Rok akademicki 2003/2004 |
LABORATORIUM Z FIZYKI |
|||
Nr ćwiczenia: 21 |
Charakterystyka prądowo napięciowa oporników nieliniowych |
|||
Wydział: W.B. i I.Ś. Grupa: 2.3 6 lab |
Robert Wachowski |
|||
Data wykonania: 9.10.2003 r. |
OCENA |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
Teoria |
|
|
|
|
Sprawozdanie |
|
|
|
1. ZASADY POMIARU
Przed przystąpieniem do budowy układu należy pamiętać, że amperomierz włączamy zawsze szeregowo z odbiornikiem. Bezpośrednie włączenie do źródła prądu spowoduje zniszczenie miernika. Woltomierz włączamy równolegle z odbiornikiem. Przed włączeniem prądu musimy się upewnić czy mierzona wielkość nie przekroczy zakresu pomiarowego. Urządzenia te należy połączyć w obwód ściśle według schematu przedstawionego w punkcie drugim sprawozdania (inny schemat dla termistora i inny dla warystora). Po sprawdzeniu prawidłowości połączeń w obwodzie ustawiamy urządzenia pomiarowe na odpowiednie zakresy pomiarowe.
Dla termistora ustawiamy napięcie wyjściowe zasilacza 60 V przy zerowej nastawie regulacji prądu. Ustawiamy prąd płynący przez termistor równy 10 mA. Po odczekaniu kilku minut dokonujemy odczytu napięcia na termistorze. Następnie zwiększamy natężenie prądu co 5 mA do wartości 50 mA, każdorazowo odczekując kilka minut do czasu uzyskania równowagi termicznej tzn. ustalenia się na niezmiennym poziomie spadku napięcia na termistorze. Pomiary kontynuujemy stosując powyższe zasady do wartości prądu 250 mA zwiększając każdorazowo jego wartość o 50 mA.
Dla warystora napięcie zwiększamy od 0 do 220 V, każdorazowo zwiększając je co 10 V. Odczytane z urządzeń pomiarowych wartości prądu i napięć wstawiamy do tabeli 1 i 2 sporządzonych oddzielnie dla termistora i warystora.
2. SCHEMAT UKŁADÓW POMIAROWYCH
Rys.1. Układ pomiarowy do badania charakterystyki napięciowo-prądowej termistora NTC
Rys.2. Układ pomiarowy do badania charakterystyki napięciowo-prądowej warystora (VDR)
3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYŃCZYCH POMIARÓW
Dokładność pomiarów wynika z klasy przyrządu pomiarowego podanej przez producenta.
Dla termistora:
woltomierz analogowy klasy 1,5 : zakres 30 V
miliamperomierz klasy 0,5 : zakres 75 mA i 300 mA
Dla warystora:
woltomierz cyfrowy klasy 0,2
ΔU = 0,2% wartości mierzonej + 0,1
mikroamperomierz klasy 0,5 zakres 750 μA
4. TABELE POMIAROWE
Wyniki pomiarów dla termistora
|
U |
၄U |
I |
၄၉ |
R |
၄R |
|
[V] |
[V] |
[mA] |
[mA] |
[k] |
[k] |
zakres pomiarowy 75 mA |
15,5 |
±0,45 |
10,5 |
±0,375 |
1,476 |
0,096 |
|
18,5 |
|
15 |
|
1,233 |
0,061 |
|
20,5 |
|
20 |
|
1,025 |
0,042 |
|
21,5 |
|
25 |
|
0,860 |
0,031 |
|
22 |
|
30 |
|
0,733 |
0,024 |
|
22 |
|
35 |
|
0,629 |
0,020 |
|
22,25 |
|
40 |
|
0,556 |
0,016 |
|
22,5 |
|
45 |
|
0,500 |
0,014 |
|
23 |
|
50 |
|
0,460 |
0,012 |
zakres pomiarowy 300 mA |
23,5 |
|
100 |
±1,5 |
0,235 |
0,008 |
|
21,5 |
|
150 |
|
0,143 |
0,004 |
|
20 |
|
200 |
|
0,100 |
0,003 |
|
18,5 |
|
250 |
|
0,074 |
0,002 |
Wyniki pomiarów dla warystora
U |
၄U |
I |
၄၉ |
R |
[V] |
[V] |
[A] |
[A] |
[M] |
10,1 |
±0,120 |
0,64 |
±3,75 |
15,781 |
20,1 |
±0,140 |
1,5 |
|
13,400 |
30,2 |
±0,160 |
2,45 |
|
12,327 |
40,4 |
±0,181 |
3,75 |
|
10,773 |
50,4 |
±0,201 |
5 |
|
10,08 |
60,2 |
±0,220 |
6 |
|
10,033 |
70,6 |
±0,241 |
8 |
|
8,825 |
80,6 |
±0,261 |
10 |
|
8,06 |
90,7 |
±0,281 |
12 |
|
7,558333 |
101,3 |
±0,303 |
20 |
|
5,065 |
111,5 |
±0,323 |
30 |
|
3,716667 |
121,5 |
±0,343 |
41 |
|
2,963415 |
131,7 |
±0,363 |
59 |
|
2,232203 |
141,9 |
±0,384 |
80 |
|
1,77375 |
152 |
±0,404 |
110 |
|
1,381818 |
162 |
±0,424 |
148 |
|
1,094595 |
172,2 |
±0,444 |
191 |
|
0,901571 |
182,2 |
±0,464 |
255 |
|
0,71451 |
192,3 |
±0,485 |
335 |
|
0,57403 |
203 |
±0,506 |
440 |
|
0,461364 |
213,1 |
±0,526 |
570 |
|
0,37386 |
223,2 |
±0,546 |
735 |
|
0,303673 |
5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA WYNIKÓW
Wyliczenie wyników oporu R dla poszczególnych odczytów, zawartych w tabelach pomiarowych.
