Порядок выполнения работы





Лабораторная работа №4

Исследование диэлектрических материалов

 

 

Выполнил: студент группы АП-10-1 Лобик А.М.

Проверил: ассистент кафедры Э и МЭ Красильников С.С.

 

 

Магнитогорск 2011

Цель работы

Ознакомится со свойствами диэлектрических материалов на примере диэлектриков, применяемых в конденсаторах.

Описание лабораторного стенда

В состав лабораторного стенда входят:

1) персональный компьютер с программным обеспечением;

2) платформа для лабораторных измерений NI ELVIS II;

3) комплект монтажных проводов;

4) два конденсатора;

5) комплект измерительных щупов;

6) два резистора.

Задание для домашней подготовки

1) Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с основными свойствами конденсаторов, повторить основные соотношения теории электрических цепей применительно к конденсаторам.

2) Изучить назначение и функциональные возможности ВП Impedance Analyzer из палитры приборов NI ELVISmx (материалы представлены в файле «NI ELVIS II. Учебный курс.pdf»).

3) Ознакомиться с методикой проведения лабораторной работы.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерить емкость двух коденсаторов

1) Собрать схему, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема измерения емкости конденсатора

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.

Таблица 1 – Результаты измерений

СН, мкФ* CИ , мкФ** f, Гц Z, кОм φ, град R, Ом X, Ом CР, мкФ*** tg(δ)
               
           
           
           
           
           
           
           
           
               
           

 

*CH - номинальное значение емкости, **CИ - измеренное значение емкости,
***СР - расчетное значение емкости.

4) По данным таблицы 1 построить графики зависимости:

C1 = (f) и C2 = (f);

tg(δ1) = (f) и tg(δ2) = (f);

Z1 = (f) и Z2 = (f);

XC1 = (f) и XC2 = (f).

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 подобрать значение коэффициента заполнения[1] (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 иR2):

,

.

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

Выполнение работы

1) Собрана цепь в соответствии с рисунком 1 для двух конденсаторов. При помощи NI ELVISmx Digital Multimeter измерено емкость у каждого из них.

Результаты измерений и маркировка конденсаторов представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Маркировка конденсаторов и результаты измерений

Тип Маркировка Измеренная емкость
С1 M4N3K 4,08 нФ
С2 20 мкФ 8,13 мкФ

 

2) Собрана цепь в соответствии с рисунком 1 для двух конденсаторов. При помощи NI ELVISmx Impedance Analyzer для каждого конденсатора измерено: полное сопротивление, активное и реактивное сопротивления, фаза вектора полного сопротивления, при различных частотах.

Далее произведен расчет тангенса диэлектрических потерь и емкости конденсаторов. Тангенс диэлектрических потерь равен отношению активного сопротивления к реактивному сопротивлению конденсатора:

 

tg(δ) =

 

Результаты всех измерений представлены в таблице 2.

 

 

Таблица 2 – Результаты измерения электрических параметров конденсаторов

СН, мкФ CИ , нФ f, Гц Z, кОм φ, град R, кОм X, кОм CР, нФ tg(δ)
0,004 4,08 781,5 29,9 -730,92 4,35 0,04
391,21 270,97 6,63 -391,92 4,06 0,017
195,4 270,8 4,5 -195,4 4,08 0,023
130,4 270,6 1,38 -130,43 4,07 0,011
78,2 270,55 0,935 -78,2 4,073 0,012
55,8 270,5 0,81 -55,82 4,08 0,015
39,2 0,566 -39,2 4,06 0,014
13,04 269,8 -0,43 -13,04 4,07 0,033
7,8 269,32 -0,92 -7,8 4,083 0,12
0,21 296,2 0,094 -0,19 0,5
0,13 302,5 0,07 -0,11 0,64
0,084 310,97 0,055 -0,063 0,87
0,065 317,6 0,05 -0,046 1,1
0,055 352,18 0,045 -0,03 1,5
0,049 329,72 0,042 -0,025 1,68
0,045 333,86 0,04 -0,02
0,035 342,3 0,034 -0,011 3,09
0,032 344,4 0,031 -0,0087 3,56

 

На рисунке 3 показаны графики зависимостей емкости конденсаторов от частоты:

а) первый конденсатор С1;

б) второй конденсатор С2.

а)

б)

Рисунок 3 – Графики зависимостей емкостей конденсаторов от частоты

 

На рисунке 4 показаны графики зависимостей тангенсов диэлектрических потерь конденсаторов от частоты:

а) первый конденсатор С1;

б) второй конденсатор С2.

На рисунке 5 показаны графики зависимостей полных сопротивлений от частоты:

а) первый конденсатор С1;

б) второй конденсатор С2.

а)

 

б)

Рисунок 4 – Графики зависимостей тангенсов диэлектрических потерь конденсаторов от частоты

 

 

а)

б)

Рисунок 5 – Графики зависимостей полных сопротивлений конденсаторов от частоты

На рисунке 6 показаны графики зависимостей реактивных сопротивлений от частоты:

а) первый конденсатор С1;

б) второй конденсатор С2.

 

а)

 

 

б)

Рисунок 6 – Графики зависимостей реактивных сопротивлений конденсаторов от частоты

3) Собраны две цепи в соответствии с рисунком 2 для двух разных резисторов.

При помощи NI ELVISmx Functional Generator был задан сигнал прямоугольной формы. В NI ELVISmx Oscilloscope наблюдаем время заряда и разряда конденсатора. Маркировка конденсатора: M4N3K, C=4 нФ.

На рисунке 7 изображено показание осциллографа, в цепи, где содержится первый резистор. Маркировка резистора: 10 КО.

 

Рисунок 7 – NI ELVISmx Oscilloscope прямоугольный сигнал, в цепи с первым резистором

 

На рисунке 8 изображено показание осциллографа, в цепи, где содержится второй резистор. Маркировка резистора: М18.

 

 

Рисунок 8 – NI ELVISmx Oscilloscope прямоугольный сигнал, в цепи со вторым резистором

Результаты измерений времени зарядки/разрядки конденсатора, представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов

Резистор τ, мкс Т, мкс
R1 40,8 122,4
R2 734,4 2203,2

 

Вывод:

Отличительное свойство конденсатора от других электронных элементов, это свойство заряжаться, потребляя энергию, и разряжаться, отдавая ее обратно в сеть.

Графики зависимостей характеристик конденсаторов от частоты показывают, как при увеличении частоты входного сигнала меняются его параметры.


[1] Коэффициент заполнения – отношение длительности импульса к периоду сигнала.





Читайте также:
Книжный и разговорный стили речи, их краткая характеристика: В русском языке существует пять основных...
Методы исследования в анатомии и физиологии: Гиппократ около 460- около 370гг. до н.э. ученый изучал...
Основные факторы риска неинфекционных заболеваний: Основные факторы риска неинфекционных заболеваний, увеличивающие вероятность...
Пример оформления методической разработки: Методическая разработка - разновидность учебно-методического издания в помощь...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.019 с.