Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные компоненты и радиоматериалы. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К афедра «Радиотехнические устройства»
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
И РАДИОМАТЕРИАЛЫ
Лабораторный практикум
Самара
Самарский государственный технический университет
2018
1
Печатается по решению ученого совета СамГТУ (протокол № 9 от
27.04.2018 г.).
УДК 621.38
ББК 32.85
М 87
Мощенский Ю.В.
М 87 Электронные компоненты и радиоматериалы: лабораторный
практикум / Ю.В. Мощенский, В.М. Мухин, О.В. Беззубикова, Е.С. Кривченко. –
3-е изд., перераб. и испр. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. – 80 c.
Рассмотрены основные теоретические вопросы курса «Электронные компоненты и радиоматериалы» для подготовки к лабораторным работам, даны
методические указания и описание последовательности действий по проведению экспериментальных исследований. Описаны лабораторные установки, даны контрольные вопросы и рекомендована литература для самостоятельной
подготовки письменного отчёта. Краткие теоретические сведения, предваряющие каждую лабораторную работу, окажутся полезными также в процессе самостоятельного изучения и закрепления знаний при подготовке к сдаче экзамена по всему курсу.
Предназначено для студентов инженерно-технологического факультета,
обучающихся по специальности 17.05.01 «Боеприпасы и взрыватели» и по
направлению 27.03.04 «Управление в технических системах».
УДК 621.38
ББК 32.85
М 87
Р ец ензент доцент А.С. Нечаев
© Ю.В. Мощенский, В.М. Мухин,
О.В. Беззубикова, Е.С. Кривченко, 2018
© Самарский государственный
технический университет, 2018
2
ВВЕДЕНИЕ
Практикум содержит описание шести лабораторных работ, три из
них посвящены изучению свойств электрорадиоматериалов, а в трёх
рассматриваются свойства электронных компонентов, резисторов и
конденсаторов. Цель их выполнения – изучение электрических и магнитных свойств проводниковых, диэлектрических, электротехнических материалов, а также основных параметров резисторов и конденсаторов. Основными характеристиками электрорадиоматериалов являются значения проводимости, диэлектрической проницаемости,
тангенса угла диэлектрических потерь, значения магнитной проницаемости и магнитных потерь. Для резисторов и конденсаторов такими
характеристиками являются значения номинальных величин, допуски
и температурные зависимости основных характеристик. Задача лабораторных работ – ознакомить студентов с методами экспериментального определения этих величин и их основных зависимостей от различных внешних и внутренних факторов.
Каждая лабораторная работа включает следующие этапы.
1. Самостоятельная подготовка студентов к работе. Перед началом конкретной лабораторной работы студенты должны изучить соответствующие разделы данного пособия и четко представлять себе
цель работы, знать схему измерительной установки, метод измерения,
физическую сущность ожидаемых результатов. Должен быть приготовлен протокол измерений, содержащий таблицы для записи результатов измерений и расчетов, а также схемы измерений и основные
расчетные формулы.
2. Включать измерительную установку можно только после получения соответствующего разрешения. Любые изменения в электрической схеме производятся только при отключении ее от источника
напряжения. Результаты измерений проверяются преподавателем и
подтверждаются его подписью на протоколе измерений.
3. Составление отчета о проделанной работе. Отчет должен содержать название и номер работы; цель работы; схему установки и
3
(или) приборов; расчетные формулы, использованные в работе; кон-
трольный расчет; необходимые таблицы и графики; анализ полученных результатов и соответствующие выводы. В отчете должна быть
указана фамилия студента, выполнявшего работу, номер группы, дата
выполнения. К отчету прилагается протокол измерений.
4. Защита лабораторной работы. При защите работы студенты
должны показать понимание физических явлений, наблюдаемых в исследованных материалах, объяснить результаты и сделать выводы [1].
4
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Цель работы
Целью лабораторной работы является экспериментальное иссле-
дование электропроводящих свойств проводниковых материалов.
