шестая точка: U=0.9, I=0.13

Седьмая точка: U=1, I=0.37

 Строим график по полученным значениям:

Ничего себе загибулина :-). Вот это и есть вольт-амперная характеристика диода. На графике мы не видим прямую линию, поэтому такая вольт-амперная характеристика называется НЕлинейной. Для кремниевых диодов она начинается со значения 0,5-0,7 Вольт. Для германиевых диодов ВАХ начинается со значения 0,3-0,4 Вольт.

ВАХ стабилитрона

Стабилитроны  работают в режиме лавинного пробоя. Выглядят они  также, как и диоды.

Мы подключаем стабилитрон как диод в обратном направлении: на анод минус, а на катод — плюс. В результате, напряжение на стабилитроне остается  почти таким же, а сила тока может меняться в зависимости от  подключаемой нагрузки на стабилитроне. Как говорят электронщики, мы используем  в стабилитроне обратную ветвь ВАХ.

Рекомендуем посмотреть видео материал на эту тему:

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление

Подробности

Обновлено 13.08.2018 19:43

Просмотров: 755

«Физика — 10 класс»

Что заставляет заряды двигаться вдоль проводника?

Как электрическое поле действует на заряды?

Вольт-амперная характеристика.

В предыдущем параграфе говорилось, что для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах. Сила тока в проводнике определяется этой разностью потенциалов. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряжённость электрического поля в проводнике и, следовательно, тем большую скорость направленного движения приобретают заряженные частицы. Это означает увеличение силы тока.

Для каждого проводника — твёрдого, жидкого и газообразного — существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника.

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения, подаваемого на него, называют вольт-амперной характеристикой проводника.

Её находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Знание вольт-амперной характеристики играет большую роль при изучении электрического тока.

Закон Ома.

Наиболее простой вид имеет вольт- амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) её установил немецкий учёный Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

На участке цепи, изображённой на рисунке 15.3, ток направлен от точки 1 к точке 2. Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна U = φ₁ — φ₂. Так как ток направлен слева направо, то напряжённость электрического поля направлена в ту же сторону и φ₁ > φ₂.

Измеряя силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, можно убедиться в том, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка R.

Применение обычных приборов для измерения напряжения — вольтметров — основано на законе Ома. Принцип устройства вольтметра такой же, как и у амперметра. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.

Сила тока, проходящего по вольтметру, определяется напряжением между точками цепи, к которой он подключён. Поэтому, зная сопротивление вольтметра, можно по силе тока определить напряжение. На практике прибор градуируют так, чтобы он сразу показывал напряжение в вольтах.

Сопротивление.

Основная электрическая характеристика проводника — сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, т. е. противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника.

С помощью закона Ома (15.3) можно определить сопротивление проводника:

Для этого нужно измерить напряжение на концах проводника и силу тока в нём.

На рисунке 15.4 приведены графики вольт-амперных характеристик двух проводников. Очевидно, что сопротивление проводника, которому соответствует график 2, больше, чем сопротивление проводника, которому соответствует график 1.

Сопротивление проводника не зависит от напряжения и силы тока.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S равно:

где ρ — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь).

Величину ρ называют удельным сопротивлением проводника.

Удельное сопротивление материала численно равно сопротивлению проводника из этого материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют её омом.

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нём 1 А.

Единицей удельного сопротивления является 1 Ом • м. Удельное сопротивление металлов мало. А вот диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление серебра 1,59 • 10^-8 Ом • м, а стекла порядка 10¹⁰ Ом • м. В справочных таблицах приводятся значения удельного сопротивления некоторых веществ.

Значение закона Ома.

Из закона Ома следует, что при заданном напряжении сила тока на участке цепи тем больше, чем меньше сопротивление этого участка. Если по какой-то причине (нарушение изоляции близко расположенных проводов, неосторожные действия при работе с электропроводкой и пр.) сопротивление между двумя точками, находящимися под напряжением, оказывается очень малым, то сила тока резко возрастает (возникает короткое замыкание), что может привести к выходу из строя электроприборов и даже возникновению пожара.

Именно из-за закона Ома нельзя говорить, что чем выше напряжение, тем оно опаснее для человека. Сопротивление человеческого тела может сильно изменяться в зависимости от условий (влажности, температуры окружающей среды, внутреннего состояния человека), поэтому даже напряжение 10—20 В может оказаться опасным для здоровья и жизни человека. Следовательно, всегда необходимо учитывать не только напряжение, но и силу электрического тока. При работе в физической лаборатории нужно строго соблюдать правила техники безопасности!

