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 = _t^l , 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-

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

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 R_N при номинальной рабочей темпе-

ратуре T_N ;

б) температурная характеристика; в) вольтамперная характеристика; г) термическая постоянная времени;

д) переходный процесс нагрева термистора; е) технологический разброс характеристик сопротивления, времен-

ная стабильность.

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:

dR(T) / dT = – BR(T) / T ².Откуда с учетом выражения для температурного

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: