Порядок выполнения работы
1. Собрать лабораторную установку для изучения характеристик кристалла кварца (рис. 3).
Рис. 3. Установка для снятия АЧХ резонатора:
1 –генератор; 2 –резонатор; 3 –двулучевой осциллограф
С выхода генератора 1 сигнал подается на вход «1» двулучевого ос-циллографа 3. На вход «2» осциллографа подается сигнал, прошедший через кварцевый резонатор 2. При неизменной амплитуде сигнала (на входе «1») с изменением частоты изменяется амплитуда сигнала на вхо-де «2». Это фиксируется на экране осциллографа. На частоте резонанса амплитуда сигнала на входе «2» значительно превышает первоначальную. Дальнейшее увеличение частоты приводит к уменьшению амплитуды.
2. Включить осциллограф и генератор и прогреть их в течение 2…3 минут.
3. Изменяя частоту сигнала, подаваемого на вход резонатора, опре-делить его резонансную частоту. Результаты измерений занести в табл. 1.
4. Построить график зависимости амплитуды колебаний на выходе резонатора от частоты.
5. По разности сигналов на входе и выходе определить ослабление сигнала в пластине кварца на различных частотах.
Зависимость амплитуды сигнала от частоты
Частота F, КГц
Амплитуда
U,В
6. Определить время задержки сигнала по смещению h полуволн сигнала на экране осциллографа: t = hn , где n – коэффициент развертки, ms/дел.
7. Рассчитать скорости движения акустических волн в пластине
кварца: V = tl , где l – расстояние между электродами входного и выход-
ного преобразователей.
Содержание отчета
1. Рисунок лабораторной установки с пояснениями к принципу ее
работы.
2. Заполненная таблица зависимости амплитуды от частоты с отме-ченной резонансной частотой.
3. График зависимости амплитуды от частоты.
4. Расчетные данные ослабления сигнала и скорости распростране-ния акустических колебаний в пластине кварца.
Контрольные вопросы
1. Структура кристаллов кварца и их электромеханические свой-
ства.
2. Принцип работы кварцевого резонатора.
3. Применение кварцевых резонаторов.
4. От каких параметров зависит резонансная частота?
5. Принцип работы установки для определения АЧХ.
Л и т е р а т у р а : [6].
Лабораторная работа 8
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ОКСИДНЫХ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ
Цель работы:изучить структуру оксидных терморезисторов и зави-симость их электропроводности от температуры.
Приборы и принадлежности:мост постоянного тока Ш-34,печьнагревательная, потенциометр КВП, термопара, терморезисторы ММТ-1, CТ 4-15, КМТ-1.
Методические указания
Понятие «термистор» относится к материалам, проводимость кото-рых при нагреве сильно изменяется. Различают материалы, в которых с ростом температуры сопротивление падает – терморезисторы с отрица-тельным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), и позис-торы, в которых до определенной температуры оно растет.
Удельное электрическое сопротивление терморезисторов уменьша-ется с ростом температуры как в классических полупроводниках, что опи-
| B
|
|
| сывается уравнением r(T ) = A exp
|
| , где В < 0 –
| коэффициент темпера-
|
|
|
|
| T
|
|
| турной чувствительности, определяющийся энергией активации процесса электропроводности; A – коэффициент, зависящий от технологии их изго-товления.
Наряду с легированным германием, кремнием, полупроводниковыми стеклами, подавляющее число терморезисторов изготавливается во всех странах на основе оксидов переходных металлов, состав которых описы-
вается формулой XY2 Z4 , где X – чаще всего ион двухвалентного металла (Zn2+, Mn2+, Co2+), Y – трехвалентный металл (Al3+, Mn3+, Cr3+), а Z – анион
O2.
Элементарная ячейка шпинели состоит из 8-ми формульных единиц, то есть X8 Y16 O32. В состав ячейки входят 32 кислородных иона, образую-щих ГЦК-подрешетку, в порах которой располагаются катионы. В ГЦК решетке существует два вида пустот – октаэдрические (32 в элементарной ячейке шпинели) и тетраэдрические (64 поры). В прямых шпинелях в тетра-порах располагаются двухвалентные катионы X (занято 8 из 64 позиций), а 16 из 32 окто-пор занимают трехвалентные катионы Y. Формула прямой шпинели – X Y2 O4 (или X [Y2] O4), где скобки [ ] показы-вают окто-пору. Например: Zn2+ [Al3+ Al3+] О24- , Co2+ [ Al32+ ] О24- , Mn2+
[ Al32+ ] О24- .
