Файл: Учебнометодическое пособие по лабораторным работам для студентов направления 11. 03. 04 Электроника и наноэлектроника.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.11.2023

Просмотров: 163

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1. Определение удельного сопротивления проводника

Лабораторная работа № 2. Измерения параметров магнитных материалов. 1. Цель работыЦелью работы является изучение методики расчета основных характеристик и исследования свойств магнитных материалов, а также физических процессов, связанных с магнетизмом.2. Теория. Влияние магнитного поля на свойства ферромагнетикаПроизводство электроэнергии, ее преобразование, измерение и применение в значительной степени связано с использованием магнитных материалов.Под магнитными материалами (ферромагнетиками) в технике подразумевают такие материалы, которые обладают высокой магнитной проницаемостью и в достаточно сильных полях высокой индукцией. Для них часто также характерна способность сохранять намагниченность и после того как внешнее поле прекратит свое действие.При внесении магнитного материала в магнитное поле напряженностью Н происходит его намагничивание. В этом случае магнитный материал характеризуется намагниченностью j или индукцией В.Чаще всего магнитная индукция В выражается в зависимости от намагничивающего поля соотношением:В=µ·Н,где µ = f(H) - относительная магнитная проницаемость, определяемая по экспериментальной кривой намагничивания.На рис.1 даны зависимости В = f(H) и µ = f(H) для особо чистого железа (кривая 1) и для технически чистого железа (кривая 2).В системе СИ: где μ0 = 4 к · 10-7 Гн/м - магнитная постоянная вакуума.Магнитная проницаемость μ (рис.1б) определяется по основной кривой намагничивания (рис. 1а) как отношение величины индукции В к значению напряженности магнитного поля Н в данной точке кривой намагничивания. Рисунок 1- Зависимости В = f(H) (а) и µ = f(H) (б) для особо чистого железа(1) и для технически чистого железа(2)Магнитная проницаемость μ при Н = 0 называется начальной проницаемостью. Она определяется в очень слабых полях (Н0,08 А/м).Наибольшее значение магнитной проницаемости называется максимальной проницаемостью µmах.При сильных полях в области насыщения магнитная проницаемость стремиться к единице.При анализе вопросов, связанных с одновременным действием на магнитный материал постоянного H0 и переменного H магнитных полей и при H

Лабораторная работа №3. Измерения тангенса диэлектрических потерь tgδ и диэлектрической проницаемости ε.

Лабораторная работа №4. Измерение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) резисторов.

Список рекомендуемой литературы



1) Проводимость металлов имеет электронную природу. Диэлектрические кристаллы обладают ионной проводимостью. В этом отношении полупроводники схожи с металлами: как и в металлах, проводимость большинства полупроводников имеет электронное происхождение.

2) При нагревании проводимость металлов медленно падает, а проводимость полупроводников, наоборот, резко возрастает. Однако известны некоторые полупроводники, для которых зависимость проводимости от температуры имеет такой же характер, как и у металлов.

3) Проводимость металлов уменьшается при введении примесей. Проводимость диэлектриков, наоборот, при введении примесей возрастает. В этом отношении полупроводники похожи на диэлектрики: включение примесей приводит к резкому увеличению проводимости полупроводников.

Наиболее типичными, широко применяемыми на практике полупроводниками являются бор (В), углерод (С), кремний (Si), фосфор (Р), сера (S), мышьяк (As), селен (Se), олово (Sn), сурьма (Sb), теллур (Те), йод (I).

В этой работе исследуются термисторы – нелинейные полупроводниковые сопротивления с электронной проводимостью, величина которых RT резко зависит от температуры.

Наибольшее распространение имеют термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (СТ, ММТ)


Они изготовляются из твердых поликристаллических полупроводниковых материалов: смесей двуокиси титана с окисью магния, окислов марганца, меди, кобальта и никеля и т.д.

Основными параметрами термисторов являются:

  1. Сопротивление образца при Т = 20 С.

  2. Величина температурного коэффициента сопротивления  в процентах на один градус изменения температуры.

  3. Максимально допустимая температура, выше которой характеристики термистора становятся нестабильными.

Термосопротивления широко применяются для измерения температуры, а также для компенсации температурных изменений параметров электрических цепей.
Описание экспериментальной установки

Для проведения работы используется установка, которая состоит из нагревателя, цифрового мультиметра для измерения сопротивления резисторов и термисторов, источника питания для измерения вольтамперных характеристик металлических резисторов и термисторов. Объектом исследования является набор из резисторов и термисторов (всего 6 элементов), соединенных с блоком с переключателем.


Измеряемые резисторы и термисторы помещаются в камеру нагревателя и подключаются к мультиметру. Для получения вольтамперной характеристики металла и термистора используется стабилизированный блок питания (с индикацией напряжения) и мультиметр, с помощью которого измеряется ток. Необходимое напряжение на блоке питания высвечивается в окошке на передней панели источника.
Методика и техника эксперимента

1. Замерьте сопротивления резисторов при комнатной температуре. По полученным значениям определите соответствие положений переключателя резисторов исследуемым элементам.

2. Получите вольтамперную характеристику изучаемых резисторов и термисторов при комнатной температуре. Оцените достоверность полученных результатов, сравнив их со значениями замеренных сопротивлений.

