INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH WEL WAT ZAKŁAD EKSPLOATACJI SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Ćwiczenie nr 5: BADANIE CHARAKTERYSTYK TEMPERATUROWYCH REZYSTANCYJNYCH ELEMENTÓW ELEKTRONICZNYCH
A. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, właściwości i zastosowań rezystancyjnych elementów elektronicznych takich, jak rezystory i termistory, oraz metod pomiaru charakterystyk temperaturowych tych elementów. B. Wymagany zasób wiadomości 1. Zjawisko przewodnictwa elektrycznego - rodzaje nośników ładunku, koncentracja i ruchliwości nośników ładunku, rezystywność (konduktywność). Podstawowe zależności i charakterystyki, wpływ temperatury, zanieczyszczeń (domieszek). 2. Materiały elektroniczne - przewodnikowe, półprzewodnikowe i dielektryczne (elektroizolacyjne) - charakterystyczne właściwości i parametry. 3. Elementy bierne rezystancyjne - klasyfikacja, podstawowe parametry i charakterystyki. Budowa i właściwości rezystorów, termistorów (NTC, PTC i PPTC) oraz innych tego typu elementów. Charakterystyki rezystancyjno-temperaturowe tych elementów oraz ich interpretacja fizyczna. Przykłady zastosowań omawianych elementów. 4. Metody pomiaru charakterystyk rezystancyjno-temperaturowych - metody pomiaru rezystancji i temperatury, budowa i zasada działania termostatu, sposoby wykreślania mierzonych charakterystyk. 5. Podstawy programu EXCEL - tworzenie tablic, wykorzystywanie standardowych funkcji, tworzenie wykresów. C. Plan ćwiczenia I Pomiary. 1. Sprawdzić układ pomiarowy na stanowisku laboratoryjnym. 2. Zapoznać się z obsługą przyrządów pomiarowych stosowanych w układzie. 3. Zapoznać się z obsługą termostatu. 4. Włączyć przyrządy pomiarowe i ustawić ich zakresy według wskazówek prowadzącego ćwiczenie. 5. Zmierzyć rezystancję początkową (w temperaturze otoczenia) elementów rezystancyjnych wskazanych przez prowadzącego ćwiczenie. 6. Wyniki pomiaru wprowadzić do tablicy przygotowanej w programie EXCEL. 7. Włączyć termostat. 2
8. Ustawić wartość temperatury w komorze użytkowej (badawczej) termostatu wskazaną przez prowadzącego ćwiczenie. 9. Zmierzyć rezystancję wszystkich badanych elementów rezystancyjnych w zadanej temperaturze. 10. Wyniki pomiaru wprowadzić do tablicy przygotowanej w programie EXCEL. 11. Postępując jak w 8, 9 i 10 zmierzyć rezystancję wszystkich badanych elementów rezystancyjnych w funkcji temperatury, przy czym wartości zadawanych temperatur w komorze uzgodnić z prowadzącym ćwiczenie. Uwaga!!! Nie ustawiać temperatury w komorze termostatu wyższej niż 125 C II Opracowanie wyników pomiaru. 1. Korzystając z programu EXCEL wykreślić - w oddzielnych arkuszach - charakterystyki R(T) badanych elementów rezystancyjnych odkładając na osi rzędnych wartości temperatur w C, a na osi odciętych wartości rezystancji w Ω. 2. Zinterpretować uzyskane wyniki i omówić je z prowadzącym ćwiczenie. 3. Wykreślić wybrane charakterystyki R(T) badanych elementów rezystancyjnych w zaleconych przez prowadzącego ćwiczenie układach współrzędnych, np. rezystancji w funkcji temperatury wyrażonej w Kelwinach, logarytmu rezystancji w funkcji odwrotności temperatury wyrażonej w Kelwinach. 4. Zinterpretować uzyskane wyniki i omówić je z prowadzącym ćwiczenie. 5. Na podstawie charakterystyki R(T) rezystora stałego wyznaczyć: rezystancję R 25, temperaturowy współczynnik rezystancji (TWR). 