- •Методические указания к лабораторным работам по курсу фппп
- •3. Оборудование п приборы для выполнения лр
- •4. Порядок выполнения лр
- •5. Обработка результатов исследований проводится каждым студентом самостоятельно при оформлении отчёта о лабораторной работе.
- •1.4. Оформление отчёта о лр
- •Контрольные вопросы
- •Исследование интенсивности магнитного поля электроприборов
- •2.1. Оборудование и приборы для выполнения лр
- •3 . Порядок выполнения лр
- •Цель работы
- •Объект исследования
- •Исследование Фотопреобразователей
- •1. Теоретическая часть.
- •Внутренний фотоэффект
- •Солнечные элементы - принципы работы
- •2. Методические указания.
- •Исследование характеристик вакуумного светодиода.
- •3. Исследование фоторезистора
- •5. Исследование фототранзистора
- •Вопросы для подготовки:
- •Подготовка к работе
- •Порядок проведения эксперимента
- •Контрольные вопросы
Методические указания к лабораторным работам по курсу фппп
В данный цикл включены 5 лабораторных работ. Три из них относятся к измерениям электрических и магнитных полей преобразователями различных типов, поэтому предваряются некоторой общей теоретической частью. К выполнению лабораторных работ предъявляются следующие общие требования:
На первом этапе лабораторной работы студенты изучают теоретическую часть работы. Для проверки освоения теоретической части в описании лабораторной работы приводятся контрольные вопросы. К выполнению лабораторной работы приступают только после собеседования и устного разрешения преподавателя!
Лабораторная работа, как правило, выполняется бригадой в составе двух человек. Старший в бригаде получает под свою ответственность от преподавателя необходимые приборы, оборудование и техническую документацию на них (инструкции, описания).
К практическому выполнению работы студенты приступают после тщательного изучения соответствующей технической документации.
Обработка результатов исследований проводится каждым студентом самостоятельно при оформлении отчёта о лабораторной работе.
Оформление отчёта о ЛР:
Отчёт о лабораторной работе должен быть оформлен при подготовке к защите по прилагаемой форме (см. приложение).
Отчёт о лабораторной работе должен быть напечатан на листах формата А4. шрифтом Times New Roman. 12 кг (в таблицах -10 кг), одинарный межстрочный интервал, поля 2,5 см.
Измерение параметров магнитных и электрических полей. (ЛР№1-3)
Поле физической величины – пространство, в каждой точке которой задано значение этой физической величины.
Если каждой точке пространства ставится в соответствие скалярная величина, то возникает скалярное поле (например, поле температуры, поле электрического потенциала). Если каждой точке пространства ставится в соответствие вектор , то говорят, что задано векторное поле (поле скоростей частиц движущейся жидкости, силовое поле, поле электрической напряженности).
В электрическом поле(ЭП) каждой точке пространства ставится в соответствие вектор напряженности электрического поля Е, в магнитном (МП) - вектор магнитной индукции В.
Постоянное магнитное поле создается постоянными токами, протекающими в электрических цепях или внутримолекулярными токами – поля, создаваемые постоянными магнитами.
Переменные магнитные поля создаются переменными токами или изменяющимся электрическим полем. Согласно теории электромагнетизма изменяющееся магнитное поле порождает электрическое. Таким образом, переменному электрическому полю всегда сопутствует магнитное и наоборот. Совокупность этих двух полей и называется электромагнитным. В электромагнитном поле каждой точке пространства ставится в соответствие вектор напряженности электрического поля Е и вектор магнитной индукции В.
Методы измерений МП основаны на различных физических эффектах: силовом взаимодействии МП с магнитным моментом тела или частиц вещества, возбуждении ЭДС индукции в катушке индуктивности в переменном МП, изменении траектории движущихся в МП электрических зарядов под воздействием отклоняющей силы, прецессии ядер с ненулевым спином в МП, переходе вещества в сверхпроводящее состояние и обратно.
ЭДС индукции, возбуждаемая в катушке индуктивности, зависит от скорости изменения магнитной индуктивности: U = NS(dB/dt). где N - число витков. S - площадь катушки. Она может возникать как в переменном магнитном поле, так и в постоянном при вращении в нём катушки. Датчики, основанные на этом эффекте, называются индукционными.
