Зразка   заряду конденсатору

 

 

У якості зразка ізоляції використаний електротехнічний картон товщиною h=5*10^-4 м. Вся установка (окрім тераомметра) розташована у термостаті, розміщеному всередині лабораторного стенда.

 

2.2.2 Порядок виконання роботи

 

2.2.2.1 Ознайомитись з будовою випробувальної установки і електронного тераомметру.

2.2.2.2 Зробити налагоджування тераомметра, для чого перевірити нуль прилада і при необхідності відкорегувати за допомогою механічного коректора. Перемикач меж поставити у положення «КW-КАЛ». Увімкнути тераомметр і після 15-30-хвилинного прогріву приладу ручкою «Установка Д» встановити стрілку приладу на позначку «¥». З'єднати затискувачи «К» та «Л» накоротко і ручкою «Установка 0.1» встановити стрілку приладу на позначку «¥». Праве положення перемикача меж служить для калібровки, тобто установки «0.1» на межах Том*1 та Том*10, а ліве положення – для калібровки всіх інших меж. Після налагоджування приладу можна приступати до вимірів.

НАЛАГОДЖУВАННЯ ПРИЛАДУ ВИРОБЛЯЄТЬСЯ ЗА ВКАЗІВКОЮ ВИКЛАДАЧА.

2.2.2.3 Після підігріву та регулювання приладу зібрати схему для вимірювання об'ємного опору (рис. 2.1,б). Для вимірювання поверхневого опору необхідно змінити місцем затискувачі В і С.

2.2.2.4 Зробити вимірювання об'ємного та поверхневого опорів зразка при температурі довкілля. Для цього перемикач меж вимірювання послідовно встановлюють у положенні «*10² Ом», «*10⁹ Ом» і так далі до одержання зручного відліку. Відлік показань приладу виробляється за шкалою праворуч наліво.

Величина опору, що вимірюється в Омах, дорівнює відліку за шкалою приладу, помноженому на показання перемикача меж вимірювання.

2.2.2.5 Увімкнути термостат. При досягненні температури 30^°C через кожні 10^°C до 60^°С описаним вище методом виробляти вимірювання R_v та R_s. Результати вимірів і обчислень записати у табл. 2.1.

9

               

Рисунок 8.1 – Схема отримання кривих намагнічування

 

На первинну обмотку W₁ подається напруга від мережі, величина якої регулюється ЛАТРом (або ручкою потенціометра звукового генератора "ГЗ-18"). Струм, що протікає крізь первинну обмотку, визначає величину напруженості магнітного поля в зразку H_m, А/м,

                                       

,                                                            (8.1)

 

де L - довжина середньої магнітної лінії в зразку, м;

I₁ - діюче значення струму в первинній обмотці, А.

 

Падіння напруги на опорі R₁, яке пропорційне струму I₁, подається на пластини Х. Таким чином, горизонтальне відхилення променю буде пропорційно напруженості магнітного поля в зразку.

             На пластини Y вертикального відхилення променю необхідно подати напругу, яка пропорційна індукції в зразку, тоді на екрані буде одержана петля гістерезису B = f (H), з якої можуть бути одержані магнітні характеристики зразка.

             ЕРС, що виникає у вторинній обмотці зразка, пропорційна швидкості зміни величини магнітного потоку Ф (або індукції В) у зразку:

 

                                                                                            (8.2)

 

звідси слідує: для того, щоб напруга U₂, пропорцiйна е₂, яку прикладено до пластин вертикального відхилення осцилографа, була пропорційна індукції у зразку, необхідно проінтегрувати е₂ за часом.

            Для цієї мети до вторинної обмотки зразка вмикають інтегруючий контур, що складається з R₂ і C. Падіння напруги на ємності C подається на пластини вертикального відхилення осцилографа.

Максимальне значення індукції в зразку визначається з рівняння:

 

 

                                               ,                                             (8.3)

 

 

де U₂ - напруга у вторинній обмотці, В;

                 f - частота, Гц;

                Ф_m - максимальне значення потоку, Вб.

 

 

26

7.3.3 Зібрати схему (рис. 7.1,в). Встановити напругу U_ке = 4 В та зняти значення I_б й I_к для транзисторів при температурі довкілля (термостат відімкнуто).

