>Электрорадиоматериали
Методичні вказівки до лабораторним роботам
Санкт-Петербург
2000
>УДК 621.315.4
Упорядники: ст. преп. Р. І. Іванова, доценти Р. А.Татарникова, Б. У. Фролов, С.А. Гусєв.
Підготовка допереизд.: доценти С.А. Гусєв, И. К.Желанкина,Л.Ф.Погромская; під ред.С.А.Гусева.
>Электрорадиоматериали. Методичні вказівки до лабораторним роботам./ Під ред.С.А.Гусева. Вид. друге перекл. ідоп.;Балт. держ.техн. ун -т, СПб., 2000, з.
Мул. 26, табл. 18.
©
Зміст
Робота 1. Дослідження електричних властивостейпроводникових матеріалів........ 4
1. Стислі дані з теорії...................................................................................................................................... 4
2. Опис експериментальної установки......................................................................................................... 6
3. Порядок проведення роботи....................................................................................................................................... 6
4. Оформлення звіту........................................................................................................................................................ 7
Робота 2. Дослідження властивостейтерморезисторов............................................................................. 7
1. Стислі дані з теорії....................................................................................................................................... 7
2. Опис експериментальної установки.......................................................................................................... 9
3. Порядок виконання роботи...................................................................................................................................... 9
4. Оформлення звіту...................................................................................................................................................... 10
Робота З. Дослідження властивостейваристоров......................................................................................... 11
1. Стислі дані з теорії..................................................................................................................................... 11
2. Опис експериментальної установки........................................................................................................ 12
3. Порядок виконання роботи................................................................................................................................... 13
4. Оформлення звіту...................................................................................................................................................... 14
Робота 4. Дослідження властивостейфоторезисторов............................................................................... 14
1. Стислі дані з теорії..................................................................................................................................... 14
2. Опис експериментальної установки........................................................................................................ 16
3. Порядок проведення роботи..................................................................................................................................... 16
4. Оформлення звіту...................................................................................................................................................... 17
Робота 6. Дослідження властивостей сегнетоелектриків..................................................................... 17
1. Стислі дані з теорії..................................................................................................................................... 17
2. Опис експериментальної установки........................................................................................................ 19
3. Порядок виконання роботи................................................................................................................................... 19
4. Оформлення звіту...................................................................................................................................................... 21
Робота 7. Дослідження властивостейферромагнитних матеріалів.......................................... 21
1. Стислі дані з теорії..................................................................................................................................... 21
2. Опис експериментальної установки........................................................................................................ 23
3. Порядок виконання роботи................................................................................................................................... 24
4. оформлення звіту...................................................................................................................................................... 25
Робота 1
. Дослідження електричних властивостейпроводникових матеріалів
Мета роботи:
1) визначення питомих опорівпроводникових матеріалів низького і високого опору та його залежність від температури;
2) визначення залежності величини електрорушійної силитермопар від температури;
3) оцінка довжини вільного пробігу електронів в раз особистихпроводникових матеріалах.
1. Стислі дані з теорії
Основні властивостіпроводникових матеріалівхарактеризуются величиною питомої опоруелектрическому току >r, температурним коефіцієнтом питомої електричного опору a>r (ТК>r), величиноютермоелектро рушійної сили ЄТ.
>Наилучшими провідниками електричного струму є метали. Механізм перебігу струму в металах, знаходячищихся в твердому чи рідкому станах, обумовленийдвижением вільних електронів, тому метали є матеріалами з електронною електропровідністю.
>Электропроводность металів залежить від ідеалу кристалічною грати: що менше дефектів має кристалічна решітка, тим більша електропровідність. Тому чисті метали мають найменшими значеннями питомої опору, а опір сплавів завжди вище опорів металевих компонентів, які входять у до їхнього складу.
Металеві провідникові матеріали можна розділити на провідники малого опору (>r 0,1мкОмм) – мідь, срібло, алюміній тощо. буд., і провідники (сплави) високогосопротивления. В своє чергу діляться на термостійкі сплави для електронагрівальних приладів – ні хром,хромаль,фехраль та інших., ітермостабильние сплави для зразкових резисторів –манганин, константан.
B відповідність до електронної теорією металів:
, (1.1)
де >m>o =9,10910-31 кг, e =1,60210-19 >Кл – маса спокою і заряд електрона; » 105 м/с – середня швидкість теплового руху електронів; n>o = 1028 м-3 — число електронів в одиниці обсягу; lпорівн – середня довжина свободного пробігу електронів.
Розмір питомої електричного опору провідників переважно залежить середньої довжини вільного пробігу електронів lпорівн. З підвищенням тимператури амплітуда коливань вузлів кристалічною грати збільшується, середня довжина свободного пробігу електронів зменшується (>рис.1.1), а удільне опір зростає. твір питомоїсопротивления на величину середньої довжини вільного пробігу електрона є величиною постійної >r>lпорівн = а = >const.
>Температурним коефіцієнтом питомої опору a>r (ТК>r) називається відносне зміна питомої опору за зміни температури однією Кельвін (градус):
(1.2)
Залежність питомої опору від температури викликається як зменшенням довжини вільного пробігу електронів, а й збільшенням лінійних розмірів про водника. Тому a>r має дві складові: a>r = aR +al, (1.3)
де aR – температурний коефіцієнт опору в даноном інтервалі температур; al – температурний коефіцієнт лінійного розширення провідника, значення якого заведени в табл. 1.1. У чистих металів a>r >> al, для них a>r » aR. длятермостабильних металевих сплавів таке наближення не справедливо.
Таблиця 1.1
Метали і сплави
al >10-4, K-1
Мідь
0,167
>Константан
0,17
>Манганин
0,181
>Нихром
0,163
Температурний коефіцієнт електричногосопротивления (ТКR) резистора визначається вираженням
, (1.4)
де R>o –опір провідника за нормальної температури Тпро.Производная визначається дотично до кривою R(T) (>рис.1.2). Для визначення похідною >dR/>dT = >dR/>d>q (Т – температура в градусах Кельвіна, >q – в °З) будується залежність R(>q) (рис. 1.2). При заданої температурі (точка A) проводиться дотична до кривою R(>q), накото рій вибирається ділянку >ab довільній довжини.Производная визначається вираженням>dR/>d>q » DR/D>q.
експериментально удільне електричне опір визначається за такою формулою:
, (1.5)
де R – електричне опір провідника, P.S, I – площа поперечного перерізу й довжина провідника.
При зіткненні двох різних металів з-поміж них виникає контактна різницю потенціалів. Причиною цього є неоднакові значення робіт виходуелек тронів й різні значення концентрації вільнихелек тронів в стичних металах.
>Термопарой називається пристрій, що містить спай двох провідників чи напівпровідників. Якщо спай двох металів Проте й У (>термопара) має температуру T1, а вільні (>неспаянние) кінці темпера туру T2, причому T1>T2, то між вільними кінцями виникаєтермо-е.д.с.
