Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

MU_ElMatVed

.pdf
Скачиваний:
63
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
2.14 Mб
Скачать

исключить перекрытие между электродами, твёрдые диэлектрики испытывают на пробой в жидком диэлектрике.

Вначале подготавливают образцы размером 50х50 мм в необходимом количестве. Исходные данные для расчёта количества образцов. Испытуемые образцы твёрдых диэлектриков задаются преподавателем. Толщина образца измеряется и записывается в табл. 3.2.

Испытания на пробой, выполняются в порядке, описанном в п. 3.1. Необходимо снять температурную зависимость электрической прочности заданного преподавателем образца твёрдого материала. Определяется пробивная напряжённость Епр по формуле (3.1), и полученные результаты заносятся в табл. 3.2.

Газообразный диэлектрик ______________ , d = _____, мм

Таблица 3.1

Величина

 

 

 

Опыт №1

 

 

P, Бар

 

 

 

 

 

 

 

 

t, °C

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпр, кВ

 

 

 

 

 

 

 

 

Епр, кВ/мм

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина

 

 

 

Опыт

№2

 

 

 

t, °C

 

 

 

 

 

 

 

 

P, Бар

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпр, кВ

 

 

 

 

 

 

 

 

Епр, кВ/мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2

Величина

Жидкий диэлектрик ______________ , d = _____, мм

t, °C

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпр, кВ

 

 

 

 

 

 

 

 

Епр, кВ/мм

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина

 

Твёрдый

диэлектрик

______________ , d = _____, мм

t, °C

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпр, кВ

 

 

 

 

 

 

 

 

Епр, кВ/мм

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать:

название и цель работы;

принципиальную электрическую схему установки АИМ–80;

таблицу измеренных и вычисленных величин;

необходимые графические зависимости;

анализ полученных результатов и выводы по работе.

5.Контрольные вопросы

5.1.Цель и метод испытания диэлектриков на электрическую прочность. Влияние скорости подъёма напряжения.

5.2.Влияние полярности электродов системы игла–плоскость на пробой газообразного диэлектрика.

5.3.Влияние частоты электрического поля на пробой газа.

5.4.Изменение электрической прочности газа в функции давления.

5.5.Механизм пробоя газов. Процесс образования стримера.

5.6.Условие и сущность ударной ионизации. Понятие энергии ионизации.

5.7.Изменение электрической прочности газа в функции расстояния между электродами.

5.8.Механизм пробоя жидких диэлектриков. Влияние примесей на электрическую прочность жидкостей.

5.9.Механизм процесса теплового пробоя в твёрдых диэлектриках. Условие его возникновения. Факторы, влияющие на тепловой вид пробоя.

5.10.Механизм электрохимического пробоя, условия его возникновения. Катализаторы электрохимического старения.

5.11.Характерные признаки электрического вида пробоя. Условие его возникновения.

5.12.Влияние неоднородности диэлектриков на электрический пробой.

21

22

Работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы – освоение методики исследования магнитных свойств и экспериментальное определение некоторых магнитных характеристик ферромагнитных материалов.

1. Основные положения

Свойства ферромагнитных материалов характеризуются основной кривой намагничивания – зависимостью B = f(H) при плавном увеличении напряжённости магнитного поля Н и петлёй гистерезиса – зависимостью B = f(H) при циклическом изменении Н (рис. 4.1). По мере увеличения Н магнитная проницаемость вначале растёт, достигает максимума, однако затем наступает состояние магнитного насыщения и магнитная проницаемость уменьшается. При циклическом изменении Н обнаруживается остаточная намагниченность Вr при Н = 0. Для устранения остаточной намагниченности необходимо воздействовать на образец напряжённостью магнитного поля противоположного направления НС, которая называется коэрцитивной силой.

Гистерезис, остаточная

Bнамагниченность и коэрцитивная сила обусловлены затрудненностью ориентации

 

 

 

доменов по направлению магнитного поля,

Br

 

 

с этим в основном связаны потери энергии

 

 

 

на перемагничивание (или потери на

Hc

 

 

гистерезис Рг).

