Добротность контура рассчитывается согласно выражению

                                                                                                      (11)

где Z_c - характеристическое сопротивление контура

                                                                                                        (12)

r - суммарное сопротивление потерь контура.

 

Изменяя параметры контура L и С, можно изменять его резонансную частоту f ₀.

Когда частота колебаний внутреннего генератора совпадает с частотой f _o, измерительный контур настраивается в резонанс, при этом его добротность становится максимальной, поскольку на резонансной частоте контур обладает минимальными потерями. Значение добротности определяется по шкале    Q-вольтметра, расположенного на лицевой панели прибора.

Частота колебаний внутреннего генератора изменяется ступенчато по диапазонам и плавно внутри выбранного диапазона. Количество диапазонов и значения частот приведены на лицевой панели прибора. На ней также расположены переключатель диапазонов и ручка плавной регулировки частоты.

Для того, чтобы настроить измерительный контур в резонанс в выбранном диапазоне частот необходимо изменить его параметры L и С.

Индуктивность измерительного контура L  определяется внутренней индуктивностью L ₀ и внешней катушкой индуктивности L _Д, соответствующей определённому диапазону частот и подключаемой к внешним клеммам прибора L _x, расположенным на крышке прибора. Катушки индуктивности находятся на лабораторном столе.

Ёмкость измерительного контура С _измплавно регулируется от 25 до 450 pF с помощью ручки на лицевой панели прибора и контролируется по шкале ёмкости.

Таким образом, в каждом диапазоне частот внутреннего генератора за счёт конденсатора С _изм и внешней катушки индуктивности L _Д можно настроить измерительный контур в резонанс и определить Q и С контура.

Исследуемыми образцами являются конденсаторы с различными диэлектрическими материалами между обкладками. Они подключаются к внешним клеммам прибора С _х параллельно измерительному конденсатору, меняя тем самым параметры измерительного контура, т.е. его ёмкость С.

Принцип измерений заключается в том, что в выбранном диапазоне частот измерительный контур с помощью С _изм настраивается в резонанс в начале с образцом, а затем без образца. При подключении образца к прибору меняются параметры контура и условие резонанса, так как образец вносит дополнительные потери в контур и меняет его ёмкость. За счёт изменения ёмкости измерительного конденсатора можно добиться резонанса. При этом добротность и ёмкость контура с образцом отличаются от тех значений, которые будут у контура без образца. По разности измеренных значений ёмкости контура с образцом и без него определяется ёмкость образца C _x, а по значениям добротности определяется tg d.

               

                2.5. Методика выполнения лабораторной работы

 

1. Убедиться в наличии катушек индуктивности и образцов.

2. По лицевой панели прибора визуально определить: количество диапазонов частот внутреннего генератора; где находятся переключатель диапазонов, ручки плавной регулировки частоты и ёмкости измерительного конденсатора; приборы для измерения добротности и ёмкости контура; где подключаются образцы и внешние катушки индуктивности частотных диапазонов L _Д.

3. Включить тумблер питания, при этом должна загореться индикаторная лампочка.

4. После 15-минутного прогревания прибора ступенчатым переключателем выбрать необходимый диапозон частот измерений          (I диапазон – от 50 до 140 кГц) и регулятором плавного изменения частоты установить ее значения в середине диапазона.

5. Подключить к клеммам L _x эталонную катушку индуктивности для выбранного диапазона частот, а к клеммам С _x - исследуемый образец.

6. Установить переключатель «род работ» в положение «измерение».

7. Установить значение ёмкости измерительного конденсатора в начале шкалы (70 - 100 pF) и, поворачивая ручку плавного изменения частоты, добиться отклонения стрелки Q-вольтметра на возможно большую величину, что свидетельствует о достижении резонанса в контуре. Таким образом, резонанс контура можно найти изменяя частоту генератора в выбранном диапазоне частот.

8. Установить удобную для построения графиков частоту измерения. При этом резонанс нарушится. Поворачивая ручку измерительного конденсатора, настроить контур с образцом в резонанс, т.е. на максимальное значение Q, когда при незначительном повороте ручки измерительного конденсатора в обе стороны значение Q будет уменьшаться.    

9. Произвести отсчёт значений C ₁ и Q ₁ в условиях резонанса и записать их в таблицу измерений.

10. Не изменяя выбранного диапазона и значения частоты генератора, отключить исследуемый образец и, увеличивая ёмкость измерительного конденсатора, вторично настроить контур в резонанс и записать полученные значения С ₂ и Q ₂ в таблицу измерений.

11. Измерения произвести для всех пяти диапазонов частот и заданных     в работе образцов.

Таблица измерений

                                                                                          

№п/п	f, Гц	С, пФ	Q1	С2, пФ	Q2	Сх, пФ	ε	tgd
1 . .
2 . .

12. По результатам измерений рассчитать:

а) ёмкость образца

                                                   C _x = C ₂ - C ₁;                                      (13)

б) диэлектрическую проницаемость e по ёмкости плоского конденсатора

 

                                                C _x = ee ₀ S / d,                                         (14)

        

                                              e = C _x d / e ₀ S,                                         (15)

 

где S - площадь электродов [м],

d - толщина диэлектрика или расстояние между электродами [м];

в) тангенс угла диэлектрических потерь

 

                                                                              (16)

 

13. По внешнему виду, типоразмеру и марке конденсатора (образца) определить диэлектрический материал, используемый в образце и по справочнику сравнить значение рассчитанной ε с ее значением для материала диэлектрика образца. Значения ε должны быть близкими в пределах точности измерений.

14.   Построить и проанализировать зависимость e и tg d от частоты, определив наличие или отсутствие поляризационных процессов, отстающих от изменения внешнего поля. Сделать выводы по работе.

 

                                2.6. Контрольные вопросы

1. Какие вещества называются диэлектриками?

2. Что такое поляризация?

3. Перечислить основные виды поляризации.

4. Что называется относительной диэлектрической проницаемостью?

5. Как практически определяется e?

6. Объяснить частотную зависимость e.

7. Объяснить, почему в эксперименте e не зависит от частоты?

8. Что такое потери в диэлектриках?

9. Причины возникновения потерь в диэлектриках, помещённых в постоянное и переменное электрические поля.

10. Что такое угол и тангенс угла диэлектрических потерь?

   11. Объяснить зависимость tg d от частоты.

 

 

                                             2.7. Литература

 

1. В.В.Пасынков «Материалы электронной техники», М.: Вш., 1980 г.

2. З.Ф.Воробей, С.Н.Кураева, А.П.Казанцев «Лабораторный практикум» ч. 1, Мн.: РТИ, 1991 г.

3. А.П.Казанцев «Электротехнические материалы», Мн.: Дизайн ПРО, 1998 г., 2001г.

 

 

                          

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3