, (1.6)
де – коефіцієнттермо-е.д.с. чи відносна питоматермо-е.д.с., >k=>1,38110-23Дж/К – сталаБольцмана, е – заряд електрона, п1, п2 – концентрації вільних електронів в стичних металах.
Утермопарах використовують провідники, котрі мають великий і стабільний у робочому діапазоні температур коефіцієнттермо-е.д.с.
2. Опис експериментальної установки
Експериментальна установка зображено на рис. 1.3. Зразки дротяних резисторів R1–R4, одержані із міді,константана,манганина інихрома,металлопленочний резисторМЛТ-1 (R5) і термопариТП1–ТП3помещаются в термостат 1 з термометром 2. Електричнесопротивление резисторів вимірюєтьсяомметром 3,е.д.с.термопар –милливольтметром 4. Переключатели П1 і П2 розміщені платі 5 й дозволяють по черзі підключати доизмерителям досліджувані провідники і термопари. Саме там приведено таблиця із зазначенням виду, довжини і перерізу досліджуваних провідників.
3. Порядок проведення роботи
Увага: всі три виміри по наступним пунктах проводяться одночасно.
3.1. Визначення питомої електричного опору провідників і обчислення aR, a>r.
Провідники,помещенние в термостат, по черзі залучити до вхідним затисканняомметра і виміряти їх опору спочатку при кімнатної температурі, та був у разі підвищення температури до 90 °із кроком 10 проЗ. Результати вимірів записати з точністю втабл.1.2.
Таблиця 1.2
провідник
>q, >oЗ
20
30
40
50
60
70
80
90
мідь
R1
>r1
a>R1
a>r1
>Константан
R2
…
…
…
3.2. Визначення залежностітермо-е.д.стермопар від тимператури.
Поруч із нагріванням провідників нагріваються розміщені у термостатспаи трьохтермопар. Холодні кінцітермопар по черзі підключити перемикачем П1 до мілівольт метру. Значення вимірюванихтермо-е.д.с. занести в табл. 1.3.
Таблиця 1.3
>q, °З
ET,мВ
>Термопара
мідь – константан
>хромель – алюмель
>хромель –копель
20
…
90
4. Оформлення звіту
1. Привести схеми експериментальних установок, дані вимірювальних приладів та досліджуваних елементів, і навіть таблиці вимірів.
2. За даними вимірів табл. 1.1 побудувати графік залежності R(>q). За графіком R(>q), і навіть по формулам (1.3), (1.5) розрахувати і занести в таблицю 1.1 значення aR, a>r, і >r кожного з досліджених провідників. За даними таблиці 1.1 побудувати графіки залежностейR(>q), >r(>q), aR(>q) і a>r(>q).
3.Рассчитать довжини вільного пробігу електронів для досліджених провідників при кімнатної температурі.
4. За даними таблиці 1.2 і з формулі (1.6) розрахувати середні значення відносної удільноїтермо-е.д.с. для дослідженихтермопар. побудувати графіки залежностей ЄТ(>q).
5. Привести стисле опис досліджених у роботі матеріалів (хіміческий склад, електричні властивості, області застосування).
6. Дати стислі висновки з результатам роботи.
Контрольні питання
1. Які матеріали ставляться до класу провідників?
2. Чим обумовлена висока електропровідність провідників?
3. Як можна класифікувати провідники?
4. Які чинники та чому впливають на удільне електричне опір?
5. Що таке температурний коефіцієнт питомої опору?
6. Для яких матеріалів і чому важливо враховувати лінійне розширення при нагріванні?
7. Що такетермо-е.д.с., у яких причина виникнення?
8. Виходячи з яких міркувань підбираються матеріали длятермопар?
Робота 2.
Дослідження властивостейтерморезисторов
Мета роботи:
а) визначення залежності опорутерморезисторов від температури;
б) визначення енергії активації і коефіцієнта температурної чутливості напівпровідника;
в) оцінка величини постійної часу тепловоїинерциитерморезисторов;
р) побудова динамічнихвольтамперних характеристиктерморезисторов.
1. Стислі дані з теорії
>Терморезистором називається напівпровідниковий резистор, опір що його сильної мірою залежить від температури.
>Удельная електрична провідність напівпровідників
, (2.1)
де – концентрація, – рухливість електронів і дірок відповідно.
У домішкових (n-типу чи >p-типу) напівпровідниках однією з доданків у наведеному вираженні можна знехтувати.
Рухливість носіїв при нагріванні змінюється порівняно слабко (по статечному закону, ~), а концентрація дуже (по експонентному закону, ~). Тому температурна залежність удільної провідності напівпровідників подібна температурної залежності концентрації основних носіїв, а електричне опіртерморезисторов можна визначити за такою формулою:
(2.2)
де Nпро – коефіцієнт, залежить від типу, і геометричних розмірів напівпровідника; DЕге – енергія активації домішок (для домішкових напівпровідників) чи ширина забороненої зони (для власних напівпровідників), >k – сталаБольцмана.
стала У =DЕге/>k називається коефіцієнт температурної чутливості і наводиться в паспортні дані натерморезистор. експериментально коефіцієнт температурної чутливості визначають за такою формулою
(2.3)
де Т1 і Т2 – вихідна й кінцева температури робочого температурного діапазону, R1 і R2 – опорутерморезистора за нормальної температури відповідно Т1 і Т2.
На рис. 2.1 наведено графік залежності опору напівпровідникового резистора від температури.
Найчастішетерморезистори мають негативний температурний коефіцієнт опору aR. Випускаються такожтерморезистори, які мають у порівняно вузькому інтервалі температур позитивний aR і звані >позисторами. При нагріванні величина опорутерморезисторовубивает, апозисторов зростає у сотні й тисячі раз. У довідниках значення aR наводиться для температури 20 проЗ. Значення aRтерморезисторов для будь-який температури буде в діапазоні 20…150 проЗ можна визначити за такою формулою:
(2.4)
>терморезистор характеризуєтьсяопределенной теплової інерцією, яка від хімічних властивостей напівпровідника і конструкції елемента (площі випромінюючої поверхні). Теплова інерція оцінюється постійної часу >t – часом, протягом якого різницю між власної температурою тіла, і температурою середовища зменшується в е (2,7183) раз.
Якщотерморезистор, має температуру >qпро, розмістити у середу ввечері з температурою >qз¹>qпро, його температура змінюватиметься з часом по показовому закону:
. (2.5)
Нарис.2.2 показаний процес зміни температуритерморезистора за його остиганні.
Зостиваниемтерморезистора опір його збільшується (рис. 2.3). Знаннязависимостей R(>q) (>рис.2.1) і R(>t) (рис. 2.3) дозволяє, переймаючись значеннями R і визначаючи по кривим рис. 2.1 і 2.3 відповідні їм значення >q і >t, побудувати залежність >q(>t) і побачити >t.
