Ćwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i

Laboratorium
Inżynierii Materiałowej
Dwiczenie 6. Badanie stabilności
temperaturowej kondensatorów i cewek
Katedra Optoelektroniki i
Systemów
Elektronicznych, WETI,
Politechnika Gdaoska
Gdaosk 2011
Ćwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek
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:
1 dC
C dT
TWC =
10
6
1
.
C
o
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
+120 +100 +33
TWC
10
6
0
-33
-47
-75
-150
-220
-330
-470
-750 -1500
1
C
o
Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 2
Ćwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek
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
. Dla kondensatorów o silnie nieliniowych charakterystykach
V
temperaturowych zamiast TWC podaje się względne przyro sty pojemności określane dla
C
. Przykładem takich elementów są
C
konkretnych przedziałów temperatury pracy
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(Tn)
L(T20)
L(T20)
100% ,
gdzie:L ( T n ) -indukcyjnośd w temperaturze pomiaru,L ( T 2 0 ) -indukcyjnośd w temperaturze
20 o C.
Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 3
Ćwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek
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 20 o C do 90 o C co 10 o C oraz dla
temperatury odniesienia 25 o C. Po dokonaniu pomiarów w temperaturze 20 o C 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
dla
C
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 o C i 90 o C, przedyskutowad otrzymane wyniki.
Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 4
Ćwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek
LITERATURA
1. Kilioski - „ Dielektryki radiotechniczne” - str. 297.
2. Kossakowski - „Oporniki i kondensatory” - str.208,260.
3. „Poradnik inżyniera elektronika” - str. 268-297.
Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 5
Ćwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek
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
Laboratorium Inżynierii Materiałowej
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 6