КОРОЛЕВСКИЙ КОЛЛЕДЖ КОСМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ

Методические рекомендации к лабораторным и практическим работам

Дисциплина

Радиоматериалы и радиокомпоненты

Специальность

210418 «Радиотехнические комплексы и системы управления космических летательных аппаратов»

Королев, 2012

Автор: Лубенко А.Д. – Королев, 2008 год, 90 стр.

ОДОБРЕНЫ

Цикловой комиссией 200401

_________________

Протокол № 1 ___ от ________2008 года

Председатель Лубенко А.Д.

____________________

Начальник научно-методического центра _________Васильева О.В.

Заместитель директора по УМР работе ___________Вишневский Н.З.

Содержание

1. Лабораторная работа №1 "Определение удельного сопротивления металлов и сплавов"………………………………………………………......................4

2. Лабораторная работа №2 " Определение удельного сопротивления полупроводниковых материалов"…………………………...............………......………………..13

3. Лабораторная работа №3 " Исследование свойств материалов для p-n-переходов»……………………………..........................................................21

4. Лабораторная работа №4 " Исследование свойств материалов для варисторов"...................................................................................................30

5. Лабораторная работа №5 " Исследование свойств материалов для терморезисторов"………………………………………………………….38

6. Лабораторная работа №6 ""Исследование твёрдых диэлектрических материалов на пробой и определение их электрической прочности»…………………………………………..……………............44

7. Лабораторная работа №7 "Определение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь диэлектриков"…………………...................................................................50

8. Лабораторная работа №8 "Определение удельного сопротивления диэлектриков"……………………………………………………………...59

9. Лабораторная работа №9 « Исследование свойств магнитных материалов»……………………………………………………………….66

10. Лабораторная работа № 10 "Измерение магнитной проницаемости магнитных материалов" ………………………………………………….79

11. Практическая работа №1 «Выбор и обоснование материала печатной

платы» ……………………………………………………………………..86

Лабораторная работа № 1

"ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ"

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является приобретение учащимися практических навыков по определению удельного сопротивления проводников и умения классифицировать материал по справочной литературе

2.Краткие теоретические сведения

К свойствам проводниковых материалов относят удельное электрического сопротивление, удельную проводимость, ТКR, термоЭДС (e­_t), коэффициент теплопроводности.

Физические свойства материалов зависят от температуры плавления и наличия, или отсутствия магнитных свойств. По магнитным свойствам все материалы делят на: диамагнитные Д, парамагнитные П, ферромагнитные Ф.

Удельное электрическое сопротивление (ρ), с сопротивлением (R), с неизменной площадью поперечного сечения (S) и длинной поперечного сечения (l) определяется по формуле: ρ= R*( S/ l) [Ом*(мм²/м)] = [мк*Ом*м].

По величине удельного сопротивление определяют тип материала, но это справедливо только в случае, если измерения проведены при нормальных климатических условиях. Под нормальными условиями принимают температуру 18–20 градусов Цельсия, влажность 40–60%, давление 650 мм ртутного столба. При изменении любого из этих параметров может измениться удельное сопротивление, т.к. любой материал при воздействии внешних условий может менять геометрические параметры S и l. Величину обратную удельному сопротивлению называют удельной проводимостью γ=1/ρ[См/м]. По величине удельного сопротивления все материалы делят на 2 группы:

1. материалы высокой проводимости, у которых ρ<0.3мкОм*м.

2. материалы высокого сопротивления, у которых ρ>=0.3мкОм*м.

К материалам высокой проводимости относят: натрий, индий, олово, висмут, кадмий, свинец, алюминий, серебро, медь, золото и т.д.

К материалам высокого сопротивления относят: ртуть, галлий, титан, марганец, хром, нихром. В большинстве материалов величина тока в поле высокой частоты отличается от плотности тока по постоянной величине, т.к. плотность тока изменяется по экспоненциальному закону в направлении к поверхности проводника. Такой эффект называют поверхностным, т.к. плотность тока, протекающего по поверхности проводника намного больше плотности тока протекающего в его центре. За глубину проникновения берут глубину, при которой плотность тока уменьшится в 2.7 раза. Поверхностное сопротивлении будет определятся по формуле R_s= ρ/h, где h – глубина проникновения в микронах и лежит в пределах от [4;13]мкм. Поверхностное сопротивление также называют сопротивлением квадрата пленки. При условии, что ток протекает от одной грани квадрата к другой. ТКR – это степень изменения величины сопротивления материала при изменении температуры окружающей среды хотя бы на одни градус, т.е. ТКR – это реакция материала.

ТКρ=(1/R)*( ∆R/∆T)

ТКR= (1/ ρ)*(∆ρ/∆T), где ∆К – элементарное приращение удельного сопротивления и сопротивления материала соответственно при изменении температуры окружающей среды на величину ∆T в Кельвинах.