2. Измерьте зависимость сопротивления резисторов и термисторов от температуры при ее изменении от комнатной до 70 °С.

4. Для каждого из исследованных элементов определите температурный коэффициент сопротивления a.

Рекомендации по выполнению работы

  1. Замерьте сопротивления резисторов при комнатной температуре.

  2. Соберите цепь для измерения вольтамперной характеристики проводника, используя блок питания HY 1502D и мультиметр.

3. Измерьте и запишите в табл. 1 значения напряжения на сопротивлении и соответствующие им токи, последовательно увеличивая напряжение от 0 до максимального значения 10 В через 2 В, а затем по данным таблицы постройте вольтамперную характеристику при комнатной температуре. Максимальное значение напряжения выбирается таким образом, чтобы металлическое сопротивление не нагревалось, и ток бы не изменялся при этом максимальном напряжении.

Таблица 1. Ток элементов I, мА.

Исследуемое сопротивление
Тип сопротивления

(резистор / термистор)
Напряжение U, В.

0
2
4
6
8
10

1. Тип резистора 1





















2. Тип резистора 2






















4. По данным табл. 1 постройте график зависимости тока от напряжения и убедитесь, что выполняется закон Ома, определите сопротивление металлического сопротивления при комнатной температуре и сравните со значением сопротивления, которое показал мультиметр в режиме измерения сопротивления.

5. Включите нагреватель в сеть 220 В., включите его. Аккуратно поместите резисторы внутрь нагревателя.

6. Запишите в табл. 2 показания температуры и величины сопротивления резисторов и термисторов через каждые 10 0С, нагревая их до 70 0С.

Таблица 2. Сопротивление элементов R, кОм.

Исследуемое сопротивление
Тип сопротивления

(резистор / термистор)
Температура t, oC.

25
30
40
50
60
70

1. Тип резистора 1





















2. Тип резистора 2






















7. По данным табл. 2 постройте графики температурной зависимости сопротивления резисторов и термисторов. По графикам сделайте вывод, какой из исследуемых элементов является резистором, а какой – термистором (результаты занесите в таблицы 1 и 2). Объясните различия в ходе кривой для проводников и полупроводников.

8. Определите температурный коэффициент сопротивления сопротивлений, сравните со справочными значениями. При выборе методики расчета температурных коэффициентов сопротивлений обратите внимание на условия, для которых приводятся справочные значения.

9. Проанализируйте причину различия температурной зависимости проводимости металлов и полупроводников.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1. В чем состоит различие температурного коэффициента сопротивления металлов и полупроводников?

2. В чем состоит отличие электрических свойств полупроводников и металлов?

3. Запишите выражение, показывающее зависимость сопротивления металлов от температуры.


4. Запишите выражение для температурного коэффициента сопротивления металла и укажите его размерность в системе единиц СИ.

5. Используя литературные источники, запишите, какие металлы и сплавы имеют наименьшие температурные коэффициенты. Какова их величина?

6. Для каких целей используют материалы, имеющие малые температурные коэффициенты сопротивления?

7. Какова точность определения рассматриваемых коэффициентов?

8. Какие металлы можно использовать для измерения температуры? С меньшим или большим температурным коэффициентом сопротивления?

9. Объясните, почему с увеличением температуры увеличивается сопротивление металла?

10. В данной работе для измерения сопротивления применяется метод вольтметра и амперметра. Приведите альтернативные методы измерения сопротивления.

11. Как изменяется сопротивление проводников при низких температурах?

12. Чем объясняется явление сверхпроводимости?

13. Совпали ли значения R и α со справочными?

Рекомендуемая литература

  1. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. – Ленинград : Энергия, 1977. – 352 с.

  2. Пасынков, В.В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. – М. : Высш. шк., 1986. – 367 с.


Список рекомендуемой литературы




  1. Алексеев В. С. Материаловедение [Электронный ресурс] : учеб. пособие / В. С. Алексеев. - Саратов : Научная книга, 2012. - 159 с.

  2. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. – Ленинград : Энергия, 1977. – 352 с.

  3. Капустин В. И. Материаловедение и технологии электроники [Электронный ресурс] : учеб. пособие / В. И. Капустин, А. С. Сигов. - Москва : ИНФРА-М, 2014. - 427 с. : ил. - (Высшее образование. Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-008966-9.

  4. Пасынков, В.В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. – М. : Высш. шк., 1986. – 367 с.

  5. Солнцев Ю. П. Материаловедение [Электронный ресурс] : учебник / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин ; под ред. Ю. П. Солнцева . - Санкт-Петербург : ХИМИЗДАТ, 2014. - 782 с. - (Учебник для вузов). - ISBN 978-5-93808-236-9.

  6. Тимофеев И. А. Электротехнические материалы и изделия [Электронный ресурс] : учеб. пособие / И. А. Тимофеев. - Санкт-Петербург : Лань, 2012. - 272 с. : ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - ISBN 978-5-8114-1304-1.

  7. Черепахин А. А. Материаловедение [Электронный ресурс] : учебник / А. А. Черепахин, А. А. Смолькин. - Москва : КУРС : ИНФРА-М, 2016. - 288 с. : ил. - (Бакалавриат). - ISBN 978-5-906818-56-0.

Смотрите также файлы