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 fгp происходит спад магнитной проницаемости ферритов. Установлено, что чем выше значение начальной магнитной проницаемости μ, тем меньше fгp.
Исследуемые никель-цинковые и марганец-цинковые двухкомпонентные ферриты системы NiО-ZnO-Fe2ОЗ 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 fkp. 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 Uвых на резисторе Rо пропорциональное току I и, соответственно, напряженности магнитного поля Н, воздействующего на образец или напряжение на входе схемы Uвх.
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 Uвых. Установите одно из требуемых значений Uвых, регулируя величину выходного напряжения генератора. Измерьте величину сигнала на входе измерительной схемы, переключив S в положение Uвх. Результаты измерений запишите в табл. 7.
Таблица 7
| Образец | Марка феррита | Uвых, мВ | Uвх,мВ | Нm, А/м | μ |
| . . . |
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 μо = 4π ∙ 10-7 Гн/м; L=UL /(2π×f×I) – индуктивность исследуемой катушки. Падение напряжения на катушке индуктивности UL =(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 μmaxпо 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?