2. Краткие теоретические сведения
Проводниками могут быть: твердые материалы, газ при определенных условиях и жидкости. К твердым материалам относятся металлы, неметаллы и некоторые модификации углерода. Металлическим проводниками являются материалы обладающие характерным
блеском, механической прочностью, пластичностью, электро- и теплопроводностью. Согласно классической теории металлы – это кристаллические вещества, узлы кристаллической решётки которых (положительные ионы) погружены в среду из свободных электронов,
называемых ещё «электронным газом» или «электронной жидкостью» (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Строение кристаллической решетки металла
У металлических проводников на энергетической диаграмме валентная зона вплотную примыкает к свободной зоне, т.е. ширина запрещенной зоны равна нулю. Поэтому все валентные электроны являются свободными и могут перемещаться в пределах твердого тела
под действием электрического поля.
Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные
электроны, совершающие тепловые колебания со средней скоростью
5
порядка 10
м/с, приобретают некоторую добавочную скорость направ-
ленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание
5
электрического тока. Однако движение электронов несвободно и со-
(
)
провождается рассеянием энергии на дефектах кристаллической решетки проводника и на тепловых колебаниях решетки [2].
Плотность тока J связана с напряженностью электрического поля Е
формулой
J=γ·E,
известной, как закон Ома в дифференциальной форме. Здесь γ – удельная проводимость [См/м] (симменсах на метр) – характеризует степень
электропроводности материала так, у проводников
5
γ =10
– 108 [См/м].
Согласно классической теории металлов,
2
=
γ
lne
2
mV
,
T
где е – заряд электрона,
n – концентрация свободных электронов,
l – средняя длина свободного пробега между двумя соударениями
с узлами решетки,
m – масса электрона,
VT – средняя скорость теплового движения электрона.
Удельная проводимость это величина обратная удельному сопро-
тивлению материала:
γ =1/ ρ, (См/м, Ом
-1м-1
)
ρ – удельное сопротивление – электрическая характеристика,
применяемая для оценки электорпроводности радиоматериалов. Она
выражается в Ом на метр (Омм) в радиоэлектронике также
пользуются меньшей единицей (Омсм), для оценки большей
электоропроводности металических проводниковых материалов
(меди, алюминия и др.) применяют еще меньшую единицу удельного
электрического сопротивления – микроом на метр (мкОм.м).
соотношение между перечисленными единицами или в внесистемных
.
единицах Ом
стемы СИ – мкОм
мм2/м. Предпочтительнее пользоваться единицами си-
.
м:
1 ОМ см = 10000 мкОмм = 0,01 Омм.
6
Электрические характеристики проводниковых материалов:
l
4
– удельная электрическая проводимость γ
– удельное электрическое сопротивление ρ;
– температурный коэффициент удельного сопротивления – Тρ;
– контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая си-
ла (термоЭДС);
– предел прочности при растяжении, относительное удлинение
при разрыве;
– теплопроводность;
– температурный коэффициент линейного расширения и т. д.
Способность проводников пропускать электрический ток оценивается величиной удельного сопротивления, которое практически
можно определить по формуле
S
R ⋅=ρ
,
где ρ – удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
R – сопротивление проводника, Ом;
S – поперечное сечение проводника, м2;
l – длина проводника, м.
2
d
π
S=
,
где d – диаметр проводника, м.
Связь между единицами удельного сопротивления:
1 Омм = 106 мкОмм = 106 Оммм2/м.
Металлические проводники по величине ρ могут быть разделены
на материалы высокой проводимости (серебро, медь, латунь и др.) и
материалы высокого удельного сопротивления (нихром, константан,
манганин и др.). Диапазон электросопротивлений удельных металлических проводников довольно узок: от 0,016 для серебра и примерно
до 10 мкОмм для железохромоалюминиевых сплавов, то есть занимает всего три порядка.
7
Удельное сопротивление проводниковых материалов определяется при постоянном и переменном токе путем измерения сопротивления образца [1].
Проводники
Металлы, применяемые в качестве проводниковых материалов,
помимо (электропроводности) электрических характеристик должны
обладать достаточной механической прочностью, а также пластичностью, позволяющей получить тоньше провода, ленты и фольгу, стойкостью против окисления кислородом воздуха.
Большинство металлических проводниковых материалов обладает очень высокой электропроводностью (ρ=0,016…0,0283 мкОм·м).
Это преимущественно чистые металлы, используемые для изготовления обмоточных и радиомонтажных проводов и кабелей.