Розрізняють статичну і динамічну >вольтамперние характеристики (>ВАХ)терморезистора. При зняття статичноїВАХ струмфиксируется після тривалої витримкитерморезистора при кожному значенні напруги. ДинамічнаВАХ показує реакцію терморезистора на вплив імпульсів напруги різного розміру, але однаковою тривалості. струм фіксується наприкінці імпульсу.
>Терморезистор має одну статичної і сімейством динамічнихВАХ, відповідних ряду фіксованихдлительностей D>t імпульсів напруги.ВАХтерморезистора є думок нелінійних. динамічніВАХтерморезистора наведено на рис. 2.4.
При тривалості імпульсутерморезистор не встигає нагрітися й відвертий спротив її практично не змінюється зі зростанням напруги. При тривалостітерморезистор нагрівається, іВАХ стає істотно нелінійної. Чим більший тривалість імпульсу, то більше вписувалося струм при одному й тому ж величині напруги. СтатичнаВАХ відповідає .
2. Опис експериментальної установки
Експеримент проводиться на установці аналогічної зображеною нарис.1.3.терморезистор міститься утермостат, температура у якому вимірюється термометром чи термопарою. Опір резистора вимірюєтьсяомметром.
зняттявольтамперних характеристик виконується за схемою, наведеної на рис. 2.5.Измерительной ланцюг харчується джерела постійного регульованого напругиИП з умонтованим вольтметром V. Струм черезтерморезистор вимірюєтьсямиллиамперметром.
3. Порядок виконання роботи.
3.1. зняття залежності R(>q) опорутерморезистора від температури.
Включити термостат, електронний термометр і омметр. Виміряти опіртерморезистора що за різних температурах – від кімнатної до максимальної, рівної90°С, з інтерваломDq =10 °З. Результати досвіду занести в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Досвід
Розрахунок
Примітка
>q
R
Т
aR
>oЗ
>Ом
До
град.-l
20
…
90
>Терморезистор типу ...
3.2.опре розподіл теплової постійної часутерморезистора.
Вимірявши опіртерморезистора при 90 °З, швидко витягти його з термостата. Момент вилучення б сприйняти як >t = 0. Відключити термостат.
фіксуючи час, вимірювати опіртерморезистора за його остиганні до того часу, воно збільшено приблизно тричі. Дані вимірів занести в табл. 2.2.
Таблиця 2.2
>t
з
0
10
20
30
40
50
60
70
тощо. буд.
R
>Ом
3.3. Зняття динамічнихвольтамперних характеристик
Зібрати електричну схему установки відповідно до рис. 2.5.
Встановити напруга не вдома джерела харчуванняИП однакову5В.Замкнув ключ До, записати показаннямиллиамперметра в початковий час і далі через кожні 10 секунд. Через 60 з ключ розімкнути. Перед наступним виміром витримати хвилинну паузу для охолодженнятерморезистора. Повторити виміру для напруг 10, 15, 20, 25, 30 У; тривалість паузи зі зростанням напруги слід збільшувати. Результати досвіду занести в табл. 2.3.
Таблиця 2.3
U, У
і (>мА) через з
>t = 0
10
20
30
40
50
60
Примітка
5
Тип резистора …
10
…
30
4. Оформлення звіту
1. Привести схеми експериментальних установок, дані вимірювальних приладів та досліджуваних елементів, і навіть таблиці вимірів.
2. Для дослідженого температурного діапазону визначити по формулам (2.2) і (2.3) енергію активації DЕге і коефіцієнт температурної чутливості Утерморезистора.
3.Рассчитать за такою формулою (2.4) і занести в табл. 2.1 значення aR. за даними табл. 2.1 побудувати графіки залежностей R=>f(>q) і aR= >f(>q).
4. підставі даних табл. 2.1 і 2.2. побудувати графік залежності >q(>t). Визначити постійну часу >t теплової інерціїтерморезистора. За температуру середовища>qз прийняти кімнатну температуру.
5. за даними табл. 2.3 побудувати динамічнівольтамперние характеристикитерморезистора.
6. дати стислі висновки з результатам роботи.
Контрольні питання
1. Що називаютьтерморезистором?
2. Чим обумовлена електропровідність напівпровідників?
3. У чому причини сильної температурної залежності опору напівпровідникових резисторів?
4. Що таке коефіцієнт температурної чутливості, як він можна визначити експериментально?
5. Чомутерморезистори мають негативним температурним коефіцієнтом опору?
6. Що таке стала часутерморезистора, чому залежить її величина?
7. Як практично можна визначити постійну часутерморезистора?
8. У чому різницю між статичної і динамічноїВАХтерморезистора?
Робота З.
Дослідження властивостейваристоров
Мета роботи – дослідження основних властивостейваристоров і ілюстрація їх практичного застосування.
1. Стислі дані з теорії
в>аристором називається нелінійний напівпровідниковий резистор, електричне опір якого змінюється залежно від докладеної напруги.
>Варистори виготовляються з розмеленого карбіду кремнію (>SiC) з добавкою зв'язувальної речовини.
Причинами, які зумовлюють нелінійнийвольтампернойхарактеристикиваристора, є:
–микронагрев контактів між окремими зернами карбіду кремнію, що призводить до зростання провідності елемента всього обсягу;
– збільшення провідності внаслідок часткового про бою оксидних плівок, покриваючих зерна карбіду кремнію, принапряженностях електричного поля E = 105…106В/м;
– існування лежить на поверхні зерен карбіду кремнію замикаючих >р-п-переходів, обумовленихразличним характером електропровідності поверхнею й у обсязі окремого зернаSiC.
>ВАХваристора (рис. 3.1), як і будь-якого нелінейного резистора, у робітничій точці (точка А)характеризуется статичним і диференційнимсопротивлениями
(3.1)
де МU, MI — масштаби по осях координат.
Ступінь нелінійностіВАХ оцінюється коефіцієнтом нелінійності
, (3.2)
який вваристоров досить великий (b = 2…7) і кілька змінюється у різних точкахВАХ. Поділяючи перемінні у натуральному вираженні (3.2) і інтегруючи, можна отримати роботу аналітичну апроксимаціюВАХваристора , (3.3)
де У – >постоянная, що залежить від властивостей напівпровідникового матеріалу і геометричних розмірівваристора.
>Варистори широко застосовують у техніці захисту відперенапряжений (>искрогасители), встабилизаторах і обмежниках напруги, впреобразователях сигналу (>умножители частоти). У цьому роботі досліджується бруківцістабили затор напруги наваристорах (рис. 3.2). напруга не вдома стабілізатора одно різниці напруг наваристоре (U) і лінійномурезисторе (UR): U>вих = U - UR. Зі збільшенням вхідного напруги U>вх зростає струм в елементах мосту.Виходноенапряжение, з рис. 3.3, спочаткуувеличивается, потім падає нанівець і після зміни знака знову зростає по абсолютну величину. Зовнішняхарактеристика стабілізатора U>вих(U>вх) як холостого ходу приведено на рис. 3.4.
