Главная страница
Навигация по странице:

  • Цель работы.

  • Основные теоретические положения.

  • Экспериментальные результаты.

  • Обработка результатов эксперимента

    		•

    Лаб 4 КЭТ. Исследование конденсаторов постоянной ёмкости


    Скачать 67.39 Kb.
    НазваниеИсследование конденсаторов постоянной ёмкости
    Дата11.06.2021
    Размер67.39 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаЛаб 4 КЭТ.docx
    ТипИсследование
    #216774

    МИНОБРНАУКИ РОССИИ

    Санкт-Петербургский государственный

    электротехнический университет

    «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

    Кафедра ЭПУ


    отчет

    по лабораторной работе №4

    по дисциплине «Компоненты электронной техники»

    Тема: Исследование конденсаторов постоянной ёмкости


    Студент гр. 9207



    Оборожний В.А.

    Преподаватель



    Грязнов А.И.



    Санкт-Петербург

    2021

    Цель работы.

    ознакомление с различными видами конденсаторов постоянной емкости, исследование температурной стабильности емкости и процессов зарядки и разрядки конденсаторов.

    Основные теоретические положения.

    Конденсатор предназначен для накопления электрического заряда. Любые два проводника, разделенные диэлектриком, образуют конденсатор. Заряд конденсатора Q связан с напряжением U на его электродахи его емкостью С выражениями Q = CU.

    Основная характеристика конденсатора – емкость – выражается в фарадах [Ф].Реальные конденсаторы обычно имеют емкость, составляющую миллиардные, миллионные или тысячные доли фарада. Поэтому для маркировки их емкости используются производные единицы: пикофарады (1 пФ = 10-12 Ф), нанофарады (1 нФ = 1000 пФ = 10-9 Ф) и микрофарады (1 мкФ = 1000 нФ =

    = 10-6 Ф).

    Наиболее часто емкость указывают на корпусе конденсатора в явном виде, например: 510 пФ; 15 нФ; 0,022 мкФ; 100 мкФ, 510 pF; 15 nF; 0,022 μF; 100 μF. На конденсаторах малого размера принято не указывать единицы измерения: их емкость всегда выражают в пикофарадах числовым кодом, в котором первые две цифры являются значащими, а последняя цифра указывает степень N множителя 10N. Например, маркировка «102» на корпусе конденсатора означает емкость 10∙102 пФ = 1000 пФ

    Допустимые отклонения емкости конденсатора от номинального значения обычно связаны с температурными нестабильностями в диапазоне рабочих температур. На пленочных, бумажных и электролитических конденсаторах допуск приводится в маркировке и указывается в процентах, например: ±5 %; ±10 %; ±20 %. Здесь принято два вида обозначений допуска. Для конденсаторов с предсказуемой монотонно изменяющейся зависимостью емкости от температуры, то есть с известным значением температурного коэффициента емкости (ТКЕ), введены группы термостабильности, указываемые на корпусе конденсатора вместе с его номинальной емкостью (табл. 1).

    Для этой группы конденсаторов во всем диапазоне рабочих температур с определенным допуском, достигающим ±20–100 % от объявленной величины, ТКЕ может быть задан как постоянная величина, рассчитываемая по формуле

    (4.1)

    Таблица 1 - Группы термостабильности конденсаторов с постоянным ТКЕ

    Относительное

    изменение емкости, ppm/°C
    +100
    +33
    0
    –47
    –75
    –150
    –750
    –1500

    Отечественное

    обозначение
    П100
    П33
    МП0
    М47
    М75
    М150
    М750
    М1500

    Зарубежное

    обозначение
    A
    B
    G
    H
    L
    P
    U
    –

    Обозначение группы термостабильности конденсаторов отечественного производства, у которых в пределах рабочих температур изменение емкости не имеет монотонного характера, начинается с русской буквы Н, далее указывается допуск (в процентах) изменения емкости (табл..2).

    Таблица 2 - Группы термостабильности конденсаторов с неопределенным ТКЕ

    Относительное

    изменение

    емкости (∆С/С), %
    ±10
    ±20
    ±30
    ±50
    ±70
    Более ±70

    Отечественное обозначение
    Н10
    Н20
    Н30
    Н50
    Н70
    Н90

    Зарубежное

    обозначение
    2B
    2C
    2D

    (–30 %+20 %)
    2E

    (–55 %+20 %)
    –
    2F

    (–80 %+30 %)


    Зависимости тока и напряжения на конденсаторе во время переходных процессов в RC-цепях с источниками постоянного напряжения описываются экспоненциальной функцией. Общее решение дифференциального уравнения для цепи зарядки/разрядки конденсатора С через резистор R дает следующую зависимость напряжения на конденсаторе от текущего времени:

    (4.2)

    где U – напряжение на конденсаторе после окончания переходного процесса, то есть для времени t = ∞; U0 – напряжение на конденсаторе в момент начала переходного процесса, т. е. для t = 0; τ = RC – постоянная времени цепи зарядки/разрядки.

