Лабораторна робота 2 Дослідження електропровідності твердих діелектриків

2.1 Мета роботи - засвоїти і закріпити поняття електропровідності, питомого об'ємного та питомого поверхневого електричних опорів, а також відпрацювати засоби їхнього вимірювання. Перевірити дослідницьким шляхом змінювання величини питомих опорів твердих діелектриків у залежності від температури та прикладеної напруги.

При цьому слід виходити з того, що всі ізолюючи матеріали не є ідеальними діелектриками і володіють деякою електропровідністю, що викликається у більшості випадків пересуванням іонів самого діелектрику.

2.2 Визначення опорів твердих зразків ізоляції за допомогою тераомметру

2.2.1 Прилади і устаткування

Вимірювання опорів ізоляції проводиться за допомогою тераомметру типу Е6-3, що являє собою багатомежний прилад із безпосереднім відліком опору, що вимірюється, до величини приблизно 10¹⁴ Ом.

Вимірювальна схема приладу побудована за принципом порівняння струму, що протікає через відомий опір, із струмом, що тече через дослідний опір при подачі на них однакової напруги. Падіння напруг на цих опорах вимірюються за допомогою електронного вольтметра.

Вимірювання опору твердих листових матеріалів проводиться за допомогою накладних електродів. Електроди вироблені із олов’яної або алюмінієвої фольги товщиною близько 0.02 мм.

8

Вироблені з фольги електроди наклеєно на поверхню твердих діелектриків на тонкому шарі вазеліну чи трансформаторного масла.

Кожен з дослідних зразків встановлений на нижній металевий електрод С (рис. 2.1,а), закріплений на опорному ізоляторі. На верхні два електроди з фольги накладено масивні металеві електроди: вимірювальний електрод А діаметром d₁=65*10^-3 м і охоронний електрод В з внутрішнім діаметром d₂=70*10^-3 м, що служить для відводу струму I_S при зміні питомого об'ємного опору _v.

Рисунок 2.1(а,б) – Схеми підключення Рисунок 2.3 – Схема вимірювання методом

зразка заряду конденсатору

У якості зразка ізоляції використаний електротехнічний картон товщиною h=5*10^-4 м. Вся установка (окрім тераомметра) розташована у термостаті, розміщеному всередині лабораторного стенда.

2.2.2 Порядок виконання роботи

2.2.2.1 Ознайомитись з будовою випробувальної установки і електронного тераомметру.

2.2.2.2 Зробити налагоджування тераомметра, для чого перевірити нуль прилада і при необхідності відкорегувати за допомогою механічного коректора. Перемикач меж поставити у положення «К-КАЛ». Увімкнути тераомметр і після 15-30-хвилинного прогріву приладу ручкою «Установка Д» встановити стрілку приладу на позначку «». З'єднати затискувачи «К» та «Л» накоротко і ручкою «Установка 0.1» встановити стрілку приладу на позначку «». Праве положення перемикача меж служить для калібровки, тобто установки «0.1» на межах Том*1 та Том*10, а ліве положення – для калібровки всіх інших меж. Після налагоджування приладу можна приступати до вимірів.

НАЛАГОДЖУВАННЯ ПРИЛАДУ ВИРОБЛЯЄТЬСЯ ЗА ВКАЗІВКОЮ ВИКЛАДАЧА.

2.2.2.3 Після підігріву та регулювання приладу зібрати схему для вимірювання об'ємного опору (рис. 2.1,б). Для вимірювання поверхневого опору необхідно змінити місцем затискувачі В і С.

2.2.2.4 Зробити вимірювання об'ємного та поверхневого опорів зразка при температурі довкілля. Для цього перемикач меж вимірювання послідовно встановлюють у положенні «*10² Ом», «*10⁹ Ом» і так далі до одержання зручного відліку. Відлік показань приладу виробляється за шкалою праворуч наліво.

Величина опору, що вимірюється в Омах, дорівнює відліку за шкалою приладу, помноженому на показання перемикача меж вимірювання.

