Laboratorium Inżynierii Materiałowej

(1)

Laboratorium

Inżynierii Materiałowej

Katedra Optoelektroniki i Systemów

Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdaoska

Gdaosk 2011

Dwiczenie 6. Badanie stabilności

temperaturowej kondensatorów i cewek

(2)

Laboratorium Inżynierii Materiałowej Strona | 2 Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska

1. CEL DWICZENIA

Celem dwiczenia jest zbadanie stabilności cieplnej kondensatorów i cewek indukcyjnych oraz doświadczalne wyzna czenie wartości współczynników określających charakterystyki temperaturowe tych elementów.

2. PODSTAWY TEORETYCZNE

KONDENSATORY

Zmiany pojemności kondensatorów pod wpływem temperatury wynikają ze zmiany wymiarów geometrycznych elementów oraz zmiany przenikalności elektrycznej dielektryka.

W wielu zastosowaniach wy magana jest od kondensatorów stała wartośd pojemności lub jej liniowa, ściśle określona zależnośd od temperatury (np.mtemperaturowa kompensacja obwodów LC). Specjalnie do tych zastosowao produkowane są kondensatory ceramiczne typu I. Charakteryzują się on e liniową zależnością polaryzacji od natężenia pola elektrycznego i liniowymi zmianami pojemności w funkcji temperatury. Stabilnośd temperaturowa kondensatorów o liniowej zależności pojemności od temperatury jest określona liczbowo temperaturowym współczyn nikiem pojemności TWC, definiowanym:

TWC = ¹ C

dC

dT 10 ⁶ 1

oC .

Kondensatory ceramiczne typu I produkowane są w 13 wartościach TWC (wartości dodatnie - Possitive, ujemne - Negative).

oznaczenie P120 P100 P33 NPO N33 N47 N75 N150 N220 N330 N470 N750 N150 0

TWC

10⁶ 1

oC

+120 +100 +33 0 -33 -47 -75 -150 -220 -330 -470 -750 -1500

(3)

Przy braku wymaganej wartości TWC, koniecznej do kompensacji cieplnej obwodów elektrycznych, możliwe jest uzyskanie wypadkowej wartości TWC przez połączenie szeregowe lub równoległe dwóch lub więcej kondensatorów o odpowiednio dobranych parametrach.

Większośd dielektryków polarnych, a przede wszystkim ferrodielektryków wykazuje silnie nieliniową zależnośd pojemności od temperatury, co jest ich wadą. Zaletą tego typu materiałów jest możliwośd budowy kondensatorów o bardzo dużej pojemności na jednostkę objętości C C

' V. Dla kondensatorów o silnie nieliniowych charakterystykach temperaturowych zamiast TWC podaje się względne przyro sty pojemności określane dla konkretnych przedziałów temperatury pracy ^C

C . Przykładem takich elementów są kondensatory ceramiczne typu II (ferroelektryczne).

CEWKI INDUKCYJNE

Materiały magnetyczne poddane działaniu temperatury wykazują zmiany przenikalności magnetycznej. Element indukcyjny wykonany na rdzeniu kubkowym z materiału magnetycznie miękkiego wykazuje zmiany indukcyjności przy zmianie temperatury. Zjawisko zależności indukcyjności od temperatury jest bardzo niekorzystne w wielu zastosowaniach np. obwody rezonansowe, filtry. Wpływ temperatury na indukcyjnośd można zmniejszyd wprowadzając do obwodu magnetycznego szczelinę powietrzną.

Stabilnośd temperaturowa jest określana procentowymi zmianami indukcyjności cewki w funkcji temperatury:

L L L

L

(Tn) (T20) (T20)

100%,

gdzie:L( T n )-indukcyjnośd w temperaturze pomiaru,L( T 2 0 )-indukcyjnośd w temperaturze 20^oC.

(4)

3. PRZEBIEG DWICZENIA

Badane elementy umieszczone są w komorze ultratermostatu. Wyboru konkretnego elementu dokonuje się za pomocą przełącznika. Kondensatory i cewki posiadają oddzielne wyjścia do pomiarów (pojemności - gniazdo oznaczone C, indukcyjności - gniazdo oznaczone L). Na przykład, aby dokonad pomiaru pojemności kondensatora C5 należy połączyd gniazdo oznaczone C z wejściem mostka RLC, nastawid mostek w tryb pomiaru pojemności i wcisnąd klawisz C5. Podobnie dokonuje się pomiaru pozostałych pojemności i indukcyjności. Ab y dokonad pomiaru należy rozgrzad olej w ultratermostacie do żądanej temperatury.

Szczegółowa instrukcja obsługi ultratermostatu znajduje na stanowisku laboratoryjnym.

Po jej ustaleniu się należy zmierzyd pojemności wszystkich kondensatorów i indukcyjności wszystkich cewek. Następnie należy doprowadzid do ustalenia następnej żądanej temperatury, ponownie przeprowadzid pomiary badanych elementów itd.

Pomiary należy przeprowadzid w zakresie temperatur od 20ôC do 90ôC co 10ôC oraz dla temperatury odniesienia 25ôC. Po dokonaniu pomiarów w temperaturze 20ôC proszę sprawdzid poprawnośd pomiaru poprzez porównanie wyników z danymi katalogowymi.

4. OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Wykreślid charakterystyki temperaturowe badanych kondensatorów C = f (T).

2. Obliczyd TWC dla konden satorów o charakterystykach liniowych. Obliczyd ^C C dla kondensatorów o charakterystykach nieliniowych zaznaczając przedział temperatury, dla którego wykonano obliczenia. Przedyskutowad otrzymane wyniki i porównad z danymi katalogowymi (patrz częśd VI instrukcji).

3. Wykreślid charakterystyki temperaturowe ba danych cewek L= f (T).

4. Obliczyd procentowe zmiany indukcyjności w funkcji temperatury dla Tn = 40^oC i 90^oC, przedyskutowad otrzymane wyniki.

(5)

LITERATURA

1. Kilioski - „ Dielektryki radiotechniczne” - str. 297.

2. Kossakowski - „Oporniki i kondensatory” - str.208,260.

3. „Poradnik inżyniera elektronika” - str. 268-297.

(6)

4. INFORMACJE O BADANYCH ELEMENTACH

Nazwa Typ elementu Parametry

L1 cewka indukcyjna 5,6 mH dławik mocy pionowy DLR L2 cewka indukcyjna 8,2 mH dławik mocy pionowy DLR L3 cewka indukcyjna 10 mH dławik mocy pionowy DLR L4 cewka indukcyjna 15 mH dławik mocy pionowy DLR L5 cewka indukcyjna 18 mH dławik mocy pionowy DLR L6 cewka indukcyjna 22 mH dławik mocy pionowy DLR L7 cewka indukcyjna 27 mH dławik mocy pionowy DLR L8 cewka indukcyjna 33 mH dławik mocy pionowy DLR L9 cewka indukcyjna 510 uH rdzeo kubkowy L10 cewka indukcyjna 8 mH rdzeo kubkowy

C1 kondensator 1 uF Z5U ceramika II rodzaju

C2 kondensator 220 nF MKT

C3 kondensator 1 uF Y5V ceramika II rodzaju C4 kondensator 100 pF ceramika I rodzaju C5 kondensator 1 uF X7R ceramika II rodzaju C6 kondensator 220 nF ceramika I rodzaju

C7 kondensator 470 nF MKSE

C8 kondensator 2,2 uF MKSE

C9 kondensator 10 uF Tantalowy C10 kondensator 100 uF Tantalowy