Закон Ома — основа расчётов электрических цепей в электротехнике.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока —
Закон Ома для участка цепи. Сопротивление —
Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников —
Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников» —
Работа и мощность постоянного тока —
Электродвижущая сила —
Закон Ома для полной цепи —
Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»

Закон Ома для участка цепи. Соединения проводников

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Постоянный ток – электрический ток, не изменяющийся со временем. (Определение дано по учебнику: Савельев И.В. Курс общей физики, том II. Электричество. М.: Изд. «Наука», 1970 г. С. 108).

Формула силы тока: $I = frac{q}{t}$.

Прибор для измерения силы тока – амперметр, включается в цепь последовательно с проводником, через который идёт ток.

Формула напряжения: $U = frac{A}{q}$

Прибор для измерения напряжения – вольтметр, включается в цепь параллельно с проводником.

Вольт-амперная характеристика проводника – это зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов (напряжения) на концах проводника.

Закон Ома для участка цепи: $I = frac{U}{R}$.

Формула сопротивления проводника: $R = rho frac{l}{S}$.

Омметр – прибор для измерения сопротивления.

Различают последовательное, параллельное, смешанное соединение проводников.

Последовательное соединение проводников: $I = I_1 = I_2; U =U_1 + U_2; R = R_1 + R_2$.

Параллельное соединение проводников: $I = I_1 + I_2; U =U_1 = U_2; frac{1}{R} = frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2}$.

Узел – это точка электрической цепи, где сходится не менее трёх ветвей.

Смешанным соединением проводников называют такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Смешанные соединения проводников рассчитывают при помощи метода эквивалентных преобразований.

«Исследование зависимости силы тока в проводнике от сопротивления»

ВОЛЬТ-АМПЕ́РНАЯ ХАРАКТЕРИ́СТИКА (ВАХ), за­ви­си­мость си­лы элек­трич. то­ка $I$ от при­ло­жен­но­го к дан­но­му эле­мен­ту на­пря­же­ния $U$ или за­ви­си­мость па­дения на­пря­же­ния на дан­ном эле­мен­те от си­лы про­те­каю­ще­го че­рез не­го то­ка. Про­стей­шая ВАХ иде­аль­но­го про­вод­ника, имею­ще­го элек­трич. со­про­тив­ле­ние $R$, не за­ви­ся­щее от си­лы то­ка, оп­ре­де­ля­ет­ся Ома за­ко­ном, $U=RI$, и пред­став­ля­ет со­бой пря­мую ли­нию, про­хо­дящую че­рез на­ча­ло ко­ор­ди­нат. По­сколь­ку со­про­тив­ле­ние ре­аль­ных про­во­дя­щих сред ме­ня­ет­ся при из­ме­не­нии ус­ло­вий, их ВАХ, как пра­ви­ло, не­ли­ней­на. Напр., ВАХ элек­трич. раз­ря­да в га­зе (или жид­ко­сти) за­ви­сит от дав­ле­ния и ро­да га­за, раз­ме­ров уст­рой­ст­ва, ти­па при­ло­жен­но­го на­пря­же­ния (по­сто­ян­ное или пе­ре­мен­ное), на­ли­чия маг­нит­но­го по­ля и т. д. На ВАХ ши­ро­ко ис­поль­зуе­мо­го на прак­ти­ке тлею­ще­го раз­ря­да име­ет­ся па­даю­щий уча­сток при ма­лой си­ле то­ка, по­сто­ян­ный уча­сток ($U=const$) для нор­маль­но­го раз­ря­да при про­ме­жу­точ­ных $I$ и уча­сток, рас­ту­щий при боль­шой си­ле то­ка (ано­маль­ный раз­ряд). В од­нород­ных по­лу­про­вод­ни­ках вслед­ст­вие за­ви­си­мо­сти под­виж­но­сти но­си­те­лей за­ря­да от при­ло­жен­но­го по­ля ВАХ мо­жет быть не­од­но­знач­ной – т. н. ВАХ $N$-об­раз­но­го (рис.) и $S$-об­раз­но­го ти­пов. В не­од­но­род­ных по­лу­про­вод­ни­ках ВАХ силь­но не­сим­мет­рич­на, что ис­поль­зу­ет­ся для вы­прям­ле­ния пе­ре­мен­но­го то­ка.