Результати вимірів записати до табл. 7.3.

 

Таблиця 7.3 - Характеристики транзисторів

Тип транзисто-ра	Uке,В	t0=20-25°C		tH1=40°C		tH2 =60°C		tH3=80°C
		I б, μА	IK, m А	I б, μА	IK, m А	I б, μА	IK, m А	I б, μА	IK, m А
МП-37Б
КТ-203Б

 

Примітка. Після виконання п. 7.3.3 схема залишається у зібраному виді.

 

7.3.4 Увімкнути термостат. Не змінюючи значення U_ке, для схеми (рис. 7.1,в) виконати п.7.3.3 при досягненні температури в термостаті 40, 60 і 80⁰С. Результати вимірів записати до табл. 7.3.

7.3.5 Для температури t_н=80⁰С виконати п. 7.3.1 і 7.3.2. Результати вимірів записати, відповідно, до табл. 7.1 і 7.2 (при виконанні п.7.3.1 ключ К₂ вимикати не треба).

 

             7.4 Зміст звіту

 

             Звіт повинен додатково містити: вольтамперні характеристики терморезистора й діодів для різних температур, а також графіки залежності I_к = f (t_н) для транзисторів.

                                   

 

Контрольні питання

 

1. На які групи з хімічної природи поділяються напівпровідникові матеріали?

2. Що подають собою напівпровідники з точки зору зонної теорії?

3. Чим зумовлений струм у напівпровідниках?

4. Пояснити причину зміни струму в напівпровідникові із зміною температури.

5. Що називається власною електропровідністю напівпровідника?

6. Які напівпровідники називаються напівпровідниками n-типу та p-типу?

7. Що подає собою транзистор?

8. Що подають собою терморезистори й де вони застосовуються?

9. Чому напівпровідниковий діод у прямому напрямку пропускає електричний струм, а у зворотньому нi?

           10. Які зовнішні фактори можуть призвести до виходу з ладу напівпровідникового діода?

                 

Література: [ 6], с. 72 - 93; [8], с. 316 - 351

                       

Лабораторна робота 8

 

Дослідження основних характеристик магнітних матеріалів

8.1Мета роботи - ознайомитись із методом вимірювання магнітних властивостей матеріалів,

придбати навички роботи з електронним осцилографом і самостійного вимірювання магнітних параметрів зразків.

 

             8.2 Прилади і устаткування

 

           Для одержання кривої намагнічування при змінному струмі найбільш часто використовується

індукційний метод у різних формах. Однією з таких форм є осцилографічний метод, що базується на застосуванні електронного осцилографа. Схеми ввімкнення, які застосовуються для цієї мети, різноманітні. Одна з можливих схем наведена на рис.8.1.

25

Таблиця 2.1 - Характеристики зразка, що випробується, при вимірюванні електронним тераомметром

Найменування діелектрика	t, °C	Вимірюються		Обчислюються
		Rv, Ом	Rs, Ом	rv, Ом*м	gv, См/м	rs, Ом	gs, См
1. Електротехнічний картон
2.
3.

 

Питомий об'ємний опір визначається згідно з формулою:

 

                                                               ,                                                        (2.1)

 

де d_ср=(d₁+d₂)/2 - розрахунковий діаметр, м.

 

 

Питомий поверхневий опір r_s визначається за формулою:

 

                                                   ,                                                                  (2.2)

 

           де R_s – поверхневий опір зразка матеріалу, Ом;

           a – відстань між електродами, м;

           b – ширина електроду, м.

 

           У виразі (2.2) величини a і b (у випадку круглого зразка) будуть дорівнювати:

 

                                                            .                                                (2.3)

 

Питомі об'ємна та поверхнева провідності розраховуються за формулами:

 

                                                    ;                                                                 (2.4)

                                                       ,                                                                  (2.5)

 

де  - питомий об'ємний опір зразка, Ом*м;

R_v - об'ємний опір зразка, Ом;

  S – площа електроду (рис. 2.1,б), м²;

  h – товщина зразка, м.

 

 

10

2.3 Визначення опору твердих зразків ізоляції методом заряду конденсатору

 

2.3.1 Прилади і устаткування

 

Для вимірювання опорів твердої ізоляції методом заряду конденсатору використовуються такі ж електроди, що і при вимірюванні тераомметром.

