KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

ELEKTRONIKOS INŽINERIJOS KATEDRA

Nerijus BAGDANAVIČIUS, Antanas DUMČIUS,

Vytautas MARKEVIČIUS, Dangirutis NAVIKAS

MEDŽIAGŲ MOKSLAS IR INŽINERIJA

Laboratoriniai darbai

Mokomoji knyga

2011

Recenzavo: doc. dr. Tomas Adomkus (KTU) ir doc. dr. Andrius Chaziachmetovas (KTU).

Mokomojoje knygoje pateikiami studijų modulio „Medžiagų mokslas

ir inžinerija“ laboratorinių darbų atlikimo metodikos aprašymai bei medžiagų mokslo ir inžinerijos teoriniai pagrindai, reikalingi praktiniams darbams atlikti. Šis leidinys yra orientuotas į Elektronikos inžinerijos bakalaurų studijų programas, taip pat išryškina tuos dalykus, su kuriais susiduriama elektroninės aparatūros konstravimo ir gamybos procese.

Mokomoji knyga skirta elektronikos specialybių nuolatinių (dieninių) ir ištęstinių (neakivaizdinių) studijų studentams.

© N. Bagdanavičius, A. Dumčius, V. Markevičius, D. Navikas, 2011 ISBN 978-609-02-0025-4

3

TURINYS

ĮVADAS ................................................................................................. 4

1 DARBAS. Laidininkų savybių tyrimas................................................ 5

2 DARBAS. Tauriojo metalo varžos temperatūrinės

priklausomybės tyrimas ........................................................................ 11

3 DARBAS. Puslaidininkių elektrinio laidumo tyrimas ....................... 18

4 DARBAS. Fotorezistoriams naudojamų puslaidininkinių

medžiagų tyrimas .................................................................................. 23

5 DARBAS. Medžiagų, naudojamų varistoriams gaminti, tyrimas...... 28

6 DARBAS. Holo efekto tyrimas ......................................................... 36

7 DARBAS. Kietų dielektrikų dielektrinės skvarbos tyrimas............... 43

8 DARBAS. Izoliacinių medžiagų dielektrinės skvarbos bei

nuostolių kampo tyrimas....................................................................... 50

9 DARBAS. Dielektrikų elektrinio atsparumo tyrimas ........................ 58

10 DARBAS. Medžiagų įmagnetėjimo charakteristikų tyrimas........... 63

NAUDOTA LITERATŪRA................................................................. 74

PRIEDAI............................................................................................... 75

1 priedas. Darbo tvarkos ir darbo saugos laboratorijoje taisyklės ....76

2 priedas. Reikalavimai laboratorinio darbo ataskaitai .....................80

3 priedas. Laboratorinių tyrimų stendo ERM1 aprašymas ...............82

4 priedas. Matuoklio ESCORT ELC-3133A aprašymas ..................86

5 priedas. Ataskaitos viršelio pavyzdys ............................................88

6 priedas. Ataskaitos pavyzdys .........................................................89

7 priedas. Magnetinių medžiagų parametrai .....................................93

4

ĮVADAS

Šioje knygoje pateikiami studijų modulio „Medžiagų mokslas ir

inžinerija“ laboratorinių darbų atlikimo metodikos aprašymai bei medžiagų mokslo ir inžinerijos teoriniai pagrindai, reikalingi praktiniams darbams atlikti. Šis leidinys yra orientuotas į Elektronikos inžinerijos bakalaurų studijų programas, taip pat išryškina tuos dalykus, su kuriais susiduriama elektroninės aparatūros konstravimo ir gamybos procese.

Pagrindiniai laboratorinių darbų tikslai: - susipažinti su laboratorijoje naudojama elektronine aparatūra

ir išmokti ja naudotis; - įgyti eksperimentavimo įgūdžių, išmokti praktiškai tirti

elektronikos medžiagų pagrindinių charakteristikų priklausomybes nuo temperatūros, elektrinio režimo ir kitų faktorių;

- įtvirtinti per paskaitas įgytas žinias, eksperimentiškai patikrinti pagrindinius teorinius teiginius, išmokti apibendrinti eksperimentų rezultatus ir palyginti juos su teorinėmis išvadomis.

Laboratorinių darbų užduotyse nurodomas darbų turinys, atlikimo metodai ir nuoseklumas, maketų ir prietaisų komplektacija, taip pat konkretūs reikalavimai atlikėjams.

Prieš laboratorinių darbų pradžią kiekvienas studentas privalo susipažinti su darbo ir saugos laboratorijoje taisyklėmis, kurios yra pateiktos 1 priede, o reikalavimai darbo ataskaitai aprašyti 2 priede. Taip pat 5 priede pateiktas ataskaitos viršelio pavyzdys, o 6 priede pateiktas laboratorinio darbo ataskaitos pavyzdys.

Reiškiame nuoširdžią padėką leidinio recenzentams doc. dr. Tomui Adomkui ir doc. dr. Andriui Chaziachmetovui, kurių vertingos pastabos padėjo žymiai pagerinti rankraštį.

Autoriai atsiprašo už galimas klaidas ir netikslumus.

5

1 DARBAS. Laidininkų savybių tyrimas

Darbo tikslas – susipažinti su labiausiai paplitusiais metaliniais laidininkais (grynaisiais metalais ir lydiniais), ištirti jų varžos temperatūrines priklausomybes bei nustatyti varžos tamperatūrinius koeficientus.

Teorinė dalis

Plačiausiai elektronikoje naudojami kieti laidininkai yra metalai ir jų

lydiniai (metalinės medžiagos). Metalinės medžiagos (metalai) priklauso kristalinių medžiagų grupei. Kristalinių medžiagų atomai yra išsidėstę vienas kito atžvilgiu griežtai nustatyta tvarka tiesėmis. Šios tiesės eina lygiagrečiai trimis kryptimis ir, tarpusavyje susikirsdamos, sudaro erdvinę gardelę. Joje atomai yra tiesių susikirtimo taškuose, vadinamuose kristalinės gardelės mazgais. Gaminant lydinius, vieno metalo atomai gali įsiterpti į kito metalo gardelę, kartu su juo sudaryti vieną bendrą kristalinę gardelę. Tokie lydiniai vadinami kietaisiais tirpalais. Esant tam tikram kiekybiniam santykiui ir labai skirtingoms lydymosi temperatūroms, išlydyti metalai gali nesudaryti kieto tirpalo, o susikristalizuoti kiekvienas į atskirus grūdelius. Tuo atveju lydinys bus lydymui imtų metalų kristalų mechaninis mišinys. Lydant metalą su metalu, gali susidaryti cheminis junginys, kurio kristalinė struktūra bus skirtinga nuo lydymui imtų (pradinių) metalų struktūros [1, 4, 9-12].

Elektros įtampos neveikiamame laidininke laisvi elektronai dalyvauja netvarkingame šiluminiame judėjime. Jie juda įvairiomis kryptimis, tolygiai pasiskirstydami visame metalo tūryje. Patys atomai, netekę elektronų, virsta teigiamais jonais, kurie yra išsidėstę kristalinės gardelės mazguose.

Taigi metalinis laidininkas sudarytas iš teigiamų jonų, svyruojančių apie savo mazgus, ir iš netvarkingai judančių laisvų elektronų.

Prijungus prie laidininko galų elektros įtampą, elektronai pradeda judėti (dreifuoti) kryptimi, priešinga elektrinio lauko vektoriui E. Šis kryptingas elektronų judėjimas ir yra elektros srovė metaluose. Kadangi laisvų elekronų metaluose yra labai daug, tai elektros srovė juose sustiprės tiek kartų, kiek kartų padidinsime įtampą, prijungtą prie laidininko galų. Tai reiškia, kad metalų laidumas G arba elektrinė varža R, keičiantis

6

prijungtai įtampai, lieka pastovus. Ši savybė būdinga visiems metaliniams laidininkams. Ji gali būti išreiškiama Omo dėsniu diferencinėje formoje

EJ ⋅= γ , (1.1)

čia J – srovės tankis, A/m2; E – elektrinio lauko stiprumas, V/m; γ – lyginamasis laidumas, S/m [1, 4].

Vietoje lyginamojo laidumo dažnai naudojamas priešingas jam dydis – lyginamoji varža γρ 1= . Laidininko, kurio varža R(Ω), ilgis l(m) ir skerspjūvio plotas S(m2), lyginamoji varža apskaičiuojama pagal formulę

l

RS=ρ (1.2)

ir matuojama (Ω·m). Bet kurio metalinio laidininko varža priklauso nuo temperatūros.

Temperatūrai kylant, laidininko varža didėja, o temperatūrai krentant – mažėja.

Kaitindami laidininką, padidiname jonų, iš kurių sudaryta jo kristalinė gardelė, energiją, dėl to padidėja jų svyravimai kristalinės gardelės mazguose [10]. Dėl jonų svyravimų sunkiau judėti laisviesiems elektronams, jie vis dažniau susiduria su jonais ir todėl mažiau jų dalyvauja, perduodant elektros srovę. Taigi srovė susilpnėja, nors įtampa lieka pastovi. Todėl, kylant temperatūrai, srovė laidininke mažėja, nors įtampa lieka nepakitusi. Tai rodo, jog laidininko varža padidėjo. Jeigu Rt pažymėsime laidininko elektrinę varžą, esant temperatūrai t, o R0 – varžą, esant pradinei temperatūrai t0, tai Rt galima apskaičiuoti, naudojantis formule

( )[ ]00 1 ttRRt −+= α , (1.3)

čia Rt – laidininko varža, esant temperatūrai t; R0 – laidininko varža, esant pradinei temperatūrai; α – temperatūrinis varžos koeficientas, esant pradinei temperatūrai t0. Jis rodo, kiek pasikeičia laidininko varža, pasikeitus temperatūrai 1 °C.

