Warto przeczytać

Charakterystyka prądowo‑napięciowa elementu obwodu to zależność natężenia prądu płynącego przez ten element od napięcia przyłożonego do jego końców.

Doświadczalne wyznaczanie tej zależności zaczyna się od zbudowania obwodu elektrycznego, składającego się ze źródła napięcia, badanego elementu i mierników: woltomierza i amperomierza (Rys. 1.).

R3yaJUmylDJiY

Rys. 1. Rysunek przedstawia schemat obwodu składającego się ze źródła prądu, szeregowo połączonego z amperomierzem i elementem- odbiornikiem narysowanym w kształcie prostokąta. Woltomierz podłączony jest do tego elementu równolegle.

Istotą doświadczenia jest zbadanie zależności wartości prądu płynącego przez element od podawanego napięcia.

Wykonując doświadczanie w sposób klasyczny, operujemy źródłem napięcia stałego, zapisujemy odczyty mierników w tabeli oraz wykonujemy wykres zależności natężenia prądu od przyłożonego napięcia, $I\left(U\right)$.

Współcześnie wykorzystuje się do tego mierniki cyfrowe wraz z oprogramowaniem, które zapisuje automatycznie w pamięci komputera wyniki pomiarów oraz tworzy z nich dowolne wykresy, w tym wykres zależności $I\left(U\right)$. Rolą osoby przeprowadzającej doświadczenie jest wyłącznie zmienianie wartości podawanego napięcia i interpretacja wyników końcowych.

Jako źródło zasilania można w tym przypadku zastosować także generator napięcia zmiennego (najlepiej wolno zmiennego sinusoidalnego). Wystarczy wtedy tylko włączyć obwód i obserwować wyniki. Powstające w ten sposób automatycznie wielokrotne pomiary tych samych wartości ułatwią ocenę niepewności pomiarowej wyznaczenia charakterystyki. Taki sposób przeprowadzenia doświadczenia można jednak zastosować tylko wtedy, gdy natężenie prądu nie zależy od innych, wolnozmiennych czynników, np. temperatury badanego elementu.

Przykładowe charakterystyki prądowo‑napięciowe przedstawiono na Rys. 2.

Rhvepni7fwdfx

Rys. 2. Przykładowe trzy charakterystyki prądowo napięciowe. Na osi pionowej jest natężenie, na poziomej napięcie. Wykres lewy Wykres zależności natężenia od napięcia . Natężenie wyrażone jest w miliamperach, na osi pionowej skala do 200 miliamperów. Napięcie wyrażone jest w woltach, na osi poziomej skala do 16 woltów. Wykresem jest linia prosta przechodząca przez początek układu współrzędnych nachylona pod kątem 450. Wykres środkowy Natężenie prądu wyrażone w amperach, skala do 1 ampera, napięcie wyrażone w woltach, skala do 250 woltów. Wykresem jest krzywa przechodząca przez początek układu współrzędnych. Krzywa przypomina fragment paraboli, ma charakter funkcji rosnącej. Wykres prawy Natężenie prądu wyrażone w mikroamperach, skala do 2,5 mikroampera, napięcie w woltach , skala do8 woltów.. Wykres zaczyna się w punkcie minus 1 wolt, 0 mikroamperów i jest linią prostą do punktu plus 2 wolty i 2 mikroampery. Przecina oś pionową w punkcie 0,5 mikroampera. Dla rosnących wartości napięcia, większych niż dwa wolty staje się linią poziomą równoległą do osi napięcia.

Przed przystąpieniem do wykonania doświadczenie należy jednak ustalić kilka ważnych szczegółów:

1. Jaki zakres mierzonych wartości napięcia i natężenia prądu nas interesuje? Najczęściej zależy to od elementu, jaki badamy. Zakresy mogą być inne dla różnych kierunków przepływu prądu.

2. Należy użyć takich mierników, których zakresy pomiarowe obejmują wartości, jakie chcemy zbadać.

3. Niekiedy trzeba rozważyć, jak skonstruować obwód do badania charakterystyki. Współczesne woltomierze mają opór elektryczny sięgający gigaomów, więc obwód przedstawiony na Rys. 1. jest optymalny, gdyż przez miernik napięcia w praktyce nie płynie prąd. Jednak przy badaniu elementów o bardzo dużym oporze lub dysponując urządzeniami niższej klasy, warto wziąć pod uwagę inne rozwiązania, opisane w e‑materiale „Jak zastosować w obliczeniach prawo Ohmaprawo Ohmaprawo Ohma?”.

4. Przed przystąpieniem do analizy wyników, w celu oceny niepewności pomiarowych, trzeba sprawdzić klasę miernika analogowegoklasa miernika analogowegoklasę miernika analogowego lub dokładność miernika cyfrowego podaną przez producenta.

Słowniczek