Лабараторная работа №2 (5). Исследование свойтсв диэлектрических конденсаторных материалов / Собранная работа / Лабараторная работа №5, вторая. Попов А.П. гр.8802

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Кафедра микро- и наноэлектроники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 5

«Исследование свойств диэлектрических конденсаторных материалов»

Выполнил : Попов Алексей Павлович

Группа № 8802

Преподаватель: Овчинников Сергей Юрьевич

Оценка лабораторного занятия
Вопросы	Подготовка к лабораторной работе	Отчет по лабораторной работе	Коллоквиум	Комплексная оценка

Санкт-Петербург, 2020

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование свойств диэлектрических конденсаторных материалов

Работа № 5. Исследование свойств диэлектрических конденсаторных материалов

Цель работы: Исследование температурных зависимостей емкости, тангенса угла диэлектрических потерь и температурного коэффициента диэлектрической проницаемости линейных и нелинейных диэлектриков.

Описание установки.

Испытательная установка состоит из пульта и цифрового прибора, измеряющего емкость tg δ. В испытательном модуле находится термостат, температура в котором может изменяться регулятором «Установка температуры». Температура в термостате изменяется с помощью термопары, подключенной к расположенному на пульте прибору, проградуированному в градусах Цельсия.

В термостате размещены конденсаторы C1…C5, рабочими диэлектриками в которых являются исследуемые материалы (их наименования указаны на пульте.)

Выводы от расположенных в термостате конденсаторов выведены к переключателю на лицевой панели испытательного модуля, с помощью которого исследуемые конденсаторы поочередно могу быть подключены к цифровому прибору, предназначенному для измерения емкости и tg δ (измеритель иммитанса)

Основные расчетные формулы

1. Расчетная формула для определения температурного коэффициента емкости

,где C – емкость конденсатора, T – температура.

2. Расчетная формула для определения температурной коэффициента относительной диэлектрической проницаемости

α_ε = α_С - α_lд

, где α_lд – температурный коэффициент линейного расширение диэлектрика (указан для каждого материала на стенде)

Обработка результатов эксперимента

1. Температурные зависимости емкости исследуемых образцов

2. Температурные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь

3. Расчет значений температурного коэффициента емкости

По расчетной формуле (1) α_c = (1/C)*(dC/dt);

dC/dt = 3,172*10^-13 (для неорганического стекла). Вычислено аппроксимацией метода наименьших квадратов на ЭВМ.

1/C = 1 / 1604,09*10^-12 * = 623406417.

α_c = 0,0001977… ≈ 0,000198.‬

Результаты аналогичных вычислений приведены в таблице

Испытательная температура, t C	Испытуемые образцы
	1		2			3			4			5
	Неорганическое стекло		Слюда			Тиконд			Полипропилен			Сегнетокерамика
	αc, 1/K	αe. 1/K		αc, 1/K	αe. 1/K		αc, 1/K	αe. 1/K		αc, 1/K	αe. 1/K		αc, 1/K	αe. 1/K
21	0,000198	0,000195		0,000137	0,000124		-0,000871	-0,000879		-0,00065	-0,00076		0,057048	0,057036
25	0,000197	0,000194		0,000136	0,000122		-0,000878	-0,000886		-0,000692	-0,000802		0,056783	0,056771
26	0,000197	0,000194		0,000136	0,000122		-0,000877	-0,000885		-0,000692	-0,000802		0,056573	0,056561
32	0,000197	0,000194		0,000136	0,000122		-0,00088	-0,000888		-0,000692	-0,000802		0,039491	0,039479
39	0,000197	0,000194		0,000136	0,000122		-0,000887	-0,000895		-0,000693	-0,000803		0,034314	0,034302
47	0,000196	0,000193		0,000135	0,000122		-0,000894	-0,000902		-0,000694	-0,000804		0,03242	0,032408
52	0,000196	0,000193		0,000135	0,000122		-0,000897	-0,000905		-0,000695	-0,000805		0,029356	0,029344
60	0,000196	0,000193		0,000135	0,000122		-0,000903	-0,000911		-0,000696	-0,000806		0,017092	0,01708
68	0,000196	0,000193		0,000135	0,000122		-0,000909	-0,000917		-0,000698	-0,000808		0,01244	0,012428
73	0,000195	0,000192		0,000135	0,000122		-0,000914	-0,000922		-0,0007	-0,00081		0,009349	0,009337
80													0,013882	0,01387
87													0,022021	0,022009

5. Температурные зависимости температурных коэффициентов диэлектрической проницаемости

Контрольные вопросы

1. Дайте опредление относительной диэлектрической проницаемости ε. Назвоите основные виды поляризации диэлектриков.

Ответ

Относительная диэлектрическая проницаемость характеризует способность различных диэлектриков поляризироваться в электрическом поле. ε = C_д/C₀, где C_{д – емкость} конденстаора с диэлектриком; C_{0 ­­­}– емкость того же конденстаора в вакууме.

Основные виды поляризации: Электронная, ионная, дипольно-релаксационная, ионно-релаксационная, электронно-релаксационная, миграционная, резонансная, доменная.

3. Дайте определение температурного коэфицента диэлектрической проницаемости. Какой из исследованных конденстаоров обладает наилучшей температурной стабильностью?

Ответ

α_ε – это характеристическая величина, определяющая изменение относительной диэлектрической проницаемости при изменении температуры.

Судя по графикам, Слюда обладает лучше температурной стабильностью в связи с малыми изменениями α_ε при разных температурах

4. Какие свойства диэлектрических материалов влияют на емкость конденстаоров?

Ответ

Помимо площади электродов и тольщины диэлектрика – относительная диэлектрическая проницаемость.

Вывод.

При построении графиков температурной зависимости емкости мы обнаружили что графики для первых четырех образцов линейны: для неорганического стекла и слюды с ростом температуры увеличивается емкость. У конденсатора с полипропиленовым диэлектриком и диэлектриком из тиконда емкость уменьшается с ростом температуры.

Совсем иначе ведет себя сегнетокерамика, емкость такого конденсатора растёт до некоторой температуры, далее уменьшается т.к. уменьшается диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика.

При построении температурной зависимости температурного коэффициента диэлектрической проницаемости α_ε мы получили, что для неорганического стекла и слюды данный коэффициент положителен. Для тиконда и полипропилена α_ε имеет отрицательное значение. В случае с сегнетокерамикой коэффициент изменятся с ростом температуры от положительных до отрицательных значений.