 

переменного

 

 

 

В

условиях

0

 

H

магнитного поля в материале индуцируется

 

 

электродвижущая

сила,

вызывающая

 

 

 

вихревые токи, которые замыкаются в

 

 

 

толще материала. При этом возникают

 

 

 

потери на вихревые токи Рв. Таким

 

 

 

образом, полная мощность, теряемая в

Рис. 4.1. Петля гистерезиса

магнитном материале

 

 

 

 

Р = Рг + Рв.

 

(4.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная

мощность

потерь

характеризует

данное

конкретное

изделие.

Для

сравнительной

характеристики материалов используют удельную мощность потерь

 

 

 

 

р=Р/m,

 

 

 

 

(4.2)

где m – масса испытанного образца.

 

 

 

 

 

Потери на гистерезис рассчитывают по формуле

 

 

P f Bn

V = a f V ,

(4.3)

г

max

 

 

а потери на вихревые токи определяют из выражения

Pв = ξ f 2 Bmax2 V = b f 2 V ,

(4.4)

где η, ξ – коэффициенты, зависящие от свойств данного материала, f – частота перемагничивания, Гц; Вmax – величина магнитной индукции, Тл; V – объём ферромагнетика, м3; n = 1,6...2 – показатель степени, зависящий от природы материала.

Простейшая магнитная цепь состоит из магнитопровода с поперечным сечением S, на котором равномерно размещена обмотка с числом витков w проводника с постоянным током I, под действием которого создаётся однородное магнитное поле с напряжённостью

H = wI l

,

(4.5)

ср

 

где lср – средняя длина линии магнитопровода, м.

Магнитная индукция в сердечнике с относительной магнитной

проницаемостью µr соответственно составит

 

 

 

B = µr µ0 H ,

(4.6)

где µ0 = 4π 10–7 – магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.

 

При этом магнитный поток в магнитопроводе

 

 

 

Ф = BS = µr µ0 wIS lср .

(4.7)

Произведение wI = F называется магнитодвижущей силой, а

отношение lср

µrµ0S

= RM – магнитным сопротивлением магнитной цепи. С

 

 

 

учётом этого выражение (4.7) для магнитного потока приводится к виду

 

 

 

Ф = F RM .

(4.8)

Выражение (4.8) определяет основной закон магнитной цепи – аналог закона Ома. В сложных магнитных цепях общий магнитный поток Ф разветвляется по нескольким направлениям, при этом он оказывается равным алгебраической сумме магнитных потоков в ветвях разветвления – аналог первого закона Кирхгофа для магнитной цепи (4.9).

n

 

Ф = Фi .

(4.9)

i=1

На параллельных ветвях разветвлённой магнитной цепи с напряжённостями магнитного поля H1 и H2 и средними длинами l1 и l2 участков параллельных ветвей магнитные напряжения H1l1 = H2l2. При этом магнитный поток распределяется обратно пропорционально магнитным сопротивлениям параллельных ветвей Ф1/Ф2 = RM2/RM1.

При наличии последовательной магнитной цепи с несколькими источниками магнитодвижущей силы (с несколькими катушками с током на одном магнитопроводе) в соответствии с аналогией закону Ома для магнитной цепи магнитный поток прямо пропорционален алгебраической сумме магнитодвижущих сил, действующих в цепи, и обратно пропорционален сумме магнитных сопротивлений её участков (4.10).

23

24

 

n

 

Ф =

Ii wi

 

i=1

(4.10)

m

 

RMk

 

k =1

или равенство можно привести к виду

m

n

 

H k lk = wi Ii

(4.11)

k =1

i=1

 

Выражение (4.11) представляет собой аналог второго закона Кирхгофа для магнитной цепи.

Нелинейность зависимости B = f(H) для магнитных материалов обуславливает нелинейность зависимости Ф = f(I), а, следовательно, и индуктивности L, как коэффициента пропорциональности между магнитным потоком и силой электрического тока. Таким образом, наличие в электрической цепи катушки индуктивности с сердечником из магнитного материала, т.е. нелинейного элемента, искажает форму кривой электрического тока. Использование магнитопровода из магнитных материалов позволяет получать большие значения индуктивностей при малых габаритах аппаратов.

Постоянные магниты благодаря достигнутым за последнее время высоким характеристикам сплавов, из которых они выполняются, получили широкое распространение в самых различных областях техники.

Их используют для создания постоянного магнитного поля в устройствах, преобразующих электрическую энергию в механическую (поляризованные и магнитоэлектрические системы аппаратов, регистрирующие устройства, магнетроны, фокусирующие устройства, дугогасящие системы аппаратов и т. д.).

