лабораторная 4 / лабораторная 4
.docxМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»
Институт – __Энергетики и автоматизированных систем_ Кафедра – _Электроники и микроэлектроники ___________________________________ Специальность – _Электроники и наноэлектроники__________ |
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Студента Михайлицына Андрея Сергеевича____________________________
(фамилия имя отчество)
На тему: Исследование диэлектрических материалов____________________
(полное наименование темы)
Руководитель Суспицын Евгений Сергеевич кандидат технических наук, доцент кафедры электроники и микроэлектроники ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
(подпись, дата, должность, ученая степень, звание, Ф.И.О.)
Отметка _________________ /_______/ (подпись, дата) (ФИО) |
Студент ___________________ (подпись) «____» _____________ 2015 г. |
1.1 Цель работы.
Ознакомиться со свойствами диэлектрических материалов на примере диэлек-триков, применяемых в конденсаторах.
1.2 Порядок выполнения работы.
Задание 1. Измерить емкость двух коденсаторов.
-
Собрать схему, представленную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема измерения сопротивления резистора
-
При помощи виртуального прибора (ВП) DMM из палитры приборов NI ELVISmx измерить емкость двух конденсаторов С1 и С2.
-
Записать в таблицу маркировку конденсаторов и результаты измерений.
Задание 2. Расчет и измерение электрических параметров конденсаторов.
-
При помощи ВП Impedance Analyzer провести измерения полного сопротивления конденсатора , активной составляющей сопротивления , реактивной составляющей и фазы вектора полного сопротивления для двух конденсаторов С1 и С2 при различных частотах входного сигнала (см. таблицу 1).
-
Для каждого измерения из п.п. 1 произвести расчет значений тангенса угла диэлектрических потерь и емкости конденсатора .
-
Результаты измерений свести в таблицу 1.
-
По данным таблицы 1 построить графики зависимости:
и ;
и ;
и ;
и .
На графиках оси частот изобразить в логарифмическом масштабе.
Задание 3. Исследование переходных процессов в RC-цепи.
-
Собрать схему, представленную на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема исследования переходных процессов
-
При помощи ВП Functional Generator из палитры приборов NI ELVISmx установить на вход схемы сигнал прямоугольной формы. Опытным путем подоб-рать значение коэффициента заполнения (Duti Cycle) прямоугольного сигнала таким, чтобы на экране осциллографа наиболее качественно отображались графики заряда и разряда конденсатора.
-
Выполнить Print Screen экрана осциллографа, сохранить изображения.
-
Повторить п.п. 2 для двух резисторов разных номиналов (R1 и R2).
-
Выполнить расчет постоянных времени заряда/разряда конденсатора и времени переходного процесса при различных значениях сопротивления резисторов (R1 и R2):
, (1)
. (2)
-
Результаты расчетов занести в таблицу. Сравнить результаты расчетов с результатами эксперимента.
1.3 Результаты.
Задание 1. Измерить емкость двух конденсаторов.
В результате измерения емкость первого конденсатора получилась 0,01052 мкФ. Маркировка первого конденсатора С1 - 103J 400V .
В результате измерения емкость второго конденсатора получилась 0,1018 мкФ. Маркировка второго конденсатора С2 - CL21 400V 104J.
Задание 2. Расчет и измерение электрических параметров конденсаторов.
Тангенс угла диэлектрических потерь рассчитан по выражению 3.
, (3)
где – реактивная составляющая сопротивления конденсатора;
– активная составляющая сопротивления конденсатора.
Емкость конденсатора рассчитана по выражению 4.
, (4)
где ƒ – частота входного сигнала.
