Что такое вольт-амперная характеристика, как её построить и зачем она нужна? Для построения ВАХ потребуются источник питания с возможностью регулировки напряжения и тока, вольтметр и миллиамперметр. Я буду использовать самодельный лабораторный блок питания (ЛБП) у которого есть все перечисленные выше функции.
Для начала подключим к ЛБП мощный проволочный резистор сопротивлением 10Om и начнем постепенно увеличивать напряжение.
По оси Х будем откладывать значение напряжения, по оси Y значение тока, который будет протекать через резистор. Получившийся график и будет называться вольт-амперной характеристикой. т.е. он отображает зависимость тока протекающего через наш резистор в зависимости от напряжения которое мы подаем на его выводы. ВАХ резистора выглядит как прямая линия.
Ценность построения такого графика для резистора разумеется нулевая. Ток проходящий через резистор всегда можно рассчитать используя закон Ома I=U/R. Рассчитать две точки:
I(a)= U/R=1V/10Om=0.1A=100mA
I(b)= U/R=2V/10Om=0.2A=200mA
И провести прямую линию - но в природе существуют не только резисторы. Подключим к ЛБП лампу накаливания с номинальным напряжением 6.3V и током 0.3А. Для наглядности отобразим зависимость тока от напряжения на цоколе лампы на том же графике.
Как мы видим ВАХ лампы накаливания далек от прямой линии. Закон Ома тут уже не прокатит - мы не сможем просто померить сопротивление нити накала омметром и рассчитать ток проходящий через лампу. Чем больше ток проходящий через лампу - тем сильнее будет разогреваться нить накала и следовательно обладать большим сопротивлением. Из графика видно даже без расчетов, что при напряжении меньше 0.7V сопротивление лампы было меньше сопротивления резистора и с дальнейшим увеличением напряжения на входе лампы сопротивление разогревающейся нити продолжает возрастать. Такая ВАХ называется нелинейной. Где и для чего это можно использовать? В старинной советской книжке по электронике лампу предлагали использовать как защиту от к/з самодельных блоков питания. Пока нагрузка потребляет маленький ток нить накала лампы холодная, сопротивление минимально и лампа не оказывает значительного влияния на работу всей цепи. Если происходит короткое замыкание лампа вспыхивает, а самодельный блок питания останется не поврежденным. Для ВАХ можно построить и график обратного напряжения, но для резистора и лампы мы получим зеркальную картинку и особого смысла в этом нет.
Рассмотрим еще несколько примеров нелинейной ВАХ.
Построим ВАХ трех индикаторных (5мм) светодиодов красного, зеленого, и белого. Графики будут выглядеть следующим образом.
На обратном участке ВАХ светодиоды работают как обычные диоды - ток через них идет, а вот на прямом все диоды ведут себя по разному. Красный начинает светится от напряжения 1,6V зеленый от напряжения 1.8V, белый от напряжения 2.5V и связано это с тем, что для разного свечения светодиодов используются разные типы полупроводников. Максимальный допустимый рабочий ток в 20mA (при котором светодиод отдает максимум яркости, но не будет происходить деградации кристалла) для красного светодиода обеспечивается напряжением 1.9V, для зеленого 2.4V, для белого 2.8V. Даже незначительное увеличение напряжения чуть выше данных значений приводит к резкому увеличению тока через кристалл - именно поэтому для надежной и долгой работы светодиодов их необходимо питать от источников тока, а не напряжения.
Ну и напоследок классика жанра - обычный выпрямительный диод 1N4007. Обратное напряжение данного диода (при котором происходит необратимый пробой) составляет 1000V - поэтому обратную ветвь ВАХ с помощью ЛБП с максимальным напряжением 24V построить не получится.
Для того, чтобы не сжечь, диод при снятии ВАХ, лучше ограничить максимальный выходной ток ЛБП до 1А (максимальный допустимый ток в прямом направлении для данного диода).
Как видно из картинки ВАХ, диод начинает пропускать ток в прямом направлении от напряжения 0.5V и только при напряжении выше 0.9V ток через диод становится равным 1А - т.е. диод выходит на свой рабочий режим. Это нужно учитывать при постройке выпрямителей - так как 1V данный диод "откушает" в процессе преобразования переменного тока в постоянный (это называется падение напряжения на диоде). А если напряжение будет меньше значения 0.5V то и в прямом направлении данный диод ток пропускать не будет совсем. Теперь вы знаете как построить ВАХ неизвестного электронного прибора и как им пользоваться. Все опыты из данной статьи смотрите в видео:
