Rok akademicki 1998/99 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia:
21 |
Temat: Charakterystyki prądowo-napięciowe oporników nieliniowych |
|||
Wydział: Elektronika
Kierunek: E-nika i Telekom.
Grupa: E01 |
Imię i nazwisko: Marcin Kantor |
|||
Data wykonania 16.03.1998 r. |
Ocena |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
Rok akademicki 1998/99 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia:
21 |
Temat: Charakterystyki prądowo-napięciowe oporników nieliniowych |
|||
Wydział: Elektronika
Kierunek: E-nika i Telekom.
Grupa: E01 |
Imię i nazwisko: Bartłomiej Bujko |
|||
Data wykonania 16.03.1998 r. |
Ocena |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. Zasada pomiaru.
Oporniki, których opór zmienia się wraz ze zmianą pewnego parametru, nazywamy opornikami nieliniowymi. Dla tych elementów nie jest spełnione prawo Ohma, które zakłada liniową zależność między przyłożonym napięciem a wywołanym prądem.
Do najbardziej znanych oporników nieliniowych zaliczamy: termistor i warystor.
Termistorem nazywamy element półprzewodnikowy, którego rezystancja silnie zależy od temperatury. Przebieg temperaturowych zmian rezystancji jest podstawą podziału teristorów na trzy grupy:
- termistory NTC - o ujemnej wartości temperaturowego współczynnika rezystancji;
- termistory PTC - o dodatniej wartości temperaturowego współczynnika rezystancji;
- termistory CTR - o skokowym zmniejszeniu się rezystancji w wąskim przedziale zmian temperatury;
Ponieważ w ćwiczeniu badany był termistor NTC to jego opór malał wraz ze wzrostem temperatury.
Warystorem (VDR) nazywamy element półprzewodnikowy, którego rezystancja silnie zależy od natężenia pola elektrycznego wywołanego doprowadzonym napięciem. Ponieważ pole elektryczne jednorodne można wyrazić zależnością E = U/d , można stwierdzić, że opór warystora zależy od wielkości przyłożonego do niego napięcia. Warystor jest także elementem półprzewodnikowym symetrycznym, gdyż jego charakterystyka prądowo-napięciowa nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia.
Pomiar polegał na wyznaczeniu charakterystyk prądowo-napięciowych metodą techniczną dla termistora i warystora, a następnie na odpowiednim przekształceniu algebraicznym odczytanych wartości mierzonych.
2. Schemat układu pomiarowego.
a) układ pomiarowy dla termistora
b) układ pomiarowy dla warystora
3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.
W ćwiczeniu użyto następujące przyrządy:
a) zasilacz regulowany ZT-980-3 (do zasilania termistora)
b) zasilacz regulowany IZS 5/71 (do zasilania warystora)
c) woltomierz analogowy (przy badaniu termistora):
kV = 1 ; zV = 30V ; ΔU = 
= 
d) woltomierz cyfrowy (przy badaniu warystora):
e) miliamperomierz (przy badaniu termistora);
kmA = 0,5 ; zmA = 75mA ; ΔI = 
0,38 mA
kmA = 0,5 ; zmA = 300 mA ; ΔI = 
f) mikroamperomierz (przy badaniu warystora):
ΔI=
0.5% ⋅I = 
μA = 0.0125 μA 
0.01 μA
4. Tabele pomiarowe.
a) tabela pomiarowa dla termistora
Lp |
U |
ΔU |
I |
ΔI |
R |
ΔR |
|
V |
V |
mA |
MA |
Ω |
Ω |
1 |
19,5 |
0,3 |
10 |
0,38 |
1950 |
104 |
2 |
22,5 |
0,3 |
15 |
0,38 |
1500 |
58 |
3 |
23,5 |
0,3 |
20 |
0,38 |
1175 |
37 |
4 |
24,0 |
0,3 |
25 |
0,38 |
960 |
27 |
5 |
24,5 |
0,3 |
30 |
0,38 |
817 |
20 |
6 |
23,5 |
0,3 |
35 |
0,38 |
671 |
16 |
7 |
23,0 |
0,3 |
40 |
0,38 |
575 |
13 |
8 |
22,5 |
0,3 |
45 |
0,38 |
500 |
11 |
9 |
22,0 |
0,3 |
50 |
0,38 |
440 |
9 |
10 |
19,5 |
0,3 |
100 |
1,5 |
195 |
6 |
11 |
18,0 |
0,3 |
150 |
1,5 |
120 |
3 |
12 |
17,0 |
0,3 |
200 |
1,5 |
85 |
2 |
13 |
16,5 |
0,3 |
250 |
1,5 |
66 |
2 |
14 |
16,0 |
0,3 |
300 |
1,5 |
53 |
1 |
b) tabela pomiarowa dla warystora
Lp |
U |
ΔU |
I |
ΔI |
R |
ΔR |
|
V |
V |
μA |
μA |
MΩ |
MΩ |
1 |
10 |
0,01 |
1 |
0.0005 |
∞ |
∞ |
2 |
20 |
0,02 |
2.5 |
0.01 |
∞ |
∞ |
3 |
30 |
0,03 |
5.2 |
0.02 |
5,77 |
0,028 |
4 |
40 |
0,04 |
10.3 |
0.05 |
3,88 |
0,023 |
5 |
50 |
0,05 |
20.6 |
0.10 |
2,43 |
0,014 |
6 |
60 |
0,06 |
39.8 |
0.20 |
1,50 |
0,009 |
7 |
70 |
0,07 |
74.3 |
0.37 |
0,94 |
0,006 |
8 |
80 |
0,08 |
132.5 |
0.66 |
0,60 |
0,004 |
9 |
90 |
0,09 |
229 |
1.14 |
0,39 |
0,002 |
10 |
100 |
0,10 |
382 |
1.91 |
0,26 |
0,001 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej.