Они применяются также в устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую (магнето, микрофоны, электрогенераторы и т. д.). В ряде случаев с помощью постоянных магнитов создают механическую силу, действующую на детали из ферромагнитных материалов (магнитные плиты, синхронные передатчики моментов, замки, сепараторы, подъёмные устройства и т. д.).

Широкое применение нашли постоянные магниты в качестве тормозных магнитов, например в различных индукционных системах электрических аппаратов.

Магнитотвёрдые материалы, из которых изготовляют постоянные магниты, характеризуются широкой петлёй гистерезиса (большой коэрцитивной силой) и малой магнитной проницаемостью. Важнейшей характеристикой является участок нисходящей ветви петли магнитного гистерезиса, заключенный между Вr и НС. Этот участок называется кривой размагничивания.

Графическая или табличная форма задания кривой размагничивания не даёт возможности в общем виде анализировать устройства с применением

магнитотвёрдых материалов. Поэтому часто пользуются приближенными аналитическими выражениями для кривой размагничивания магнитотвёрдых материалов.

Экспериментальные данные для различных материалов показывают, что кривые размагничивания достаточно хорошо изображаются равносторонними гиперболами с асимптотами, параллельными осям B и H. Уравнение такой гиперболы относительно своих асимптот ху = c02. При переходе к координатам В и Н следует произвести параллельный перенос и поворот осей координат.

Если учесть, что кривая должна проходить через точки Вr и НС, то

получится следующее аналитическое выражение кривой размагничивания

B =

Br (HC H ),

(4.12)

HC aH

 

 

 

где a – коэффициент выпуклости.

2. Описание лабораторной установки

Принципиальная схема установки показана на рис. 4.2. Схема содержит звуковой генератор, осциллограф PV, резисторы R1 и R0, конденсатор С и образец магнитного материала.

Исследуется тороидальный образец из магнитомягкого материала: средний радиус rср = 18,75 мм, площадь поперечного сечения S = 10 х 15 мм2, масса g = 0,15 кг. Число витков обмотки возбуждения ω1 = 25, измерительной

ω2 = 30, С = 2 мкФ, R0 = 30 Ом, R1=8 кОм.

 

rcp

 

 

w1

w2

C

R1

 

 

 

ЗГ

 

 

 

R0

 

 

 

X

Y

 

 

Рис. 4.2. Лабораторная установка

25

26

Напряжённость магнитного поля в образце пропорциональна току в намагничивающей обмотке ω1 образца и, следовательно, падению напряжения на сопротивлении R0. Это напряжение прикладывается к горизонтальному входу осциллографа. Под действием переменного магнитного поля в обмотке возникает электродвижущая сила Е2. На вертикальный вход осциллографа подается напряжение UС, пропорциональное Е2.

Так как сопротивление R1 >> 1/ωC, можно считать, что I E2/R1. Электродвижущая сила во вторичной обмотке

E2 2 S

dB ,

(4.13)

dt

 

 

где S – площадь поперечного сечения образца, мм2. Тогда

UC =

1

E2dt =

ω2 SB ,

(4.14)

R C

R C

 

1

 

1

 

Отсюда видно, что напряжение на конденсаторе С пропорционально магнитной индукции в образце. Таким образом, на экране осциллографа можно наблюдать петлю гистерезиса в координатах, в определённом масштабе, пропорциональных напряжённости магнитного поля.

3.Порядок выполнения работы

3.1.Проведение эксперимента

3.1.1. Снять петлю гистерезиса:

˙подготовить приборы к включению, для чего регулятор напряжения на звуковом генераторе поставить в положение, соответствующее минимуму напряжения, а регулятор чувствительности входа вертикального отклонения осциллографа – в положение минимальной чувствительности;

˙установить луч в центре экрана осциллографа;

˙установить на звуковом генераторе частоту низкую частоту (50 – 300 Гц);

˙плавно повышать напряжение на выходе звукового генератора до магнитного насыщения образца;

˙отрегулировать вертикальное и горизонтальное усиление осциллографа так, чтобы изображение петли было развернуто почти на весь экран;

˙при последующих измерениях величину горизонтального и вертикального усиления не менять для сохранения постоянных масштабов;

˙зарисовать изображение петли

˙повторить измерения при большей частоте (700 – 900 Гц).