>Виходноенапряжение залишається приблизно постійним за зміни вхідного напруги від U>вх1 до U>вх2, коли величинадифференциального опоруваристора дорівнює чи близька до величині опору лінійного резистора.Количественной оцінкою стабілізації напруги є коефіцієнт стабілізації
(3.4)
Присинусоидальном вхідному напрузі містстабилизирует чинне значення вихідного напруги. Останнє містить третю гармоніку, питому вагукото рій зростає зростанням амплітуди вхідного напруги.
2. Опис експериментальної установки
>Вольтамперние характеристикиваристора знімаються за схемою рис. 2.5.Осциллографическое дослідженняваристорапроводится за схемою рис. 3.5.
>Измерительной ланцюг харчується від задає генератора >ЗГ.Переключатель П підключає на вхід осцилографа >ЭО >варистор чи (длямасштабирования осцилографа) лінійний резистор R. на вертикальніпластини >ЭО подається напруга з лінійного резистора Rпро, пропорційне току черезваристор, на горизонтальні пластини – напруга наваристоре. Отже, на екрані осцилографавоспроизводится динамічнаВАХ досліджуваного елемента.Входное напруга вимірюється цифровим вольтметром V.
Дослідження мостового стабілізатора наваристорах проходить за схемоюрис.3.6. Харчування здійснюється чи то з джерела постійної напруги, чи то з задає генератора залежить від становища перемикача П1.
>Переключатель П2 служить для перемикання вольтметра і осцилографа до вхідним чи вихідним затискання мосту.
3. Порядок виконання роботи
3.1 Зняттявольтамперной характеристикиваристора постійному струмі
Подать харчування на вимірювальну схему рис. 2.5. Змінюючи вхідний напруга від 0 до 60 У, виміряти та не записати в табл. 3.1 значення струму черезваристор (6…8 точок).
Таблиця 3.1
>Oпит
Розрахунок
U
I
>r>ct
Rбуд
b
У
>мА
>Ом
–
3.2Осциллографическое дослідженняваристора.
Подать харчування на схемурис.3.5.Зарисовивать на калькуВАХваристора при напрузі на вході 60 У. Визначити масштаби по току (по осі у) і знапряжению (по осі x) навіщо, нетро гаю регуляторів посилення осцилографа, перемикач П1 перекласти на становище «2». На екрані осцилографа вийде похила пряма –ВАХ лінійного резистора.Регулируя напруга, домогтися, щоб їх крайні точки не виходили межі екрана осцилографа. Масштаби (при R >> R>o) розраховуються так:
(3.5)
де U – напруга, обмірюване вольтметром, X, Y –проекцииВАХ на осі x, у.
3.3 Дослідження мостового стабілізатора напруги наваристорах
Досвід проходить за схемою рис. 3.6 як холостого ходу (Rзв =).
а) Дослідження мосту постійному струмі.
Відключити осцилограф рубильником До.Переключатель П2 встановити становище «1».Подключить до схемою джерело постійної напруги і регулюючи його напруга, встановити по цифровомувольтметру Vнапряжение U>вх на вході стабілізатора 10 У. Встановити перемикачП2 у безвихідь «2» і виміряти напруга U>вих не вдома стабілізатора. Провести аналогічні виміру зі збільшенням вхідного напруги до 80 У (через 10 У). Результати досвіду занести втабл.3.2. Коефіцієнт стабілізації вираховується за формулою 3.4.
Таблиця 3.2
U>вх, У
U>вих =, У
U>вих~ , У
Kст =
Kст ~
0
0
0
10
20
…
80
Після завершення дослідів відключити від схеми джерело постійної напруги.
б) Дослідження мосту на перемінному струмі.
Включити осцилограф і підключити його до досліджуваної ланцюга, замкнувши рубильник До. Переключити клеми і перемикач роду роботи цифрового вольтметра в режим виміру змінного напруги. Подать на вхід схеми змінне напруга від задає генератора >ЗГ і започаткувати виміру, аналогічні п.3.3.а. Результати вимірів занести в табл. 3.2. Для трьох значень напруги, відповідних ділянкам >ab, >bc і >cd нарис.3.4, зняти на калькуосциллограмми напруг U>вих(>t).
4. Оформлення звіту
1. Привести схеми експериментальних установок, дані вимірювальних приладів та досліджуваних елементів, і навіть таблиці з результатами вимірів і обчислень.
2. За даними таблиці 3.1 побудуватиВАХваристора, зняту постійному струмі.
3. Побудувати із зазначенням масштабів по осяхВАХваристора на перемінному струмі.
4. За даними табл. 3.2 побудувати характеристики «вхід-вихід» стабілізаторанапряжения U>вих(U>вх), зняті постійному і перемінному струмі.
5. Привести якісніосциллограмми напруг не вдома мостового стабілізатора.
6. Дати стислі висновки з роботі.
Контрольні питання.
1. Як мовитьсяваристором? З яких матеріалів їх виготовляють?
2. Чим обумовлена нелінійнийВАХваристора?
3. Що таке ступінь нелінійності як і використовуючи цей параметр можна апроксимуватиВАХваристора?
4. Де застосовуютьваристори і чому?
5. Як влаштований як і працює бруківці стабілізатор напруги наваристорах?
6. Яким параметром оцінюються стабілізуючі властивості стабілізатора напруги?
7. Як ступінь нелінійностіВАХваристора впливає величину коефіцієнта стабілізації?
8. Як одержатиВАХваристора на екрані осцилографа?
Робота 4.
Дослідження властивостейфоторезисторов
Мета роботи – дослідження основних характеристикфоторезисторов:
1) визначення залежності величини опору від освітленості;
2) отриманнявольтамперних характеристик приразличних значеннях освітленості;
3) визначення залежностіфототока від величиниосвещенности
4) визначення інтегральної чутливості.
1. Стислі дані з теорії
>Фоторезистором називається напівпровідниковий резистор, опір якого змінюється під впливом оптичного випромінювання.
Робота деяких напівпровідникових елементів полягає в використанні фотоелектричного ефекту – явищавзаимо дії електромагнітного випромінювання з речовиною, в результате якого енергія фотонів передаєтьсяелектронам речовини. У твердих і рідких напівпровідниках розрізняють зовнішній і внутрішній >фотоеффекти. У першому випадку поглинання фотонів супроводжується вильотом електронів з речовини. У другому – електрони, залишаючись ввеществе, переходять із заповненою енергетичної зони до зони провідності, обумовлюючи поява >фотопроводимости. У газах фотоефект полягає у іонізації атомів чи молекул під впливом випромінювання. Внутрішній фотоефект, що виникає у парі з електронного ідирочного напівпровідників, знижує контактну різницю потенціалів, виконуючи непосредственное перетворення електромагнітного випромінювання в енергію електричного поля, що використовують уфотодиодах,фототранзисторах. Найяскравіше внутрішній фотоефект виражений в напівпровідникових матеріалах як селен, германій, кремній, різніселенистие і сірчисті сполуки талію, кадмію, свинцю і вісмуту. З положень цих матеріалів виготовляють фотоелементи іфоторезистори.
