1997/98
|
LABORATORIUM Z FIZYKI |
|||
Ćwiczenie nr:
21
|
Temat ćwiczenia:
CHARAKTERYSTYKI PRĄDOWO-NAPIĘCIOWE OPORNIKÓW NIELINIOWYCH |
|||
Wydz. Elektroniki Kier. Inżynieria Komputerowa Grupa 1.2
|
Imię i nazwisko:
DARIUSZ LEWANDOWSKI
|
|||
Data wykonania: 21.03.1998 |
Ocena |
Data zaliczenia: |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. ZASADA POMIARU
Oporniki, których rezystancja nie podlega prawu Ohma, lecz zmienia się wraz ze zmianą pewnego parametru, nazywamy opornikami nieliniowymi. Takimi opornikami są termistor i warystor.
Termistor jest elementem półprzewodnikowym, którego opór w dużo większym stop-
niu niż w metalach zależy od temperatury i którego współczynnik temperaturowy oporu może
być dodatni - opór rośnie ze wzrostem temperatury (termistory PTC) lub ujemny (NTC).
Opór elektryczny termistora w zależności od temperatury wyraża sie wzorem:
(1)
E - szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika
kB- stała Boltzmana
A- stała materiałowa o wymiarze oporu
Wprowadzając oznaczenie 
oraz uwzględniając moc wydzieloną na termist rze (P), temperaturę otoczenia (T0) i zdolność odprowadzania ciepła (C), otrzymamy:
(2)
Spadek napięcia na termistorze wynosi:
(3)
Warystor to opornik półprzewodnikowy, którego opór zależy od przyłożonego pola elektrycznego, czyli również napięcia. Charakterystyka prądowo-napięciowa warystora wyraża
się wzorem:
(4)
- współczynnik nieliniowości, względny przyrost oporu
C - stała, spadek napięcia na warystorze przy prądzie 1A
2. UKŁADY POMIAROWE
układ do badania charakterystyki termistora NTC:
układ do badania charakterystyki warystora VDR:
3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYNCZYCH POMIARÓW.
Pomiary napięcia dla termistora wykonane były voltomierzem na zakresie z=30 [V]
przy klasie dokładności 1,5%; ΔU= ± 0,45 [V]
Pomiary natężenia prądu wykonane były miliamperomierzem na zakresach (1) z=75 [mA]
i (2) z=300 [mA] przy klasie przyrządu 0,5%; (1) ΔI= ± 0,37 [mA] i (2) ΔI= ± 1,5 [mA ]
Pomiary napięcia dla warystora wykonane były voltomierzem na zakresie z=200 [V]
przy klasie dokładności 0,1%; ΔU= ± 0,2 [V]
Pomiary natężenia prądu wykonane były miliamperomierzem na zakresach z=200μ [μ A]
i z=2 [mA] przy klasie przyrządu 0,5%; (1) ΔI= ± 0,1 [μA] i (2) ΔI= ± 1 [μA ]
4. TABELE POMIAROWE.
Tabela dla termistora pomiary od 1 do 9 na zakresie z=75 [mA];
pomiary od 10 do 14 na zakresie z=300 [mA];
Lp. |
U |
ΔU |
I |
ΔI |
R |
ΔR |
|
[V] |
[V] |
[mA] |
[mA] |
[kΩ] |
[kΩ] |
1. |
20,5 |
0,45 |
10 |
0,38 |
2,050 |
1,71 |
2. |
20,5 |
0,45 |
15 |
0,38 |
1,366 |
0,759 |
3. |
23,5 |
0,45 |
20 |
0,38 |
1,175 |
0,427 |
4. |
23,75 |
0,45 |
25 |
0,38 |
0,950 |
0,273 |
5. |
23,5 |
0,45 |
30 |
0,38 |
0,783 |
0,189 |
6. |
22,5 |
0,45 |
35 |
0,38 |
0,642 |
0,139 |
7. |
21,5 |
0,45 |
40 |
0,38 |
0,537 |
0,109 |
8. |
21,0 |
0,45 |
45 |
0,38 |
0,466 |
0,084 |
9. |
21,0 |
0,45 |
50 |
0,38 |
0,420 |
0,068 |
10. |
19,0 |
0,45 |
100 |
1,5 |
0,190 |
0,067 |
11. |
17,5 |
0,45 |
150 |
1,5 |
0,116 |
0,029 |
12. |
16,5 |
0,45 |
200 |
1,5 |
0,082 |
0,016 |
13. |
15,5 |
0,45 |
250 |
1,5 |
0,062 |
0,10 |
14. |
15,0 |
0,45 |
300 |
1,5 |
0,050 |
0,007 |
Tabela dla warystora pomiary od 1 do 9 na zakresie z= 200 [μA];
pomiary od 10 do 11 na zakresie z=2 [mA];
Lp. |
U |
ΔU |
I |
ΔI |
R |
|
|
[V] |
[V] |
[μA] |
[μA] |
[kΩ] |
|
1. |
0,0 |
0,2 |
0,0 |
0,1 |
0,0 |
|
2. |
10 |
0,2 |
1,0 |
0,1 |
10 000 |
|
3. |
20 |
0,2 |
2,5 |
0,1 |
8 000 |
|
4. |
30 |
0,2 |
5,1 |
0,1 |
5 882 |
|
5. |
40 |
0,2 |
10,4 |
0,1 |
3 846 |
|
6. |
50 |
0,2 |
20,6 |
0,1 |
2 427 |
|
7. |
60 |
0,2 |
40,0 |
0,1 |
1 500 |
|
8. |
70 |
0,2 |
74,8 |
0,1 |
935 |
|
9. |
80 |
0,2 |
134,5 |
0,1 |
594 |
|
10. |
90 |
0,2 |
233 |
1,0 |
386 |
|
11. |
100 |
0,2 |
389 |
1,0 |
257 |
|
5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA WYNIKU POMIARÓW WIELKOŚCI ZŁOŻONEJ.
Przykładowe obliczenie wartości oporu termistora dla pomiaru pierwszego:
U [V] 20,5 [V]
R = = = 2,05 [kΩ]
I [mA] 10 [mA]
Przykładowe obliczenie wartości oporu dla warystora dla pomiaru trzeciego:
U [V] 20 [V]
R = = = 8 [MΩ]
I [μA] 25 [μA]
Jak widać z wykresu lnU= f(lnI) dla warystora, przez uzyskane punkty pomiarowe można poprowadzić prostą, dla której współczynniki C i wynoszą odpowiednio:
lnC 3,1 C = 22,2
b
β = tgα = = 0,19 - parametr nieliniowości
a
6. RACHUNEK BŁĘDÓW.
Błąd obliczamy za pomocą różniczki zupełnej
R =
R = * ΔU + * ΔI
R = * * ΔU + * ΔI
Przykład dla pierwszego pomiaru:
R= = 2050 [kΩ]* ( 0,45 [V] / 20,5 [V] + 0,37 [mA] / 10 [mA] )=
= 1,71 [kΩ]
7. UWAGI I WNIOSKI.
W doświadczeniu wykazaliśmy nieliniowy charakter rezystancji termistorów i warystorów.
Charakterystyka prądowo-napięciowa termistora w widoczny sposób pokazuje, jak wraz
ze wzrostem temperatury maleje oporność (na wykresie widoczny spadek napięcia, przy
wzroście prądu przepływającego przez obwód).
Charakterystyka prądowo-napięciowa warystora pokazuje gwałtowny wzrost oporności
wraz ze wzrostem przyłożonego napięcia.
1
U
I
U
1
I2
I
1
U
1
I
U
I
Wyszukiwarka