    Если конденсатор изначально не заряжен (U0 = 0), а к моменту полной зарядки (при t = ∞) напряжение на нем становится равным напряжению источника питания (U=UП), то формула (4.2) приобретает вид

    (4.3)

    Напротив, если в начале переходного процесса (t = 0) конденсатор был заряжен до напряжения U0, а к концу переходного процесса он разряжается до нуля, т. е. U = 0, то формула (4.2) приводится к виду

    (4.4)

    Экспериментальные результаты.

    Таблица 3 – Исследование температурной зависимости ёмкости конденсатора Y5V

    Температура T, ˚С
    21
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90

    Емкость , мкФ
    0,614
    0,625
    0,590
    0,565
    0,560
    0,545
    0,505
    0,445


    Таблица 4 – Исследование температурной зависимости ёмкости конденсатора X7R

    Температура T, ˚С
    21
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90

    Емкость , мкФ
    0,190
    0,185
    0,189
    0,186
    0,184
    0,180
    0,173
    0,188


    Таблица 5 – Исследование зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ



    Время t, с
    0
    10
    20
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90
    100

    Напр. зарядки

    Uз , В
    0
    4,64
    6,73
    8,89
    10,56
    11,81
    12,77
    13,62
    14,25
    14,74
    15,10

    Напр. разрядки

    Uз , В
    15,24
    12,00
    9,30
    7,42
    5,85
    4,71
    3,75
    3,03
    2,40
    1,95
    1,56


    Таблица 6 – Исследование зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ



    Время t, с
    0
    10
    20
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90
    100

    Напр. зарядки

    Uз , В
    0
    2,89
    4,85
    6,50
    7,95
    9,23
    10,20
    11,10
    11,89
    12,48
    13,06

    Напр. разрядки

    Uз , В
    15
    12,51
    10,81
    9,34
    8,04
    6,97
    6,01
    5,19
    4,42
    3,84
    3,32


    Обработка результатов эксперимента

    Таблица 7 – Результаты исследования ТКЕ конденсаторов

    Температура T, ˚С
    21
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90

    Емкость X7R, мкФ
    0,19
    0,185
    0,189
    0,186
    0,184
    0,18
    0,173
    0,188

    ТКЕ X7R, ppm/°С
     
    -0,00292
    0,00211
    -0,00158
    -0,00105
    -0,00210
    -0,00368
    0,007895

    Емкость Y5V, мкФ
    0,614
    0,625
    0,59
    0,565
    0,56
    0,545
    0,505
    0,445

    ТКЕY5V, ppm/°С
     
    0,00199
    -0,0057
    -0,00407
    -0,00081
    -0,00244
    -0,00651
    -0,00977


    Пример расчёта:


    Рисунок 1 – График зависимость ёмкости от температуры

    Рисунок 2 – График зависимость TKE от температуры


    Таблица 8 – Результаты исследования зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ

    Время t, с
    0
    10
    20
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90
    100

    Uз. э конденсатора (эксп.), В
    0
    4,64
    6,73
    8,89
    10,56
    11,81
    12,77
    13,62
    14,25
    14,74
    15,10

    Uр. э конденсатора (эксп.), В
    15,24
    12,00
    9,30
    7,42
    5,85
    4,71
    3,75
    3,03
    2,40
    1,95
    1,56

    Uз. т конденсатора (расч.), В
    0
    5,18
    8,86
    11,49
    13,36
    14,69
    15,65
    16,32
    16,80
    17,15
    17,39

    Uр. т конденсатора (расч.), В
    15,24
    10,86
    7,74
    5,51
    3,93
    2,80
    1,99
    1,42
    1,01
    0,72
    0,51


    Таблица 9 – Результаты исследования зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ

    Время t, с
    0
    10
    20
    30
    40
    50
    60
    70
    80
    90
    100

    Uз. э конденсатора (эксп.), В
    0
    2,89
    4,85
    6,50
    7,95
    9,23
    10,20
    11,10
    11,89
    12,48
    13,06

    Uр. э конденсатора (эксп.), В
    15
    12,51
    10,81
    9,34
    8,04
    6,97
    6,01
    5,19
    4,42
    3,84
    3,32

    Uз. т конденсатора (расч.), В
    0
    3,52
    6,35
    8,62
    10,46
    11,93
    13,12
    14,07
    14,84
    15,46
    15,95

    Uр. т конденсатора (расч.), В
    15
    12,06
    9,71
    7,81
    6,29
    5,06
    4,07
    3,27
    2,64
    2,12
    1,71


    Пример расчёта:





    Рисунок 3 – График исследования зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ





    Рисунок 4 – График исследования зарядки и разрядки конденсатора 1000 мкФ





    Выводы.

    Полученные в ходе обработки результатов графики зависимости ёмкостей конденсаторов Y5V и X7R от температуры показывают, что TKE у данных конденсаторов небольшой и имеет отрицательный знак, но есть резкие скачки в положительную сторону, которые, впрочем, можно отнести к погрешности мультиметра.

    Полученные в ходе обработки результатов графики зарядки и разрядки конденсатора с резисторами с сопротивлением показывают, что экспериментальные значения зарядки выше, чем теоретические и ,наоборот, для значений разрядки.

    написать администратору сайта