Определение частотной зависимости эффективной магнитной проницаемости

Установить переключатель S1 на измерительном стенде в положение «Измерение». Произведите измерения при частотах 50, 75, 100, 150, 200, 400, 600 и 800 Гц следующим образом. На каждой частоте при положении переключателя S2, соответствующем U_X = U_R, установите сигнал, при котором U_X = 30 мВ (контролируется ламповым вольтметром). Переключив S2 в положение U_Y = U_ВХ, измерьте величину входного напряжения. Результаты запишите в табл. 5.3

 

 

-38-

Таблица 5.3

f, Гц	UR, B	UВХ, B	UL, B	L, Гн	μэфф	Hm, A/м

5.4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

Учитывая выражения (5.3) и (5.7), а также то, что максимальные отклонения луча осциллографа по горизонтали и вертикали определяются амплитудными значениями напряжённости поля и индукции соответственно, масштабы осей осциллографа можно рассчитать с помощью выражений:

 

,

,

где R_T = 10 Ом, r_ср = 0,049 м, w₁ = 100, w₂ = 1330, c_и = 10^-6 Ф, R_и = Ом,

S = м² , x₀ и y₀ – координаты вершин ПГ при градуировке осей осциллографа.

Напряжённость поля и магнитная индукция в образце, соответствующие отклонению луча осциллографа в точку с координатами (x, y), равны:

H_m = m_Hx, B_m = m_By.

Магнитная проницаемость по данным осциллографических исследований вычисляется из ОКН согласно выражению:

,

где μ₀ = 4π·10^-7 Гн/м. Результаты расчёта H_m, В_m и μ занесите в табл. 5.1 и постройте по ним ОКН и зависимость μ(H_m).

Энергия, поглощаемая в единице массы ферромагнетика за один цикл перемагничивания, определяется по формуле:

, Дж/кг,

где ρ – плотность исследуемого материала (для пермаллоя ρ = 8600кг/_­м³);

S_п – площадь ПГ, мм² (её можно определить с помощью миллиметровой бумаги);

a = 1/36 – коэффициент, учитывающий размер масштабной сетки осциллографа.

Значения Э, рассчитанные по семейству ПГ, соответствующие различным значениям индукции в образце, занесите в табл. 5.1. Постройте график lgЭ(lgB_m), аппроксимируя экспериментальные данные прямой линией. Из наклона этой прямой к оси абсцисс найдите показатель степени n в формуле (5.1).

Значения Э, определенные по предельным ПГ при разных частотах, запишите в табл. 5.2. Постройте график Э(f). Экстраполируя прямую линию к f = 0, найдите Э_г. Рассчитайте

 

.

-39-

 

Удельная мощность потерь на перемагничивание вычисляется в виде , Вт/кг.

Для определения эффективной магнитной проницаемости на различных частотах рассчитывается индуктивность катушки с испытуемым сердечником

 

, Гн,

 

где – ток, протекающий в цепи, А;

U_L – падение напряжения на катушке индуктивности, В.

Полагая, что сопротивление катушки индуктивности носит чисто индуктивный характер (что справедливо при малых амплитудах H _m), напряжение U_L можно вычислить из соотношения Эффективная магнитная проницаемость рассчитывается по формуле:

 

.

 

Результаты расчёта μ_эфф (f) занесите в табл. 5.3 и представьте в виде графика.

Сопоставьте полученные численные значения параметров исследованного материала с данными литературы и табл. 5.3 и сделайте заключение о марке материала.

 

 

5.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Каким образом на экране осциллографа можно получить ПГ?

2. Какие механизмы перемагничивания обусловливают гистерезисные свойства ферромагнетиков?

3. Каким образом Вы получили основную кривую намагничивания?

4. Объясните зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от напряжённости магнитного поля.

5. Чем отличаются динамические кривые намагничивания от статических? Какие кривые снимались в данной работе?

6. Что характеризует площадь ПГ, которую Вы наблюдали в данной работе?

7. Назовите основные виды потерь в ферромагнитных сердечниках. Какие потери и почему более опасны на высоких частотах?

8. Как объяснить влияние частоты на значение магнитной проницаемости металлического ферромагнетика?

9. Из чего изготовлен пермаллой и где он применяется? Охарактеризуйте его магнитные свойства.

 

-40-

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Материалы и элементы электронной техники: Метод. указ. /Сост. В.П. Мирошкин. Л: ЛЭТИ, 1987.

2. Материалы и элементы электронной техники. Проводниковые и диэлектрические материалы: Метод. указ. /Сост. В.С.Сорокин. Л.: ЛЭТИ, 1987.

3. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники.- М.: Высш. Шк., 1986.

4. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев В.М. Электротехнические материалы.- Л.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков.- М.: Металлургия, 1988.

6. Справочник по электротехническим материалам./Под ред. Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.М.Тареева.- М.: Энергоатомиздат, 1986.

7. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы.- М.: Высш. шк., 1986.