Lyginamosios varžos priklausomybė nuo temperatūros išreiškiama taip pat, kaip ir bendrosios varžos priklausomybė nuo temperatūros

( )[ ]00 1 ttt −+= αρρ , (1.4)

čia ρt – lyginamoji varža °C temperatūroje; ρ0 – savitoji varža pradinėje temperatūroje t0; α - to laidininko varžos temperatūrinis koeficientas

7

pradinėje temperatūroje t0; t – pasirinktoji temperatūra °C; t0 – pradinė temperatūra °C [3].

Gryni metalai sudaro mažos lyginamosios varžos laidininkų grupę. Iš šių metalų (vario, aliuminio) gaminami apvijų, montažiniai ir instaliaciniai laidai bei kabeliai.

Varis yra vienas svarbiausių laidininkų, nes yra labai laidus elektrai, stiprus ir atsparus korozijai. Pagal elektrinį laidumą varis iš metalų yra antras (po sidabro).

Laidininkams naudojamas varis gaminamas iš vario luitų. Elektrolitinėse voniose nuolatine srove iš jo išvalomos priemaišos.

Varis ne tik laidus elektrai, bet ir plastiškas, dėl to iš jo ištempiama iki 0,01 mm skersmens viela. Valcuojant gaunama iki 0,1 mm storio juosta ir 0,01 mm storio varinė folija.

Normaliomis atmosferos sąlygomis laidininkams naudojamas varis yra atsparus korozijai. Ore variniai laidai lėtai apsidengia plonu vario oksido (CuO) sluoksniu. Susidariusi oksido plėvelė saugo varį nuo tolesnės oksidacijos. Vario koroziją sukelia: sieros vandenilis (H2S), amoniakas (NH3), azoto oksidas (NO), azoto rūgšties garai ir kai kurie kiti reagentai.

Varis yra oranžinės spalvos ir lydosi 1083 °C temperatūroje. Vario temperatūrinis linijinio plėtimosi koeficientas yra 17·10-6 1/°C [1, 3].

Be mažos lyginamosios varžos medžiagų, elektronikoje naudojamos ir didelės varžos medžiagos. Tai daugiausia lydiniai, kurių pagrindą sudaro varis, nikelis, chromas bei kiti metalai. Šių lydinių gaminiai (viela ir juostos) naudojami reostatuose, priešvaržėse ir pavyzdiniuose varžynuose. Gaminti šiuos prietaisus iš varinės ar aliuminės vielos, kurios lyginamoji varža maža, yra neracionalu, nes jie būtų pernelyg didelių matmenų. Be to, vario, aliuminio ir kitų grynųjų metalų temperatūrinis varžos koeficientas yra palyginti didelis (α = 0,00400 ÷ 0,00423 1/°C), todėl tokių reostatų varža smarkiai kistų, svyruojant temperatūrai.

Laidininkų – kietųjų metalų tirpalų – lyginamoji varža yra didelė ir temperatūrinis varžos koeficientas mažas (α = 0,00003 ÷ 0,00015 1/°C), todėl iš jų gaminami stabilios elektrinės varžos reostatai ir kiti prietaisai.

Etaloniniai rezistoriai gaminami iš lydinių, kurie vadinami manganinais. Jie susideda iš vario (Cu), mangano (Mn) ir nikelio (Ni). Labiausiai paplitęs tokios sudėties manganinas: Cu – 86 %; Mn – 12 %; Ni – 2 %. Manganino lydiniuose gali būti: Cu – 84-86 %; Mn – 11-13 %; Ni – 2-3 % [1, 3-4].

Savybėms stabilizuoti į manganiną įmaišoma sidabro (0,1 %),

8

geležies (0,2-0,5 %) ir aliuminio (0,2-0,5 %). Manganinas yra šviesiai oranžinės spalvos. Vidutinis tankis 8,4 g/cm3, lydymosi temperatūra 960 °C arba aukštesnė.

Konstantanas taip pat yra vario-nikelio lydinys, bet nikelio jame yra žymiai daugiau, negu manganine. Konstantane vario yra 60-65 %, o nikelio – 41- 39 % ir mangano 1-2 %.

Konstantano temperatūrinis varžos koeficientas yra labai mažas. Praktiškai jis lygus nuliui. Todėl, kintant temperatūrai, konstantano elektrinė varža nesikeičia, o tai yra naudinga jo savybė.

Konstantanas yra sidabriškai baltos spalvos, jo tankis 8,9 g/cm3, lydymosi temperatūra 1270 °C. Iš konstantano gaminama nuo 0,03 iki 5,0 mm skersmens kieta ir minkšta viela.

Konstantano viela yra naudojama, gaminant reostatus ir termoporas. Termoporos gaminamos iš konstantano ir vario vielų. Kaitinant konstantano ir vario vielų sujungimo vietoje atsiranda žymi termoelektrovaros jėga, todėl galima šias termoporas naudoti temperatūrai iki 300 °C matuoti. Aukštesnėje kaip 300 °C temperatūroje varis pradeda smarkiai oksiduotis. 500 °C ir aukštesnėje temperatūroje prasideda neizoliuotų konstantano laidų žymi oksidacija.

Elektros kaitinimo prietaisams reikalingi karščiui atsparūs didelės varžos lydiniai, nesioksiduojantys aukštoje temperatūroje. Minėtų lydinių lyginamoji varža turi būti didelė, o temperatūrinis varžos koeficientas turi būti mažas [1, 12].

Šiuos reikalavimus atitinka dviejų tipų lydiniai: nikelio (Ni) ir chromo (Cr) lydiniai, vadinami nichromais, ir nikelio, chromo ir geležies lydiniai, vadinami ferinichromais. Be to, plačiai naudojami ir geležies, chromo ir aliuminio lydiniai, vadinami fechraliais ir chromaliais. Tie lydiniai skiriasi komponentų kiekiu ir atitinkamai nevienodu atsparumu karščiui bei elektrinėmis charakteristikomis.

Visi išvardytieji lydiniai yra nedėsningos struktūros kieti metalų tirpalai. Šių lydinių paviršiuje kaitinant susidaro vientisa chromo ir nikelio oksidų (Cr2O3 ir NiO) apsauginė plėvelė. Ji atspari aukštai 900-1100 °C temperatūrai ir patikimai apsaugo lydinius nuo deguonies. Dėl to karščiui atsparių lydinių vielos ir juostos ilgai naudojamos nesuyra.

Kontroliniai klausimai

1. Kokia yra metalų struktūra? 2. Kokiais vienetais matuojama ir pagal kokią formulę skaičiuojama

metalų lyginamoji varža?

9

3. Kas yra laidininko lyginamosios varžos temperatūrinis koeficientas ir kokią medžiagų savybę jis apibūdina?

4. Į kokias pagrindines grupes galima suskirstyti metalinius laidininkus?

5. Apibūdinkite didelės varžos lydinius ir pasakykite kur jie naudojami.

Darbo eiga

1. Patikrinkite prietaisų įžeminimą. 2. Įjunkite stendą ERM1 (stendo aprašymas pateiktas 3 priede) ir

matuoklį ECL-3133A (prietaiso aprašymas pateiktas 4 priede). 3. Matuoklio mygtuku L/C/R parinkite varžos matavimo režimą R.

Matavimo ribas matuoklis nustato automatiškai. Indikatorius PAL/SER turi rodyti SER.

4. Ištirkite esamų pavyzdžių, kurių duomenys pateikti 1.1 lentelėje, temperatūrines varžos priklausomybes.

1.1 lentelė. Tiriamųjų pavyzdžių duomenys

Pavyzdžio Nr.

Medžiaga Laido ilgis

l, m Diametras

d, mm

1 Varis 0,85 0,28 2 Konstantanas 0,535 0,09 3 Manganinas 0,2 0,11 4 Nichromas 0,5 0,3

Pastaba. Lentelėje paminėtų medžiagų sudėtis yra sekanti:

konstantanas (Cu – 60 %; Ni – 40 %); manganinas (Cu – 85 %; Mn – 12 %; Ni – 3 %); nichromas (Ni – 80 %; Cr – 18,5 %; Mn – 1,5 %).

5. Nuosekliai nuspausdami stendo 1 – 4 jungiklius, išmatuokite

pavyzdžių varžas R, esant kambario temperatūrai. Apskaičiuokite pagal (1.2) formulę lyginamąją medžiagų varžą ρ. Rezultatus surašykite į 1.2 lentelę.

10

1.2 lentelė. Laidininkų varža ir lyginamoji varža

Pavyzdžio Nr. Medžiaga R, Ω ρ, Ω·m

1 Varis 2 Konstantanas 3 Manganinas 4 Nichromas

6. Atlikite varžos matavimus temperatūrų diapazone 100 °C·... 20 °C,

intervalu 20 °C. Įjunkite stendo jungiklį „Kaitinimas“, palaukite kol kamera įšils iki 100 °C (temperatūrą indikuoja stende esantis prietaisas) ir atlikite 1 – 4 pavyzdžių varžos matavimus kamerai vėstant prie 100 °C, 80 °C, 60 °C, 40 °C ir 20 °C temperatūrų.

7. Apskaičiuokite lyginamąsias varžas ρ, esant skirtingoms temperatūroms, ir pagal (1.4) formulę nustatykite varžos temperatūrinius koeficientus αρ. Rezultatus surašykite į 1.3 lentelę.