Сплавы различных металлов применяются в качестве проводников с большим удельным электрическим сопротивлением – так называемые резистивные сплавы, ρ=0,4…2 мкОмм. Сплавы с малым температурным коэффициентом сопротивления Т
. применяют для изго-
Кρ
товления проволочных резисторов и других радиокомпонентов. С
увеличением роста температуры электрическое сопротивление металла растет, так как интенсивность тепловых колебаний атомов возрастает, так как перемещающиеся электроны все чаще сталкиваются с
атомами, а также претерпевают рассеяние.
Главными проводниковыми материалами являются медь и её
сплавы, алюминий и серебро.
Медь – материал, имеющий красновато-оранжевый цвет, обладает высокой пластичностью, высокой механической прочностью и высокой электропроводностью (по электропроводности медь уступает
только серебру).
Преимущества:
1) малое удельное сопротивление (из всех металлов только се-
ребро имеет меньшее удельное сопротивление);
2) высокая механическая прочность;
8
3) высокая коррозионная стойкость (интенсивно окисление толь-
ко при повышенных температурах);
4) хорошая обрабатываемость (прокатывается в ленты, листы,
протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до
тысячных долей миллиметра);
5) относительная легкость пайки и сварки.
Температура плавления меди – 1083 °С, плотность – 8920 кг/см2,
коэффициент температурного расширения меди КТР 17*10-6 1/ С,
КТр = 0,004 1/ С [1].
В нормальной воздушной атмосфере медь устойчива к коррозии,
этому способствует тонкий слой оксида меди CuO, которым медь покрывается на воздухе.
Проводниковую медь получают из слитков меди после очистки
от примесей в электролитической ванне.
Существуют специальные сорта меди к ним относятся наиболее
чистые сорта меди марок M00к (катодная медь) и M00б (бескислородная медь), содержание примесей в них составляет не более 0,01 %.
Бескислородную медь применяют для проводов очень малого диаметра (0,01 мм) и проводов, работающих при температурах выше
300 С. Лучшими механическими свойствами обладает медь МО –
99,95 % меди, в составе которой содержится не более 0,05 % приме-
сей и 0,02 % кислорода. Эта медь получается путем специального режима плавки, из меди МО изготавливают наиболее тонкую проволоку. Медь маркируют на твердую (МТ) и мягкую (ММ) медь. Методом
холодной протяжки получают твердую медь и маркируют МТ (твердотянутая), она имеет высокий предел прочности при растяжении,
малое относительное удлинение, а также она обладает твердостью и
упругостью при изгибе, полученная проволока несколько пружинит.
Мягкая (отожженная) медь ММ получается в процессе отжига
(нагрев до нескольких сот градусов с последующим охлаждением),
она сравнительно пластична, обладает небольшой прочностью, малой
твердостью, но обладает большим относительным удлинением при
разрыве и высокой удельной проводимостью.
9
Основные характеристики меди марок ММ и МТ приведены в
табл. 1.1 [3].
Таблица 1.1
Основные характеристики меди марок ММ и МТ
Характеристика
Медь
марки ММ
Плотность, кг·м3 8900 8960
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 260 ÷ 280 360 ÷ 390
Относительное удлинение, % 6 ÷ 35 0,5 ÷ 2
Медь
марки МТ
Удельное электрическое сопротивление, мкОм.м
0,0177 ÷
0,0180
Температурный коэффициент удельного электриче-
0,0043 0,0043
ского сопротивления, 1/°C
0,0172 ÷
0,0174
Удельная проводимость меди весьма чувствительна к наличию
примесей в ней. Сплавы меди широко применяемые в радиотехнике:
Бронзы – сплавы меди с оловом (оловянная бронза), алюминием
(алюминиевая), бериллием (бериллиевая) и с другими. В отношении
электропроводности бронза уступает меди, но превосходит ее по механической прочности, упругости, сопротивлению и стиранию, коррозийной стойкости.
Латунь – сплав меди с цинком, в котором наибольшее содержание цинка может составлять 45 %. Высокая пластичность латуни позволяет изготовлять из нее горячей и холодной прокаткой и волочением листы, ленту, проволоку, прутки. Из листовой латуни можно изготовить детали глубокой штамповкой. Кроме того, из латуни изготавливают различные зажимы, контакты и крепежные детали для радиоаппаратуры.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]