 

 

-41-

 

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ДИОД

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Выпрямительный диод - это электронный прибор с двумя внешними выводами, предназначенный для выпрямления переменного тока. В идеале он не должен вносить электрических потерь в схему выпрямителя. Это означает, что в прямом направлении падение напряжения на диоде должно быть как можно меньше. В обратном направлении выпрямительный диод должен иметь как можно меньшие обратные токи и выдерживать как можно большее напряжение.

Существуют две основные разновидности выпрямительных диодов – элек­тровакуумные и полупроводниковые. Последние, как обеспечивающие меньшие потери в выпрямительных схемах, почти полностью вытеснили первые.

Масса, габариты и стоимость выпрямительных устройств чаще всего определяются не диодами, а другими компонентами этих устройств. Поэтому выпрямительные диоды чаще всего выполняются в виде дискретных изделий - либо в виде одиночных диодов, либо в виде сборок из четырех диодов.

В лабораторной работе исследуются дискретные полупроводниковые диоды на основе германия и на основе кремния. В них использованы толстые, то есть невырожденные, электронно-дырочные (p-n) переходы.

 

1.1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Научиться определять статические и дифференциальные параметры выпрямительных диодов.

 

1.2 ЗАДАЧИ

 

Для достижения поставленной цели Вам необходимо выполнить следующие задачи:

- ознакомиться со справочными данными испытуемых диодов;

- провести измерения статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов при прямом и обратном включении при комнатной и повышенной температурах;

- построить статические ВАХ испытуемых диодов при различных температурах;

- рассчитать статические и дифференциальные параметры диодов.

 

 

- 42 -

 

1.3 ПОРЯДОК И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 

1.3.1 Из справочника /1/ выпишите кратко основные электрические параметры испытуемых диодов, начертите условное графическое обозначение выпрямительного диода, дайте эскиз внешнего вида. Расшифруйте маркировку.

1.3.2 С помощью измерительного блока, передняя панель которого с элементами управления и контроля режимов диодов показана на рисунке 1, проведите измерение статических ВАХ диодов /2, раздел II-3; 3, раздел 3-1; 4, раздел 3, 19/.

Перед включением измерительного макета в сеть 220 В проверьте наличие заземления корпуса прибора.

Измерение статических ВАХ диодов с помощью лабораторного макета производится по точкам методом вольтметра - амперметра.

Принципиальная электрическая схема измерительного блока приведена на рисунке 1.2.

При измерении статических ВАХ диодов в прямом направлении необходимо задавать токи диодов и измерять соответствующие им напряжения на диодах.

При обратном включении задавайте напряжения на диодах и измеряйте соответствующие им значения токов.

Увеличение напряжения на диоде производите до достижения максимальных показаний вольтметра или амперметра на самом грубом пределе измерения.

Указанные измерения проводите при комнатной и повышенной (» 40°С) температурах. Термостат, в котором находятся испытуемые диоды, помещен внутрь измерительного блока. Включение и регулировка интенсивности нагрева термостата производится ключом, расположенным на передней панели измерительного блока. Измерение температуры в термостате производится автоматически с помощью электронного термометра, датчиком температуры которого служит биполярный транзистор (см. рисунок 1.1 и 1.2).

1.3.3 Используя результаты полученных измерений, постройте семейства статических ВАХ отдельно для германиевого и кремниевого диодов /2, раздел 11.3; 3, раздел 3.1/.

1.3.4 По статическим ВАХ диодов определите их статические параметры /2, раздел 11.4; 3, раздел 3.1/ и укажите их на рисунках:

 

 

- 43 -

 

 

 

 

- среднее прямое напряжение диода U_пр.ср. при I_пр. = 0,5 А;

- средний обратный ток диода I_обр.ср. при U_обр. = 50 В.

Рассчитайте:

- прямое сопротивление диода по постоянному току r_пр.д. при I_пр.ср. = 0,5 А;

- обратное сопротивление диода по постоянному току r_обр.д. при I_обр.ср.

 

- 44 -

 

1.3.5 Рассчитайте дифференциальные параметры диодов методом графического дифференцирования /2, раздел 11.4; 3, раздел 3.1/ при комнатной температуре:

- дифференциальное сопротивление диода в прямом направлении r_дф.пр. при U_пр.ср.;

- дифференциальное сопротивление диода в обратном направлении r_дф.обр. при I_обр.ср.;

- температурный коэффициент обратного тока ТКI при U_обр.=const;

- температурный коэффициент прямого напряжения ТКU при I_пр.=const.

1.3.6 Изобразите простейшую эквивалентную схему диода, укажите природу входящих в схему элементов и их влияние на работу диода.

Отчет о выполненной работе должен содержать результаты измерений и вычислений по всем пунктам задания.

Для успешной защиты вы должны уметь пояснить ход статических ВАХ диодов из кремния и германия, знать их статические и дифференциальные параметры, уметь их определять.

 

Библиографический список

 

1 Баюков А.В. и др. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник. - М.: Энергоиздат, 1982. - 744 с.

2 Дулин В.Н. Электронные приборы: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1977. - 424 с.

3 Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1980. - 383 с.

4 Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник. - 3-е изд., переработ. и доп. - М.: Высш. шк., 1981. - 431 с.