За відсутності опроміненняфоторезистор має деяким великим опором Rт, що називається >темновим. Розміртемнового опору визначається температурою і чистотою напівпровідника. При додатку дофоторезистору різниці потенціалів у ланцюги виникає струм I = Iпро+ Iф, (4.1)
де Iпро –темновой струм, Iф –фототок. Залежністьфототока від освітленості (світлового потоку) називається світловий характеристикою (рис. 4.1).Фоторезистори мають лінійноївольтамперной характеристикою, одержуваної за незмінної освітленості Є (рис. 4.2).
Основним параметромфоторезисторов є інтегральна чутливість, під якої розуміють ставленняфототока до який викликав її появу світловому потоку білого (>немонохромного) світла, і прикладеному напрузі:
(4.2)
де P.S –облучаемая площафоторезистора, Gф –фотопроводимость, – світловий потік. Інтегральна чутливість виявляється у мікро- чимиллиамперах навольт-люмен (>мкА/Влм,мА/Влм). Зі збільшенням освітленості величина інтегральної чутливості зменшується, оскільки світлова характеристика Iф(E) має зону насичення.
Недолікамифоторезисторов є значна залежність опору від температури, характерна напівпровідників, і велика інерційність, що з великим часом рекомбінації електронів і дірок після припинення опромінення. Постійна часу >t різних типівфоторезисторов коливається не більше410-5 …>310-2 з. Так, дляфоторезисторов марокФС-КО,ФС-К1t =210-2 з, дляФС-А1 –t =410-2 з. Це обмежує швидкодію і утрудняє контроль швидких змін освітленості в приладах зфоторезисторами (>рис.4.3).
2. Опис експериментальної установки
>Фоторезистор (рис. 4.4) складається з діелектричнимпластини 1, яку завдано шар світлочутливого напівпровідникового речовини 2. З протилежних сторін цього укріплені електроди 3. Для захисту відмеханических впливівфоторезисторзапрессовивается в пластмасову оправу з прозорим вікном,штирьки якої з'єднані з його електродами.
У лабораторної установціфоторезистор розташовується всерединітемновой камери спеціальному панелі. Поруч розміщається фотоелемент, єдатчи комулюксметра – приладу,измеряющего освітленість. У протилежному кінці ка заходи на однаковомурасстоянии відфоторезистора і фотоелемента поміщений джерело світла із регульованим світловим потоком. Держак регулятора потоку розташована на лицьової панелі установки. Саме там вказаніоблучаемая площу ітемновое опірфоторезистора. Для виміру опору і струмуфоторезистора використовується універсальний цифровий вольтметр.Вольтамперние характеристики знімають за схемою рис. 2.5.
3. Порядок проведення роботи.
3.1 Визначення залежності опоруфоторезистора від освітленості.
Підготувати цифровий вольтметр до виміру опорів, навіщо перемикач типу робіт встановити становище «R», межу виміру – «10мОм».Подключить цифровий вольтметр доклеммамфоторезистора, розташованим на правої бічний панелі лабораторної установки.
Подать напруга на стенд, перевівши тумблер харчування, розташований на лицьової панелі, у безвихідь «>Вкл». Змінюючи освітленість регулятором на лицьової панелі відповідно до значеннями в табл. 4.1, виміряти і занести в табл. 4.1 опірфоторезистора.
Таблиця 4.1
E
лк
0
5
10
25
50
75
100
125
150
R
>мОм
Rт
>b=Rт/R
–
3.2 Зняття сімействавольтамперних характеристикфоторезистора.
Зібрати схему відповідно до рис. 2.5. Підготувати цифровий вольтметр до виміру струму, навіщо перемикач типу робіт експортувати становище «>мкА», межу виміру «100». Встановити освітленість Є = 10 лк. Змінюючи напруга не вдома джерела постійної напруги від 0 до 30 У (через 5 У), виміряти і занести в табл. 4.2 значення струму черезфоторезистор. Повторити досвід при значеннях освітленості 15, 25 лк.Темновой струм (при Є = 0) розрахувати згідно із законом Ома:
Таблиця 4.2
E = 0
Є= 10 лк
Є =15 лк
Є = 25 лк
U
I>o
I
Iф
P.Sі
I
Iф
P.Sі
I
Iф
P.Sі
У
>мкА
>мкА
>мкА
>мкА/лмВ
>мкА
>мкА
>мкА/лмВ
>мкА
>мкА
>мкА/лмВ
0
…
30
3.3 Визначення залежності інтегральної відчутностифоторезистора від величини освітленості.
Залежність P.Sі(E) визначається за схемою попереднього досвіду за незмінної значеннінапряжения U = 25 У. Результати досвіду і расчетов занести в табл. 4.3.
Таблиця 4.3
E
лк
0
10
20
40
60
80
100
120
150
I
>мкА
Iф
>мкА
P.Sі
>мкА/лмВ
4. Оформлення звіту
1. Привести схеми експериментальних установок, дані вимірювальних приладів та досліджуваногофоторезистора.
2. Оформити таблиці з результатами вимірів і обчислень. При розрахунках використовувати формули (4.1), (4.2).
3. Побудувати графіки R(E), P.Sі(E) і сімействоВАХ U(I)фоторезистора приосвещенностях Є = 10, 15, 25 лк.
4. Зробити стислі висновки з результатам проведенихисследований.
Контрольні питання
1. Що такефоторезистор, з яких матеріалів його виготовляють?
2. Чим обумовленафотопроводимость напівпровідників?
3. У чому різниця між внутрішнім і зовнішніхфотоеффектом?
4. Що такетемновое опір, чого залежить його величина?
5. Що розуміють під інтегральної чутливістюфоторезистора?
6. Що таке світлова характеристика? У чому причини її нелінійності?
7. ЧомуВАХфоторезистора при постійної освітленостілинейна?
8. У чому основні недолікифоторезисторов?
Робота 6. Дослідження властивостей сегнетоелектриків
Мета роботи – експериментальна перевірка основних теоретичних положень, визначальних фізичні процеси всегнетоелектриках за її періодичноїпереполяризации; придбання практичних навичок у будівництві основний кривою поляризації D(E) й визначенні втрат надходжень усегнетоелектрике.
1. Стислі дані з теорії
>Сегнетоелектриками називають кристалічні діелектрики,диелектрическая проникність яких нині сягає великих значень (порядку 104…105) і від напруженості електричного поля, температури і попередньої поляризації.