3.1.2. Построить основную кривую намагничивания:

При частоте, указанной преподавателем, подать на образец напряжение, соответствующее максимальной напряжённости магнитного поля. Записать координаты вершин петли; изменяя горизонтальное отклонение луча уменьшением амплитуды сигналов генератора, измерять координаты вершин получаемых петель гистерезиса. Результаты измерений занести в табл. 4.1.

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.1

Материал

f

Х

Н

Y

В

 

µr

Гц

мм

А/м

мм

Тл

 

о.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.3. Выключить приборы 3.2. Обработка результатов измерений

3.2.1. Рассчитать удельные суммарные потери (Вт/кг), используя формулу

p =

Sг h b f V ,

(4.15)

g

 

 

 

где Sг – площадь петли гистерезиса, мм2; g – масса образца, кг; f – частота, Гц; b – вертикальный масштаб, Тл/мм; h – горизонтальный масштаб, А/м в мм; V

– объём образца, м3.

Масштаб по горизонтали

h =

2

ω1 U0

,

(4.16)

R0

lср X

 

 

 

 

где lср = 2πrср - средняя длина магнитной линии образца, ω1 - число витков первичной обмотки, U0/X – коэффициент усиления по оси X (устанавливается на осциллографе).

Вертикальный масштаб

b =

2

UC C R1

,

(4.17)

 

ω2 S Y

 

где S – площадь поперечного сечения магнитопровода, мм2; ω2 – число витков вторичной обмотки, UС/Y – коэффициент усиления по оси Y (устанавливается на осциллографе).

Результаты расчетов для разных частот занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Материал

g

f

Х

Н

Y

B

ХС

НС

Yг

Вг

Sг

p

кг

Гц

мм

А/м

мм

Тл

мм

А/м

мм

Тл

мм2

Вт/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

28

3.2.2. Произвести аналитическое разделение потерь на гистерезис и вихревые токи по результатам измерения удельных потерь на двух частотах, решая систему уравнений:

p = a f

1

+ c f 2

;

(4.18)

1

1

 

 

p2 = a f2 + c f22 ;

(4.19)

где P1, P2 – удельные потери, измеренные на частотах f1 и f2 при постоянной магнитной индукции; а и с – искомые коэффициенты.

Удельные потери на гистерезис

и на вихревые токи записать как

pг = a fраб;

p В = с fраб2

,

(fраб = 50 Гц)

(4.20)

3.2.3. Используя основную кривую намагничивания, вычислить магнитную проницаемость при различных напряжённостях магнитного поля и построить график.

4. Содержание отчёта

Отчёт должен включать:

˙цель работы;

˙принципиальную схему установки;

˙основные формулы и соотношения, используемые в работе;

˙графики зависимостей B = f(H); µr = f(H);

˙анализ и выводы по работе.

5.Контрольные вопросы

5.1.Природа магнитных свойств материалов.

5.2.Отличие диамагнитных, парамагнитных и ферромагнитных материалов.

5.3.Объясните наличие насыщения на основной кривой намагничивания.

5.4.Виды потерь в ферромагнитных материалах и методы их разделения.

5.5.Зависимость относительной магнитной проницаемости сильномагнитных материалов от температуры, частоты и напряжённости магнитного поля.

5.6.Отличие зависимостей индукции от напряжённости магнитного поля для парамагнитного и ферромагнитного материалов.

5.7.Петля гистерезиса. Характерные точки.

5.8.Использование магнитомягких материалов. Особенности и область применения.

5.9.Использование магнитотвёрдых материалов. Особенности и область применения.

5.10.Объяснить методику получения петли гистерезиса и основной кривой намагничивания, используемую в данной работе.

5.11.Понятие начальной, максимальной, дифференциальной, динамической относительной магнитной проницаемости и абсолютной магнитной проницаемости.

Работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы – исследование характеристик полупроводниковых приборов, освоение методики определения параметров терморезисторов, варисторов и диодов.

1. Основные положения

Полупроводники являются группой веществ, отличающихся значительной чувствительностью к воздействию ряда факторов: температуры, электрического поля, света и др. Полупроводники занимают среднее положение между диэлектриками и проводниками по характеру и величине электропроводности и по расположению заполненных и незаполненных энергетических зон. К полупроводникам относятся химические элементы: германий, кремний, селен и др., большое число окислов, сульфидов и карбидов.