a) przykładowe wartości oporu termistora dla danego napięcia i prądu (tabela 4a):
b) przykładowe wartości oporu warystora dla danego napięcia i prądu (tabela 4b):
c) obliczenie stałej C (odczytanej z wykresu):
ln C = C = 
6. Rachunek błędów.
a) błąd maksymalny pomiaru oporności termistora i warystora obliczono za pomocą różniczki logarytmicznej:
7. Zestawienie wyników pomiarów.
Błędy maksymalne pomiarów wielkości znajdują się w tabelach.
Współczynnik nieliniowości β =
8. Uwagi i wnioski.
Wyznaczanie charakterystyki napięciowo-prądowej badanego termistora było dość uciążliwe, gdyż poszczególne pomiary trzeba było wykonywać w odstępie kilku minut do czasu ustabilizowania się parametrów elementu. Fakt ten eliminuje nieco błąd pomiaru, lecz nie do końca, ponieważ każdy pomiar powinno wykonywać się równomiernie o dłuższych odstępach czasu (np. 10 minut), co nie było możliwe ze względu na dużą ilość pomiarów i stosunkowo krótki czas na ich wykonanie. Kolejny błąd mógł być spowodowany użyciem analogowego miernika do pomiaru napięcia zamiast dokładniejszego cyfrowego. Użycie analogowego miernika było konieczne do zaobserwowania procesu ustabilizowania się parametrów pracy termistora w funkcji czasu, co nie byłoby możliwe przy pracy z miernikiem cyfrowym.
Przy wyznaczaniu parametrów warystora błąd pomiaru był niewielki , gdyż używaliśmy mikroamperomierza cyfrowego , który wprowadzał niewielki błąd pomiarowy (nie większy niż 2 μA ) ,oraz woltomierza cyfrowego ,którego błąd maksymalny pomiaru wynosił 0,1 V.
Jak wynika z wykresu napięciowo-prądowego, sporządzonego dla termistora na podstawie pomiarów jego parametrów, początkowo napięcie na tym elemencie wzrasta dość znacząco w niewielkim zakresie zmian prądu i osiąga wartość maksymalną 24,5 V przy zmianie prądu od 10 mA do 30 mA. Następnie wraz ze wzrostem prądu krzywa wykresu (obrazująca napięcie w funkcji prądu) maleje bardzo łagodnie. Wynika z tego, że rezystancja termistora maleje wraz ze wzrostem prądu płynącego przezeń, z tym że początkowo gwałtownie (w zakresie 10 mA do 50 mA), a następnie łagodnie. Jest to więc termistor o ujemnym temperaturowym współczynniku rezystancji (NTC).
Wyznaczona zależność napięciowo-prądowa warystora obrazuje sposób w jaki zmienia się prąd płynący w tym elemencie w funkcji przyłożonego do niego napięcia. Charakterystyka przypomina wykres logarytmiczny co oznacza, że początkowo w takt zwiększania się napięcia prąd rośnie dość gwałtownie, a następnie nieco łagodniej. Jako, że zależność napięciowo-prądowa warystorów nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia wyznaczona charakterystyka jest słuszna także dla ujemnych napięć. Druga charakterystyka pokazuje jak zmienia się oporność warystora przy zwiększaniu przyłożonego do niego napięcia. Jak widać na wykresie dla małych napięć rezystancja elementu jest bardzo duża, np. przy napięciu wynoszącym 40 V wyniosła niecałe 4,0 MΩ. Przy dalszym wzroście napięcia rezystancja badanego warystora wciąż malała choć mniej gwałtownie. Trzecia charakterystyka lnU = f(lnI) służyła do wyznaczenia współczynnika nieliniowości β badanego warystora oraz odczytania stałej C.
7
Wyszukiwarka