1.3 lentelė. Varžos temperatūrinės priklausomybės

100 °C 80 °C 60 °C 40 °C 20 °C αρ Pvz. Nr. R, Ω ρ, Ω·m R ρ R ρ R ρ R ρ C-1

1 2 3 4

8. Pagal matavimų ir skaičiavimų rezultatus nubraižykite

temperatūrines priklausomybes R = ƒ(T), ρ = f(T). 9. Atlikite gautų dėsningumų analizę ir padarykite išvadas.

Ataskaitos turinys

- tiriamųjų pavyzdžių duomenys; - matavimų ir skaičiavimų rezultatų lentelės; - grafinės varžos ir lyginamosios varžos priklausomybės nuo

temperatūros; - gautų rezultatų analizė, išvados.

11

2 DARBAS. Tauriojo metalo varžos temperatūrinės

priklausomybės tyrimas

Darbo tikslas – atlikti rezistoriaus, pagaminto iš tauriojo metalo

(šiuo atveju platinos), varžos matavimus ir ištirti varžos funkcinę priklausomybę nuo temperatūros.

Teorinė dalis

Skirtingų medžiagų lyginamasis elektrinis laidumas kinta labai

plačiame intervale: nuo 1020 S/m superlaidininkuose iki 10-22 S/m geriausiose elektroizoliacinėse medžiagose. Tai atitinka lyginamosios elektrinės varžos diapazoną nuo 10-20 Ωm iki 1022 Ωm [1, 3-4, 11-12].

Pagrindinės ir pačios svarbiausios laidžiųjų medžiagų savybės, nepriklausomai nuo jų panaudojimo srities, yra apibūdinamos lyginamuoju elektriniu laidumu arba atvirkščiu jam dydžiu – lyginamąja varža. Kadangi šie dydžiai priklauso nuo temperatūros, būtina žinoti dar ir lyginamojo laidumo temperatūrinį koeficientą arba lyginamosios varžos temperatūrinį koeficientą, apibūdinančius temperatūrinės priklausomybės charakterį.

Svarbus laidininkų parametras yra ir šiluminio laidumo koeficientas, kuris daugeliui metalų susietas su lyginamuoju elektriniu laidumu Vydemano-Franco dėsniu [3]

TL ⋅=Λ

0γ, (2.1)

čia Λ – temperatūrinis šilumos laidumo koeficientas, W/(m⋅K); γ – laidininko savitasis laidis, S/m; L0 – Lorenzo (Lorenco) skaičius, L0

=2,45⋅10-8 V2/K2; T – termodinaminė temperatūra, K. Elektrovakuuminėje technikoje, svarbiu metalų parametru gali būti

laikoma elektrono išėjimo energija. Metalų elektrinis laidumas apsprendžiamas laisvųjų elektronų

galimybe judėti metalo kristalinėje gardelėje veikiant išoriniam elektriniam laukui.

Kristalinė gardelė yra sistema, sudaryta iš teigiamų jonų, tarp kurių išsidėsto laisvieji elektronai. Šie laisvieji elektronai atlieka chaotiškus šiluminius judesius visomis kryptimis, be to, kiekvienas elektronas tam

12

tikrą laiką yra šalia kurio nors iš teigiamų jonų. Tokiu būdu sistema kaip visuma išlieka elektriškai neutrali [9-11].

Jeigu tokia sistema yra veikiama išorinio elektrinio lauko, elektronai įgyja papildomą judėjimo greičio dedamąją, nukreiptą priešinga išoriniam laukui kryptimi ir besisumuojančią su šiluminio elektrono judėjimo greičiu. Būtent šis papildomas dreifo greitis arba pernešimo greitis ir sąlygoja elektros srovės atsiradimą.

Kuomet elektronai juda veikiami išorinio elektrinio lauko, jų kelyje atsiranda kliūtys, kurios trukdo šiam judėjimui. Tokios kliūtys yra elektrinės varžos egzistavimo fizinė priežastis. Elektronų judėjimui trukdo teigiami jonai kristalinės gardelės mazguose ir šių jonų virpesiai, kurių amplitudė yra tuo didesnė, kuo didesnė yra temperatūra. Šio reiškinio pasekmė yra metalų lyginamosios varžos didėjimas kylant temperatūrai. Sutikę kliūtį elektronai atiduoda jai savo kinetinę energiją. Dėl to metalai įšyla, tekant jais elektros srovei. Dalis elektros energijos, kuri tokiu būdu virsta šiluma, vadinama Džaulio šiluma arba Džaulio nuostoliais.

Individualūs kiekvieno atskiro elektrono greičiai ir keliai iki susidūrimo yra labai skirtingi, todėl elektronų judėjimui apibūdinti naudojamos sąvokos vidutinis pernešimo greitis ir vidutinis laisvo prabėgimo kelias. Per vidutinį pernešimo greitį apibrėžiama labai svarbi šio proceso charakteristika – elektronų judrumas [3]

E

Vu vid= , (2.2)

čia u – elektronų judrumas; Vvid – vidutinis elektronų pernešimo greitis; E – elektrinio lauko stiprumas.

Kaip matome, elektronų judrumas gali būti apibrėžiamas kaip vidutinis jų pernešimo greitis vienetinio stiprumo elektriniame lauke.

Medžiagos lyginamasis elektrinis laidumas yra makroskopinė savybė, kuri glaudžiai siejasi su mikroskopiniais dydžiais, o būtent su laisvųjų krūvininkų koncentracija bei judrumu. Kai medžiagoje yra m skirtingų krūvininkų, jos lyginamasis laidumas aprašomas lygtimi [3]

∑=

⋅⋅=m

iiii uqn

1γ , (2.3)

čia γ – lyginamasis elektrinis laidumas; ni – laisvųjų i-tojo tipo krūvininkų kiekis tūrio vienete (t.y. koncentracija); qi – laisvųjų i-tojo tipo krūvininkų krūvis; ui – laisvųjų i-tojo tipo krūvininkų judrumas.

13

Galima teigti, kad lyginamasis elektrinis laidumas priklauso nuo tų faktorių, kurie turi įtakos medžiagoje esančių laisvųjų krūvininkų koncentracijai, judrumui bei krūvio dydžiui.

Metaluose dominuojantis krūvininkų tipas yra elektronai, todėl metalų lyginamąjį elektrinį laidumą lemia tie faktoriai, kurie įtakoja elektronų koncentraciją bei judrumą [3, 9-12].

Elektronų koncentracija metaluose praktiškai nepriklauso nuo temperatūros. Tiksliau kalbant, kylant temperatūrai elektronų koncentracija lėtai mažėja dėl metalų šiluminio plėtimosi.

Labiausiai jautrus išorinių faktorių veikimui yra metaluose esančių elektronų judrumas. Pirmiausia, jis priklauso nuo temperatūros. Be to, elektronų judrumą gali sumažinti ir išorinis magnetinis laukas (magnetovaržos reiškinys). Priemaišos ir teršalai, o taip pat mechaniniai poveikiai, t.y. faktoriai, veikiantys metalo kristalinės gardelės struktūros tvarkingumą, taip pat įtakoja elektronų judrumą.

Tarp metalo struktūros ir lyginamojo laidumo egzistuoja tam tikras ryšys. Bendru atveju metalų lyginamasis laidumas yra tuo didesnis, kuo tvarkingesnė metalo dalelių struktūra, t. y. kuo taisyklingesnė metalo kristalinė gardelė ir kuo žemesnė temperatūra.

Bet kurie kristalinės gardelės defektai, ar tai būtų ,,svetimi“’ atomai kristalinėje gardelėje, ar mechaninių poveikių sukelti gardelės defektai, visada sumažina metalo lyginamąjį laidumą. Dėl to metalų lydinių lyginamasis laidumas bendru atveju yra mažesnis negu grynų metalų.

Gaminant laidininkus jų apdirbimo metu vyksta įvairūs struktūros pokyčiai. Mechaninis apdirbimas, pavyzdžiui, valcavimas, ekstruzija visada iššaukia didelio skaičiaus defektų atsiradimą dėl deformacijų, pasireiškiančių metale. Tai labai neigiamai veikia medžiagos lyginamąjį laidumą. Pradinę arba bent jau tinkamą naudojimui laidumo reikšmę galima pasiekti tam tikru papildomu apdirbimu – atkaitinimu. Atkaitinimo metu medžiaga yra įšildoma iki pakankamai aukštos temperatūros ir išlaikoma joje tam tikrą laiką. Paprastai šiuo atveju medžiaga laikoma neleidžiančių oksiduotis dujų atmosferoje [3, 12].

Metalų lyginamasis elektrinis laidumas mažėja kylant temperatūrai. Kadangi laisvųjų elektronų koncentracija metaluose labai mažai priklauso nuo temperatūros, elektrinio laidumo temperatūrinės priklausomybės pagrindinė priežastis yra elektronų judrumo mažėjimas kylant temperatūrai. Šis elektronų judrumo mažėjimas vyksta dėl to, kad kylant temperatūrai sutrumpėja jų vidutinis laisvojo prabėgimo kelias, nes padidėja elektronų susidūrimo su kristalinės gardelės mazgais tikimybė.

14

Metalinių laidininkų lyginamąją elektrinę varžą galima išreikšti formule

Tρρρ += 0 , (2.4)

čia ρ – lyginamoji varža; ρ0 – liekamoji lyginamosios varžos dedamoji, nepriklausanti nuo temperatūros ir proporcinga priemaišų koncentracijai; ρT – lyginamosios varžos dedamoji, priklausanti tik nuo temperatūros T.