Терморезистором или термосопротивлением (ТС) называется нелинейный резистор, величина сопротивления R которого резко уменьшается с увеличением температуры. Полупроводниковые ТС изготавливают из окислов меди, марганца; никеля, кобальта и других материалов.

Большой температурный коэффициент (αρ) ТС позволяет использовать их в качестве термометров сопротивления для целей измерения и регулирования температуры, в качестве термокомпенсаторов, стабилизаторов напряжения в электрических цепях, а также в автоматике, телемеханике и т.д.

Температурная зависимость сопротивления RT в терморезисторе является его главной характеристикой и следует экспоненциальному закону:

RT = A eB T ,

(5.1)

где А и В – постоянные величины, Т – абсолютная температура, К. Для практических расчётов удобнее пользоваться формулой:

B

T0 T

 

(5.2)

T0 T

,

RT = RT 0 e

 

 

где RT0 - величина сопротивления при температуре 20 °С, её называют холодным сопротивлением.

Постоянная В, характеризующая температурную чувствительность ТС во всём интервале его рабочих температур, определяется экспериментально путём измерения сопротивления ТС при двух температурах Т и Т0 по формуле:

B =

2,3

ln R ,

(5.3)

(1 T )

 

 

 

29

30

где

ln R = ln RT ln RT 0 ,

(1 T ) =1 T 1 T0 .

 

 

 

Если определять температурный коэффициент сопротивления TС по

уравнению

αρ =

1

 

dR , то из уравнения (5.1) следует:

 

 

 

R

dT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αρ = −

 

 

(5.4)

 

 

 

 

 

 

 

T 2

 

 

 

 

Практически удобней пользоваться формулой для определения

электропроводности полупроводников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WЭ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ = A e2kT

,

 

(5.5)

где WЭ – работа переброса электрона в заполненную зону, эВ, k - постоянная

Больцмана, равная 1,38 10–23 Дж/К.

 

 

 

 

 

Формула (5.5) позволяет рассчитать работу переброса электрона в

заполненную зону данного полупроводника. Для этого уравнение (5.5)

логарифмируют

 

 

 

ln γ = ln A WЭ

1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.6)

 

 

 

 

 

 

 

2k

T

 

 

и в полученное уравнение (5.6) из графика ln γ = f(1/T) подставляют два

любых значения ln γ и соответствующие им значения 1/Т.

 

Тогда по системе двух уравнений с двумя неизвестными находят WЭ

(Дж), величину которой затем переводят в электрон-вольты (1 эВ = 1,6 10–19

Дж).

К важнейшим характеристикам ТС принадлежат статические

 

вольтамперные характеристики, т.е. зависимости U = f(I), которые называют

вольтамперными характеристиками (в.а.х.) (рис. 5.1).

 

 

 

U , В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

I , мА

 

 

 

0

 

2

4

6

8

10

12

 

Рис. 5.1. Вольтамперная характеристика ТС типа ММТ-4

Форма в.а.х. ТС определяется четырьмя основными параметрами: А, В, Т, Н, где Н – коэффициент рассеяния в Вт/К, численно равный мощности, рассеиваемой на ТС при разности температур образца и окружающей среды в

1 °С.

Величину коэффициента рассеяния Н для отдельного образца легко определить по его в.а.х. и зависимости R(Т). Для любой точки в.а.х. R = U/I и P = UI. Пользуясь кривой R(T), нетрудно построить график зависимости P(T), по которому и рассчитываются значения коэффициента рассеяния

H =

P .

(5.7)

T

Зная Н, можно определить коэффициент энергетической чувствительности ТС

G =

 

H

,

(5.8)

100

αT

 

 

 

 

численно равный мощности, которую нужно рассеять на ТС для уменьшения его сопротивления на 1%.

Нелинейный полупроводниковый варистор – это резистор, величина сопротивления которого сильно зависит от напряжённости электрического поля. В.а.х. варистора является симметричной (рис. 5.2) и выражается формулой

I = B U β,

(5.9)

где В – постоянная, β – коэффициент нелинейности.