ρ и R – это начальные данные материала. Средний температурный коэффициент определяется по формуле:

α_ρ=(1/ρ₀)*((ρ_т- ρ₀)/(T-T₀)), где ρ_т и ρ₀ соответствующие значения при температурах T и T₀. Из этой формулы легко рассчитать удельное тепловое сопротивление ρ_т= ρ₀[1+(T₀-T)].

Значение некоторых ТКR материалов положительны, но есть также материалы имеющие отрицательный ТКR.

Положительный ТКR – это изменение сопротивления в большую величину, при изменении температуры также в большую величину. Т.е. положительный ТКR изменяется прямо пропорционально изменению температуры.

Отрицательный ТКR – это изменение величины сопротивления в меньшую сторону, при изменении температуры в большую сторону. Т.е. отрицательный ТКR имеет обратно пропорциональную зависимость.

Коэффициент термоЭДС – это величина ЭДС появляющаяся при изменении температуры окружающей среды в широких пределах. Материалы выбирают такими, чтобы при изменении температур Т₁ и Т₂ на как можно большие величины, величина ЭДС была бы минимальна. Для стабилизации величины термоЭДС используют сплавы серебра, кадмия, золота и цинка, но в некоторых случаях величина термоЭДС должна быть максимальной. Например, в термопарах. Величина термоЭДС рассчитывается по формуле: e_t=k(T₁-T₂), где T₁ – начальная температура, T₂ – конечная температура, k – постоянная Больцмана. Коэффициент теплопроводности: ζ_t=(L₀T)/γ, где T – температура окружающей среды в Кельвинах, γ – удельная проводимость (γ=1/ρ), L₀ – постоянная Лоренца = 2.45*10^-9 В²/К².

В зависимости от плотности материала все металлы делятся на две группы: легкие и тяжелые.

– К легким материалам относят материалы, имеющие плотность не менее 5мг/м³ (это алюминий, магний и т.д.)

– К тяжелым материалам относят материалы, имеющие плотность более 5мг/м³ ( иридий, ниобат, уран, олово, ртуть, золото и т.д.). К тяжелым металлам относят все элементы, включенные в седьмую и восьмую группу таблицы Д.И. Менделеева.

3. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

1. Определить величину удельного сопротивления у 4-х образцов проводников.

2. Пользуясь справочной литературой, по величине ρ определить материал исследуемых образцов.

3. Составить отчет по работе.

4. Сделать выводы по работе.

3. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

1. Прибор для измерения сопротивления – омметр цифровой Щ34.

2. Плата с образцами проводников.

3. Микрометр 0-25 мм.

4. Линейка масштабная.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Линейкой замерить длину проводника (м).

2. Микрометром замерить диаметр исследуемого проводника (мм).

3. П рибором Щ – 34 замерить величину электрического сопротивления образца.

4. П ользуясь формулой , вычислить площадь поперечного сечения исследуемого проводника.

5. Полученные данные подставить в формулу и вычислить величину удельного сопротивления,

где:

R – величина электрического сопротивления (Ом);

S – сечение проводника (мм²);

ℓ – длина проводника (м).

6. Полученные данные занести в табл. 1. Пользуясь справочной литературой, определить материал исследуемого проводника.

									Таблица 1
№ п/п	ℓ, м	d, мм			S, мм^2		R, Ом	ρ, Ом·мм^2/м		материал
1
2

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Задание на работу.

3. Приборы и принадлежности.

4. Таблицу с результатами измерений.

5. Формулы и расчеты вычислений.

6. Выводы по результатам работы.

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем обусловлена величина ρ проводников?

2. На какие группы делятся проводники по величине ρ?

3. Зависит ли величина ρ от длины и сечения проводника?

4. Какое влияние на величину ρ оказывают примеси и почему?

5. Как влияет на величину ρ температура?

6. Назовите проводники с высокой электропроводимостью, приведите примеры применения их в радиотехнике.

7. Как влияют механические воздействия на величину ρ?

8. Назовите проводники с высоким удельным сопротивлением, приведите примеры применения их в радиотехнике.

3. ЛИТЕРАТУРА

Калинин В.Н. ˝Электрорадиоматериалы˝. М., ˝Энергия˝, М., 1981 г.

ПРИМЕР ОФОРМЛНИЯ ОТЧЕТА

_____________________________________________________________________________________

КККМТ

Спец. 200401

ОТЧЕТ

о лабораторной работе № 1

"ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ"

по предмету "РМРК"

	Работу выполнил:
	Иванов П.С.
	Группа 21Р
	20.09.00г.
	Работа зачтена:

• 2008 –

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является приобретение учащимися практических навыков по определению удельного сопротивления проводников и умения классифицировать материал по справочной литературе