Градуировка осей осциллографа.

Так как току I = 0,08 mА первичной обмотки соответствует напряженность, составляющая ΔХ мм по горизонтальной оси осциллографа, то масштаб по горизонтали может быть найден как:

 

, А/м²

 

где W₁ - число витков первичной обмотки, W₁ =100; ΔХ – расстояние между вержинами петли гистерезиса по оси х; l_ср - средняя длина силовой линии магнитного поля, м (измерить на магнитопроводе через стекло лицевой панели стенда при помощи линейки – см. лаб. №5).

Для определения масштаба по вертикальной оси необходимо замкнуть накоротко горизонтальный вход осциллографа, предварительно отсоединив его от испытательного стенда, а вертикальный вход соединить с выходом звукового генератора. Усиление по вертикали необходимо выставить 0.2- 1 V/div. Ручкой регулировки выходного напряжения генератора установить 0,5-1,5 В, контролируя напряжение вольтметром генератора, и зафиксировать величину отклонения луча по вертикали. Масштаб определяется по формуле:

 

, Тл/м

 

где W₂ - число витков вторичной обмотки, W₂ = 100, С- емкость конденсатора, С = 10^-6 Ф, R₂ - величина сопротивления, R₂ = 10 кОм, S - площадь сечения магнитопровода, S = 15*10^-6.

U_y - напряжение на вертикальном входе, В; Y - отклонение луча на экране осциллографа, мм; К_y - коэффициент ослабления по входу “Y” - осциллографа.

 

Внимание! Перевод измеренных в метрах значений графика основной кривой намагничивания B (H) в Тл и А/м осуществляется умножением на соответствующие коэффициенты m_B и m_H.

Контрольные вопросы

1. Свойства, параметры и маркировка пермаллоев.

2. Пояснить процессы, происходящие в образце, на различных участках кривой намагничивания.

3. Что характеризует кривая намагничивания?

4. Что характеризует магнитная проницаемость?

5. Какие материалы относятся к диамагнетикам, парамагнетикам, ферромагнетикам?

6. Понятие магнитного гистерезиса.

7. Понятие абсолютной и относительной магнитных проницаемостей.

8. Определение магнитной проницаемости материала по кривой намагничивания.

9. Основные параметры магнитных материалов, определяемые по петле гистерезиса.

10. Понятие динамической, дифференциальной и начальной магнитных проницаемостей.

11. Виды потерь в магнитных материалах.

Литература

1. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники,- М.: Высшая школа, 1986. - 367 с.

2. Материалы микроэлектронной техники /Под ред. В.М.Андреева.-M.s Радио и связь, 1989. - 352 с.

3. Электрорадиоматериалы /Под ред. Б.М.Тареева. M.: Высшая школа, 1973. - 352 с.

4. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. – М.: Высшая школа, 1991. - 384 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Исследование магнитной проницаемости магнитомягких материалов

 

Цель работы

1. Исследовать температурные зависимости начальной магнитной проницаемости у феррита и альсифера.

2. Научиться экспериментально определять точку Кюри.

3. Найти температурные коэффициенты магнитной проницаемости для исследуемых материалов.

 

Пояснения к работе

Магнитомягкие материалы - это магнитные материалы с коэрцитивной силой менее 800 А/м. Эти материалы широко используются в качестве магнитопроводов в различных устройствах современной радиотехники и электроники. К таким материалам, в частности, относятся ферромагнетики - альсиферы и ферримагнетики - ферриты.

Альсиферы - тройные сплавы железа с кремнием и алюминием. Оптимальный состав альсифера: 9,5 % Si; 5,6 % Аl, остальное - Fe.

Ферриты - это смеси окислов металлов с оксидом железа Fe₂O₃, полученные, как правило, порошковым способом.

Благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению до 10⁹ Ом*м и более, у ферритов малы потери на вихревые токи. Поэтому они широко используются в радиоаппаратуре на высоких и сверхвысоких частотах. Наибольшее распространение имеют марганец-цинковые и никель-цинковые ферриты. Цифра в обозначении марки феррита, например, 400НН, 1000НН, 1000НЦ, 3000НМ, 10000НМС, 300ВЧ означает начальную магнитную проницаемость, а буквы: НН и НЦ - никель-цинковые общего применения; НМ - марганцево-цинковые общего применения; ВЧ -высокочастотные; НМС - марганцево-цинковые для телевизионной техники и др.

Намагниченность ферро - и ферримагнитных материалов зависит от температуры, так как при нагревании магнитных материалов тепловое движение атомов разрушает параллельную (антипараллельную) ориентации спиновых магнитных моментов. Температуру Т_к, при которой энергия хаотического движения атомов равна энергии обменного взаимодействия, называют температурой Кюри (Нееля). При этой температуре анергия теплового хаотического движения преодолевает энергию обратного взаимодействия электронов и самопроизвольная намагниченность исчезает, т.е. происходит распад доменной структуры и ферро - или ферримагнетик переходит в парамагнитное состояние. Следовательно, магнитная проницаемость материала становится примерно равной единице. Температура Кюри является важнейшим параметром для оценки рабочего интервала температур магнитного материала.

Типичная температурная зависимость начальной магнитной проницаемости ферритов приведена на рис.1.

 

Рис. 1. Температурная зависимость начальной магнитной проницаемости феррита

 

Индуктивность L радиоэлектронных элементов, содержащих магнитопроводы из ферро - и ферримагнитных материалов, прямо пропорциональна начальной магнитной проницаемости μ_H в соответствии с выражением:

 

(1)

 

где μ₀ - магнитная постоянная; W - число витков катушки индуктивности: S - поперечное сечение магнитопровода; lср -средняя длина магнитопровода. Отсюда следует важность информации о температурной зависимости начальной магнитной проницаемости и характеристике этой зависимости температурного коэффициента ТКμ, вычисляемого как:

 

(2)

 

где μ₁, μ₂, μ_t,- начальные магнитные проницаемости при температурах t₁, t₂ и t, причем t₂ > t₁.

Следует отметить, что особенностью такого материала, как альсифер является возможность в зависимости от содержания кремния и алюминия формировать температурный коэффициент магнитной проницаемости положительным, отрицательным или равным нулю в достаточно широком эксплуатационном температурном диапазоне путем смешения порошков из сплавов с положительным TKμ, отрицательным ТКμ и, следовательно, создавать сердечники с термостабильными или термокомпенсированными свойствами.

Задание к работе

1. Снять зависимости индуктивностей образцов от температуры в диапазоне от комнатной до 210 ºС.

2. Построить графики L = f(t °С) для исследуемых образцов.

3. Построить графики температурной зависимости начальной магнитной проницаемости μ_H (t °С) для двух образцов.

4. Определить точку Кюри для феррита.

5. Определить температурные коэффициенты магнитной проницаемости для интервала температур t₁ - t₂ºC, заданного преподавателем.

6. Построить зависимость TKμ = f(t °С) для феррита.