лабораторная 4 / лабораторная 4

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

Институт – __Энергетики и автоматизи­рованных систем_ Кафедра – _Электроники и микроэлектро­ники ___________________________________ Специальность – _Электроники и нано­электроники__________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Студента Михайлицына Андрея Сергеевича____________________________

(фамилия имя отчество)

На тему: Исследование диэлектрических материалов____________________

(полное наименование темы)

Руководитель Суспицын Евгений Сергеевич кандидат технических наук, доцент кафедры электроники и микроэлектроники ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный техниче­ский университет им. Г.И. Носова»

(подпись, дата, должность, ученая степень, звание, Ф.И.О.)

Отметка _________________ /_______/ (подпись, дата) (ФИО)

Студент ___________________ (подпись) «____» _____________ 2015 г.

1.1 Цель работы.

Ознакомиться со свойствами диэлектрических материалов на примере диэлек-триков, применяемых в конденсаторах.

1.2 Порядок выполнения работы.

Задание 1. Измерить емкость двух коденсаторов.

1. Собрать схему, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема измерения сопротивления резистора

2. При помощи виртуального прибора (ВП) DMM из палитры приборов NI ELVISmx измерить емкость двух конденсаторов С1 и С2.

3. Записать в таблицу маркировку конденсаторов и результаты измерений.

Задание 2. Расчет и измерение электрических параметров конденсаторов.

1. При помощи ВП Impedance Analyzer провести измерения полного сопротивления конденсатора , активной составляющей сопротивления , реактивной составляющей и фазы вектора полного сопротивления для двух конденсаторов С1 и С2 при различных частотах входного сигнала (см. таблицу 1).

2. Для каждого измерения из п.п. 1 произвести расчет значений тангенса угла диэлектрических потерь и емкости конденсатора .

3. Результаты измерений свести в таблицу 1.

4. По данным таблицы 1 построить графики зависимости:

и ;

и ;

и ;

и .

На графиках оси частот изобразить в логарифмическом масштабе.

Задание 3. Исследование переходных процессов в RC-цепи.

1. Собрать схему, представленную на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема исследования переходных процессов

2. При помощи ВП Functional Generator из палитры приборов NI ELVISmx установить на вход схемы сигнал прямоугольной формы. Опытным путем подоб-рать значение коэффициента заполнения (Duti Cycle) прямоугольного сигнала таким, чтобы на экране осциллографа наиболее качественно отображались графики заряда и разряда конденсатора.

3. Выполнить Print Screen экрана осциллографа, сохранить изображения.

4. Повторить п.п. 2 для двух резисторов разных номиналов (R1 и R2).

5. Выполнить расчет постоянных времени заряда/разряда конденсатора и времени переходного процесса при различных значениях сопротивления резисторов (R1 и R2):

, (1)

. (2)

6. Результаты расчетов занести в таблицу. Сравнить результаты расчетов с результатами эксперимента.

1.3 Результаты.

Задание 1. Измерить емкость двух конденсаторов.

В результате измерения емкость первого конденсатора получилась 0,01052 мкФ. Маркировка первого конденсатора С1 - 103J 400V .

В результате измерения емкость второго конденсатора получилась 0,1018 мкФ. Маркировка второго конденсатора С2 - CL21 400V 104J.

Задание 2. Расчет и измерение электрических параметров конденсаторов.

Тангенс угла диэлектрических потерь рассчитан по выражению 3.

^{, (3)}

где – реактивная составляющая сопротивления конденсатора;

– активная составляющая сопротивления конденсатора.

Емкость конденсатора рассчитана по выражению 4.

^{, (4)}

где ƒ – частота входного сигнала.

Результаты первого и второго задания занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

, мкФ*	, мкФ**	, Гц	, кОм	, град	, Ом	, кОм	, мкФ***
0,01	0,0105	50	302,98	271,09	5800	302,91	0,01051	0,0191476
		100	151,32	270,64	1700	151,31	0,01052	0,01123521
		200	75,83	270,53	702,49	75,82	0,01050	0,00926523
		300	50,56	270,6	529,05	50,56	0,01049	0,01046381
		500	30,24	270,86	452,78	30,24	0,01053	0,01497288
		700	21,61	270,63	237,12	21,61	0,01052	0,0109727
		1000	15,13	270,45	117,02	15,13	0,01052	0,0077343
		3000	5,03	273,22	278,7	5,03	0,01055	0,05540755
		5000	3,04	271,19	63,37	3,04	0,01047	0,02084539
0,1	0,1018	50	31,19	271,12	608,36	31,18	0,10209	0,01951123
		100	15,57	270,56	151,24	15,57	0,10222	0,00971355
		200	7,8	270,3	40,32	7,8	0,10202	0,00516923
		300	5,2	270,15	22,81	5,2	0,10202	0,00438654
		500	3,12	273,64	196,39	3,12	0,10202	0,06294551
		700	2,23	272,56	100,12	2,23	0,10196	0,04489686
		1000	1,56	271,75	48,04	1,56	0,10202	0,03079487
		3000	0,5227	270,12	1,05	0,5227	0,10150	0,0020088
		5000	0,3139	269,39	0,57	0,3139	0,10140	0,00181586

*С_Н - номинальное значение емкости, **С_Н - измеренное значение емкости, ***С_Р - расчетное значение емкости.

Далее построен график зависимости расчетного значения емкости первого конденсатора от частоты входного сигнала C1=ɸ(f) в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3 – График зависимости первого конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости расчетного значения емкости второго конденсатора от частоты входного сигнала C2=ɸ(f) в соответствии с рисунком 4.

Рисунок 4 - График зависимости второго конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости тангенса диэлектрических потерь первого конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 5.

Рисунок 5 - График зависимости тангенса диэлектрических потерь первого конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости тангенса диэлектрических потерь второго конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 - График зависимости тангенса диэлектрических потерь второго конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости полного сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 7.

Рисунок 7 - График зависимости полного сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости полного сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 8.

Рисунок 8 - График зависимости полного сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 9.

Рисунок 9 - График зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления первого конденсатора от частоты входного сигнала

Построен график зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала в соответствии с рисунком 10.

Рисунок 10 - График зависимости модуля реактивной составляющей сопротивления второго конденсатора от частоты входного сигнала

Задание 3. Исследование переходных процессов в RC-цепи.

Для исследования переходных процессов в RC-цепи использовался конденсатор C1 и два резистора R1 и R2.

Измерено значение сопротивления первого резистора R1 = 21,5 кОм.

Измерено значение сопротивления второго резистора R2 = 172 кОм.

График заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R1 при частоте сигнала 19,93 Гц представлен на рисунке 11.

Рисунок 11 - График заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R1

Далее построен график заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R2 при частоте сигнала 2,794 Гц в соответствии с рисунком 12.

Рисунок 12 - График заряда и разряда конденсатора с сопротивлением нагрузки R2

По выражению 1 и 2 рассчитано τ и T, результаты занесены в таблицу 2.

Таблица 2 – результаты расчета и T

C, мкФ	R, Ом	, мс	T, мс
0,1018	21500	2,1887	6,566	8,755
	172000	17,5096	52,53	70,04

Вывод: В данной лабораторной работе по результатам измерений и расчетов, представленных в таблице 1, выяснилось, что с увеличением частоты, полное сопротивление уменьшается, а реактивная составляющая увеличивается. После расчета τ заряда/разряда конденсатора, было установлено, что чем меньше сопротивление резистора и емкость конденсатора, тем быстрее заряжается конденсатор.