Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет "ЛЭТИ"
Отчет
по лабораторной работе № 3
Исследование переменных резисторов и конденсаторов
Выполнил студент группы 6283: Тажбенов А.
Проверил: Пермяков Н.В.
Гарькин Л.Н.
Санкт-Петербург
2017
Цель работы: исследование работы переменных резисторов и конденсаторов.
Основные понятия и определения
В процессе настройки, регулировки и эксплуатации аппаратуры возникает необходимость механически изменять сопротивление или емкость в отдельных цепях. Для этих целей используются подстроечные (регулируемые при настройке) и регулировочные или переменные (соединенные с органами управления) резисторы и конденсаторы.
Переменный резистор в общем случае имеет три вывода – два из них закреплены на концах резистивного элемента (неподвижные контакты), а третий – соединен с подвижным контактом, перемещающимся по резистивному элементу. Переменное сопротивление Rφ, соответствующее перемещению подвижной части от 0 до φ, измеряют между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов. Резистивный элемент может быть выполнен в виде подковы (см. рисунок), по которой перемещается подвижный контакт (в этом случае φ – угол поворота оси, связанной с подвижным контактом), либо в виде прямоугольника (φ – линейное перемещение движка). Известны также многооборотные переменные резисторы, в которых перемещение подвижного контакта осуществляется вращением регулировочного винта, при этом полный цикл регулирования достигается за несколько десятков оборотов винта.
Рис.1
Основной функциональной характеристикой переменного резистора является закон регулирования – зависимость относительного изменения сопротивления Rφ / Rmax от относительного перемещения подвижного контакта φ / φmax, где φmax – максимальное перемещение (угловое или линейное) подвижного кон-такта; Rmax – сопротивление резистивного элемента (Rmax = Rφ при φ = φmax).
Конструктивно не удается получить в переменном резисторе нулевое сопротивление при φ = 0 (оно равно некоторому начальному сопротивлению R0). Важным параметром переменного резистора является сопротивление начального скачка Rнс – это значение сопротивления, начиная с которого имеет место плавное изменение сопротивления при перемещении подвижного контакта по резистивному элементу.
По характеру закона регулирования переменные резисторы разделяют на линейные и нелинейные (логарифмические, обратнологарифмические, S - образные и т.д.).
Линейный закон регулирования может быть записан в виде
Rφ = Rmin + Rmax (φ / φmax),
где Rmin = R0 + Rнс.
Часто встречаются резисторы с логарифмическим законом регулирования:
Rφ = Rmin exp(kφ),
где k – постоянная величина.
При движении подвижного контакта по резистивному элементу в регулируемой цепи переменного резистора возникают шумы скольжения (переменные напряжения помех). Уровень шумов зависит от однородности свойств резистивного элемента и от силы прижима и скорости перемещения подвижного контакта.
Максимальное сопротивление переменного резистора (сопротивление резистивного элемента) называют номинальным сопротивлением, которое обычно выбирают из ряда Е6. Для резисторов с угловым перемещением подвижного контакта и пленочным резистивным элементом
Rmax = R□ (r2 + r1) / (r2 – r1) · (πφmax) / 360,
где R□ – сопротивление квадрата резистивной пленки, r1 и r2 – внутренний и наружный радиусы резистивного элемента (см. рисунок), φmax – угол (в градусах) между контактами резистивного элемента.
В большинстве переменных и подстроечных конденсаторов регулирование емкости обеспечивается изменением площади перекрытия обкладок. Одна обкладка (или система обкладок) находится на вращающейся части конденсатора (ротор), а другая (статор) – неподвижна.
В качестве переменных конденсаторов чаще всего используются воздушные многопластинчатые конденсаторы, в которых при повороте ротора от φ = 0 до φmax ≤ 180° емкость изменяется от Сmin до Сmax. В них возможно получение линейного и нелинейного законов регулирования емкости. В линейных конденсаторах пластины имеют форму полукруга, нелинейные законы регулирования задаются переменным радиусом роторных пластин.