Результаты первого и второго задания занесены в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты измерений
, мкФ* |
, мкФ** |
, Гц |
, кОм |
, град |
, Ом |
, кОм |
, мкФ*** |
|
0,01 |
0,0105 |
50 |
302,98 |
271,09 |
5800 |
302,91 |
0,01051 |
0,0191476 |
100 |
151,32 |
270,64 |
1700 |
151,31 |
0,01052 |
0,01123521 |
||
200 |
75,83 |
270,53 |
702,49 |
75,82 |
0,01050 |
0,00926523 |
||
300 |
50,56 |
270,6 |
529,05 |
50,56 |
0,01049 |
0,01046381 |
||
500 |
30,24 |
270,86 |
452,78 |
30,24 |
0,01053 |
0,01497288 |
||
700 |
21,61 |
270,63 |
237,12 |
21,61 |
0,01052 |
0,0109727 |
||
1000 |
15,13 |
270,45 |
117,02 |
15,13 |
0,01052 |
0,0077343 |
||
3000 |
5,03 |
273,22 |
278,7 |
5,03 |
0,01055 |
0,05540755 |
||
5000 |
3,04 |
271,19 |
63,37 |
3,04 |
0,01047 |
0,02084539 |
||
0,1 |
0,1018 |
50 |
31,19 |
271,12 |
608,36 |
31,18 |
0,10209 |
0,01951123 |
100 |
15,57 |
270,56 |
151,24 |
15,57 |
0,10222 |
0,00971355 |
||
200 |
7,8 |
270,3 |
40,32 |
7,8 |
0,10202 |
0,00516923 |
||
300 |
5,2 |
270,15 |
22,81 |
5,2 |
0,10202 |
0,00438654 |
||
500 |
3,12 |
273,64 |
196,39 |
3,12 |
0,10202 |
0,06294551 |
||
700 |
2,23 |
272,56 |
100,12 |
2,23 |
0,10196 |
0,04489686 |
||
1000 |
1,56 |
271,75 |
48,04 |
1,56 |
0,10202 |
0,03079487 |
||
3000 |
0,5227 |
270,12 |
1,05 |
0,5227 |
0,10150 |
0,0020088 |
||
5000 |
0,3139 |
269,39 |
0,57 |
0,3139 |
0,10140 |
0,00181586 |
*СН - номинальное значение емкости, **СН - измеренное значение емкости, ***СР - расчетное значение емкости.
Далее построен график зависимости расчетного значения емкости первого конденсатора от частоты входного сигнала C1=ɸ(f) в соответствии с рисунком 3.
Рисунок 3 – График зависимости первого конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости расчетного значения емкости второго конденсатора от частоты входного сигнала C2=ɸ(f) в соответствии с рисунком 4.
Рисунок 4 - График зависимости второго конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости тангенса диэлектрических потерь первого конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 5.
Рисунок 5 - График зависимости тангенса диэлектрических потерь первого конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости тангенса диэлектрических потерь второго конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 6.
Рисунок 6 - График зависимости тангенса диэлектрических потерь второго конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости полного сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 7.
Рисунок 7 - График зависимости полного сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости полного сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 8.
Рисунок 8 - График зависимости полного сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 9.
Рисунок 9 - График зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала
Построен график зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 10.
Рисунок 10 - График зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала
Задание 3. Исследование переходных процессов в RC-цепи.
Для исследования переходных процессов в RC-цепи использовался конденсатор C1 и два резистора R1 и R2.
Измерено значение сопротивления первого резистора R1 = 21,5 кОм.
Измерено значение сопротивления второго резистора R2 = 172 кОм.
График заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R1 при частоте сигнала 19,93 Гц представлен на рисунке 11.
Рисунок 11 - График заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R1
Далее построен график заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R2 при частоте сигнала 2,794 Гц в соответствии с рисунком 12.
Рисунок 12 - График заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R2
По выражению 1 и 2 рассчитано τ и T, результаты занесены в таблицу 2.
Таблица 2 – результаты расчета и T
C, мкФ |
R, Ом |
, мс |
T, мс |
|
0,1018 |
21500 |
2,1887 |
6,566 |
8,755 |
172000 |
17,5096 |
52,53 |
70,04 |
Вывод: В данной лабораторной работе по результатам измерений и расчетов, представленных в таблице 1, выяснилось, что с увеличением частоты, полное сопротивление уменьшается, а реактивная составляющая увеличивается. После расчета τ заряда/разряда конденсатора, было установлено, что чем меньше сопротивление резистора и емкость конденсатора, тем быстрее заряжается конденсатор.