Собрать электрическую схему установки в соответствии с рис. 2.5.
Установить напряжение на выходе источника питания ИП равное 5В. Замкнув ключ К, записать показания миллиамперметра в начальный момент времени и далее через каждые 10 секунд. Через 60 с ключ разомкнуть. Перед следующим измерением выдержать минутную паузу для охлаждения терморезистора. Повторить измерения для напряжений 10, 15, 20, 25, 30 В; длительность паузы с ростом напряжения следует увеличивать. Результаты опыта занести в табл. 2.3.
Таблица 2.3
U, В
i (мА) через с
t = 0
10
20
30
40
50
60
Примечание
5
Тип резистора …
10
…
30
4. Оформление отчета
1. Привести схемы экспериментальных установок, данные измерительных приборов и исследуемых элементов, а также таблицы измерений.
2. Для исследованного температурного диапазона определить по формулам (2.2) и (2.3) энергию активации DЭ и коэффициент температурной чувствительности В терморезистора.
3. Рассчитать по формуле (2.4) и занести в табл. 2.1 значения aR. по данным табл. 2.1 построить графики зависимостей R=f(q) и aR= f(q).
4. на основании данных табл. 2.1 и 2.2. построить график зависимости q(t). Определить постоянную времени t тепловой инерции терморезистора. За температуру среды qс принять комнатную температуру.
5. по данным табл. 2.3 построить динамические вольтамперные характеристики терморезистора.
6. дать краткие выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1. Что называют терморезистором?
2. Чем обусловлена электропроводность полупроводников?
3. В чем причина сильной температурной зависимости сопротивления полупроводниковых резисторов?
4. Что такое коэффициент температурной чувствительности, как его можно определить экспериментально?
5. Почему терморезисторы обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления?
6. Что такое постоянная времени терморезистора, отчего зависит ее величина?
7. Как практически можно определить постоянную времени терморезистора?
8. В чем различие между статической и динамической ВАХ терморезистора?
Работа З. Исследование свойств варисторов
Цель работы – исследование основных свойств варисторов и иллюстрация их практического применения.
1. Краткие сведения из теории
варистором называется нелинейный полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенного напряжения.
Варисторы изготавливаются из размолотого карбида кремния (SiC) с добавкой связующего вещества.
Причинами, обусловливающими нелинейность вольтамперной характеристики варистора, являются:
– микронагрев контактов между отдельными зернами карбида кремния, приводящий к возрастанию проводимости элемента во всем объеме;
– увеличение проводимости вследствие частичного пробоя оксидных пленок, покрывающих зерна карбида кремния, при напряженностях электрического поля E = 105…106 В/м;
– существование на поверхности зерен карбида кремния запирающих р-п-переходов, обусловленных различным характером электропроводности по поверхности и в объеме отдельного зерна SiC.
ВАХ варистора (рис. 3.1), как и всякого нелинейного резистора, в рабочей точке (точка А) характеризуется статическим и дифференциальным сопротивлениями
(3.1)
где МU, MI — масштабы по осям координат.
Степень нелинейности ВАХ оценивается коэффициентом нелинейности
, (3.2)
который у варисторов довольно велик (b = 2…7) и несколько меняется в различных точках ВАХ. Разделяя переменные в выражении (3.2) и интегрируя, можно получить аналитическую аппроксимацию ВАХ варистора , (3.3)
где В – постоянная, зависящая от свойств полупроводникового материала и геометрических размеров варистора.
Варисторы широко применяются в технике для защиты от перенапряжений (искрогасители), в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в преобразователях сигнала (умножители частоты). В данной работе исследуется мостовой стабилизатор напряжения на варисторах (рис. 3.2). напряжение на выходе стабилизатора равно разности напряжений на варисторе (U) и на линейном резисторе (UR): Uвых = U - UR. С ростом входного напряжения Uвх растет ток в элементах моста. Выходное напряжение, как видно из рис. 3.3, вначале увеличивается, затем падает до нуля и после изменения знака снова растет по абсолютной величине. Внешняя характеристика стабилизатора Uвых(Uвх) в режиме холостого хода приведена на рис. 3.4.
Выходное напряжение остается приблизительно постоянным при изменении входного напряжения от Uвх1 до Uвх2, когда величина дифференциального сопротивления варистора равна или близка к величине сопротивления линейного резистора. Количественной оценкой стабилизации напряжения является коэффициент стабилизации
(3.4)
При синусоидальном входном напряжении мост стабилизирует действующее значение выходного напряжения. Последнее содержит третью гармонику, удельный вес которой возрастает с ростом амплитуды входного напряжения.
2. Описание экспериментальной установки
Вольтамперные характеристики варистора снимаются по схеме рис. 2.5. Осциллографическое исследование варистора проводится по схеме рис. 3.5.
Измерительной цепь питается от задающего генератора ЗГ. Переключатель П подключает на вход осциллографа ЭО варистор или (для масштабирования осциллографа) линейный резистор R. на вертикальные пластины ЭО подается напряжение с линейного резистора Rо, пропорциональное току через варистор, на горизонтальные пластины – напряжение на варисторе. Таким образом, на экране осциллографа воспроизводится динамическая ВАХ исследуемого элемента. Входное напряжение измеряется цифровым вольтметром V.
Исследование мостового стабилизатора на варисторах проводится по схеме рис.3.6. Питание осуществляется или от источника постоянного напряжения, или от задающего генератора в зависимость от положения переключателя П1.
Переключатель П2 служит для переключения вольтметра и осциллографа к входным или выходным зажимам моста.
3. Порядок выполнения работы
3.1 Снятие вольтамперной характеристики варистора на постоянном токе
Подать питание на измерительную схему рис. 2.5. Изменяя входное напряжение от 0 до 60 В, замерить и записать в табл. 3.1 значения тока через варистор (6…8 точек).
Таблица 3.1
Oпыт
Расчет
U
I
rct
Rд
b
В
мА
Ом
–
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