I

 

0

U

Рис. 5.2. Вольтамперная характеристика варисторов типа СН1-2

Коэффициент β не является постоянным для данной в.а.х. и изменяется в зависимости от приложенного напряжения:

β =

lg(I2

I1)

,

(5.10)

lg(U2

 

 

U1)

 

где β – средний коэффициент нелинейности между двумя точками:

31

32

(I1, U1) и (I2, U2).

Имея ряд осциллограмм напряжения, снятых при условии rн << rст варистора, можно построить его в.а.х. Этот метод получения в.а.х. варистора используется в лабораторной работе.

Варисторы используются для защиты высоковольтных линий электропередачи, в телефонии и радиотехнике, для умножения частоты, для сглаживания и стабилизации напряжения в вычислительных машинах.

2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка для снятия температурной зависимости сопротивления термистора и его вольт-амперной характеристики состоит из параметрического источника тока, получающего питание от трёхфазной цепи переменного тока. С помощью источника тока в работе устанавливается значение силы тока и измеряется падение напряжения на термисторе. Температура термистора измеряется цифровым термометром. Температура термистора изменяется под действием двух факторов: регулированием окружающей его температуры термостатом, разогревом термистора протекающим током.

Вольтамперные характеристики диода и варистора снимаются по схеме, состоящей из регулируемого двуполярного источника постоянного напряжения, цифрового вольтметра и миллиамперметра.

3.Порядок выполнения работы

3.1.Снятие в.а.х. термистора.

Постепенно увеличивать силу тока через термистор от минимального до максимального значения. После прекращения изменения температуры и напряжения записывать показания миллиамперметра и вольтметра. Данные измерений занести в табл. 5.1.

Таблица 5.1

U, В

I, мА

3.2. Определение температурной зависимости сопротивления термистора и вычисление его электропроводимости.

Измерения сопротивления произвести при температуре окружающей среды, а затем, увеличивая температуру до 100 °С, определять сопротивление термистора желательно при подаче малых значений силы тока.

По полученным значениям сопротивления исследуемого термистора определить его электропроводность при разных температурах по формуле

γ =1 RT ,

(5.11)

Измеренные значения величин занести в табл. 5.2.

Таблица 5.2

 

Измерено

 

 

Вычислено

 

t,°C

U, В

I, мА

Т, К

1/Т

RT, кОм

γ, См

ln γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

3.3. Снятие в.а.х. варистора.

Постепенно поднимая напряжение на варисторе от минимального до максимального, снять показания вольтметра и амперметра. Данные измерений занести в табл. 5.3.

Таблица 5.3

U, В

I, мА

β

3.4.Снятие в.а.х. полупроводникового диода.

Постепенно поднимая напряжение на диоде от минимального до максимального, снять показания вольтметра и амперметра. Данные измерений занести в табл. 5.4.

Таблица 5.4

U, В

I, мА

4. Содержание отчёта

Отчёт должен включать:

˙цель работы;

˙выполненную подготовку к работе;

˙расчётные формулы, используемые в работе;

˙график зависимости I(U) для термистора;

˙графики зависимостей RT(Т) и ln γ (1/Τ);

˙определение постоянной В, температурного коэффициента

сопротивления термистора αρ и работы переброса электрона в незаполненную зону WЭ;

˙определение коэффициентов рассеяния H и энергетической чувствительности G для термистора;

˙график зависимости I(U) для варистора;

˙вычисление коэффициента нелинейности варистора. При этом берутся два значения напряжения и соответствующие им токи;

˙график зависимости I(U) для полупроводникового диода;

˙анализ и выводы по работе.

33

34

5.Контрольные вопросы

5.1.Особенность полупроводников по сравнению с проводниками и диэлектриками.

5.2.Диапазон удельных сопротивлений полупроводниковых материалов. Техническое применение полупроводников. Привести примеры.

5.3.Вольтамперная характеристика термистора. Объяснить нелинейность.

5.4.Зависимость удельной электрической электропроводимости полупроводников от различных факторов.

5.5.Собственная и примесная электропроводность полупроводников.

5.6.Зависимость электропроводимости примесного полупроводника от температуры. Напишите формулу и объясните входящие в неё величины.

5.7.Влияние электрического и магнитного полей на проводимость полупроводников.

5.8.Вольтамперная характеристика варистора. Объяснить нелинейность.

5.9.Свойства pn–перехода. Пояснить его работу.

5.10.Вольтамперная характеристика pn–перехода.