Kriogeninių temperatūrų srityje nesuperlaidžių metalinių laidininkų lyginamoji varža yra baigtinė (t. y. nelygi nuliui), bet švarių (be priemaišų) metalų varžos reikšmė labai maža. Įprastų darbinių temperatūrų srityje lyginamosios elektrinės varžos temperatūrinė priklausomybė siaurame temperatūrų diapazone aprašoma išraiška [1, 3-4]

))(1()( 00 TTT −⋅+⋅= αρρ , (2.5)

čia ρ0 – lyginamasis laidumas, esant temperatūrai T0; α – vidutinis lyginamosios varžos temperatūrinis koeficientas.

Taurieji metalai [3]. A u k s a s – geltonos spalvos aukšto plastiškumo metalas (santykinis

pailgėjimas tempiant iki 40 %). Elektronikoje auksas naudojamas kontaktų gamyboje, antikoroziniams padengimams, plėvelinių mikroschemų laidininkų vakuuminiam užgarinimui.

S i d a b r a s – baltos spalvos blizgantis, atsparus oksidavimuisi normalioje temperatūroje metalas. Sidabras pasižymi pačia mažiausia lyginamąja elektrine varža. Sidabro vielos mechaninės savybės: atsparumo riba tempiant 200 MPa, II∆ ≈ 50 %. Iš tokios vielos gaminami kontaktai silpnų srovių komutavimui.

Sidabras taip pat naudojamas aukštų dažnių įtaisų padengimams, o taip pat juo dengiami dielektrikai. Įdeginimo ir vakuuminio išgarinimo metodais gaminami keraminių ir žėrutinių kondensatorių elektrodai.

Sidabro trūkumas – migracija dielektriko paviršiuje arba į jo gylį, esant aukštai temperatūrai ir drėgmei. Cheminis atsparumas mažesnis negu kitų tauriųjų metalų.

P l a t i n a (Platinum), Pt – periodinės elementų lentelės VIII grupės cheminis elementas, Platinos grupės metalas. Atominis skaičius 78, atominė masė 195,09. Gamtinę platiną sudaro 6 izotopai, iš jų daugiausia yra 195Pt (33 %), ir 194Pt (32,9 %). Platina sudaro 1·10-6 Žemės plutos

15

masės. Platina – grynuolių klasės mineralas. Paprastai turi iki 35 % paladžio, geležies, iridžio, osmio, vario, nikelio, radžio, aukso priemaišų.

Platina yra kali, tąsi, lengvai tempiama, štampuojama ir valcuojama. Lydymosi temperatūra 1769 °C, virimo – 4300 °C. Laidi elektrai, chemiškai neaktyvi, atspari korozijai, tirpsta tik „karališkajame vandenyje“. Kaitinama reaguoja su bromu, siera, selenu, fosforu. Sudaro daug kompleksinių junginių. Gaunama iš platinos grupės metalų koncentratų, kurie yra nikelio, vario elektrolizės gavybos atliekos. Iš platinos ir jos lydinių gaminami atsparūs korozijai ir cheminiams reagentams indai, aparatūra, daromi elektrodai ir elektriniai kontaktai, varžiniai termometrai ir termoporos.

Platina praktiškai nereaguojantis su deguonimi ir atsparus įvairiausiems reagentams metalas. Puikiai apdorojama mechaniškai, galima ištempti ploną vielą arba juostą. Atsparumo riba tempimui po atkaitinimo 150 MPa, II∆ = 30-35 %.

Platina naudojama termoporų gamyboje. Poroje su platinos rodžio lydiniu galima matuoti iki 1600 °C temperatūrą. Iš platinos gaminamos įdeginimo pastos. Ypatingai plona viela (diametras ≈ 1 µm) naudojama prietaisų jautriųjų elementų gamyboje. Dėl mažo mechaninio atsparumo gryna platina retai naudojama kontaktų gamyboje. Ji gali būti naudojama kontaktiniams lydiniams. Platinos lydinys su iridžiu atsparus oksidavimuisi ir dilimui, pasižymi aukštu stiprumu ir gali atlikti komutaciją dideliu dažniu. Tačiau tokie kontaktai yra brangūs ir naudojami ypač atsakinguose įtaisuose.

Kontroliniai klausimai

1. Koks yra medžiagų lyginamojo elektrinio laidumo kitimo intervalas?

2. Kokiais pagrindiniais parametrais apibūdinamos laidžiųjų medžiagų savybės?

3. Kas yra elektros srovė ir kas yra elektrinė varža? 4. Kas yra ir nuo ko priklauso elektronų judrumas? 5. Kokius žinote tauriuosius metalus ir kokios yra jų savybės? 6. Kam elektronikoje naudojama platina?

16

Darbo eiga

Šiame darbe bus tiriama funkcinė tauriojo metalo priklausomybė tarp varžos R ir temperatūros T. Teoriškai ši priklausomybė yra tiesinė funkcija, o tai atitinka (2.1) lygtį. Tauriojo metalo rezistoriaus varžą reikia matuoti įvairiose temperatūrose (intervale nuo kambario temperatūros, iki + 400 ºC) naudojant 2.1 paveiksle pateiktą matavimo sistemą.

2.1 pav. Eksperimento schema Rezistorius yra kaitinamas elektrinėje krosnelėje ir atvėsinamas ore.

1. Sujunkite prietaisus taip, kaip parodyta 2.1 paveiksle. Elektrinės krosnelės dar nejunkite į tinklą. Įkiškite į krosnelę temperatūros zondą per galinėje sienelėje esančią skylę.

2. Kompiuteryje paleiskite programą „CASSY Lab“. Uždarykite „Settings“ langą. Paspaudę F3, užsikraukite matavimų konfigūracijos failą „termo.lab“. Dar kartą uždarykite „Settings“ langą. Viršutiniame lange rodoma temperatūra (Temperature), apatinėje – varža (Ω) (Resistance).

3. Išmatuokite kambario temperatūrą T ir varžą R. 4. Įkiškite temperatūrinį zondą į krosnelę, taip kad matavimo antgalis

būtų tiksliai šalia rezistyvaus elemento. Įjunkite krosnelės maitinimo

17

įtampą. Prieš nuskaitant kiekvieną temperatūros ir varžos verčių porą (kiekvienu atveju matuokite pastovios temperatūros taške) išjungę krosnelės maitinimo įtampą sulaukite, kol išsilygins temperatūra. Ištraukite rezistorių iš krosnelės iškart, kai temperatūra pasieks maksimalią leidžiamą vertę (400 ºC tauriojo metalo rezistoriui). Išmatuokite tauriojo metalo varžą dėstytojo nurodytame temperatūrų intervale.

5. Matavimo eigoje tirtajam tauriojo metalo rezistoriui turėtų būti gauta tiesinė priklausomybė tarp temperatūros ir varžos verčių. Apskaičiuokite temperatūrinį varžos koeficientą pagal formulę

)( 00

0

TTR

RRT

−⋅

−=β , (2.6)

čia T0 – kambario temperatūra; R0 – varža, esant kambario temperatūrai; RT – varža, esant temperatūrai T.

6. Skaičiavimo rezultatus surašykite į lentelę. 7. Nubraižykite funkcinių priklausomybių R= f(T) ir β= f(T) grafikus.

Pastaba: tauriojo metalo rezistorius pagamintas iš platinos.

Ataskaitos turinys

- trumpas darbo aprašymas, eksperimento schema; - matavimų ir skaičiavimų rezultatų lentelės; - grafinė varžos priklausomybė nuo temperatūros – R=f(T); - grafinė temperatūrinio varžos koeficiento β priklausomybė nuo

temperatūros – β=f(T); - gautų rezultatų analizė, išvados.

18

3 DARBAS. Puslaidininkių elektrinio laidumo tyrimas

Darbo tikslas – atlikti puslaidininkinio rezistoriaus varžos matavimą

ir varžos funkcinės priklausomybės nuo temperatūros tyrimą.

Teorinė dalis

Puslaidininkiuose elektros srovė teka dėl krūvininkų dreifavimo.

Laisvųjų elektronų atsiradimą nulemia daug veiksnių, kurių svarbiausi – puslaidininkio grynumas ir temperatūra [4, 8-10].

Puslaidininkiai skirstomi į grynuosius ir priemaišinius arba legiruotuosius: donorinius arba elektroninius ir akceptorinius arba skylinius.

Grynieji puslaidininkiai. Elektroninis laidumas. Kylant temperatūrai (virš absoliutaus nulio),

dėl kristalinės gardelės šiluminių virpesių elektronai įgyja papildomai energijos. Kai ši energija pasidaro didesnė už kovalentinio ryšio energiją, elektronas tampa „laisvu“ ir gali judėti kristalo tarpmazgio erdvėje. Kitaip sakant, elektronas iš valentinės juostos peršoka į laidumo juostą.

Skylinis laidumas. Kiekvienas elektronas, peršokęs į laidumo juostą, valentinėje juostoje palieka „skylę“, vietą, į kurią gali pereiti elektronas iš bet kurio gretimo atomo. Skylių skaičius lygus laisvų elektronų skaičiui, todėl jų įtaka laidumui vienoda. Toks savasis laidumas būdingas tik idealiems puslaidininkiams.

Elektronikos inžinerijai svarbesni yra priemaišiniai puslaidininkiai. Donoriniai puslaidininkiai. Į keturvalentį puslaidininkį įmaišius

penkiavalenčių priemaišų (pvz., į keturvalentį germanį – penkiavalentį arseną), penktasis elektronas nesudaro kovalentinių ryšių. Jo ir jonizuoto penkiavalenčio atomo sąveika silpna, todėl esant pakankamai temperatūrai elektronai peršoka į laidumo juostą. Taip donorinis puslaidininkis tampa laidus elektros srovei. Skirtingai nei grynuose puslaidininkiuose, tokie elektronai „skylių“ nepalieka.