При поляризації будь-якогодиелектрика , де – вектор електричного усунення, – вектор напруженості зовнішнього електричного поля, – >поляризованностьдиелектрика, що дає електричний момент одиниці його обсягу, e>o – електрична стала.
>Поляризованность речовини пропорційна напруженості електричного поля: де з – абсолютнадиелектрическая сприйнятливість речовини. Через це .Параметр (6.1) називається абсолютнадиелектрическая проникність і характеризує здатністьдиелектрика до поляризації. Відноснадиелектрическая проникність визначається вираженням . (6.2)
>Сегнетоелектрики мають мимовільної (спонтанної) поляризацією, що з наявністю у структурі матеріалу мікроскопічних областей – доменів, всередині яких діелектрик поляризований до насичення. Окремі домени мають різні напрями електричних моментів. Результуючий електричний момент у своїй нульовий. Якщосегнетоелектрик піддати впливу зовнішнього електричного поля, домени орієнтируются полем, і вона виявляється поляризованим всього обсягу.
У результаті доменної структуриполяризованность ідиелектрическая проникність сегнетоелектриків сягає величезних проти лінійнимидиелектриками значень.
Процес поляризації сегнетоелектриків в зовнішньому електричному полі має дві основні стадії. У першій стадії усунення кордонів Шотландії й зростання тих доменів, орієнтація векторів поляризації найбільш близька до орієнтації зовнішнього поля. У другий – обертання векторів поляризації доменів та його установка паралельно напрямку поля. У сильних полях число доменів, не зорієнтованих полем, зменшується, що зумовлює поступового уповільнення поляризації – насиченнясегнетоелектрика.
При циклічний зміні напруженості поля була всегнетоелектрике спостерігається явище >диелектрическогогистерезиса, яке у фазовому запізнюванні електричного усунення щодо напруженості зовнішнього поля (>рис.6.1).
Крива, з'єднує вершинигистерезисних циклів поляризації називається основний кривою поляризації. На рис. 6.2 наведено типові графіки основний кривою поляризації і залежності діелектричним проникностісегнетоелектрика від напруженості електричного поля. За певного напруженості Єа, що відповідає дотичній >0а, проведеної з початку координат до кривою D = >f(E),диелектрическая проникність e сягає максимального значення.
>Переполяризациясегнетоелектрика пов'язані з істотно більшими витратами енергії. Електрична потужність,затрачиваемая за цикл, пропорційна площігистерезисной діаграми P.S>DE й обсягомсегнетоелектрика V. При періодичноїпереполяризации потужність пропорційна частоті >f.
(6.3)
де MD, ME – масштаби осей в координатах «>смещение-напряженность», M>Q, MU – масштаби осей в координатах «>заряд-напряжение».
Як оцінки діелектричних втрат часто застосовують тангенс кута діелектричних втрат, що може бути визначено з висловлювання для активної потужності, споживаної конденсатором. При паралельної схемою заміщення конденсатора:
.
Звідси (6.4)
>Поляризация сегнетоелектриків сильна мірою залежить від температури. Більшість сегнетоелектриківгистерезис і нелінійнийкулон-вольтной характеристики виявляючись у всіх температурах до деякою граничною, що відповідає максимуму діелектричним проникності і називається точкою Кюрі. Вище цієї температури відбувається оборотне на зміну структури матеріалу (руйнація доменів) і зникненнясегнетоелектрических властивостей.Диелектрическая проникність у своїй різко зменшується (рис. 6.3).
>сегнетоелектрическими властивостями маютьсегнетова сіль,титанат барію,титанат іниобат літію та інших.Сегнетоелектрики застосовують у електричних конденсаторах великий ємності, нелінійних конденсаторах (>вариконди), в п'єзоелектричнихизлучателях і приймачах звуку і ультразвуку, як нелінійних елементів в оптичних системах, електроніці та обчислювальної техніки тощо.
2. Опис експериментальної установки
Схемаосциллографического дослідження сегнетоелектриків показано на рис. 6.4. Установка харчується від мережі змінного струму з напругою 220 У. Напруга на вході вимірювальної ланцюга регулюється з допомогою лабораторногоавтотрансформатора (>ЛАТРа). Ємність досліджуваного плоскогосегнетоелектрического конденсатора Зx, значно менше (на один-два порядку) ємності зразкового конденсатора Зпро1. Тому, коли конденсатор Зx підключен (перемикач П вагітною «1»), заряд в вимірювальної ланцюга , т. е. повністю визначається властивостями нелінійного конденсатора, і непередбачуване напруження U>о1, подаване на вертикальні пластини електронного осцилографа (>ЭО), пропорційно зарядуQx. На горизонтальні пластини осцилографа через дільник Rl - R2 подається частину загальної напруги U » Ux. Похибка тим менше, що більше ставлення ємностей З>о1 і Зx. У результаті екрані осцилографа спостерігатиметьсягистерезисная діаграма поляризаціїQ(U). Становище «2» перемикача П, коли підключається ємність Зпро2 << Зпро1 , служить визначення масштабів осцилографа по осях x і у.
3. Порядок виконання роботи
3.1 Зняття основний кривою поляризації й визначення діелектричним проникностісегнетоелектрика.
Зібрати вимірювальну ланцюг відповідно до схемою на рис. 6.4. Перевести перемикач П у безвихідь «1». Встановити на вході ланцюга напруга 120 У. На екрані осцилографа повинна мати місцегистерезисная діаграма поляризаціїсегнетоелектрика. Підібрати адекватні фігури масштаб по вертикальної осі осцилографа те щоб зображення займало весь екран.
Увага: у виконання наступних пунктів лабораторної роботи допускається змінювати становище масштабного перемикача осцилографа.
Виміряти та не записати в табл. 6.2 координати вершинигистерезисного циклу: x>m, y>m (координати вершини можна з'ясувати, як половину розмаху зображення горизонтальній і вертикальної осях екрана). Повторити виміру, змінюючи вхідний напруга як показано втабл.6.2.
Таблиця 6.2
h = мм, >d = мм, P.S =p>d 2 /4 = м2.
Досвід
Розрахунок
U
x>m
yт
U>m
>Q>m
D>m
Єт
e
e>o
У
мм
мм
У
>мкКл
>Кл/м2
>кВ/м
>мкФ/м
—
120
100
80
60
40
20
При розрахунку використовувати формули: , де h, P.S – відповідно товщина та Європейська площа шарусегнетоелектрика.
3.2 Визначення масштабів по осях екрана осцилографа.
>Переключатель П встановити становище «2».Вращениемрегулировочной рукояткиЛАТРа, встановити вході ланцюга напруження як у межах 40…60 У. На екрані осцилографа повинна мати місце похила є пряма лінія, що становитькулон-вольтную характеристикуQ(U) лінійногодиелектрика конденсатора Зпро2.Занести в табл. 6.1 значення напруги U і розмахуколебаний променя осцилографа за горизонталлю – Dx і верти розжарюй – Dу.
