Лабараторная работа №4, четвертая. Исследование характеристик конденсаторов постоянной емкости / Лабараторная работа №4, четвертая. Исследование характеристик конденсаторов постоянной

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Кафедра электронных приборов и устройств (ЭПУ)

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 4

Исследование конденсаторов постоянной емкости

Выполнил : Попов Алексей Павлович

Группа № 9802

Преподаватель: Староверов Николай Евгеньевич

Санкт-Петербург, 2021

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование конденсаторов постоянной емкости.

Работа № 4. Исследование конденсаторов постоянной емкости.

Цель работы: ознакомление с различными видами конденсаторов постоянной емкости, исследование температурной стабильности емкости и процессов зарядки и разрядки конденсаторов.

Схема установки.

Р ис.1. Измерение температурной зависимости емкости конденсатора

Рис.2. Исследование процесса зарядки (слева) и разрядки (справа) конденсатора

Основные расчетные формулы.

1. Формула для расчета температурного коэффициента емкости α_C (ТКЕ):

, где

C – ёмкость конденсатора (Ф), T- температура.

2. Формула для расчета теоретического напряжения зарядки конденсатора U_з:

U₃=U_П(1- ), где

U_П – напряжение питания. Напряжение, при котором переходный процесс завершен и конденсатор заряжен. t – время. τ – постоянная времени цепи зарядки/разрядки. Τ = RC, где R – емкость балластного резистора.

3. Формула для расчета теоретического напряжения разрядки конденсатора U_р:

U_Р=U₀ , где

U₀ – напряжение питания. Напряжение, при котором переходный процесс разрядки начинается и конденсатор заряжен.

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ

Лабораторная работа №4

Исследование конденсаторов постоянной емкости.

Сопротивление балластных резисторов R_{б1 ­}= 90,6 кОм. R_б2 = 80,2 кОм.

Таблица 1. Исследование ТКЕ конденсаторов.

Температура T, ˚С	25		30		40		50
Емкость X7R, μФ	2,62		2,58		2,58		2,57
ТКЕ X7R, ppm/°С	Н/Д		-3100,78		0,00		-389,11
Емкость Y5V, μФ	1,00		0,98		0,95		0,92
ТКЕ Y5V, ppm/°С	Н/Д		-4081,63		-3157,89		-3260,87
Температура T, ˚С		60		70		80
Емкость X7R, μФ		2,54		2,50		2,47
ТКЕ X7R, ppm/°С		-1181,10		-1600,00		-1214,57
Емкость Y5V, μФ		0,90		0,88		0,81
ТКЕ Y5V, ppm/°С		-2222,22		-2272,73		-8641,98

Таблица 2. Исследование зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ с балластным резистором R_б2=90,6 кОм

Uз. э конденсатора (эксп.), В	0	1,93	3,48	4,87	6,14	7,25	8,22
Uр. э конденсатора (эксп.), В	15	12,32	10,92	8,80	7,92	7,10	6,13
Uз. т конденсатора (расч.), В	0	1,57	2,98	4,24	5,37	6,38	7,29
Uр. т конденсатора (расч.), В	15	13,43	12,02	10,76	9,63	8,62	7,71
Время t, с	70	80	90	100	110	120
Uз. э конденсатора (эксп.), В	9,07	9,92	10,65	11,25	11,80	12,32
Uр. э конденсатора (эксп.), В	5,72	5,20	4,67	4,20	3,80	3,40
Uз. т конденсатора (расч.), В	8,10	8,82	9,47	10,05	10,57	11,03
Uр. т конденсатора (расч.), В	6,90	6,18	5,53	4,95	4,43	3,97

Таблица 3. Исследование зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ с балластным резистором R_2б=80,2 кОм

Время t, с	0	10	20	30	40	50	60
Uз. э конденсатора (эксп.), В	0	2,36	3,90	5,39	6,73	7,86	8,85
Uр. э конденсатора (эксп.), В	15	12,80	11,50	10,67	9,10	8,07	7,21
Uз. т конденсатора (расч.), В	0	1,76	3,31	4,68	5,89	6,96	7,90
Uр. т конденсатора (расч.), В	15	13,24	11,69	10,32	9,11	8,04	7,10
Время t, с	70	80	90	100	110	120
Uз. э конденсатора (эксп.), В	9,73	10,50	11,92	11,77	12,32	12,80
Uр. э конденсатора (эксп.), В	6,40	5,30	5,03	4,45	3,93	3,52
Uз. т конденсатора (расч.), В	8,73	9,47	10,12	10,69	11,19	11,64
Uр. т конденсатора (расч.), В	6,27	5,53	4,88	4,31	3,81	3,36

Экспериментальный макет: температура в помещении – 25^о C.

Выполнил Попов А.П.

Факультет электроники

Группа № 9802

“____” __________ _____

Преподаватель: ______________

Обработка результатов эксперимента

Расчет ТКЕ конденсаторов по формуле 1.

= =( )* 1000000=-3100,7751…≈-3100,77 ppm/C^о.

Расчеты для других значений емкостей и температур производятся аналогично. Результаты занесены в таблицу 1.

График 1. Зависимость емкостей конденсаторов от температуры.

График 2. Зависимость ТКЕ конденсаторов от температуры.

Расчет теоретического напряжения зарядки конденсатора по формуле 2.

U₃=U_П(1- )=15*(1- =1,56753… В ≈ 1,57 В.

Расчеты для других значений времени и сопротивления балластного резистора производятся аналогично. Результаты занесены в таблицу 2 и таблицу 3.

Расчет теоретического напряжения разрядки конденсатора по формуле 3.

U_Р= U₀ =15* =13,4324… В ≈ 13,43 В.

Расчеты для других значений времени и сопротивления балластного резистора производятся аналогично. Результаты занесены в таблицу 2 и таблицу 3.

График 3. Зависимость напряжения от времени зарядки/разрядки конденсатора для резистора R_1б

График 4. Зависимость напряжения от времени зарядки/разрядки конденсатора для резистора R_2б

Вывод

Проведено экспериментальное исследование различных видов конденсаторов постоянной емкости. Оба керамических конденсатора показывают падение емкости при повышении температуры. График их ТКС не линеен, но имеет похожий тренд, что говорит о аналогичности их характеристик. Сам факт наличия высокого ТКЕ говорит о свойственной керамическим конденсаторам температурной нестабильности.

Графики времени зарядки и разрядки конденсаторов очень близки друг к другу по форме, за исключением некоторых грубых погрешностей. Что подтверждает теоретические выкладки по скорости зарядки и разрядки конденсаторов.