В шпинелях другого типа в окта-порах часть позиций занята двухва-лентным металлом. Такие шпинели называют обратными и записывают в виде Y [XY] O4 . Примером обратных шпинелей являются:
Fe3+ [Mg2+ Fe3+] О24- , Fe3+ [Fe2+ Fe3+] О24- , Ga3+ [Mg2+ Ga3+] О24- .
Электропроводность оксидных полупроводников нельзя объяснить с точки зрения зонной теории, используемой для классических полупро-водников (германий, кремний и др.) В оксидных материалах действует ионная связь, в которой электроны локализованы на отдельных атомах (ионах). Процесс электропроводности состоит в перескакивании электро-нов от одного катиона к другому (прыжковый механизм).
Несмотря на то, что такие металлы как Fe, Mn, Co, Ni расположены в периодической системе рядом, электропроводность их окислов s сильно
отличается. Так, для
| Fe3O4 при 20 ° С значения
| s
| составляет
| 200 Ом–1 × см–1 , Co3O4 –
| 10–6 Ом–1 × см–1 , Mn3O4 – 10 –10
| Ом–1
| × см–1 , а для
| стехиометрической закиси никеля NiO достигает 10–14 Ом–1 × см–1 . Разница в проводимости Fe3O4 и Mn3O4 связывается с характером распределения катионов по окта- и тетра-кристаллографическим позициям.
В окиси железа Fe+3 [Fe2+ Fe3+] О24- в октаэдрических позициях распола-
гаются разновалентные катионы железа, электронный обмен между кото-рыми облегчен и протекает с незначительной энергией активации
(DE = 0,05 эв):
Fe2+ + Fe3+ → Fe3+ + Fe2+.
В окислах типа Co2+ [ Со32+ ] О24- и Mn2+ [ Mn32+ ] О24- между одно-
именными катионами окта-пор электронный обмен затруднен и сопрово-ждается значительно большей энергией активизации:
Co3+ + Co3+ → Co4+ + Co2+,
Mn3+ + Mn3+ → Mn4+ + Mn2+,
поэтому для них характерно большое сопротивление и малое значение ТКС. Свойства терморезисторов можно описать рядом характеристик:
а) номинальное сопротивление RN при номинальной рабочей темпе-
ратуре TN ;
б) температурная характеристика; в) вольтамперная характеристика; г) термическая постоянная времени;
д) переходный процесс нагрева термистора; е) технологический разброс характеристик сопротивления, времен-
ная стабильность.
|
| B
|
| Описываемая уравнением
| R (T )= A exp
|
| температурная характе-
|
|
|
|
|
| T
|
| ристика согласуется с измерениями тем точнее, чем меньше их диапазон, что связано с температурной зависимостью коэффициента A. Для более широких диапазонов температуры T часто необходимо более точное ана-литическое выражение. При этом целесообразно принять для коэффици-ента В линейную или квадратичную зависимость:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| B(T) = Bа [1 + b ( T – Tа)]
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| B(T) = Bа [1 – b (T –
| Tа) + c (T –
| Tа)2].
| (2)
|
| Здесь
| Bа
| – значение
| коэффициента
| В для рабочей температуры
| Tа ;
|
| b и c –
| коэффициенты.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| В заводской практике удобно выразить эту величину в виде:
|
|
|
|
|
|
|
|
| Bа = BN [1 + b (Ta – TN)] =
| TaTN
|
| ln
| Ra
| ,
|
|
|
|
|
|
|
|
| Ta - TN
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| RN
|
|
| где BN соответствует номинальной рабочей точке. Из уравнения R(T) =
|
| = R
|
|
|
|
|
| -
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| exp
| B
|
|
|
| можно определить наклон R(T)-характеристики:
|
|
|
|
|
|
|
| N
|
|
|
| T
|
| T
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| N
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| dR(T) / dT = – BR(T) / T 2.Откуда с учетом выражения для температурного
коэффициента сопротивления: a(T ) =
|
|
| dR(T )
| получаем a = -B / T 2 .
|
| R(T )
|
|
|
|
| dT
|
|
Температурный коэффициент также зависит от температуры и опре-деляется конкретным значением коэффициента температурной чувстви-тельности В, соответствующего выбранному материалу.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|