Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные компоненты и радиоматериалы. Лабораторный практикум
.pdf
Таким образом, кривая, описывающая зависимость намагничен-
А/м
А/м
ности от напряженности поля, является весьма важной характеристикой магнитных материалов, поскольку она позволяет рассчитать
энергетические потери в устройствах, где эти материалы используются. По виду этой петли все ферромагнетики подразделяются на две
группы: ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса и низкой коэр-
4000
H <
цитивной силой (
c
) относятся к магнитомягким материа-
лам. Ферромагнетики, имеющие высокую коэрцитивную силу
4000
H ≥
c
(
) и широкую петлю гистерезиса, называются магни-
тотвердыми. При необходимости максимального снижения магнитных потерь коэрцитивная сила Hc не должна превышать нескольких
десятков ампер на метр. Магнитомягкие ферромагнетики применяют
для изготовления сердечников трансформаторов. Магнитотвердые
материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. В зависимости от химического и фазового составов магнитных материалов и технологии их изготовления петли гистерезиса могут иметь
различную форму (рис. 2.2). Материалы с прямоугольной и квадратной формой петли гистерезиса используют в элементах памяти электронных схем [2].
Рис. 2.2. Основные разновидности петель гистерезиса:
а – пологая; б – крутая; в – прямоугольная; г – квадратная
21
Ферриты (ферримагнетики) полупроводниковые ферромагнетики химические соединения, обладают высокими ферромагнитными
свойствами и большим удельным электрическим сопротивлением (в
миллиарды раз больше, чем у металлов).
Ферриты относятся к неметаллическим магнитным материалам,
представляют собой ферримагнитную керамику с незначительной
электронной электропроводимостью.
Ферриты являются твердыми и хрупкими материалами, не позволяющими производить обработку резанием и допускающими только
шлифовку и полировку.
Состав: ферриты являются двойными окислами железа и двухвалентных (реже одновалентных) металлов. Химические соединения
соответствующие следующей общей формуле
Ме О *Fe
2O3
Ме – символ двухвалентного металла (марганец, кобольт, никель,
медь, магний, цинк, кадмий, железо).
Ферримагнетики отличаются от ферромагнетиков меньшей величиной индукции насыщения, имеют более сложную температурную
зависимость индукции и повышенное значение удельного сопротивления. Первые два отличия упрощенно могут быть объяснены наличием в структуре сложного материала двух подрешеток, создающих
встречные нескомпенсированные магнитные потоки, третье тем, что
эти материалы относятся к неметаллам [6].
адание на выполнение работы
3. З
3.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначен-
ными для выполнения лабораторной работы. Изучить назначение органов управления электрорадиоизмерительных приборов, приобрести
и закрепить навыки работы с ними.
3.2. Изучить основные особенности и различия ферромагнитных
материалов по параметрам их петли гистерезиса.
3.3. Заготовить протокол выполнения работы и черновик отчёта,
в котором необходимо зарисовать схему проведения измерений, перечислить приборы и оборудование с краткими техническими характеристиками, заготовить таблицы для экспериментальных данных.
22
4. Перечень используемого оборудования
1 2
3
4
5
1. Функциональный генератор SFG-2010.
2. Аналоговый двухканальный осциллограф GОS-6051.
3. Лабораторный макет.
Функциональный измерительный генератор SFG-2010 (рис. 2.3)
служит в качестве источника колебаний в диапазоне частот от 0 до
10 МГц. Генерируемые колебания могут быть установлены синусоидальной, прямоугольной или треугольной формы.
Генератор имеет два выхода: для аналоговых output 50Ω и цифровых сигналов TTL/CMOS.
Рис. 2.3. Генератор измерительных сигналов SFG-2010
1 – кнопка установки формы выходного сигнала; 2 – кнопки набора частоты
выходного сигнала; 3 – ручка плавного изменения частоты выходного сигнала;
4 – ручка регулировки амплитуды выходного сигнала; 5 – выход генератора
Аналоговый двухканальный осциллограф GОS-6051 имеет максимальную чувствительность 1 мВ/дел. и минимальное время развёртки 0,5 мкс/дел. (рис. 2.4).
