Sbírka řešených úloh

Polovodičová dioda v propustném směru

Úloha číslo: 34

Na obrázku vlevo je v elektrickém obvodu zapojena polovodičová křemíková dioda v propustném směru.

a) Jaký údaj bude na voltmetru, jestliže ampérmetr ukazuje 250 mA?

b) Určete napětí mezi body A, B (tedy napětí na rezistoru) a svorkové napětí baterie.

c) Při jak velkém napětí na diodě bude procházet baterií proud 1000 mA?

Graf na obrázku vpravo znázorňuje voltampérovou charakteristiku diody zapojené v propustném směru.

V této úloze předpokládáme, že jsou oba přístroje ideální, tj. elektrický odpor voltmetru je nekonečný a ampérmetr má nulový odpor.

• Řešení části a)

  Proud diodou není přímo úměrný napětí, tj. neplatí Ohmův zákon. Velikost napětí na diodě při známém proudu musíme odečíst z grafu. Protože voltmetr je ideální, tak celým obvodem protéká stejný proud. Ampérmetr tedy skutečně ukazuje hodnotu proudu diodou, baterií i rezistorem.

  

  Z  voltampérové charakteristiky zjistíme, že proud procházející diodou I_D = 250 mA odpovídá napětí na diodě U_D = 0,8 V.

• Řešení části b)

  

  Odpor rezistoru R:

  \[R\,=\,10\,\mathrm{\Omega}\,.\]

  Proud procházející ampérmetrem je stejný jako proud, který protéká diodou i rezistorem.

  \[I\,=\,250\,\mathrm{mA}\,=\,0{,}25\,\mathrm{A}\,.\]

  Napětí na rezistoru vypočítáme z Ohmova zákona:

  \[U_\mathrm{R}\,=\,RI\,, \]

  kde R je odpor rezistoru a I je proud procházející rezistorem.

  \[U_\mathrm{R}\,=\,10{\cdot} 0{,}25\,\mathrm{V}\,=\,2{,}5\,\mathrm{V}\,\]

  Svorkové napětí baterie je rovno součtu napětí na rezistoru a napětí na diodě:

  \[U\,=\,U_\mathrm{R}+U_\mathrm{D}\] \[U\,=\,\left(2{,}5+0{,}8\right)\,\mathrm{V}\,=\,3{,}3\,\mathrm{V}\,.\]

• Řešení části c)

  Proud procházející baterií je stejný jako proud procházející diodou. Proto hodnotu napětí na diodě odečteme z grafu:

  

  Proud procházející baterií I = 1000 mA odpovídá napětí na diodě U_D = 0,9 V.

• Odpověď

  Jestliže ampérmetr ukazuje proud 250 mA, pak voltmetr bude ukazovat hodnotu 0,8 V. Napětí na rezistoru bude 2,5 V a svorkové napětí baterie 3,3 V.

  Jestliže baterií prochází proud 1000 mA, pak napětí na diodě má hodnotu 0,9 V.

• Odkaz na podobnou úlohu

  Zkuste si vyřešit také úlohu Polovodičová dioda v závěrném směru.