Таблиця 6.1
Вимірювання
Розрахунок
Примітка
U, У
Dx, мм
Dу, мм
MU,В/мм
M>Q,Кл/м
З>о1 =мкФ, З>о2 =мкФ
Масштаби по осях координат визначаються за такими формулам:
(6.5)
3.3 Визначення втрат надходжень усегнетоелектрике при кімнатної температурі.
Ставлячи по черзі на вході ланцюга напруга 60, 80, 120 У замалювати на калькуосциллограмми петлігистерезиса. У табл. 6.3 занести координати вершингистерезисних циклів.
Таблиця 6.3
Вимірювання
Розрахунок
U
x>m
y>m
P.S>QU
U>m
>Q>m
>Pр
>tgd
У
мм
мм
мм2
У
>мкКл
мВт
–
60
80
120
4. Оформлення звіту
1. Привести схему експериментальної установки, дані вимірювальних приладів та досліджуваного елемента.
2. Оформити таблиці з результатами вимірів і обчислень. При обчисленні U>m іQ>m використовувати координати вершиносциллограммгистерезисного циклу з урахуванням масштабів по осях осцилографа (табл. 6.1). Площагистерезисного циклу P.S>QU (табл. 6.3) визначається безпосередньо по осцилограмами шляхом підрахунку числа квадратних міліметрів (по міліметрової папері),укладивающихся всередині петлі.
3. За даними табл. 6.2 побудувати основну криву поляризації D(E) і графік залежності відносної діелектричним поляризації від напруженості електричного поля e>r(Є).
4. Привестиосциллограммигистерезисних циклів до трьох значень напруги насегнетоелектрическом конденсаторі.
5. Дати стислі висновки з роботі.
Контрольні питання
1. Що називаютьсегнетоелектриками? Які матеріали маютьсегнетоелектрическими властивостями?
2. Що такедиелектрическая проникність, як його можна практично визначити?
3. Чомудиелектрическая проникність сегнетоелектриків значно перевищує проникність звичайних діелектриків і від напруженості зовнішнього електричного поля?
4. У чому причини виникненнягистерезиса при поляризації сегнетоелектриків?
5. Як відбувається процес поляризації сегнетоелектриків?
6. Чомувольтамперная характеристикасегнетоелектрических конденсаторів нелінійна?
7. Якими параметрами характеризують втрати потужності діелектриках?
8. Як вона та чому залежитьдиелектрическая проникність сегнетоелектриків від температури?
9. Як одержати на екрані осцилографакулон-вольтную характеристику?
10. Назвіть області застосування сегнетоелектриків.
Робота 7. Дослідження властивостейферромагнитних матеріалів
Мета роботи – експериментальне підтвердження основних теоретичних положень, визначальних фізичні процеси, які уферромагнитних тілах за її періодичномуперемагничивании; придбання практичних навичок у визначенні втрат надходжень уферромагнетике, їх розділінии, зняття основний кривоюнамагничивания B(H) й оцінки магнітних характеристик матеріалу.
1. Стислі дані з теорії
>Ферромагнитние матеріали (Fe,Ni, Co та його сплави) мають особливими магнітними властивостями: високе значення відносної магнітної проникності і його сильна залежність від напруженості зовнішнього магнітного поля, приперемагничивании спостерігається магнітнийгистерезис, обумовлений наявністю доменів – областей спонтанноїнамагниченности.
Основною причиною магнітних властивостей речовини є внутрішні приховані форми руху електричних зарядів у його атомах – обертання електронів навколо власних осей (>спиновий магнітний момент) й навколо ядра (орбітальний магнітний момент). Уферромагнетиков навіть за відсутності зовнішнього магнітного поля є домени із паралельною чиантипараллельной орієнтацієюспинов електронів. Таке речовина перебуває у стані спонтанного (самовільного)намагничивания. У різнихдоменах ця орієнтація різна. Якщо матеріал не піддається впливу зовнішнього магнітного поля, сумарний магнітний момент всіх доменів і магнітний потік такого тіла в зовнішньому просторі рівні нулю.
Принамагничивании зовнішнім магнітним полем відбувається поворот векторів магнітних моментів доменів у бік поля зсув кордонів доменів. Зі збільшенням напруженості поля той процес сповільнюється (явище насичення).
При періодичномуперемагничиванииферромагнитного матеріалу спостерігається явище магнітногогистерезиса, т. е. відставання зміни магнітної індукції через зміну напруженості поля. На рис. 7.1 показанігистерезисние діаграми що за різних граничних значеннях напруженості зовнішнього магнітного поля. Крива, через вершини цих діаграм, називається основний кривоюнамагничивания B=>f(H).Гистерезисний цикл, у якому досягається насиченняферромагнитного матеріалу, називається граничним. У ньому визначається залишкова індукція У>r (при H = 0) ікоерцитивная сила Мз (приB = 0).
Здатність матеріалу донамагничиванию характеризується абсолютної магнітноїпроницаемостью >m =В/Н . (7.1)
На рис. 7.2 показано основна криванамагничивания B=(H) і залежність абсолютної магнітноїпроницаемости від напруженості зовнішнього магнітного поля. За певного величинінапряженности >m сягає максимуму. Крапка а, характеризующая цей режим,соответствует дотичній >Оа, проведеної до основний кривоюнамагничивания з початку координат.Проницаемость,опреде ленну на вельми слабких полях, називають >началь іншої (>mзв).
>Одновременномунамагничиваниюферромагнитних матеріалів постоянним і змінним полем малоїамплитуди Мт зі відповідає приватнийгистерезисний цикл з вір шинами /—2, лежать на основний кривоюнамагничивания (див. рис. 7.2). У цьому реверсивна (поправна) проникність визначається становищем вершин цього циклу:
де МB, МH – масштаби по осях координат, a – кут нахилу до осі абсцис прямий, з'єднующей вершини приватногогистерезисного циклу. Аналогічно визначається диференційна магнітна проникність: (7.2)
де b – кут нахилу дотичній до основний кривоюнамагничивания в шуканої точці.
Всім згаданихпроницаемостей найчастішеопределяется їх відносні значення
(7.3)
де >mпро =4p10-7Гн/м – магнітна стала.
Матеріали із вузькою петлеюгистерезиса (Hз 1кА/м) називають магнітомягкими, матеріали з широкою петлею – >магнитотвердими.
Приперемагничиванииферромагнитних матеріалів них виникають втрати нагистерезис і вихрові струми. Припостоянной амплітудою індукції (B>m =const) втрати нагистерезис пропорційні годинутоте, а втрати на вихрові струми – квадрату частоти: Вимірявши цих умовах сумарні магнітні втрати >P>м1 і Рм2 при двох різних частотах, можна визначити постійні
(7.4)
На виконання умови У>m =соп>st необхіднодействующее значення напругинамагничивающей котушки змінювати пропорційно частоті (U1/>f = >const).