Приложение 1 Усреднённые технические характеристики некоторых диэлектриков

Диэлектрик

ρV,

ρS,

εr

tgδ

Eпр,

Ом м

Ом

кВ/мм

 

Полиэтилен (ПЭВД)

5 1014

1015

2,3

0,0002

45

Полистирол

1015

1013

2,4

0,0002

30

Политетрафторэтилен

1016

1015

2,0

0,00015

35

(фторопласт–4, тефлон)

 

 

 

 

 

Политрифторхлорэтилен

5 1014

1013

3,3

0,015

20

(фторопласт –3)

 

 

 

 

 

Поливинилхлорид

1011

1012

3,4

0,055

17

Полиметилметакрилат

1012

1012

4

0,04

30

(оргстекло, плексиглас)

 

 

 

 

 

Кремнийорганическая резина

5 1012

1013

3,3

0,002

22

Электротехнический фарфор

8 1011

1010

6,3

0,025

28

Электротехническое стекло

1012

1014

7

0,024

48

Ситалл (стеклокерамика)

1011

5 1012

6

0,003

50

Стеклотекстолит (СТЭФ–1)

1012

1013

7,5

0,035

26

Текстолит А

107

1010

5

0,12

15

Асботекстолит

5 106

109

7,5

0,35

1,5

Миканит ФМГ (М - мусковит)

1015

1011

7

0,015

30

Миканит ФФГ (Ф - флогопит)

1012

1010

6

0,05

25

Микалекс

1012

1011

6,8

0,007

15

Винипласт

5 1011

1014

4

0,03

20

Гетинакс

5 108

109

6,5

0,21

30

Кабельная бумага КВУ

5 109

1010

4,3

0,0026

6,5

Кабельная бумага КВ

109

1010

3,5

0,0019

5,5

Парафин

1016

1015

2,2

0,0005

23

Воздух

1017

1

4 10–8

3,0

Элегаз

5 1017

1

4 10–8

7,8

Трансформаторное масло

5 1012

2,3

0,001

20

Фторорганическая

5 1013

1,9

0,0001

50

(перфторуглеродная) жидкость

 

 

 

 

 

35

36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 2

 

цинковый

-никель Феррит

Ni) (99 Никель

Ni) (78,5 Пермаллой

1410

сталь .Электротехн

1212

сталь .Электротехн

3411

сталь .Электротехн

1572

сталь .Электротехн

1521

сталь .Электротехн

Fe) (99,8

техническое Железо

Пермендюр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основная

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

Тл B,

м/А H,

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

материалов магнитомягких намагничивания кривая

0,05

25

0,012

4

0,4

4

0,32

50

0,17

50

0,55

25

0,2

50

0,3

50

0,002

4

0,13

6

0,15

50

0,03

8

0,6

8

0,51

100

0,31

100

0,82

50

0,4

100

0,8

100

0,005

8

0,49

10

0,2

75

0,035

12

0,72

12

0,79

200

0,57

200

0,99

75

0,6

150

1

150

0,009

12

1

20

0,21

100

0,04

16

0,82

16

0,99

300

0,77

300

1,1

100

0,75

200

1,07

200

0,014

16

1,42

40

0,23

150

0,058

24

0,9

24

1,12

400

0,9

400

1,18

125

0,87

250

1,12

250

0,022

24

1,64

60

0,25

200

0,065

32

0,95

32

1,2

500

1

500

1,24

150

1,15

500

1,23

500

0,03

32

1,77

80

0,26

250

0,08

48

1,01

48

1,25

600

1,08

600

1,29

175

1,25

750

1,29

750

0,1

48

1,81

100

0,27

300

0,1

64

1,06

64

1,29

700

1,14

700

1,34

200

1,27

1000

1,33

1000

0,2

64

2,07

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,29

400

0,115

80

1,07

80

1,3

800

1,19

800

1,37

225

1,28

1250

1,35

1250

0,43

80

2,2

400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,3

500

0,13

96

1,08

96

1,31

900

1,23

900

1,4

250

1,29

1500

1,37

1500

0,77

96

2,3

600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,31

600

0,15

112

1,09

112

1,31

1000

1,27

1000

1,42

275

1,29

1750

1,38

1750

0,96

112

2,36

800

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

Характеристики магнитотвёрдых материалов

Материал

Вольфрамовая сталь Е7В6

Кобальтовая сталь ЕХ5К5

Викаллой 1

Кунифе 1

Алюминиевоникелевый сплав ЮНД4

Алюминиевоникелевокобальтовый сплав ЮНДК15

Алюминиевоникелевокобальтовый сплав ЮНДК24

Альнико 13-24-3

Магнико 8-13,5-23

Альнико 9-20-16

 