Kristaluose, turinčiuose donorinių priemaišų, elektroninis laidumas yra pagrindinis, todėl puslaidininkiai su donorinėmis priemaišomis dar vadinami elektroniniais arba n tipo puslaidininkiais.

Aukštesnėje temperatūroje elektronai peršoka į laidumo juostą valentinėje juostoje palikdami skyles. Taigi didėjant temperatūrai, pvz.,

19

kambario temperatūroje, atsiranda ir skylinis laidumas, tačiau dėl pakankamai didelės priemaišų koncentracijos elektroninis laidumas išlieka daug kartų didesnis už skylinį. Elektronai šiuo atveju vadinami pagrindiniais krūvininkais.

Akceptoriniai puslaidininkiai. Akceptorinis puslaidininkis susidaro, jei pavyzdžiui, į keturvalentį puslaidininkį įvedamos trivalenčio elemento priemaišos (pvz., į keturvalentį germanį – trivalentis indis). Kad sudarytų kovalentinius ryšius indžiui trūksta vieno elektrono. Viena jungtis neužpildyta – ją gali užpildyti elektronas iš valentinės juostos ir susidaro „skylė“ į kurią gali peršokti kitas elektronas. Tokios priemaišos vadinamos akceptoriais, o puslaidininkiai su vyraujančių skylių laidumu – akceptoriniais arba p tipo puslaidininkiais.

Puslaidininkių elektrinio laidumo priklausomybė nuo

temperatūros. Puslaidininkio savasis laidumas išreiškiamas formule [4]

µγ en= , (3.1)

čia e – elektrono krūvis; n – krūvininkų koncentracija; µ – krūvininkų judrumas.

Taigi, savasis laidumas priklauso nuo krūvininkų koncentracijos ir jų judrumo.

Puslaidininkiuose krūvininkų koncentracija labai priklauso nuo temperatūros, o jų judrumas – menkai. Judrumo vertę nulemia krūvininkų sklaidos, kurias sukelia įvairūs kristalinės gardelės defektai, t.y. krūvininkų kryptingo judėjimo greičio kitimas dėl jų sąveikos su įvairiais defektais. Didžiausią poveikį turi krūvininkų sąveika su jonizuotais atomais ir kristalinės gardelės šiluminiai virpesiai.

Žemų temperatūrų srityje, kai atomų šiluminiai virpesiai silpni, svarbiausią reikšmę turi jonizuotų priemaišų sukelta sklaida. Aukštų temperatūrų srityje, kai dėl šiluminių virpesių gardelės atomai pasislenka iš pastoviosios pusiausvyros padėties, vyrauja šiluminė sklaida [9-10].

Žemų temperatūrų srityje, kai vyrauja jonizuotų priemaišų sukelta sklaida, krūvininkų judrumas, kylant temperatūrai didėja, proporcingai

2

3

T . Kuo didesnis krūvininkų šiluminis greitis, tuo trumpiau jie būna jonizuoto atomo lauke ir tuo mažiau iškraipoma jų trajektorija. Dėl to ilgėja krūvininkų laisvasis kelias ir didėja jų judrumas.

Kylant temperatūrai šiluminiai virpesiai vis labiau išsklaido krūvininkus, dėl to mažėja laisvojo kelio ilgis, taigi ir jų judrumas. Aukštų temperatūrų srityje, kai priemaišų koncentracija nėra labai didelė,

20

krūvininkų judrumo priklausomybė nuo temperatūros yra tokia

2

3−

≈Tµ . (3.2)

Taigi, žemų temperatūrų srityje krūvininkų judrumas didėja tiesiog

proporcingai 2

3

T , o aukštų temperatūrų srityje – mažėja atvirkščiai

proporcingai 2

3

T . Žinant kaip krūvininkų judrumas ir koncentracija priklauso nuo

temperatūros, galima nustatyti puslaidininkio laidumo temperatūrinės priklausomybės pobūdį. Ši priklausomybė pusiau logaritminiame mastelyje pavaizduota 3.1 paveiksle [4].

1/T

d

c

b

a

1/Ti 1/Ts

lg γ

3.1 pav. Laidumo priklausomybė nuo temperatūros Kadangi krūvininkų koncentracija priklauso nuo temperatūros labiau

nei judrumas, tai priemaišinio laidumo (ruožas ab) ir savojo laidumo (ruožas cd) srityje savojo laidumo priklausomybę µ(T) praktiškai nulemia krūvininkų koncentracijos priklausomybė nuo temperatūros. Šių grafiko ruožų polinkio kampai priklauso atitinkamai nuo donorinės priemaišos atomų jonizacijos energijos ir nuo puslaidininkio draustinės juostos pločio. Grafiko ruože bc laidumo temperatūrinę priklausomybę sąlygoja krūvininkų judrumo priklausomybė nuo temperatūros.

Elektronikos inžinerijoje dažniausiai naudojami priemaišiniai puslaidininkiai: germanis, silicis, galio arsenidas ir kiti. Dauguma puslaidininkinių prietaisų dirba kambario temperatūroje. Per puslaidininkinį prietaisą (diodą, tranzistorių) tekant srovei jis šyla. Puslaidininkinis prietaisas gali normaliai funkcionuoti iki jo temperatūra neviršija tam tikros ribos (kol nuosavas laidumas nepradeda pastebimai įtakoti). Germaniniams prietaisams tai 50 - 55 ºC, o siliciniams – 120 - 125 ºC [12].

21

Darbo eiga Darbas atliekamas naudojant matavimo sistemą, kurios struktūra

pateikta 3.2 paveiksle.

3.2 pav. Eksperimento schema Puslaidininkinis rezistorius kaitinamas elektrinėje krosnelėje ir

atvėsinamas ore. 1. Sujunkite prietaisus taip, kaip parodyta 3.2 paveiksle. Elektrinės

krosnelės dar nejunkite į tinklą. 2. Kompiuteryje paleiskite programą „CASSY Lab“. Uždarykite

„Settings“ langą. Paspaudę F3, užsikraukite matavimų konfigūracijos failą „pusl.lab“. Dar kartą uždarykite „Settings“ langą. Viršutiniame lange rodoma temperatūra (Temperature), apatinėje – varža (Ω) (Resistance).

3. Išmatuokite kambario temperatūrą T ir varžą R. 4. Kaitinimas elektrinėje krosnelėje. Įkiškite temperatūrinį zondą į

krosnelę taip, kad matavimo antgalis būtų tiksliai šalia puslaidininkinio elemento. Įjunkite krosnelės maitinimo įtampą. Prieš nuskaitant kiekvieną temperatūros ir varžos verčių porą (kiekvienu atveju matuokite pastovios temperatūros taške) išjungę krosnelės maitinimo įtampą sulaukite, kol

22

išsilygins temperatūra. Ištraukite rezistorių iš krosnelės iškart, kai temperatūra pasieks maksimalią leidžiamą vertę (190 ºC). Išmatuokite puslaidininkio varžą dėstytojo nurodytame temperatūrų intervale.

5. Matavimo rezultatus surašykite į lentelę. 6. Pagal (3.3) formulę apskaičiuokite temperatūrinį varžos koeficientą,

esant įvairioms temperatūroms

)( 00

0

TTR

RRT

−⋅

−=β , (3.3)

čia T0 – kambario temperatūra; R0 – varža, esant kambario temperatūrai; RT – varža, esant temperatūrai T.

7. Skaičiavimo rezultatus surašykite į lentelę. 8. Nubraižykite funkcinių priklausomybių R= f(T) ir β= f(T) grafikus.

Ataskaitos turinys

- trumpas darbo aprašymas, eksperimento schema; - matavimų ir skaičiavimų rezultatų lentelės; - grafinė varžos priklausomybė nuo temperatūros – R=f(T); - grafinė temperatūrinio varžos koeficiento β priklausomybė nuo

temperatūros – β=f(T); - gautų rezultatų analizė, išvados.

23

4 DARBAS. Fotorezistoriams naudojamų puslaidininkinių

medžiagų tyrimas

Darbo tikslas – susipažinti su fotorezistorių veikimo principais, konstrukcija, parametrų matavimo būdais. Ištirti fotorezistorių voltamperines charakteristikas ir varžos priklausomybę nuo apšviestumo.

Teorinė dalis

Elektrinis puslaidininkių laidumas daug priklauso nuo išorinių

energetinių poveikių. Jeigu į puslaidininkį nukreipsime šviesos srautą F (4.1 pav.), tai einant į puslaidininkio vidų, šviesos stiprumas silpnės.

Jeigu gylyje x išskirsime be galo ploną sluoksnį dx, į tą sluoksnį krintantis energijos kiekis bus lygus [1]

FdxdF α= , (4.1)

čia α – proporcingumo koeficientas, vadinamas sugėrimo koeficientu. Integruojant (4.1) lygtį ir įvertinant atspindį nuo paviršiaus, galima

rasti šviesos stiprumą bet kokiame gylyje

dxerFF −−= )1(0 , (4.2)

čia r – šviesos atspindžio koeficientas; F0 – šviesos stiprumas medžiagos paviršiuje.

Šviesos sugėrimas puslaidininkyje gali būti trejopas: savasis, priemaišinis ir laisvų krūvininkų sugėrimas. Šviesos kvantų energija E = ħ·ω bus didesnė nei uždraustos zonos plotis Eg.