Opór R wyliczono z następującego wzoru:
R=
6. RACHUNEK BŁĘDÓW
Wyliczenie wyników błędów dla poszczególnych odczytów, zawartych w tabelach pomiarowych.
ΔR = R(
+
)
Błędy pomiaru urządzeń (dla termistora):
woltomierz analogowy klasy 1,5
dla zakresu 30 V: ΔU = 1,5% 30 = 0,45 V
miliamperomierz klasy 0,5
dla zakresu 75 mA: ΔI = 0,5% 75 = 0,375 mA
dla zakresu 300 mA: ΔI = 0,5% 300 = 1,5 mA
Błędy pomiaru urządzeń (dla warystora):
woltomierz cyfrowy klasy 0,2
ΔU = 0,2% wartości mierzonej + 0,1 V
mikroamperomierz klasy 0,5
dla zakresu 750 μA: ΔI = 0,5% 750 = 3,75 μA
7. ZESTAWIENIE WYNIKÓW POMIARÓW
DLA TERMISTORA
DLA WARYSTORA
Parametr nieliniowości β odczytujemy z zależności:
β = tg α => β = 0,327
Współczynnik C obliczamy ze wzoru:
ln U = β ln I + ln C => C = 29,96
8. UWAGI I WNIOSKI
Wyniki pomiaru oporu warystora obarczone są bardzo dużym błędem, który jest spowodowany używaniem niewłaściwego amperomierza (zakres 750 A) do pomiarów wartości nie przekraczających 5A. Błąd ten można wyeliminować z ćwiczenia poprzez użycie miernika o mniejszym zakresie pomiarowym, np.
10 A lub 50 A.
Dodatkowe błędy przy pomiarach dla termistora mogło wprowadzać nierównomierne w czasie odczytywanie wyników z mierników. Aby temu zapobiec, należałoby odczytywać pomiary w równych odstępach czasu lub po takim czasie, że wskazania mierników nie będą już ulegać zmianie.
Przy odczytach wartości napięcia na termistorze, które to napięcie zmieniało się w zależności od natężenia prądu, możemy zaobserwować początkowy wzrost napięcia. Jednak później napięcie to systematycznie spadało i w związku z tym opór również malał. Zjawisko to zostało spowodowane początkowym wzrostem temperatury, która po osiągnięciu pewnego poziomu powodowała spadek napięcia. Taki typ termistora posiada tzw. Ujemny współczynnik temperatury.
Dla warystora zaobserwowano wzrost natężenia prądu dopiero przy napięciu równym 50,4 V. Zasada działania warystora nie jest jeszcze dostatecznie wyjaśniona. Najlepsza uzasadniona hipoteza podaje, że na powierzchni ziaren karborundu (SiC) tworzą się półprzewodniki o przeciwnym typie przewodnictwa. Różnice usytuowania dużej ilości takich ogniw daje w przybliżeniu symetryczną charakterystykę napięciowo-prądową. Z dobrym przybliżeniem możemy ją przedstawić w postaci analitycznej:
U = C Iβ
gdzie: β - współczynnik nieliniowości definiowanej jako względny przyrost oporu (β jest różne dla różnych warystorów).
C - stała, liczbowo równa spadkowi napięcia na warystorze przy przepływie prądu I = 1 A.
Pole wykresów powinno zajmować większą powierzchnię
Błędy pomiarów zaokrąglić do dwóch miejsc po przecinku
Linie łączące punkty połączyć krzywikiem (nie wszystkie punkty muszą być połączone)
Dostałem za taki jak jest 3+
9
mA
μA
zasilacz regulowany
typ ZT 980-3 lub P332
V
V
zasilacz regulowany
IZS 5/71
NTC
VDR
+
--
+
--
Wyszukiwarka