Ćwiczenie numer 1.
Warystory i termistory.
Ćwiczenie wykonali : Arkadiusz Merta i Adam Gniadek.
Cele ćwiczenia :
Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk prądowo - napięciowych warystora i termistora oraz charakterystyki rezystancyjno - temperaturowej termistora. Na podstawie dokonanych pomiarów należało sporządzić wykresy i z nich odczytać parametry warystora takie jak :
- współczynnik nieliniowości charakterystyki prądowo - napięciowej „β” określający względny przyrost rezystancji warystora
- współczynnika „C”, którego wartość równa się liczbowo spadkowi napięcia na warystorze przy przepływie prądu o wartości jadnostkowej.
oraz parametry termistora :
- współczynnika R∞ czyli rezystancji termistora dla 1/T = 0
- stałej materiałowej B, wyrażanej w kelvinach jako stosunek :
- temperaturowego współczynnika rezystancji αT określającego względny przyrost rezystancji przy zmianie temperatury ΔT, gdzie ΔT→0
Przebieg ćwiczenia:
a) WARYSTOR
Do wykonania ćwiczenia posłużyliśmy się warystorem o oznaczeniach :
WD 47 / 1 - 0,22
1. Pomiar charakterystyki prądowo - napięciowej.
Schemat układu pomiarowego :
Metoda wykonania pomiarów:
Do pomiaru charakterystyki prądowo - napięciowej posłużyliśmy się metodą techniczną punkt-po-punkcie. Polegała ona na zwiększaniu napięcia podawanego przez zasilacz zgodnie ze wskazaniami woltomierza oraz odczytywaniu wartości prądu na elemencie z amperomierza.
Otrzymane wartości prądów i napięć w tabeli :
I |
U |
|
0 |
0 |
|
0,0003 |
0,5 |
|
0,0003 |
1 |
|
0,0004 |
2 |
|
0,0008 |
5 |
|
0,0034 |
10 |
|
0,0142 |
15 |
|
0,0514 |
20 |
|
0,142 |
25 |
|
0,325 |
30 |
punkt A |
0,683 |
35 |
|
1,268 |
40 |
|
2,28 |
45 |
|
3,75 |
50 |
punkt B |
[ mA ] |
[ V ] |
|
Wykres w skali logarytmicznej - patrz załącznik 1.
Uwagi :
Podczas wykonywania doświadczenia należało uważać, aby nie przekroczyć mocy admisyjnej elementu, która została ustalona na 0,5 W. Dla ostatniego pomiaru:
2. Wyznaczenie współczynników „β” oraz „C”.
gdzie A i B - punkty zaznaczone na wykresie ( załącznik 1 ). Zgodnie z oznaczeniami na elemencie błąd bezwzględny otrzymanego wyniku wynosi 0,01.
Współczynnik „C” odczytujemy bezpośrednio z wykresu ( załącznik 1 ).
Obliczając ten sam współczynnik ze wzoru otrzymalibyśmy wynik :
Oznacza to błąd względny pomiaru na poziomie około 2%. Świadczy to o poprawności i dużej dokładności wykonania doświadczenia, którego wyniki, mimo że opierały się na metodzie odczytywania danych w wykresu, prawie pokrywają się z danymi katalogowymi. Doświadczenie praktyczne potwierdziło więc teorię.
b) TERMISTOR
1. Pomiar charakterystyki temperaturowo - rezystancyjnej.
Schemat układu pomiarowego :
Metoda wykonania pomiarów:
Doświadczenie polegało na umieszczeniu termistora w piecyku, rozgrzaniu go do około 376K i zdejmowaniu charakterystyki punkt po punkcie podczas stygnięcia elementu półprzewodnikowego.
Otrzymane wartości prądów i napięć w tabeli :
T |
1/T |
R |
|
376 |
0,00266 |
43,6 |
|
366 |
0,002732 |
63,5 |
punkt A |
356 |
0,002809 |
82,5 |
|
346 |
0,00289 |
110,2 |
|
336 |
0,002976 |
152,5 |
|
326 |
0,003067 |
203 |
punkt B |
316 |
0,003165 |
274 |
|
[ K ] |
[ 1/K ] |
[ W ] |
|
Wykres w skali półlogarytmicznej - patrz załącznik 2.
Obliczanie współczynnika R∞.
Współczynnik odczytano wprost ze skali logarytmicznej ( załącznik 2 ) i wynosi :
Obliczanie współczynnika B
Obliczam odczytując z charakterystyki temperaturowo - rezystancyjnej ( załącznik 2 ) i wzoru :
Obliczanie współczynnika α25
2. Pomiar charakterystyki prądowo - napięciowej termistora.
Schemat układu pomiarowego :
Metoda wykonania pomiarów:
Przy zmieniającej się wartości prądu zdjeto wartości napięcia na woltomierzu.
Otrzymane wartości prądów i napięć w tabeli :
I |
U |
1 |
0,4 |
2 |
0,81 |
3 |
1,25 |
4 |
1,67 |
5 |
2,04 |
6 |
2,5 |
7 |
2,84 |
10 |
3,83 |
15 |
4,09 |
20 |
5,6 |
25 |
6,15 |
30 |
6,21 |
35 |
6,27 |
40 |
6,28 |
45 |
6,3 |
50 |
6,24 |
55 |
6,2 |
60 |
6,15 |
65 |
6,11 |
70 |
6,01 |
75 |
5,9 |
[ mA ] |
[ V ] |
Wykres charakterystyki prądowo - napięciowej - patrz załącznik 3.
Uwagi:
1. Przyjeto maksymalną moc admisyjną elementu 0,7W
2. Wykonany wykres przypomina swoim wyglądem charakterystykę teoretyczną. Jest w nim łatwo wyróżnialny przedział liniowego narastania prądu w stosunku do napięcia ( 0 - 12 mA ), pewien punkt kulminacyjny dla 45 mA oraz wyraźne malenie wykresu charakterystyki powyżej tej wartości. Pewne niedokładności mogły wynikać ze wcześniejszego pomiaru charakterystyki temperaturowo - rezystancyjnej tego samego elementu związanej z jego podgrzewaniem - termistor jeszcze cały czas stygł ( od około 40oC do temperatury pokojowej ), co przecież miało wpływ na jego rezystancję. Z punktu widzenia doświadczenia właściwszym by było przeprowadzenie wpierw pomiaru charakterystyki prądowo - napięciowej, a później dopiero pomiaru charakterystyki temperaturowo - rezystancyjnej.