Джерелом постійного струму служить випрямовувальна установка. Струм об'ємного витоку при визначенні r_v і струм поверхневого витоку при визначенні r_s вимірюються за допомогою гальванометра.

 

2.3.2 Порядок виконання роботи

 

2.3.2.1 Зібрати схему (рис. 2.2) і визначити балістичну сталу гальванометра С_Q, що характеризує його чутливість, тобто струм у Амперах, який проходить у гальванометрі і дає відхилення стрілки на одну поділку. Ключі К, К1 та К2 розімкнуто.

2.3.2.2 Після перевірки схеми замкнути ключ К.

2.3.2.3 За допомогою движку змінного опору R встановити напругу 10 В, що вимірюється вольтметром.

2.3.2.4 Замкнути ключ К1 і після витримки 20-30 с - розімкнути.

2.3.2.5 Замкнути ключ К2 і зафіксувати максимальне відхилення стрілки гальванометра a.

2.3.2.6 Визначити балістичну сталу

 

                                                                 ,                                                                 (2.6)

 

де U - напруга, прикладена до конденсатора під час його заряду, В;

С - ємність конденсатора, Ф;

a - число позначок найбільшого відкиду покажчика гальванометра.

 

2.3.2.7 Повторити вимірювання С_Q згідно з пп. 2.3.2.3-2.3.2.6 для напруг 15 та 20 В і визначити середнє її значення.

2.3.2.8 Для вимірювання величини об'ємного опору R_v зібрати схему (рис. 2.3).

2.3.2.9 У стані схеми без живлення ключі К, К1, К2 та К3 повинні бути відімкнуті.

2.3.2.10 Після перевірки зібраної схеми вімкнути автомат А і встановити на випрямовувальному приладі напругу 200 В.

2.3.2.11 Замкнути ключі К, К1 та К2. Через 60 с, тобто після проходження струмів абсорбції, відімкнути ключ К1.

2.3.2.12 Через 300 с, тобто після повного заряду конденсатору, відімкнути схему від мережі, ввімкнувши автомат А, після чого ввімкнути ключ К3 і зафіксувати показання максимального відхилення стрілки гальванометра.

Опір зразка визначається за рівнянням, Ом*м

 

                                                                     ,                                                            (2.7)

 

           де U – напруга, що подається на схему, В;

           t – час заряду конденсатору (300 с).

 

2.3.2.13 Виконати пп. 2.3.2.9-2.3.2.12, встановлюючи напругу 400, 600, 800 В.

2.3.2.14 Результати вимірів і обчислень записати у табл. 2.2.

 

 

 

11

 

 

а) для зняття вольтамперної характеристики терморезистору;

б) для зняття вольтамперної характеристики діодів;

в) для зняття вольтамперної характеристики транзисторів.

 

Рисунок 7.1 – Електричнi схем и лабораторного стенду

 

24

Лабораторна робота 7

 

Дослідження властивостей напівпровідникових приладів

 

           7.1 Мета роботи - вивчення характеру електропровідності напівпровідників і принципу роботи напівпровідникових випрямлячів та транзисторів. Одержання практичних навичок у знятті вольтамперної характеристики напівпровідникових приладів у залежності від температури довкілля й матеріалу напівпровідника.

 

7.2 Прилади та устаткування

 

           В даній роботі досліджуються наступні напівпровідникові прилади:

           1) діоди типу Д7В (германієвий) і Д226 (кремнієвий);

           2) транзистори МП-37Б (германієвий) і КТ-203Б (кремнієвий);

           3) терморезистор типу ММТ-1 (або ММТ-4).

           Для зняття залежності вихідних параметрів цих приладів від температури всі вони розташовані в термостаті. Вимірювання відповідних параметрів виробляється за допомогою мікро- та міліамперметрів, а також вольтметрів магнітоелектричної системи, що змонтовані на лицевій панелі лабораторного стенду. Джерелом постійної напруги служить установка для випрямлення ВУ.

7.3Порядок виконання роботи

 

7.3.1 Зібрати схему (рис.7.1,а) і зняти вольтамперну характеристику терморезистора при температурі довкілля t₀ (термостат відімкнуто).