П
рактически
все подстроечные конденсаторы –
керамические. Они содержат роторный
диск, изготовленный из конденсаторной
керамики, на который нанесен электрод
в виде сектора с углом θР
,
и статор, изготовленный из установочной
керамики с электродом в виде полукруга
или сектора с углом θС
≥
θР.
Ротор может занимать любое положение
относительно статора, т.е. угол φ может
изменяться от 0 до 360°
(при
этом С0
=
С360).
Рис.3
Рис.2
Температурная стабильность подстроечных конденсаторов и резисторов характеризуются значениями αC, αR.
Описание установки
Все исследуемые резисторы и конденсаторы находятся внутри лабораторного пульта. Их органы управления (оси и движки) выведены наружу.
Всего на передней панели пульта закреплены 6 резисторов, перечисленных в табл. 3.1 (их номера соответствуют положениям переключателя объектов измерений), воздушный переменный и керамический подстроечный конденсаторы.
Таблица 1:
Номер резистора |
Тип резистора |
Характер управления подвижным контактом |
Закон регулирования |
1 |
Композиционный поверхностный |
Вращение оси |
нелинейный |
2 |
Композиционный поверхностный |
Вращение оси |
нелинейный |
3 |
Композиционный поверхностный |
Многооборотный (n=30) |
линейный |
4 |
Проволочный |
Вращение оси |
линейный |
5 |
Композиционный поверхностный |
Вращение оси |
линейный |
6 |
Композиционный поверхностный |
Линейное перемещение движка |
линейный |
В термостате, расположенном внутри пульта, размещены 2 подстроечных композиционных резистора и подстроечный керамический конденсатор, для которых установлены значения Rmax и Сmax.
К гнездам ИЗМЕРЕНИЕ пульта подключается цифровой вольтфарадаомметр. Переключатели РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ и ОБЪЕКТ ИЗМЕРЕНИЙ служат для поочередного подсоединения всех исследуемых элементов.
Обработка результатов
1) Построим зависимость Rφ/Rmax=f*(Ф/Фmax) для всех исследованных резисторов.
Таблица 2:
№ Резистора |
R0, кОм |
Rнс, кОм |
Rmin, кОм |
Rmax, кОм |
фmax |
1 |
0,035 |
0,031 |
0,066 |
42,1 |
270 ͦ |
2 |
0,010 |
0,451 |
0,461 |
18,39 |
270 ͦ |
3 |
0 |
0,05 |
0,05 |
93,72 |
30 об |
4 |
0,043 |
0 |
0,043 |
1,53 |
270 ͦ |
5 |
6 |
60,8 |
66,8 |
1095 |
270 ͦ |
6 |
0,0006 |
0,1094 |
0,11 |
3,72 |
48мм |
Таблица 3:
ф |
R1, кОм |
R4, кОм |
R5, кОм |
0 ͦ |
0,066 |
0,043 |
66,8 |
45 ͦ |
0,937 |
0,158 |
220,5 |
90 ͦ |
3,47 |
0,404 |
509,5 |
135 ͦ |
6,18 |
0,638 |
540,4 |
180 ͦ |
9,34 |
0,884 |
630,8 |
225 ͦ |
27,2 |
1,154 |
760,3 |
270 ͦ |
42,1 |
1,432 |
1095 |
Таблица 4:
ф/фmax |
R1φ/R1max |
R4φ/R4max |
R5φ/R5max |
0 |
0,0016 |
0,0300 |
0,0610 |
0,17 |
0,0223 |
0,1103 |
0,2014 |
0,33 |
0,0824 |
0,2821 |
0,4653 |
0,5 |
0,1468 |
0,4455 |
0,4935 |
0,67 |
0,2219 |
0,6173 |
0,5761 |
0,83 |
0,6461 |
0,8059 |
0,6943 |
1 |
1 |
1 |
1 |