 

 

в точке

Коэффициент

 

 

максимальной

Br,

HC,

выпуклости

магнитной энергии

 

 

 

 

 

 

 

Bm,

Hm,

a

 

 

 

 

 

Тл

кА/м

Тл

кА/м

 

 

 

 

 

1

4,94

0,68

3,4

0,77

 

 

 

 

 

0,85

7,95

0,58

5,4

0,79

 

 

 

 

 

0,88

24

0,55

15

0,64

 

 

 

 

 

0,58

47

0,42

35

0,86

 

 

 

 

 

0,5

40

0,3

24

0,56

0,75

48

0,43

28

0,45

1,23

44

0,95

34

0,91

 

 

 

 

 

0,57

48

0,35

28

0,56

 

 

 

 

 

1,15

44

0,8

33

0,85

 

 

 

 

 

0,33

41

0,21

22

0,48

37

38

 

 

Приложение 4

Электрические свойства полупроводников

 

 

 

 

Ширина запрещенной

Собственное удельное

Вещество

зоны

сопротивление при 20 °C

 

 

 

 

эВ

Ом·м

 

 

 

Германий

0,72

0,43

 

 

 

Кремний

1,12

2600

 

 

 

Селен (крист.)

1,6

1500

 

 

 

Теллур

0,36

0,003

 

 

 

Сульфид свинца

0,41

0,002

 

 

 

Антимонид индия

0,18

7·10–5

Арсенид галлия

1,43

1,5

 

 

 

Сера

2,4

 

 

 

Мышьяк

1,2

 

 

 

Фосфор

1,5

 

 

 

Бор

1,1

 

 

 

Йод

1,25

 

 

 

Приложение 5

Электрические свойства металлов и их сплавов

Вещество

Удельное сопротивление,

Температурный коэффициент сопротивления,

Температурный коэффициент линейного расширения,

Коэффициент тепло– проводности,

Удельная теплоёмкость,

Плотность,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мкОм·м

1/К

1/К

 

Вт

 

 

Дж

 

кг/м3

 

 

м К

 

кг К

 

 

 

 

 

 

 

Алюминий

0,028

4,2 10–3

2,4 10–5

209

 

922

 

2700

Вольфрам

0,055

4,6 10–3

4,4 10–6

168

 

218

 

19300

Железо

0,098

6 10–3

1,1 10–5

73

 

452

 

7870

Золото

0,024

3,8 10–3

1,4 10–5

293

 

126

 

19300

Латунь

0,07

10–3

1,8 10–5

109

 

 

8500

Манганин

0,445

2,5 10–5

1,8 10–5

 

 

8400

Медь

0,017

4,3 10–3

1,6 10–5

390

 

385

 

8940

Никель

0,073

6,5 10–3

1,3 10–5

95

 

444

 

8900

Константан

0,49

–2 10–5

1,44 10–5

 

 

8900

Нихром

0,11

1,7 10–4

1,8 10–5

16,8

 

504

 

8400

Олово

0,12

4,4 10–3

2,3 10–5

65

 

226

 

7310

Платина

0,105

3,8 10–3

9 10–6

71

 

134

 

21400

Свинец

0,21

3,7 10–3

2,9 10–5

35

 

130

 

11400

Серебро

0,016

4 10–3

1,9 10–5

415

 

234

 

10500

Цинк

0,059

3,7 10–3

3,1 10–5

111

 

390

 

7140

Кобальт

0,062

6 10–3

1,2 10–5

79

 

435

 

8710

Титан

0,48

3,3 10–3

8,1 10–6

15

 

577

 

4500

Хром

0,21

6,5 10–6

 

 

7100

Молибден

0,057

4,6 10–3

5,1 10–6

151

 

264

 

10200

Магний

0,045

4,2 10–3

2,6 10–5

167

 

1040

 

1740

Кадмий

0,076

4,2 10–3

3 10–5

93

 

230

 

8650

39

40

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]