Laboratorium Inżynierii Materiałowej Dwiczenie 6. Badanie stabilności temperaturowej kondensatorów i cewek Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdaoska Gdaosk 2011
1. EL DWIZENIA elem dwiczenia jest zbadanie stabilności cieplnej kondensatorów i cewek indukcyjnych oraz doświadczalne wyzna czenie wartości współczynników określających charakterystyki temperaturowe tych elementów. 2. PODSTAWY TEORETYZNE KONDENSATORY Zmiany pojemności kondensatorów pod wpływem temperatury wynikają ze zmiany wymiarów geometrycznych elementów oraz zmiany przenikalności elektrycznej dielektryka. W wielu zastosowaniach wymagana jest od kondensatorów stała wartośd pojemności lub jej liniowa, ściśle określona zależnośd od temperatury (np. mtemperaturowa kompensacja obwodów L). Specjalnie do tych zastosowao produkowane są kondensatory ceramiczne typu I. harakteryzują 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 TW, definiowanym: TW = 1 d dt 1 10 6. o Kondensatory ceramiczne typu I produkowane są w 13 wartościach TW (wartości dodatnie - Possitive, ujemne - Negative). oznaczenie P120 P100 P33 NPO N33 N47 N75 N150 N220 N330 N470 N750 N150 0 TW +120 +100 +33 0-33 -47-75 -150-220 -330-470 -750-1500 1 10 6 o Laboratorium Inżynierii Materiałowej Strona 2
Przy braku wymaganej wartości TW, koniecznej do kompensacji cieplnej obwodów elektrycznych, możliwe jest uzyskanie wypadkowej wartości TW 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 '. Dla kondensatorów o silnie nieliniowych charakterystykach V temperaturowych zamiast TW podaje się względne przyro sty pojemności określane dla konkretnych przedziałów temperatury pracy kondensatory ceramiczne typu II (ferroelektryczne). EWKI INDUKYJNE. Przykładem takich elementów są 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 L (T20) (T20) 100%, gdzie:l ( T n ) -indukcyjnośd w temperaturze pomiaru,l ( T 2 0 ) -indukcyjnośd w temperaturze 20 o. Laboratorium Inżynierii Materiałowej Strona 3
3. PRZEBIEG DWIZENIA 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, indukcyjności - gniazdo oznaczone L). Na przykład, aby dokonad pomiaru pojemności kondensatora 5 należy połączyd gniazdo oznaczone z wejściem mostka RL, nastawid mostek w tryb pomiaru pojemności i wcisnąd klawisz 5. 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 do 90 o co 10 o oraz dla temperatury odniesienia 25 o. Po dokonaniu pomiarów w temperaturze 20 o proszę sprawdzid poprawnośd pomiaru poprzez porównanie wyników z danymi katalogowymi. 4. OPRAOWANIE WYNIKÓW 1. Wykreślid charakterystyki temperaturowe badanych kondensatorów = f (T). 2. Obliczyd TW dla kondensatorów o charakterystykach liniowych. Obliczyd 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 i 90 o, przedyskutowad otrzymane wyniki. dla Laboratorium Inżynierii Materiałowej Strona 4
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 Strona 5
4. INFORMAJE O BADANYH ELEMENTAH 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 1 kondensator 1 uf Z5U ceramika II rodzaju 2 kondensator 220 nf MKT 3 kondensator 1 uf Y5V ceramika II rodzaju 4 kondensator 100 pf ceramika I rodzaju 5 kondensator 1 uf X7R ceramika II rodzaju 6 kondensator 220 nf ceramika I rodzaju 7 kondensator 470 nf MKSE 8 kondensator 2,2 uf MKSE 9 kondensator 10 uf Tantalowy 10 kondensator 100 uf Tantalowy Laboratorium Inżynierii Materiałowej Strona 6