Сумарні магнітні втрати можуть визначити площею динамічноївебер-амперной діаграми y(і):
(7.5)
де Mі, My – масштаби, прийняті по осях координат.
Паралельна орієнтаціяспинов в магнітних домінах має місце тільки нижчими певної для даногоферромагнетика температури – точки Кюрі. У разі перевищення цієї температури спонтаннанамагниченность зникає, і магнітна проникність різко падає.
2. Опис експериментальної установки
Схема установки на дослідження властивостейферромагнитних матеріалів приведено на рис. 7.3.
Схема харчується від задає генератора. Обстежуванийферромагнетик єтороидальниймагнитопровод з цими двома обмотками. Послідовно знамагничивающей обмоткою w1 включено невеличке опір R1, напруга накото ром, пропорційне току і1, подається на горизонтальні пластини осцилографа і вольтметр V1. На затискачі вимірювальної обмотки w2 включена інтегруюча ланцюжок з великим опором R2 і великий ємністю З. У схемою вибрано тому
(7.6)
де P.S – перетин сердечника, >kпро – стала, y1 –потокосцепление обмотки w1.
Отже, на екрані осцилографа можна спостерігативебер-амперную характеристику y1(і). У цьому масштаби по осях:
(7.7)
де Dx, Dy – розмахосциллограмми за горизонталлю і вертикалі відповідно.
Для вимірунапряжений нарезисторе R1 і вторинної обмотці w2 застосовані цифрові вольтметри з великим вхідним опором.
3. Порядок виконання роботи
3.1 Визначення масштабів осцилографа Mі, Мy і магнітних втрат на частоті >f = 50 гц.
Встановити на вході ланцюга напруга частотою 50 гц, у якому на екрані осцилографа спостерігається граничнийгистерезисний цикл (коли подальше збільшення вхідного напруги бракує значного підвищення індукції).Регулировкой посилення вертикального і горизонтального каналів осцилографа домогтися, щоб діаграма посіла щонайменше 2/3 екрана.Занести в табл. 7.1 показання вольтметрів V1, V2 і розмахосциллограмми за горизонталлю і вертикалі, замалюватиосциллограмму на кальку. Площагистерезисного циклу P.Syі визначається безпосереднім підрахунком числа квадратних міліметрів (по міліметрової папері),укладивающихся всередині петлі.
Таблиця 7.1
Виміри
Розрахунок
Примітка
>f
U1
U2
Dx
>Dу
P.Syі
Мі
My
I
y
>Pст
w1 = витків
w2 = витків
D = мм
>d = мм
h = мм
R1 =Ом
R2 =кОм
гц
У
У
мм
мм
мм2
>мА/мм
>Вб/мм
>мА
>Вб
мВт
50
400
3.2 Визначення магнітних втрат на частоті 400 гц.
Змінити частоту вхідного напруги до 400 гц.Увеличивая напруга не вдома задає генератора (приблизно 8 раз), встановити розмахосциллограмми по вертикальної осі (y>m) той самий, як у минулому досвіді. Виробити вимірювання, і занести результати в табл. 7.1.Осциллограмму перенести на кальку.
3.3 Зняття основний кривоюнамагничивания.
Встановити частоту вхідного напруги 50 гц. Змінюючи величину вхідного напруги, визначитикоординати x>m і у>m вершингистерезисних циклів. Результати занести в табл. 7.2.
Таблиця 7.2
Виміри
Розрахунок
x>m
y>m
I>m
y>m
H>m
B>m
>m
>m>r
>mбуд>r
мм
мм
>мА
>Вб
>А/м
>Тл
>Гн/м
–
–
4. Оформлення звіту
1. Привести схему досліджень, дані приладів та досліджуваного зразкаферромагнитного матеріалу.
2. Перенести на міліметрівкуосциллограммивебер-амперних характеристик y(і), зняті при частотах 50 гц та 400 гц, із визначенням іоцифровкой відповідно до масштабами осей координат. Визначити параметри граничногогистерезисного циклу B>m, B>r, Hз і, використовуючи довідкові таблиці, дійти невтішного висновку про матеріалі дослідженогоферромагнетика.
3. Оформити таблиці з результатами вимірів і обгрунтованість розрахунків. При розрахунку масштабів використовувати формули (7.7). Значення струму I>m іпотокосцепления y>m визначаються по координатам x>m, y>m з урахуванням масштабів. Розрахунок індукції B>m і напруги H>m виконати по формулам: B>m = y>m/w1P.S, H>m = w1I>m/lпорівн, де P.S = (D – >d)>h/2, lпорівн =p(D + >d)/2 – відповідно площа поперечного перерізу й довжина середньої лінії магнітного зразка.
4. За результатами розрахунку табл. 7.2 побудувати основну кривунамагничивания B(H) і залежності >m>r (H), >mбуд(H).
5.Рассчитать удільні магнітні втрати при частотах 50 і 400 гц за такою формулою >Pм.задовільно= >Pм/Vст, де V>cт =p(D2 - >d2)>h>>kз – обсяг стали, >kз =0,98—коеффициент заповнення зразка сталлю; D, >d, h – діаметри і це стільника сталевоготороида. По формулам (7.4) розділити сумарні втрати у стали втрати на вихрові струми і нагистерезис. Результати підрахунків занести в табл. 7.3.
Таблиця 7.3
>f, гц
>Pст задовільно.,мВт/м3
>kр,Втс
>kв,Втс2
>Pр, мВт
>Pв, мВт
6. Зробити стислі висновки з роботі.
Контрольні питання
1. Які матеріали належать до класуферромагнетиков?
2. У чому причини сильних магнітних властивостейферромагнетиков?
3. Що таке граничнийгистерезисний циклнамагничивания? Які параметри потім із нього визначають?
4. Що таке магнітна проникність, які є її види?
5. Як відбувається процеснамагничиванияферромагнетиков?
6. Як і від яких чинників залежить магнітна проникність?
7. Які втрати творяться уферромагнетике за його періодичномуперемагничивании?
8. Що такемагнитомягкие імагнитотвердиеферромагнетики? Які їх мають меншими втратами і чому?
9. Як практично можна розділити втрати уферромагнетике за видами?
10. Як одержати на екрані осцилографа характеристикунамагничивания?
11. Назвіть області застосування сегнетоелектриків.
>Рекомендуемая література
1. Пасинків У. У. Матеріали електронної техніки. М.: Вищу школу, 1980.
2.Богородицкий М. П., Пасинків У. У.,Тареев Б. М.Электротехнические матеріали. Л.: Енергія, 1977.
3. Довідник по електротехнічним матеріалам.Тт. 1 – 3/ Під ред. Д. У.Корицкого та інших. Л.: Енергія, 1974—1976.
