111Equation Chapter 1 Section 1Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

з дисциплін «Матеріали і компоненти електроніки» та «Електротехнічні матеріали»

для студентів напрямів підготовки

6.050801 «Мікро- та наноелектроніка»,

6.050802 «Електронні пристрої та системи» та

6.050701 «Електротехніка та електротехнології»

денної форми навчання

Суми

Сумський державний університет

2014

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисциплін «Матеріали і компоненти електроніки» та «Електротехнічні матеріали»/ Укладач О.О. Дрозденко. – Суми: Сумський державний університет, 2014.–4932 с.

Кафедра наноелектроніки

ЗМІСТ

c.

Лабораторна робота 1 Побудова кривої намагнічування магнетиків та вивчення залежності магнітної проникності матеріалу від напруженості магнітного поля 4

Лабораторна робота 2 Вивчення температурної залежності питомого опору металевих провідників 14

Лабораторна робота 3 Вимірювання діелектричної проникності та тангенса кута діелектричних втрат твердих та рідких діелектриків 22

Лабораторна робота 4 Вивчення контактних явищ у металах. Визначення коефіцієнта Пельтьє 32

Лабораторна робота 5 Вивчення температурної залежності ємності конденсаторів та обчислення температурного коефіцієнта ємності 38

Додаток 1 – Фізичні параметри чистих металів 44

Додаток 2 – Фізичні параметри діелектричних матеріалів 45

Додаток 3 – Параметри деяких магнітних матеріалів та сплавів 47

Лабораторна робота 1 Побудова кривої намагнічування магнетиків та вивчення залежності магнітної проникності матеріалу від напруженості магнітного поля

1. Мета лабораторної роботи

Вивчення в умовах експерименту поведінки магнітних матеріалів у змінному магнітному полі та визначення типу магнетика, з якого виготовлено зразки для досліду.

2. Прилади та обладнання

Для виконання досліду на робочому столі повинно бути:

а) навчальний стенд із зображеною на ньому електричною схемою та клемами для вмикання зразків;

б) лабораторний автотрансформатор (ЛАТР);

в) електронний осцилограф СІ-33;

г) два зразки для дослідження.

3 Техніка безпеки

3.1 Перевірте наявність заземлення корпуса осцилографа. Корпус осцилографа повинен бути з’єднаним гнучким провідником без ізоляції з клемою "Земля" на робочому столі або безпосередньо до шини зазамлення. Перевірте з’єднання навчального стенду з шиною заземлення.

3.2 При виконанні роботи використовується електромережа з напругою 220В, тому необхідно дотримуватися всіх правил безпеки користування електроприладами.

4 Порядок виконання роботи

4.1 Лабораторна робота вважається виконаною, коли після її закінчення студенти бригади демонструють результати вимірів контрольних точок петлі гістерезису для двох зразків невідомих матеріалів. Подальше визначення матеріалу, з якого виготовлені досліджувані зразки, та оформлення звіту студенти проводять самостійно в позааудиторний час. У будь-якому іншому випадку, коли за результатами вимірів неможливо визначити матеріал, досліди необхідно провести повторно в години поза розкладом.

4.2 Для одержання надійних результатів необхідно провести ретельне вимірювання ряду точок петлі гістерезису на екрані осцилографа у координатах [В] та [В] (див. пункт 5 – методичні поради).

4.3 Використовуючи відомі з курсів фізики та електротехніки співвідношення між параметрами котушок, розмірами осердь та струмом, підрахувати значення напруженості та індукції магнітного поля для кожної з координат та .

4.4 За підрахунками побудувати криву залежності . Цю криву називають комутаційною кривою намагнічування матеріалу.

4.5 Користуючись графіком , знайти максимальну магнітну проникність матеріалу досліджуваних зразків.

4.6 Підрахувати значення залишкової індукції та коерцитивної сили досліджуваних зразків.

4.7 Маючи три основні параметри матеріалів, а саме: максимальну проникність, коерцитивну силу та залишкову індукцію, за допомогою довідкових таблиць (додаток 1) визначити шляхом порівняння матеріал осердь запропонованих зразків.

5 Методичні поради

5.1 Як уже зазначалося, навчальний стенд з необхідними елементами закріплено на робочому столі. Живлення стенда відбувається від мережі з напругою 220В через ЛАТР. ЛАТР може бути вмонтованим у робочий стіл або бути окремим приладом. Вихідні клеми ЛАТРа з’єднуються із стендом ізольованими провідниками.

На стенді є всі необхідні клеми для ввімкнення осцилографа та досліджувальних зразків.

5.2 Зразок для дослідження являє собою осердя з магнітного матеріалу, що має форму, близьку до тороїда. На осердя намотано дві обмотки мідного дроту. Зразок закріплено на окремій платі, що має чотири штирі-контакти, за допомогою яких обмотки вмикаються в електричне коло. Контакти розміщені таким чином, що переплутати кінці обмоток при вмиканні неможливо. На кожній платі зазначені числові дані необхідних параметрів зразка.

Повна принципова схема електричного кола для досліду зображена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1

5.3 Перш ніж розпочати роботу, уважно обстежте всі електричні з’єднання, обов’язково поверніть регулятор напруги ЛАТРа у крайнє ліве положення, перевірте стан органів керування осцилографа. Перед вмиканням стенда органи керування осцилографа повинні стояти у таких положеннях:

- дві клавіші з позначками х-у повинні бути натисненні;

- ручки з позначками , , ¤, o повинні бути встановлені шляхом їх повороту навколо осі приблизно у середньому положенні.