Особенностями осциллографа являются:
1) высокая интенсивность свечения ЭЛТ, способствующая чётко-
му изображению даже на высоких скоростях развёртки;
23
2) наличие электронного коммутатора, позволяющего произво-
дить наблюдение сигналов по двум каналам;
1
2
3
4
5
Рис. 2.4. Осциллограф GОS-6051
1 – ручка регулировки яркости луча; 2 – ручка регулировки чувствительности
канала СН1; 3 – кнопка переключения входа (открытый – закрытый) канала СН1;
4 – ручка регулировки фокусировки луча; 5 – вход канала СН1; 6 – ручки
регулировки устойчивости синхронизации; 7 – ручка регулировки частоты
генератора развёртки; 8 – кнопка включения режима работы осциллографа Х–У
3) наличие встроенного частотомера, позволяющего производить
измерение частоты сигнала от 50 Гц до 10 МГц с погрешностью
0,01 %. [1].
5. Порядок выполнения лабораторной работы
5.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы. Изучить назначение органов управления электрорадиоизмерительных приборов.
5.2. Получить у преподавателя соединительные провода и кабели,
макет лабораторного стенда исследования магнитных свойств
5.3. Ознакомиться с расположением и назначением кнопок
управления на передней панели прибора.
24
5.4. Подключить измерительные приборы к макету согласно схеме соединений, показанной на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Принципиальная схема лабораторной установки
Здесь ЗГ обозначает звуковой генератор, в качестве которого
используется функциональный измерительный генератор SFG-
2010. ЭО – электронный осциллограф, в качестве которого используется аналоговый двухканальный осциллограф GОS-6051 включенный в режиме – X-Y.
На первичную обмотку трансформатора с исследуемым магнитопроводом подается напряжение звуковой частоты частотой
150…400 Гц. Падение напряжения на резисторе пропорционально величине тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора.
Напряжение на емкости С сдвинуто по фазе на 90° относительно тока,
совпадающего по фазе с ЭДС во вторичной обмотке трансформатора.
Следовательно, напряжение U
подаваемое на горизонтальные откло-
1
няющие пластины осциллографа Х (канал СН1), пропорционально току, протекающему через первичную обмотку исследуемого трансформатора, т.е. пропорционально напряженности магнитного поля Н.
Напряжение U2 пропорционально магнитной индукции В. Это
напряжение поступает на вертикальные отклоняющие пластины осциллографа Y (канал СН2). На экране осциллографа при включенном
режиме развёртки X – Y будет петля гистерезиса за цикл перемагничивания материала В=f(Н).
25
5.5. Включить приборы, дать прогреться в течение 10 минут.
Добиться изображения точки на экране осциллографа с помощью
рукояток «яркость» и «фокус». Установить переключатель режима
работы осциллографа в положение X – У.
5.6. Установить частоту выходного сигнала генератора 200 ÷ 800
Гц (по выбору студента) при помощи кнопок набора частоты 3. Переключателем WAVE 1 установить синусоидальную форму выходного
сигнала. Поворотом ручки AMPL генератора по часовой стрелке увеличить напряжение до величины, обеспечивающей насыщение сердечника магнитопровода трансформатора.
5.7. Путём регулировки усиления с помощью ручек 2 (V/div) каналов СН1 и СН2 осциллографа добиться наиболее удобной для
наблюдения формы петли гистерезиса на экране осциллографа и
больше эти ручки не трогать, так как изменится масштаб изображения на экране.
5.8. Напряжение U
, подаваемое на осциллограф с макета с ис-
x
следуемым трансформатором, и напряжение Uy измерить с помощью
осциллографа.
5.9. Определить длину горизонтальной развёртки и длину вертикальной развёртки по миллиметровой сетке, расположенной на
экране прибора. Полученные результаты записать в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Таблица расчетных и измеренных результатов
Измерить Вычислить
Mx,
В/мм
lx,
мм
My,
В/мм
ly,
мм
Uxm, В Uym,
В
Hm,
А/м
Bm,
µ
Тл
1
2
3
Исходные данные для расчета µ определить по табл. 2.2.
26
Таблица 2.2
⋅
⋅
⋅
Исходные данные для расчета
R1, Ом R2, КОм С, мкФ n1, витки n2, витки S, см
2
Dcp,
мм
10 22 1,0 40 80 0,25 12
5.10. Произвести расчёт напряжений, подаваемых на пластины
горизонтального и вертикального отклонений на экране осциллографа по формулам (2.1) и (2.2):
lM
U⋅=
Xm
XX
,
22
где MX – масштаб по горизонтальной оси, В/мм;
lX – длина горизонтальной развёртки на экране осциллографа, мм.
