Lehrer-/Dozentenblatt Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Die Leuchtdiode (Artikelnr.: P37800) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 0-3 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Elektronik Experiment: Die Leuchtdiode Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 0 Minuten 0 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Lichtemitterdioden (LED) sind pn-übergänge aus GaAs oder GaP. Je nach der gewünschten Wellenlänge des Lichtes werden die Substrate mit unterschiedlichen Elementen dotiert. Werden die pn-übergänge an eine Stromquelle in Durchlassrichtung angeschlossen, so überfluten Elektronen und Löcher die Grenzschicht und rekombinieren dort. Dabei wird die aufgewendete Energie in Form von sichtbarem oder infrarotem Lich frei. In Sperrrichtung betrieben, verhält sich eine Leuchtdiode wie eine gewöhnliche Diode. Allerdings ist die maximale Sperrspannung recht gering. Sie liegt z.t. unter 0 V. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Um eine bequeme Einstellmöglichkeit der Spannung im Bereich der Durchlassspannung zu ermöglichen, die bei etwa V bis 2 V liegt, wird ein aus R and R 2 gebildeter Spannungsteiler verwendet. Dadurch ist es möglich, die Spannung U N am Netzgerät von 0 V bis 2 V zu variieren, ohne die Leuchtdiode in Durchlassrichtung zu überlasten oder in Sperrrichtung die maximale Sperrspannung zu überschreiten. Leuchtdioden dürfen nur mit einem Vorwiderstand betrieben werden. Er begrenzt die Durchlassstromstärke auf den zulässigen Wert, der bei dem verwendeten Diodentyp I D,max = 20 ma beträgt. Er lässt sich nach der folgenden Formel berechnen: R V = (U N U D ) I D,max. Anmerkung Die Bestimmung der Art und Polarität einer Stromquelle kann in der beschriebenen Weise nur dann vorgenommen werden, wenn die Spannung mindestens so hoch ist, dass die Diode leuchtet, aber die zulässige Sperrspannung der Diode nicht überschritten wird. Ist die Spannung zu hoch, dann kann durch einen Spannungsteiler eine für die Diode ungefährliche Spannung eingestellt werden. Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Die Leuchtdiode (Artikeler.: P37800) Aufgabe ued Material Aufgabe Welche Eigeeschaftee ued Aeweeduegsmöglichkeitee habee Leuchtdiodee?. Untersuche die Abhängigkeit zwischen Stromstärke und Spannung an einer Leuchtdiode in Durchlass-und in Sperrrichtung sowie die von der Diode aufgenommene elektrische Leistung. 2. Erprobe die Eignung von Leuchtdioden zur Bestimmung der Stromart und der Polarität von Stromquellen. Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Material Positioe Material Besteller. Meege Leitungs-Baustein, gerade, SB 0560-0 3 2 Leitungs-Baustein, winklig, SB 0560-02 4 3 Leitungs-Baustein, T-förmig, SB 0560-03 2 4 Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB 0560-04 2 5 Leitungs-Baustein, gerade mit Buchse, SB 0560-6 Leitungs-Baustein, winklig mit Buchse, SB 0560-2 7 Widerstand 50 Ohm, SB 0562-50 8 Widerstand 00 Ohm, SB 0563-0 2 9 Leuchtdiode, rot, SB 05654-00 0 Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot 07360-0 Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau 07360-04 2 Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot 0736-0 2 3 Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau 0736-04 2 4 Vielfachmessinstrument, analog 07028-0 2 5 PHYWE Netzgerät DC: 0...2 V, 2 A / AC: 6 V, 2 V, 5 A 3506-93 Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Aufbau ued Durchführueg Aufbau. Versuch Versuch nach Abb. und Abb. 2 aufbauen; Messbereiche 0 V- und 30 ma- einstellen Abb. Abb. 2 2. Versuch Versuch nach Abb. 3 und Abb. 4 aufbauen; Gleichspannung 6 V einstellen. Abb. 3 Abb. 4 Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Durchführueg. Versuch Netzgerät einschalten und Spannung von 0 V an Stufenweise erhöhren; Messwerte für Stromstärke und Diodenspannung in Tabelle im Protokoll eintragen Netzgerät ausschalten; LED mit entgegengesetzter Polung in die Schaltung wie in Abb. 5 und Abb. 6 einsetzten Netzgerät einschalten und in gleicher Weise Messwerte für Stromstärke und Spannung ermitteln; Werte in Tabelle eintragen. Da du die Polarität der Diode verändert hast, trage die Werte für die Spannung als negative Werte in die Tabelle ein. Netzgerät ausschalten Abb. 5 Abb. 6 2. Versuch. Aufgabe: Gleichspannung auf 6 V einstellen und Netzgerät einschalten Leuchtdiode beobachten, dann um 80 gedreht aufstecken (Abb. 7 und Abb. 8) und wiederum beobachten; Beobachtungen notieren Verbindungsleitungen am Netzgerät auf Wechselspannung 6 V umstecken 2. Aufgabe: Beobachtungen und Umstecken der Leuchtdiode wie bei Gleichspannung durchführen; Beobachtungen notieren Netzgerät ausschalten Abb. 7 Abb. 8 Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Protokoll: Die Leuchtdiode Ergebeis - Tabelle (26 Puekte) Notiere Deine Messwerte für den. Versuch in der Tabelle. Trage die Spannung in Sperrrichtung mit umgekehrtem Vorzeichen in die Spalte "Spannung an der LED" ein. Die ersten 6 Spannungsstufen in der Tabelle entsprechen der Sperrrichtung, die nächsten 7 der Durchlassrichtung. Spannungsstufe am Netzgerät U N in V 2 0 8 6 4 2 0 2 4 6 8 0 2 Spannung an der LED U D in V Stromstärke I D in ma Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Number.0 0.5 I D in ma 0.0-0.5 -.0 - -0.75-0.5-0.25 0 0.25 0.5 0.75 U D in V Ergebeis - Beobachtuegee (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur. Aufgabe des 2. Versuchs (s. Durchführung). Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Ergebeis - Beobachtuegee 2 (0 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 2. Aufgabe des 2. Versuchs (s. Durchführung). Auswertueg - Frage (0 Puekte) Beschreibe den Verlauf der Kennlinie und ihren Zusammenhang mit dem Leuchten der Diode. Vergleiche die Kennlinie mit der einer normalen Siliziumdiode. Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Auswertueg - Frage 2 (0 Puekte) Wie hoch ist die von der Leuchtdiode maximal aufgenommene elektrische Leistung? Stelle einen Vergleich mit der elektrischen Leistung einer Glühlampe für Kleinspannungen an. Auswertueg - Frage 3 (0 Puekte) Erkläre das Verhalten der Leuchtdiode bei Anschluss an Gleichspannung (Ergebnis - Beobachtungen ). Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 7:0:5 P37800 Auswertueg - Frage 4 (0 Puekte) Wie kann die Beobachtung in Ergebnis - Beobachtungen 2 erklärt werden? Auswertueg - Frage 5 (0 Puekte) Wie müsste man vorgehen, um mit einer Leuchtdiode die Art einer Spannung und im Falle von Gleichspannung zusätzlich deren Polarität zu erkennen? Robert-Bosch-Breite 0 Tel: 055 604-0 info@phywe.de 37079 Göttingen Fax: 055 604-07 www.phywe.de