Esant savajam sugėrimui, šviesos energija naudojama elektronams permesti iš valentinės zonos į laidumo zoną (4.2 pav.). Tuo atveju, jeigu

gE=ωh , (4.3)

iš (4.3) lygties galima nustatyti maksimalią savojo sugėrimo bangą λmax

gEc /2max h⋅⋅⋅= πλ , (4.4)

čia c – šviesos greitis, m/s. Veikiami šviesos, laidumo zonoje esantys laisvi krūvininkai gali

pereiti iš užimamų energetinių lygmenų į aukštesnius. Šie perėjimai susiję

24

su krūvininkų impulso pasikeitimu, todėl tokie perėjimai galimi tik dalyvaujant fotonams [1, 7-10].

dx

x F

F0

4.1 pav. Šviesos sugėrimas puslaidininkyje

ħω ħω Eg

EV

EL

4.2 pav. Schema, paaiškinanti šviesos sugėrimą

Priemaišiniuose puslaidininkiuose, veikiant šviesai, galimas elektronų

permetimas iš donorinių lygmenų į laidumo zoną ir iš valentinės zonos į akceptorinius lygmenis. Toks šviesos sugėrimas vadinamas priemaišiniu. Kuo mažesnės priemaišinių perėjimų energijos, tuo ilgesnėms bangoms esant prasideda sugėrimas. Tačiau jeigu priemaišų atomai yra jonizuoti, tai priemaišinio šviesos sugėrimo nebebus. Kadangi normalioje temperatūroje daugelio puslaidininkių priemaišos būna jonizuotos, priemaišinis šviesos sugėrimas vyksta tik žemose temperatūrose (T ≤ 80 °K).

Šviesos sugėrimo puslaidininkiuose efektai pritaikomi fotoimtuvuose šviesos energijai keisti į elektros energiją ir šviesos srautui moduliuoti. Vykstant savajam ir priemaišiniam šviesos sugėrimui, puslaidininkyje atsiranda papildomų laisvų krūvininkų, padidinančių laidumą. Puslaidininkio laidumas, sąlygojamas tik šiluminio krūvininkų sužadinimo, vadinamas „tamsos“ laidumu [1]. Papildomas laidumas, atsirandantis dėl šviesos poveikio, vadinamas fotolaidumu. Prietaisai, kurių laidumas priklauso nuo apšviestumo, vadinami fotorezistoriais. Jautrusis fotorezistoriaus elementas gaminamas iš monokristalinio arba polikristalinio puslaidininkio plėvelės arba strypelio (4.3 pav.) [5-7].

Jautrusis elementas turi būti pakankamai storas, kad sugertų visą šviesos srautą, perėjusį per paviršių. Jeigu ši sąlyga tenkinama, tai krūvininkų kiekis, generuojamas per laiko vienetą, kai λ<λmax bus lygus

ωη h/)1(0 rFG −= , (4.5)

čia η – kvantinis vidinio fotoefekto koeficientas, lygus krūvininkų skaičiui, generuojamam vienu fotonu.

Koeficientas η gali būti didesnis arba mažesnis už vienetą.

25

F0

Ra U0

IF

l

4.3 pav. Fotorezistorius ir jo įjungimo schema Veikiant įtampai U, šviesos srauto sugeneruoti krūvininkai nešėjai

sukuria srovę IF, vadinamą fotosrove [1]. Kiekvienas krūvininkas per savo egzistavimo laiką pereina per rezistorių τ/tpr kartų; čia tpr – krūvininko perėjimo per rezistorių laikas, s;τ – krūvininko egzistavimo laikas, s.

uUluElvlt pr /// 2=== , (4.6)

čia u – krūvininkų judrumas, m2/Vs; v – vidutinis krūvininkų greitis, m/s. Per fotorezistorių tekanti srovė

22 /// lQuUqluUqGtqGrI prF ∆=== τ , (4.7)

čia ∆Q = Gr; Gr – krūvininkų kiekis, generuojamas puslaidininkyje per 1 sekundę; q – elektrono krūvis, C.

Įrašę (4.5) lygtį į (4.7), gauname

Uruhcl

qrF

l

ruUqrFIF λη

ω

η2

02

0 )1()1( −=

−=

h

. (4.8)

Santykis IF /F0 vadinamas fotorezistoriaus jautrumu

Uurhcl

rq

F

IF λτ2

0

)1( −= . (4.9)

Kontroliniai klausimai 1. Kokie yra šviesos sugėrimo puslaidininkiuose mechanizmai? 2. Kaip sugeriamos bangos ilgis priklauso nuo uždraustos zonos

pločio?

26

3. Kokios medžiagos naudojamos fotorezistorių gamybai? 4. Paaiškinkite voltamperinę fotorezistoriaus charakteristiką. 5. Paaiškinkite fotorezistoriaus varžos priklausomybę nuo

apšviestumo.

Darbo eiga

1. Patikrinkite prietaisų įžeminimus. 2. Ištirkite įvairių fotorezistorių varžos priklausomybę nuo apšviestumo

R = f(F). Matavimai atliekami maketu, kurio schema pateikta 4.4 paveiksle.

4.4 pav. Fotorezistorių parametrų tyrimo maketo principinė schema

Šviesos stiprumas keičiamas, keičiant įtampą, paduodamą į apšvietimo lemputę. Prie laboratorinio stendo ERM1 gnybtų „R“ (stendo aprašymas pateiktas 3 priede) prijunkite matuoklį ECL-3133A (prietaiso aprašymas pateiktas 4 priede). Matuoklio mygtuku L/C/R parinkite varžos matavimo režimą R. Matavimo ribas matuoklis nustato automatiškai. Indikatorius PAL/SER turi rodyti SER.

3. Įjunkite mygtuką „Apšviestumas“ ir apšviestumo reguliatoriumi suderinkite taip, kad prietaiso rodyklė „LK“ rodytų 0. Išmatuokite fotorezistorių varžą.

4. Kas 20 Ls (liuksų) didindami apšviestumą iki 200 Ls išmatuokite fotorezistorių varžą.

5. Rezultatus suveskite į 4.1 lentelę:

4.1 lentelė. Varžos priklausomybė nuo apšviestumo

F, Ls 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 R, Ω

27

6. Pagal matavimo rezultatus nubraižykite funkcines priklausomybes Ra = f(F), IF = f(UF).

7. Atlikite gautų dėsningumų analizę ir padarykite išvadas.

Ataskaitos turinys

- matavimų metodikos aprašymas; - matavimų rezultatai lentelių pavidalu; - funkcinės priklausomybės Ra = f(F), IF = f(UF); - eksperimentiškai gautų fizikinių dėsningumų analizė, naudotos

aparatūros sąrašas; - išvados.

28

5 DARBAS. Medžiagų, naudojamų varistoriams gaminti, tyrimas Darbo tikslas – ištirti medžiagų, naudojamų varistoriams gaminti,

elektrofizines savybes.

Teorinė dalis

Puslaidininkinių junginių gali būti labai įvairios elektrofizinės savybės [7-10]. Pavyzdžiui, silicio karbido (SiC) arba cinko oksido (ZnO) milteliai. Paprastai į šias medžiagas norimų savybių gavimui įmaišoma retųjų žemės elementų (N, P, As, Sb, Bi, Fe, Ca, Mg, B, Al, Ga, In, Bi). Tokių grūdėtųjų medžiagų laidumas elektros srovei susijęs su jos pačių grūdelių laidumu, grūdelių dydžiu, jų suspaudimo laipsniu, elektrinio lauko stiprumu ir temperatūra. Šių medžiagų laidumas elektros srovei neatitinka Omo dėsnio. Jų lyginamasis laidumas netiesiškai proporcingas elektrinio lauko stiprumui. Iš tokių medžiagų pagaminti elektronikos elementai vadinami netiesiškai nuo įtampos priklausančios varžos rezistoriais arba varistoriais [5, 6].

Plačiau panagrinėsime SiC savybes. Silicio karbidas – puslaidininkinė medžiaga su plačia draudžiama juosta (2,8 - 3,1 eV). Tai silicio ir anglies junginys – SiCx (x ≈ 1). SiC stachiometrinė sudėtis – 70,045 % Si ir 29,955 % C (svorio dalys). Gaminamas redukuojant silicio dioksidą SiO2 + 3C = SiC + 2CO, (5.1)

esant 2100 - 2500 ºC temperatūrai. Laidumo tipas priklauso nuo priemaišų: N, P, As, Sb, Bi, Fe –

suteikia n tipo laidumą, Ca, Mg, B, Al, Ga, In – suteikia p tipo laidumą. Be to, n tipo laidumas gaunasi, kai junginyje yra Si perteklius, o p tipo – kai C perteklius. Nuosavas SiC laidumas stebimas tik prie temperatūrų nuo + 1400 ºC.

Supaprastinta varistoriaus konstrukcija parodyta 5.1 paveiksle [4].

U

1

2

5.1 pav. Varistoriaus struktūra pjūvyje: 1 – metaliniai kontaktai,

2 – diskas iš silicio karbido grūdelių, suklijuotų rišančia medžiaga (molis, skystas stiklas, silicio organiniai lakai)

29

Elektronikai įdomiausia yra iš SiC arba ZnO pagamintų prietaisų voltamperinė charakteristika, kurios tipinis pobūdis parodytas 5.2 paveiksle [5].

I, mA

U, V

5.2 pav. Varistoriaus voltamperinė charakteristika

Prietaisai su tokia voltamperine charakteristika, kaip jau minėta,

vadinami varistoriais. Jų voltamperinei charakteristikai būdinga tam tikra įtampų sritis, kurioje per varistorių teka maža srovė (nuo kelių µA iki kelių mA). Už šios srities ribų varistoriaus srovė staigiai didėja ir gali siekti šimtus ir tūkstančius amperų (paprastai trumpą laiką, ms).