             Для цього ввімкнути ключ К₁ і встановити потрібну напругу згідно з вольтметром (ключ К₂ - відімкнуто). Замкнути К₂ і зняти показання міліамперметра. Після цього ключ К₂ відімкнути й дати

терморезистору охолонути протягом 1 хвил. Після цього встановити наступне значення напруги й зробити вимірювання у тому ж порядку. Максимальне значення напруги для ММТ-1 - 35 В; для

ММТ-4 - 45 В.

Результати вимірів записати до табл. 7.1.

 

Таблиця 7.1 - Характеристики терморезистору типу ММТ

t,^0C	U,B
t0=20-25	I0, mA
tн=80	IН, mA

 

Примітка. Після виконання п. 7.3.1 схема залишається у зібраному виді.

 

             7.3.2 Зібрати схему (рис. 7.1,б) і зняти вольтамперну характеристику діодів Д226 та Д7В при температурі довкілля (термостат відімкнуто). При визначенні зворотнього струму перемкнути пакетний вимикач П1 і змінити полярність на затискувачах вимірювальних приладів.

Результати випробувань записати до табл. 7.2.

 

Таблиця 7.2 - Характеристики напівпровідникових діодів

Тип діода	Uпр, В	Iпр, mА		Uобр, В	Iобр, mА
		t0= 20-25^0С	tн=80 ^0С		t0= 20-25^0С	tн=80 ^0С
Д7В	5-25			5-25
Д226	5-25			5-25

 

Примітка. Після виконання п. 7.3.2 схема залишається у зібраному виді.

 

 

23

Таблиця 2.2 - Характеристики зразків при вимірюванні методом заряду конденсатору

U, В	Вимірюються		Обчислюються
	av	as	Iv, A	Rv, Oм	rv, Ом*м	gv, См/м	Is, А	Rs, Ом	rs, Ом	gs, См

 

2.3.2.15 Для визначення величини поверхневого опору необхідно на схемі (рис. 2.3) змінити місцем затискувачи «В» та «С» і виконати для неї вимірювання по пп. 2.3.2.9-2.3.2.13.

 

Поверхневий опір зразка визначається згідно з формулою, Ом

 

                                                                       .                                                          (2.8)

 

Величини r_v та r_s обчислюються, відповідно, за формулами (2.1) та (2.2) з використанням формули (2.3), а величини g_v та g_s за формулами (2.4) та (2.5).

 

2.4 Зміст звіту

 

Звіт повинен додатково містити:

- графіки залежності r_v=f(t), r_s=f(t), r_v=f(U), r_s=f(U);

- значення коефіцієнта a_r для однієї з точок дослідної кривої;

- теоретичну криву r_v=f(t), отриману згідно з формулою:

 

                                                                       ,                                                        (2.9)

 

де  - питомий об'ємний опір при температурі довкілля t₀=20°С;

a_r або TK_r - температурний коефіцієнт, К^-1;

  t - температура, °С.

 

Числове значення a_r при лінійному зміненні питомого опору (у вузькому інтервалі температур) знаходиться з експериментально отриманої залежності r_v=f(t) за формулою:

 

,                               (2.10)

 

 де r₁ - питомий опір діелектрика при початковій температурі t₁;

r₂ - питомий опір при температурі t₂, що змінюється.

 

Теоретична крива r_v=f(t) має бути побудована на одному графіку із експериментальною кривою.

 

Контрольні питання

 

1. Які фактори впливають на величину об'ємного струму I_v і поверхневого струму I_s?

2. За якими формулами обчислюються величини r_v і r_s?

3. На якому струмі виробляється вимірювання опорів діелектриків і чому?

4. Що характеризує собою температурний коефіцієнт a_r?

5. Що подає собою установка для вимірювання опорів?

 

12

           6. Які зміни слід зробити у схемі при вимірюванні R_v і R_s?

           7. Пояснити призначення ключа К1 і ємності С на рис. 2.3.

           8. Яким чином змінеться робота схеми, наведеної на рис. 2.3, якщо буде закорочено ключ К2?

           9. Пояснити призначення ключа К3 на рис. 2.3.                                                                                                                   

         10. Пояснити характер змінення кривих r=f(t).

 

          Література: [ 2], с. 39-54; [3], с. 121-167; [4], с. 17-47; додатково –[5], с. 59-84

 

Лабораторна робота 3