Требования, предъявляемые к современной РЭА, такие как: повышение надежности и помехоустойчивости, снижение цены, габаритов, потребляемой мощности - распространяются и на датчики. Выполнение этих условий становится возможным при использовании микроэлектронных схемотехники и технологии, поскольку:
во-первых, электрофизические свойства полупроводников и полупроводниковых приборов, на которых основана микросхемотехника, сильно зависят от внешних воздействий;
во-вторых, микроэлектронная технология основана на групповых методах обработки материалов для изготовления приборов, что снижает их себестоимость, габариты, потребляемую мощность и ведет к повышению надежности и помехоустойчивости. Кроме того, при использовании полупроводникового сенсора или сенсора, изготовление которого совместимо с технологическим процессом создания интегральных микросхем (ИМС), сам сенсор и схемы обработки полученного сигнала могут быть изготовлены в едином технологическом цикле, на едином полупроводниковом или диэлектрическом кристалле. К наиболее распространенным микроэлектронным магнитным преобразователям относятся: элементы Холла; магниторезисторы; магнитотранзисторы и магнитодиоды; магниторекомбинационные преобразователи.
ПРИЛОЖЕНИЕ
БГТУ им. Д.Ф. Устинова Лабораторный практикум по дисциплине «Физические принципы первичных преобразователей»
Лабораторная работа №__
(название работы)
Выполнил: студент гр. Ф.И.О
Проверил: преподаватель каф._
« » 20 г.
ОТЧЕТ (форма)
1.Цель работы
2.Объект исследований
3.Применяемое оборудование и методика измерений (принцип работы, основные характеристики)
4.Первичные результаты измерений
5.Обработка и оформление результатов измерений
6.Выводы
Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ДАТЧИКА
1. Цель работы - ознакомиться с основными характеристиками преобразователей Холла; ознакомиться с методами измерения параметров магнитного поля, использующими преобразователи Холла; приобрести навыки контроля интенсивности МП, получить навыки обработки результатов эксперимента и определения погрешности измерений; исследовать магнитное поле конкретного источника.
2. принцип действия датчика Холла
Движущиеся в магнитном поле электрические заряды под воздействием силы Лоренца изменяют свою траекторию. Проявляется это в эффекте Холла, заключающемся в том, что при помещении в МП пластины, через которую течёт электрический ток, в направлении, перпендикулярном направлению электрического тока, на сторонах пластины возникает электрическое напряжение. Величина этого напряжения пропорциональна плотности электрического тока и напряжённости МП. На измерении этой ЭДС основан принцип работы так называемых датчиков Холла.
С хема, поясняющая эффект возникновения ЭДС Холла, и эквивалентная электрическая схема датчика Холла приведены на рис. 1.
Величина ЭДС Холла Ux = КIB, где I – ток, протекающий через пластину; К - коэффициент, зависящий от материала ПП и его размеров.
Из приведённого соотношения следует, что измеряемый милливольтметром сигнал пропорционален магнитной индукции МП и плотности электрического тока, протекающего в пластине. Следовательно, характеристика преобразования датчиков Холла линейна (как правило, в пределах 1%) практически во всём диапазоне измерений (рис.2).
Промышленность выпускает широкую номенклатуру датчиков для измерения индуктивности МП от долей микротеслы до единиц теслы. Напряжение питания датчиков Холла постоянное, от 4.5 до 10.5 В. Ток питания высокоомных ПП достигает десятков, а низкоомных - сотен миллиампер. Чувствительность датчиков Холла с высокоомным ПП достигает сотен милливольт на теслу, а с низкоомным ПП - единиц вольт на теслу.
Поскольку напряжённость и магнитная индукция МП - векторные величины, показания датчика зависят от ориентации пластины относительно направления МП. а также от неравномерности самого МП. Для того чтобы полнее охарактеризовать МП, необходимо представить его параметры в трёх пространственных координатах.
П реимущества датчиков Холла: малые размеры, простота использования и измерения электрического напряжения. Диаграмма направленности датчика Холла близка к идеальной, что позволяет использовать его для определения направления вектора напряжённости МП. Наименьший порог чувствительности датчика Холла к повороту в МП составляет 5... 10 мин.
Однако на метрологические характеристики датчиков существенно влияют: неравномерность свойств полупроводниковой пластины, наличие механических напряжений, вызванных пайкой электродов, размещение при измерениях в МП контура подводящих проводников (рамка с током в магнитном поле) и др. Для снижения влияния перечисленных причин на показания датчика принимаются соответствующие меры: компенсация (включение компенсационных сопротивлений), скручивание подводящих проводников (уменьшение площади петли с током).