2.2.2.5 Увімкнути термостат. При досягненні температури 30^C через кожні 10^C до 60^С описаним вище методом виробляти вимірювання R_v та R_s. Результати вимірів і обчислень записати у табл. 2.1.

9

Рисунок 8.1 – Схема отримання кривих намагнічування

На первинну обмотку W₁ подається напруга від мережі, величина якої регулюється ЛАТРом (або ручкою потенціометра звукового генератора "ГЗ-18"). Струм, що протікає крізь первинну обмотку, визначає величину напруженості магнітного поля в зразку H_m, А/м,

, (8.1)

де L - довжина середньої магнітної лінії в зразку, м;

I₁ - діюче значення струму в первинній обмотці, А.

Падіння напруги на опорі R₁, яке пропорційне струму I₁, подається на пластини Х. Таким чином, горизонтальне відхилення променю буде пропорційно напруженості магнітного поля в зразку.

На пластини Y вертикального відхилення променю необхідно подати напругу, яка пропорційна індукції в зразку, тоді на екрані буде одержана петля гістерезису B = f (H), з якої можуть бути одержані магнітні характеристики зразка.

ЕРС, що виникає у вторинній обмотці зразка, пропорційна швидкості зміни величини магнітного потоку Ф (або індукції В) у зразку:

(8.2)

звідси слідує: для того, щоб напруга U₂, пропорцiйна е₂, яку прикладено до пластин вертикального відхилення осцилографа, була пропорційна індукції у зразку, необхідно проінтегрувати е₂ за часом.

Для цієї мети до вторинної обмотки зразка вмикають інтегруючий контур, що складається з R₂ і C. Падіння напруги на ємності C подається на пластини вертикального відхилення осцилографа.

Максимальне значення індукції в зразку визначається з рівняння:

, (8.3)

де U₂ - напруга у вторинній обмотці, В;

f - частота, Гц;

Ф_m - максимальне значення потоку, Вб.

26

7.3.3 Зібрати схему (рис. 7.1,в). Встановити напругу U_ке = 4 В та зняти значення I_б й I_к для транзисторів при температурі довкілля (термостат відімкнуто).

Результати вимірів записати до табл. 7.3.

Таблиця 7.3 - Характеристики транзисторів

Тип транзисто-ра	Uке,В	t0=20-25C		tH1=40C		tH2 =60C		tH3=80C
		Iб, μА	IK, mА	Iб, μА	IK, mА	Iб, μА	IK, mА	Iб, μА	IK, mА
МП-37Б
КТ-203Б

Примітка. Після виконання п. 7.3.3 схема залишається у зібраному виді.

7.3.4 Увімкнути термостат. Не змінюючи значення U_ке, для схеми (рис. 7.1,в) виконати п.7.3.3 при досягненні температури в термостаті 40, 60 і 80⁰С. Результати вимірів записати до табл. 7.3.

7.3.5 Для температури t_н=80⁰С виконати п. 7.3.1 і 7.3.2. Результати вимірів записати, відповідно, до табл. 7.1 і 7.2 (при виконанні п.7.3.1 ключ К₂ вимикати не треба).

7.4 Зміст звіту

Звіт повинен додатково містити: вольтамперні характеристики терморезистора й діодів для різних температур, а також графіки залежності I_к = f (t_н) для транзисторів.

Контрольні питання

1. На які групи з хімічної природи поділяються напівпровідникові матеріали?

2. Що подають собою напівпровідники з точки зору зонної теорії?

3. Чим зумовлений струм у напівпровідниках?

4. Пояснити причину зміни струму в напівпровідникові із зміною температури.

5. Що називається власною електропровідністю напівпровідника?

6. Які напівпровідники називаються напівпровідниками n-типу та p-типу?

7. Що подає собою транзистор?

8. Що подають собою терморезистори й де вони застосовуються?

9. Чому напівпровідниковий діод у прямому напрямку пропускає електричний струм, а у зворотньому нi?

10. Які зовнішні фактори можуть призвести до виходу з ладу напівпровідникового діода?

Література: [6], с. 72 - 93 ; [8], с. 316 - 351