UXm – напряжение, измеренное при помощи осциллографа, В;
lM
U⋅=
Ym
YY
,
22
где MY – масштаб по вертикальной оси, В/мм;
lY – длина вертикальной развертки на экране осциллографа, мм
UYm – напряжение, измеренное милливольтметром, В.
Напряженность магнитного поля Н
xm
=
H
m
⋅
DR
1
определяется по формуле
m
⋅
10
4
3
,
π
4,0
nU
1
cp
где Uxm – напряжение, В;
R1 – сопротивление, Ом;
n1 – число витков;
Dср – средний диаметр сердечника трансформатора, мм.
Максимальная магнитная индукция Вm определяется по формуле
RCU
B
ym
=
m
2
2
4
10⋅
⋅
Sn
,
где Uym – напряжение, В;
С – ёмкость, Ф;
– сопротивление, Ом;
R
2
27
S – сечение образца, см2;
n2 – число витков.
Рассчитать магнитную проницаемость по формуле
B
m
,
m
где µ0=4π·10-7≈1,257·10
=
µ
H
µ
0
-6
Гн/м – магнитная проницаемость вакуума;
µ0=const (магнитная постоянная).
Величина,
характеризующая способность вещества намагничиваться, называется магнитная проницаемость (µ). Она показывает,
во сколько раз магнитная индукция в данном веществе больше или
меньше магнитной индукции в вакууме.
5.11. Уменьшить величину напряжения, подаваемого на вход макета от ЗГ до величины, обеспечивающей выход сердечника из режима насыщения, замерить lX и ly и, пользуясь ранее определённым значением масштаба по вертикальной и горизонтальной осям осциллографа, рассчитать UXm и Uym. Рассчитать напряженность магнитного
поля, магнитную индукцию и магнитную проницаемость.
5.12. Повторить п. 5.11 при меньшем значении напряжения генератора.
5.13. Результаты вычислений и измерений занести в табл. 2.1.
5.14. Определить ориентировочно материал магнитопровода исследованного трансформатора.
5.15. Выключить все приборы установки.
5.16. Отсоединить приборы от макета.
5.17. Оформить отчёт по проделанной работе.
6. Содержание отчета
Отчёт должен содержать:
1) название работы;
2) цель, задание, перечень используемого оборудования;
3) принципиальную схему макета;
28
4) осциллограммы кривой магнитного гистерезиса В=f(Н) и расчёты магнитной проницаемости сердечников (см. табл. 2.1);
5) выводы по работе;
6) ответы на контрольные вопросы (устно).
Контрольные вопросы
1. Какие материалы относят к классу ферромагнетиков?
2. В чем причина особых магнитных свойств ферромагнетиков?
3. Какие параметры определяют из предельного гистерезисного цикла
намагничивания?
4. Что такое магнитная проницаемость?
5. Как происходит процесс намагничивания ферромагнетиков?
6. Какие потери возникают в ферромагнетике при его периодическом перемагничивании?
7. Что такое магнитомягкие и магнитотвердые ферромагнетики?
8. Назовите области применения ферромагнетиков.
9. Что такое ферриты?
10. Какие преимущества у ферритов в сравнении с другими магнитными
материалами?
29
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ОБЪЕМНЫХ
И ПОВЕРХНОСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
1. Цель работы
Цель работы – определение значений удельного объемного и по-
верхностного сопротивлений с помощью тераомметра Е6-13.
2. Краткие теоретические сведения
Надежность и работоспособность радиоаппаратуры в значительной
степени зависят от качества диэлектриков – электроизоляционных материалов. Способность диэлектриков противостоять прохождению
электрического тока принято характеризовать такими параметрами, как
удельное объемное и поверхностное электрическое сопротивление,
тангенс угла диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость,
электрическая прочность и др. Значения этих параметров зависят от
природы диэлектрика (твердый, жидкий или газообразный), его химического состава, строения и условий эксплуатации [3].
Абсолютно не проводящих электрический ток диэлектриков в
природе не существует, электропроводность их может носить ионный, примесный и электронный характер.
В телах кристаллического строения с ионной решеткой наибольшая электропроводность наблюдается у кристаллов с одновалентными ионами. Электропроводность органических высокополимерных
веществ зависит от их химического состава, степени полимеризации
и содержания примесей. Значение электропроводности неорганических стекол определяется в основном химическим составом. Введение в состав стекол окислов тяжелых металлов вызывает уменьшение
их электропроводности. Электропроводность керамических материалов может носить электронный и ионный характер.
Электропроводность твердых диэлектриков зависит от температуры, зависимость носит экспоненциальный характер.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]