Лабораторная работа. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФЕРРИТОВ

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФЕРРИТОВ

Цель работы: является изучение полевой и частотной зависимостей магнитной проницаемости марганец-цинковых и никель-цинковых ферритов.

Основные теоретические сведения

Ферриты представляют собой соединения окиси железа Fe₂0₃ с окислами других металлов, по своим магнитным свойствам относятся к ферримагнетикам. Ферримагнетиками называются вещества, в которых магнитные моменты атомов взаимодействуют так, что стремятся выстроиться антипараллельно друг другу. Величины этих моментов имеют различные значения, благодаря чему результирующая намагниченность может быть большой. Для ферритов, как и для ферромагнетиков, характерно наличие доменной структуры.

Структурная формула ферритов МеО·Fe₂О₃, где Ме- двухвалентный металл (Fe, Ni, Mn, Zn,Co,Cu, Cd, Мg и др.). Применяются одно-, двух- и многокомпонентные ферриты. Ферриты используют для работы при высоких и сверхвысоких частотах. Преимущества ферритов при работе в ВЧ и СВЧ-диапазонеобъясняются тем, что их удельное электрическое сопротивление в 10⁶-10¹¹раз превышает удельное сопротивление металлических ферромагнетиков, вследствие чего вихревые токи в ферритах при воздействии на них переменных полей очень малы. Поэтому их магнитная проницаемость остается постоянной в широком диапазоне частот (рис. 16). При частотах выше некоторого значения f_гp происходит спад магнитной проницаемости ферритов. Установлено, что чем выше значение начальной магнитной проницаемости μ, тем меньше f_гp.

Исследуемые никель-цинковые и марганец-цинковые двухкомпонентные ферриты системы NiО-ZnO-Fe₂О_З и МпО-ZnO-Fe₂О₃ относятся к магнитомягким ферритам для радиочастот. Маркировка магнитомягких ферритов следующая: первыми цифрами указано значение начальной магнитной проницаемости, затем идут буквы, обозначающие частотный диапазон, ограничиваемый сверху значе-нием f_kp. Ферриты для звуковых и ультразвуковых, низких радиочастот обозначаются буквой Н (низкочастотные), высокочастотные ферриты обозначаются буквой В. Далее в маркировке магнитомягкихферритов следуют буквы, обозначающие состав: М -марганец-цинковые, Н- никель-цинковые.

Методика эксперимента

Изучение полевой и частотной зависимостей магнитной проницаемости марганец-цинковых и никель-цинковых ферритов проводят с помощью установки, схема которой показана на рис. 17.

Синусоидальное напряжение от генератора сигналов G подается на катушку индуктивности L с испытуемым сердечником и последовательно соединенным с ней резистором. Вольтметр в зависимости от положения переключателя S может измерять напряжение U_вых на резисторе Rо пропорциональное току I и, соответственно, напряженности магнитного поля Н, воздействующего на образец или напряжение на входе схемы U_вх.

Исследуемые ферритовые сердечники имеют кольцевую форму, которая характеризуется следующими параметрами:наружный диаметр D, внутренний диаметр d, толщина кольца h.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы необходимо собрать лабораторную установку, соединив выход генератора сигналов с гнездом G измерительного стенда и подключив вольтметр к гнезду V.

Задание 1. Определение полевой зависимости магнитной проницаемости μ(Н).

Установите необходимую частоту сигнала (10 кГц). Переключатель S поставьте в положение U_вых. Установите одно из требуемых значений U_вых, регулируя величину выходного напряжения генератора. Измерьте величину сигнала на входе измерительной схемы, переключив S в положение U_вх. Результаты измерений запишите в табл. 7.

Таблица 7

Измерения производятся при следующих значениях Uвых: 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 3000 мВ.

Амплитудное значение напряженности магнитного поля в сердечнике катушки определяется выражением

,

где I = Uвых / Ro; Ro =47 Ом; w -число витков обмотки катушки; D, d- соответственно внешний и внутренний диаметры образца.

Магнитная проницаемость кольцевого сердечника рассчитывается по приближенной формуле

,

где μ_о = 4π ∙ 10^-7 Гн/м; L=U_L /(2π×f×I) – индуктивность исследуемой катушки. Падение напряжения на катушке индуктивности U_L =(U²вх - U²вых)^1/2.

Число витков обмотки равно 80.Размеры и марку феррита определите по образцу.

3адание 2. Определение частотой зависимости проницаемости.

Самостоятельно найти зависимость μ(f) для ферритов. Найти в справочнике граничную и критическую частоту используемого в работе феррита.

Результаты измерений в лабораторной работе необходимо представить в виде табл. 7 и графиков μ (Hm),μ(f).

Определите μ_maxпо графику полевой зависимости относительной магнитной проницаемости.

Контрольные вопросы:

1. Какие материалы относятся к ферритам? Напишите структурную формулу феррита.

2. В каком частотном диапазоне используются ферриты? Чем это обусловлено?

3. Напишите пример маркировки феррита с указанием элементов.

4. Что показывается относительная магнитная проницаемость?

5. Что такое начальная магнитная проницаемость?

6. Нарисуйте график частотной зависимости относительной магнитной проницаемости феррита. Самостоятельно в литературе найдите объяснение характера этой зависимости.

7. Что такое граничная частота феррита? Что такое критическая частота феррита?