6. Na podstawie charakterystyki R(T) termistora NTC wyznaczyć: rezystancję R 25, współczynnik (stałą materiałową) B, temperaturowy współczynnik rezystancji α 25. 7. Na podstawie charakterystyki R(T) termistora PTC wyznaczyć: rezystancję R 25, temperaturę przemiany T p. 8. Na podstawie charakterystyki R(T) termistora PPTC wyznaczyć: rezystancję R 25, temperaturę przemiany (skoku rezystancji) T p, stosunek rezystancji po i przed przemianą. 9. Zinterpretować uzyskane wyniki i omówić je z prowadzącym ćwiczenie. UWAGA Obliczenia parametrów badanych elementów rezystancyjnych w 5, 6, 7 i 8 przeprowadzić korzystając z funkcji standardowych programu EXCEL. 3
D. Przykładowe pytania kontrolne 1. Przedstawić klasyfikację materiałów elektronicznych wg rezystywności. 2. Przedstawić klasyfikację materiałów elektronicznych wg szerokości pasma zabronionego. 3. Wymienić charakterystyczne cechy materiałów przewodnikowych. 4. Wymienić charakterystyczne cechy materiałów półprzewodnikowych. 5. Przedstawić klasyfikację elementów rezystancyjnych: rezystorów i termistorów. 6. Podać przykłady materiałów stosowanych na rezystory. 7. Podać przykłady materiałów stosowanych na termistory. 8. Opisać budowę i właściwości rezystorów drutowych, warstwowych i termometrycznych. 9. Opisać budowę i właściwości termistorów NTC, PTC, CTR i PPTC. 10. Wymienić i zdefiniować podstawowe parametry rezystorów stałych. 11. Wymienić i zdefiniować podstawowe parametry termistorów (NTC, PTC, CTR i PPTC). 12. Narysować przebieg mocy znamionowej rezystora w zależności od temperatury. 13. Wyjaśnić wpływ mocy maksymalnej rezystora na wartość dopuszczalną prądu. 14. Narysować charakterystyki rezystancyjno-temperaturowe rezystorów i wyjaśnić ich przebieg. 15. Narysować charakterystyki rezystancyjno-temperaturowe termistorów i wyjaśnić ich przebieg. 16. Podać wzór określający przebieg typowej charakterystyki R(T) termistorów NTC. 17. Opisać sposób wyznaczania rezystancji R 25 elementów rezystancyjnych. 18. Opisać sposób wyznaczania temperaturowego współczynnika rezystancji (TWR) rezystorów. 19. Opisać sposób wyznaczania temperaturowego współczynnika rezystancji (α T ) termistorów NTC. 20. Opisać sposób wyznaczania współczynnika (stałej materiałowej) B termistorów NTC. 21. Opisać sposób wyznaczania temperatury przemiany (skoku rezystancji) T p oraz stosunek rezystancji po i przed przemianą termistora PPTC. 22. Podać przykładowe zastosowania rezystorów. 23. Podać przykładowe zastosowania termistorów NTC, PTC, CTR i PPTC. 24. Scharakteryzować techniki pomiaru rezystancji elementów elektronicznych. 25. Opisać budowę termostatu. 26. Opisać zasadę działania termostatu. 4
D. Literatura 1. Przybysz Cz. : Technologia urządzeń elektronicznych. Ćwiczenia laboratoryjne. WAT, Warszawa 1982. 2. Rusek M. : Technologia urządzeń elektronicznych. Cz.I. Materiały i elementy elektroniczne. WAT, Warszawa 1989. 3. Rusek M., Pasierbiński J. : Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach. WNT, Warszawa 2006. 4. Celiński Z. : Materiałoznawstwo elektrotechniczne. OWPW, Warszawa 1998. 5. Kisiel R., Bajera A. : Podstawy konstruowania urządzeń elektronicznych. OWPW, Warszawa 1999. 6. Michalski L., Eckerdorf K., Kucharski J. : Termometria - przyrządy i metody Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej 1998. 5