5.4 Подайте напругу на робочий стіл, увімкнувши відповідний вимикач на пульті стола. Ручку осцилографа у нижньому ряду праворуч з написом "Вкл.Питание" злегка потягніть до себе. При цьому на осцилографі спалахне сигнальна лампочка. Через одну хвилину на екрані повинна з’явитися світла пляма. Якщо цього не сталося, спробуйте повернути ручку у нижньому ряду з позначкою ¤ на деякий кут за годинниковою стрілкою.

Після появи плями на екрані добийтеся того, щоб її розміри стали якнайменші, а сама вона встановилася у центрі екрана. Це можна зробити ручками з позначкою o у нижньому ряду, з позначкою – внизу ліворуч та ручкою – угорі праворуч.

5.5 Поворотом ручки ЛАТРа у напрямі за годинниковою стрілкою подайте невелику напругу на стенд. При цьому якщо випадково регулятори підсилювачів "Х" та "У" осцилографа були встановлені вдало, то на екрані з’явиться фігура петлі гістерезису або еліпса. Все буде залежати від того, яка напруга була подана на стенд від ЛАТРа.

5.6 Найвірогідніше, що після подання напруги на стенд, на екрані з’явиться лінія, яка пролягає вздовж осі "Х" або "У", і довжина її також залежить від величини підведеної напруги.

Така ситуація пояснюється тим, що один із підсилювачів осцилографа "Х" або "У" має набагато меншу (або більшу) чутливість, ніж інший. Тому для виправлення становища потрібно чутливості підсилювачів узгодити між собою.

5.7 У цьому пункті мова піде про найголовніші органи керування, якими користується студент і де найчастіше допускаються помилки, а кінцевий результат може відрізнятися від істини на 3-4 порядки.

Органи керування чутливості підсилювачів розміщені на панелі осцилографа зліва від екрана, причому верхня ручка належить до підсилювача "Х", а нижня – до підсилювача "У". Конструктивною особливістю ручок є те, що вони подвійні. Більша за розмірами (ребриста) повертається навколо осі ступенями, а менша обертається плавно, і при вимірюваннях вона повинна стояти у крайньому положенні за годинниковою стрілкою.

Навколо подвійних ручок на панелі осцилографа нанесено дві шкали. Зверніть особливу увагу на те, що праве півколо – це шкала мілівольт, а ліве – шкала вольт. Покажчиком тієї чи іншої поділки є чорна лінія, нанесена на одному з ребер ручки.

До органів керування чутливістю належить ще дві ручки. Це ручки з позначками , що розміщені безпосередньо біля подвійних ручок вгорі та внизу, ліворуч від екрана. Ці ручки відіграють роль множника до показів на шкалах основних органів.

5.8 Щоб виміряти напругу, що призвела до відхилення плями на екрані у напрямі осі "Х" чи "У", потрібно підрахувати кількість поділок по шкалі екрана, на які відбулося відхилення. При цьому слід пам'ятати, що за основу береться велика поділка шкали екрана, а десять малих поділок, на які розділено велику, дозволяють знімати покази до десятих частин.

Після зняття показів визначають ціну однієї, підкреслимо, великої поділки з урахуванням на положення ребристої ручки "Х" або "У" і обов'язково положень ручок-множників.

5.9 Розглянемо приклад.

Нехай світла пляма на екрані змістилася від початкового положення на 2.7 поділки вздовж осі Х (У). Покажчик ребристої ручки підсилювача Х (У) показує на цифру 2 шкали мілівольт.

Ручка-множник, яка ліворуч вгорі (внизу), витягнута у напрямку до спостерігача, що відповідає множнику Х1.

Тоді вимірювана напруга буде дорівнювати 2,721=5,4мВ. У випадку, коли б ручка множника була утоплена, то у вищезгаданому прикладі вимірювана напруга множилася на 10 та дорівнювала б 2,7210=54 мВ.

5.10 Як уже зазначалося у пункті 5.6, якщо після подання напруги на стенд Ви не одержали бажаної фігури на екрані, потрібно підібрати положення регуляторів чутливостей підсилювачів "Х" чи "У" згідно з обставинами.

Нагадуємо також, що розміри петлі залежать від поданої напруги на стенд, а тому потрібно за допомогою ЛАТРа підібрати її такою, щоб максимальна петля повністю вміщувалася у межах екрана осцилографа.

Перед тим як починати до вимірювання добийтеся того, щоб петля гістерезису мала приблизно такий вигляд, як показано на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2

За основну ознаку слід мати те, що в точці (рисунок 1.2) чітко видно початок витягування носика петлі.

Виміряйте, згідно з пунктами 5.8 та 5.9, яким напругам та відповідають точки перетину петлі з осями "Х" та "У" (точки і відповідно до рисунка 1.2). Запишіть значення цих напруг у таблицю 1.1.

5.12 Тепер виміряйте напруги та , що відповідають вершині петлі гістерезису точки А (рисунок 1.2), і запишіть у таблицю 1.2 у відповідну графу.

5.13 За допомогою ЛАТРа дещо зменшіть напругу на стенді. При цьому вершина петлі займе нове положення на екрані.

Виміряйте нові значення напруг та , що відповідають положенню вершини петлі, і також запишіть у таблицю 1.2 на наступний рядок.

Таблиця 1.1

Номер зразка	, м	, м	, В	, В	, А/м	, Тл

Таблиця 1.2

Номер п/п	, В	, В	, А/м	, Тл
1
2
3

5.14 Зменшуйте таким чином напругу аж до нуля, але робіть це так, щоб повна зміна напруги на стенді була розбита на 6-8 ступенів (відповідно отримаєте 6-8 строк у таблиці 1.2). Це дає змогу одержати координати 6-8 вершин петель гістерезису, а, як відомо з теоретичного курсу, геометричне місце вершин петель гістерезису є комутаційною кривою намагнічування матеріалу.