Tokia iš SiC pagamintų varistorių charakteristika gaunasi dėl šių priežasčių [5, 6]:

1. Didėjant prie varistoriaus pridėtai įtampai vyksta laidieji susijungimai tarp SiC grūdelių ir didėja grūdelių varistoriuje sąlyčio plotas; tokio proceso mechanizmą nulemia autoelektroninė emisija iš SiC grūdelių briaunų ir viršūnių;

2. Stipriame elektriniame lauke (> 0,1 - 1 MV/m) padidėja laidumas ir vyksta dalinis oksidinių plėvelių, kuriomis padengti grūdeliai, pramušimas;

3. Dėl SiC grūdelių tarpusavio lietimosi kontaktinių taškų mikro šilimo, palengvėja elektroninė emisija, išauga pereinamųjų sluoksnių laidumas ir dalinis jų pramušimas; šilumos kiekis, išsiskiriantis varistoriuje tokio proceso metu yra mažas, šilimas makro prasme nepastebimas;

4. Didelio skaičiaus pn perėjimų nuoseklus-lygiagretus sujungimas, kadangi kiekvieno grūdelio paviršius gali būti kitokio tipo laidumo nei jo vidus.

30

Realiose sąlygose šie mechanizmai gali veikti vienu metu arba pasireikšti paeiliui didėjant prie varistoriaus pridėtai įtampai.

Varistoriaus voltamperinė charakteristika dažniausiai aproksimuojama taip [12]

αIU ⋅= A , (5.2)

čia A – proporcingumo koeficientas. Tikslesnė voltamperinę charakteristiką aproksimuojanti lygtis

UeI Ub ⋅=⋅= σσ0 , (5.3)

čia b – pastovus koeficientas, σ0 – laidumas silpnuose laukuose; σ – varistoriaus laidumas, kintantis priklausomai nuo įtampos.

Varistoriai apibūdinami ir netiesiškumo koeficientu

dUI

dIU

⋅

⋅=β , (5.4)

kurį nulemia statinės varžos R = U/I ir diferencinės varžos r = dU/dI santykis tam tikrame taške. SiC varistoriams jis būna nuo 2 iki 7, o ZnO – nuo 20 iki 60.

Eksperimentiškai netiesiškumo koeficientą galima nustatyti pasinaudojant formule

21

21

12

12

lg

lg

lglg

lglg

UI

IU

UU

II

⋅

⋅=

−

−=β . (5.5)

Netiesiškumo koeficientas dažniausiai nustatomas kai srovė yra 1 mA ir 10 mA. Tuomet

2

1

lgU

U=β . (5.6)

Pagrindinės varistorių charakteristikos: klasifikacinė įtampa; impulsinė srovė; sugeriama energija; vidutinė išsklaidoma galia; sparta bei apsaugos koeficientas [5, 6].

Viena iš svarbiausių varistoriaus charakteristikų – vadinama klasifikacinė įtampa Ukl – įtampa ant varistoriaus, kai per jį teka 1 mA srovė.

Impulsinė srovė – maksimali trumpalaikė srovė per varistorių, kuri gali per jį pratekėti nepakenkdama.

Sugeriama energija – energija, kurią gali sugerti varistorius be

31

šiluminių ar mechaninių pakenkimų. Vidutinė išsklaidoma galia – elektrinė galia, kurią varistorius gali

išsklaidyti į aplinką be šiluminių ar mechaninių pakenkimų jam. Ją pagrindinai nulemia varistoriaus matmenys ir išvadų konstrukcija.

Sparta – laikas, per kurį srovės impulsas išauga iki maksimumo. Varistoriaus apsaugos koeficientas – įtampos ant varistoriaus, kai per

jį teka 100 A srovė, santykis su įtampa ant jo, kai teka 1 mA srovė (klasifikacinė įtampa). Jis parodo varistoriaus pajėgumą riboti srovės impulsus. Pavyzdžiui, ZnO varistoriams jis būna nuo 1,4 iki 1,6, t.y. padidėjus įtampai 1,4 - 1,6 karto, srovė išauga 100000 kartų.

Pastaraisiais metais pradėta daugiau gaminti įvairių varistorių iš ZnO, jų tarpe ir daugiasluoksnių. Jų didesnė sparta ir didesnė sugeriama energija, esant palyginti mažiems gabaritams, nei SiC varistorių. Tokių varistorių konstrukcija parodyta 5.3 paveiksle [12].

Išorinis elektrodas

Apsauginė keramika

Daugiasluoksniai elektrodai, kurių tarpuose yra ZnO

5.3 pav. Varistoriaus konstrukcija ZnO varistoriai dažniausiai naudojami elektroninės aparatūros

apsaugai nuo trumpalaikių įtampos šuolių grandinėse arba elektrostatinių išlydžių. Pavyzdžiui, kaip parodyta 5.4 paveiksle.

5.4 pav. Trumpalaikiai įtampos šuoliai (trikdžiai) grandinėje

32

Be varistoriaus

Su varistoriumi

U, kV

t, s

5.5 pav. Įtampos pobūdis grandinėje be varistoriaus ir su juo Varistorių pagrindinių charakteristikų pavyzdys pateiktas 5.1

lentelėje. 5.1 lentelė. Pagrindinės ZnO varistorių charakteristikos [5]

Varistorių tipai

Parametrai

SMD Diskiniai Automobiliniai

CN CU S SR CN-

AUTO SU-AUTO S-AUTO

SR-AUTO

Impulsinė srovė

(8/20 µs), kA 1,2 10 1 2

Sugeriama energija, J

23 410 12 25 100

Vidutinė išsklaidoma

galia, W 0,25 1,0 0,03 0,2

Sparta, ns < 0,5 < 10 < 25 < 0,5 < 10 < 25

Darbo temperatūra,

°С -55..125 -40..85 -40..+85 -55..125 -40..85 -55..125 -40..85

Tipas 0603..2200 3225; 032 SO5..S2O 1210; 2220

0805..2220 – S07..S20 1210; 1812; 2200

Varistoriai gaminami diskiniai, stačiakampiai ir paviršiniam

montažui. Firmos EPCOS gaminamų varistorių bendras vaizdas parodytas 5.6 paveiksle.

33

5.6 pav. Bendras varistorių vaizdas Dauguma gamintojų varistorius žymi taip:

DNR 0,5 D 181 M R S Gamintojas____________________________________________| Skersmuo mm, gali būti 0,5;0,7;10;14;20__________________________| Diskinis varistorius______________________________________________| Klasifikacinė įtampa (Šifras"18" ir "0"= 180 V)____________________________| Tikslumas:J=5%, K-10%, M-20%__________________________________________| Pakuotė (R-ritinys, В-palaidi)_________________________________________________| Įvadai (S-tiesūs, К-formuoti)____________________________________________________|

Kontroliniai klausimai

1. Kokie mechanizmai nulemia SiO varistorių laidumą? 2. Kokie mechanizmai nulemia ZnO varistorių laidumą? 3. Kodėl prie tam tikros įtampos šuolių išauga srovė per varistorių? 4. Kur dingsta šiluma, išsiskyrusi varistoriuje tekant per jį didelei

srovei? 5. Ar varistoriaus charakteristikos atsistato nustojus per jį tekėti

padidintai srovei?

Darbo eiga Naudojama aparatūra:

1. Varistorius 2. DC maitinimo šaltinis 3. Voltmetras (V) 4. Ampermetras (mA) 5. Jungiamieji laidai 6. Kontaktų maketas

34

1. Sujunkite prietaisus pagal 5.7 paveiksle pateiktą schemą. Sujungę pakvieskite dėstytoją.

5.7 pav. Eksperimento schema Pastaba: Neteisingai sujungus prietaisus ar parinkus įtampos

poliarumą galima sugadinti aparatūrą.

2. Maitinimo šaltinio rankenėlę „A“ nustatykite į vidurinę padėtį, o rankenėles „FINE“ ir „V“ į kairę kraštinę padėtį.

3. Ampermetre parinkite nuolatinės srovės matavimo diapazoną 100 µA, o voltmetre – nuolatinės įtampos matavimo diapazoną 30 V. Dėmesio! Nuolatos stebėkite, kad ampermetro ir voltmetro

rodyklė neišeitų už skalės ribų.

4. Įjunkite maitinimo šaltinį mygtuku „POWER“. Sukdami maitinimo šaltinio rankenėlę „V“, didinkite įtampą kas 0,5 V iki 27 V (srovė ne

didesnė 50 mA) ir išmatuokite srovę, tekančią varistoriumi (I=f(U)). duomenis surašykite į 5.2 lentelę. Stebėkite, kad būtų teisingai

parinktas voltmetro ir ampermetro prijungimo poliarumas.

5. Pakeiskite šaltinio, voltmetro ir ampermetro poliarumą ir matavimus pakartokite.

6. Pagal Omo dėsnį apskaičiuokite varistoriaus varžą kintant įtampai, kiekviename matavimo taške.

35

5.2 lentelė. Varistoriaus charakteristikų matavimo rezultatai

(+) U, V (+) I, mA (-) U, V (-) I, mA (+) R, Ω (-) R, Ω

0 0,5 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5

...

25 25,5 26

26,5 27

7. Atvaizduokite grafiškai srovės, tekančios per varistorių,

priklausomybę nuo įtampos, I = f(U). 8. Atvaizduokite grafiškai varistoriaus varžos priklausomybę nuo

įtampos, R = f(U). 9. Suformuluokite išvadas, pagrįstas gautais tyrimo rezultatais.

