Методика измерения проводимости q-метром

Проведенное теоретическое исследование позволяет обосновать следующую методику измерений. Поскольку неизвестны параметры ферритового датчика, джоулевы потери в обмотке, потери на излучение и т.д., предлагается вначале измерить величину - добротность ферритового датчика без пластины, затем - добротность датчика с эталонной пластиной, проводимость которой считается известной, и, наконец, - добротность пластины, проводимость которой требуется определить

По результатам измерений составим систему трех уравнений

(27)

Здесь W - полная электромагнитная энергия эквивалентного резонансного контура, - джоулевы потери эталонного образца, - джоулевы потери образца, проводимость которого нужно определить.

Из системы уравнений (13) найдем величину отношения

(28)

С другой стороны, из выражения (15) для энергии джоулевых потерь следует

. (29)

Приравнивая правые части выражений (28) и (29), получим формулу для вычисления

. (30)

Порядок выполнения работы

1. Подготовка к работе

Для подготовки измерителя добротности ВМ-560 к работе убедитесь, что его органы управления установлены в следующие исходные положения. При необходимости измените положения органов управления.

• Переключатель рода измерений Q – ΔQ - в положение Q;

• Переключатель ВНУТРЕННИЙ ВОЛЬТМЕТР – ОТКЛ. на задней панели измерителя - в положение ВНУТРЕННИЙ ВОЛЬТМЕТР;

• Тумблер питания – в положение I, при этом должна загореться индикаторная лампочка, под символом ~. После прогрева в течение 15 мин. измеритель добротности готов к работе.

2. Проведение измерений

   1. Подключите тороидальный ферритовый датчик к клеммам Lx, расположенным на верхней панели прибора.

Примечание: ферритовый датчик уже может быть подключен.

2. Поставьте переключатель ПРЕДЕЛЫ Q на лицевой панели измерителя добротности в положение, соответствующее предполагаемой величине добротности измеряемого ферритового датчика без пластины. Рекомендуемый предел – 100.

3. Настройте контур в резонанс.

4. Грубая настройка контура в резонанс осуществляется нажатием кнопки включения электрического привода ротора измерительного конденсатора либо вращением барабана изменения частоты генератора.

5. Точная настройка производится ручкой ЕМКОСТЬ пФ. Момент настройки в резонанс определяется по максимальному отклонению стрелки на шкале прибора, при этом с барабана прибора можно считать значение резонансной частоты ω₀. Если стрелка при этом оказывается в пределах первой трети шкалы, то следует переключиться на более чувствительный диапазон измерений с помощью переключателя ПРЕДЕЛЫ Q.

6. Откалибруйте измеритель добротности, для чего нажмите кнопку КАЛИБРОВКА Q и, удерживая ее, ручкой Q совместите стрелку прибора с риской ▼, после чего отпустите кнопку КАЛИБРОВКА Q.

7. Измерьте значение добротности ферритового датчика без пластины Q₀ и запишите ее значение в протокол измерений (таблица 1).

Таблица 1

		Лабораторная работа №6:
Бесконтактный метод измерения
удельного сопротивления полупроводников
Группа:				Бригада:			Дата:
Параметры эталона			№обр.				Q2
Q0				мкм	кГц
Ом*см
мкм
кГц
Q1
Q0 - добротность датчика без пластины
- удельное сопротивление рабочего эталона
- толщина рабочего эталона
- резонансная частота датчика с эталоном
Q1 - добротность датчика с эталоном
- проводимость эталона
- толщина измеряемой пластины
- резонансная частота датчика с измеряемой пластиной
Q2 - добротность датчика с измеряемой пластиной

8. Найдите в кассете с пластинами пластину с известным удельным сопротивлением и толщиной (рабочий эталон), вставьте ее в зазор тороидальной катушки. Измерьте добротность Q₁ контура с рабочим эталоном и соответствующую резонансную частоту .

9. Запишите в протокол удельное сопротивление и толщину рабочего эталона. Запишите в протокол резонансную частотуи добротностьQ₁ контура с рабочим эталоном.

10. Выньте рабочий эталон из зазора и уберите его в кассету. Затем выньте из кассеты пластину с неизвестным удельным сопротивлением, вставьте ее в зазор тороидальной катушки и измерьте добротность Q₂ контура и резонансную частоту . После этого уберите пластину в кассету и повторите эту операцию для всех оставшихся в кассете пластин (до 5 - 7 пластин).

11. Для проведения расчетов удельной электропроводности и удельного сопротивления измеренных пластин откройте расположенную на рабочем столе компьютера папку «Лаб. работы» и вложенную в нее папку «ФТТ и ПП». Найдите в ней ярлык «Бесконт. метод» и запустите с его помощью EXEL. На экране видеомонитора появится следующая таблица (таблица 2).

Таблица 2

	Лабораторная работа №6:
Бесконтактный метод измерения удельного сопротивления полупроводников
Группа:		Бригада:			Дата:
Параметры эталона		.
			мкм	кГц		Ом-1*см-1	Ом*см
1, Ом-1*см-1						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
мкм						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
кГц						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
1, Ом-1*см-1						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
						#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!

11. Запишите в ячейки B4, D4 и G4 информацию о группе, бригаде и дате проведения лабораторной работы. Затем запишите в ячейку B7 значение добротности Q₀ тороидального датчика без пластины. Запишите в ячейки B8 и B9 значения удельного сопротивления ₁ и толщины рабочего эталона, а вячейки B10 и B11 – значения резонансной частоты и добротности тороидального датчика с вставленной в него эталонной пластиной. В ячейкеB12 будет рассчитано значение удельной электропроводности рабочего эталона.

12. Запишите в ячейки C8, C9, С10 и т.д. номера измерявшихся пластин, а в ячейки D8, D9, D10 и т.д. толщины этих пластин. Запишите в соответствующие ячейки столбцов E и F измеренные значения резонансной частоты и добротностиQ₂ для этих пластин. В ячейках G8, G9, G10 и т.д. и в ячейках H8, H9, H10 т.д. будут рассчитаны значения удельной электропроводности ₂ и удельного сопротивления ₂ измеренных пластин.

13. После проведения расчетов удалите лишние строки и отпечатайте таблицу результатов.

Требования к отчету

В отчете о лабораторной работе должно содержаться следующее.

1. Краткий конспект описания, содержащий основные аналитические зависимости, используемые при проведении лабораторной работы, необходимые схемы, рисунки и методику измерений (должен быть у каждого студента).

2. Отпечатанные на принтере результаты измерений удельного сопротивления бесконтактным методом не менее, чем на четырех образцах. (один экземпляр на бригаду).

3. Перечисление возможных источников погрешности при определении удельного сопротивления образцов.

Требования техники безопасности.

При выполнении работы по настоящей методике существует опасность поражения электрическим током. Для предупреждения поражения электрическим током необходимо соблюдать «Инструкцию № 26-09 по охране труда при выполнении работ на электроприборах, электроустановках в помещениях лаборатории кафедры КФН».