Ataskaitos turinys

- matavimų metodikos aprašymas; - matavimų rezultatai lentelių pavidalu; - funkcinės priklausomybės I = f(U), R = f(U); - eksperimentiškai gautų fizikinių dėsningumų analizė, naudotos

aparatūros sąrašas; - išvados.

36

6 DARBAS. Holo efekto tyrimas

Darbo tikslas – ištirti proporcinį ryšį tarp Holo įtampos UH ir

magnetinio srauto tankio B; nustatyti krūvininkų, atsakingų už krūvio pernešimą sidabre, poliarumą; apskaičiuoti krūvininkų tankį n.

Teorinė dalis

Puslaidininkių klasės medžiagų elektrinis laidumas labiau nei kitų

klasių medžiagų priklauso nuo išorinio energijos poveikio (šviesos, elektrinio ir magnetinio laukų, mechaninės jėgos, temperatūros, įvairių energijų spinduliuotės ir kt.). Šie poveikiai puslaidininkiuose sužadina ne tik elektrinio laidumo pasikeitimą, bet taip pat ir kitus fizikinius reiškinius, kurių sukelti efektai plačiai naudojami praktikoje. Svarbiausi efektai yra šie: lyginimo, stiprinimo (tranzistorinis), Hallo (Holo), Gunno (Gano), Seebecko (Zėbeko), Peltier'o (Peltje), Schottky'o (Šotkio), fotoelektrinis, termoelektrinis, tunelinis [4-6].

Magnetinis laukas puslaidininkiuose sukelia daug reiškinių, iš kurių praktikoje naudojami du:

1. Hallo (Holo) efektas, kuris pasireiškia elektrostatinio lauko atsiradimu magnetiniame lauke esančiame puslaidininkyje, kai juo teka nuolatinė srovė. Srovės tankio, magnetinio ir elektrinio laukų vektorių kryptys parodytos 6.1 paveiksle [4]. Efekto esmė yra ta, kad magnetinis laukas iškreipia judančių krūvininkų trajektoriją. Dėl to ant puslaidininkio briaunų, statmenų magnetiniam laukui, susidaro didesnė krūvininkų koncentracija. Šis reiškinys panaudojamas magnetinio srauto tankiui, srovei matuoti ir kt.

6.1 pav. Srovės tankio, elektrinio ir magnetinio laukų vektorių

išsidėstymas puslaidininkyje

37

2. Magnetinio lauko veikiamo puslaidininkio savitosios varžos padidėjimas. Varža padidėja dėl to, kad sumažėja krūvininkų laisvasis kelias, nes magnetinis laukas iškreipia jų trajektoriją. Magnetinio lauko valdomos varžos naudojamos dažnio daugintuvuose nuolatinės srovės signalui paversti kintamosios srovės signalu, stiprintuvuose ir kt.

Holo įtampa UH apskaičiuojama taip [12]

d

IB

enUH

⋅⋅

⋅=

1, (6.1)

čia B – magnetinio srauto tankis; I – srovė; d – laidininko juostelės storis; e – elementarus krūvis; n – krūvininkų koncentracija.

Dydis

en

RH ⋅=

1, (6.2)

vadinamas Holo konstanta. RH priklauso nuo medžiagos savybių bei temperatūros.

Šiuo atveju laidininko juostelė yra pagaminta iš sidabro. Visų pirma įrodysime, kad įtampa UH proporcinga magnetinio srauto tankiui B.

Krūvio nešėjų, pagrindinai atsakingų už srovę, poliarumą galima nustatyti pagal Holo įtampos kryptį. Krūvininkų koncentracija nustatoma eksperimentiškai, kadangi visi dydžiai (6.1) lygtyje, išskyrus n, gali būti išmatuoti. Holo įtampa UH yra sąlygojama nuokrypio, atsirandančio dėl krūvininkų, veikiamų Lorenco jėgos, judėjimo magnetiniame lauke. Lorenco jėgos kryptis nustatoma pagal „dešinės rankos“ taisyklę.

Kontroliniai klausimai 1. Nuo ko priklauso puslaidininkinių medžiagų elektrinis laidumas? 2. Kokius žinote fizikinių reiškinių sukeltus efektus

puslaidininkiuose? 3. Kaip pasireiškia Holo efektas ir kokia yra jo esmė? 4. Kur naudojamas Holo efektas?

38

Aparatūra: 1. Maitinimo šaltinis. 2. Ampermetras. 3. 2 ritės, 250 apvijų. 4. Holo efekto įrenginys (6.1 pav.). 5. Mikrovoltmetras. 6. Magnetinio srauto tankio matuoklis. 7. Transformatorius.

Darbo eiga Aparatūros paruošimas. Junkite grandinę tik trumpą laiką skersinei

15 A srovei arba magnetinei srovei virš 5 A, kitaip jungiamieji laidai perkais ir ritės, numatytos 5 A, bus perkrautos. Skersinėje grandinėje naudokite laidus, skirtus 20 A apkrovai.

6.1 pav. Aparatūros jungimo schema

1. Sujunkite aparatūrą kaip parodyta 6.1 paveiksle iš pradžių be Holo efekto įrenginio. Įstatykite elektromagnetą. Tam atlikti atlaisvinkite veržimo įtaisą ir į vieną Holo efekto įrenginio kraštą įstatykite polių. Tada prispauskite kaip galima arčiau prie atramos.

39

2. Sukalibruokite Holo zondą su kalibravimo magnetu. Nuimkite apsauginę dangą nuo polių zondo (kontakto).

3. IB – B kalibravimo kreivė. Išmagnetinkite elektromagnetus prieš registruojant IB – B kalibravimo

kreivę ir nustatant B iš šitos atkarpos (leiskite tekėti 5 A kintamai srovei per rites trumpą laiką).

Išmatuokite magnetinio srauto tankį B, kaip magnetinės srovės IB funkciją. Tam atlikti didinkite IB kas 0,5 A (6.2 pav.)

4. UH, esant pastoviai skersinei srovei IQ, yra B funkcija. Įstatykite Holo efekto įrenginį į elektromagnetą, kaip parodyta 6.1

paveiksle, polius prispauskite kaip įmanoma arčiau stovo (atramos). Prijunkite įrenginį prie mikrovoltmetro ir prie maitinimo šaltinio (6.2

pav.). Lauko kryptis turi būti kaip parodyta ant stovo.

6.2 pav. Elektrinių sujungimų schema

40

Holo įtampos UH matavimo įrenginio indikatorių nustatykite į nulį, prieš paleidžiant magnetinę srovę IF, tačiau esant įjungtai skersinei srovei. Pakoreguokite nulinį tašką mygtuko ant mikrovoltmetro pagalba (6.1 pav.).

Išjungus magnetinę srovę, vėl patikrinkite nulio tašką ir, jei būtina, įvertinkite atsiradusias paklaidas.

Fiksuokite atitinkamas nulio UH reikšmes, esant kiekvienai srovės IB reikšmei. Pasižymėkite efektyvų lauko stiprį iš IB – B kalibravimo kreivės (6.3 pav.) kiekvienai IB reikšmei. Skersinė srovė IQ = 15 A ir IQ = 20 A (6.4 pav.).

5. Krūvininkų poliarumo nustatymas. Krūvininkų poliarumas nustatomas pagal UH įtampos poliarumą, esant tam tikrai srovės krypčiai.

6. Krūvininkų koncentracijos n ir Holo konstantos RH nustatymas. Nustatykite skersinę srovę IQ = 15 A, ir lauko srovę IB = 8,5 A (pagal

kalibravimo kreivę B = 0,805 T (Tesla). Išmatuokite UH. Pakartokite matavimus, kai IQ = 20 A, IB = 8,5 A.

Matavimo pavyzdys

I, A B, T

0 0 0,5 0,118 1,0 0,200 1,5 0,295 2,0 0,374 2,5 0,455 3,0 0,520 3,5 0,585 4,0 0,630 4,5 0,565 5,0 0,695 5,5 0,715 6,0 0,735 6,5 0,748 7,0 0,760 7,5 0,780 8,0 0,790 8,5 0,800 9,0 0,810

41

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IB, A

B, T

6.3 pav. IB – B kalibravimo kreivė

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

B, T

UH

, uV

15 A 20 A

6.4 pav. UH priklausomybė nuo B

42

Mikrovoltmetras indikuoja neigiamas įtampos reikšmes, esant jungimui kaip parodyta 6.2 paveiksle. Viršutinė Holo folijos pusė šiuo atveju įkrauta neigiamai apatinės pusės atžvilgiu.

IQ = 15 A; B = 0,805 T; folijos storis d = 5·10-5 m; e = 1,602·10-19 C;

UH = 1,87·10-5 V. IQ = 20 A; B = 0,805 T; UH = 2,4·10-5 V. Rezultatai ir išvados

6.4 paveikslo grafikas parodo, kad UH ~ B ir, kad UH auga, didinant

skersinę srovę IQ. Pastaba. Eksperimentinis proporcinės priklausomybės UH ~ I

įrodymas lengvai pasiekiamas, matuojant UH, esant skirtingoms IQ (kai lauko srovė IB = const).

Neigiamos Holo įtampos gaunamos jungiant pagal 6.2 paveikslą. Jei naudojama „dešinės rankos“ taisyklė, randame, kad laidumo mechanizmas sidabre pagrindinai yra sukeliamas neigiamų krūvininkų.

Skaičiavimai pagal (6.1) ir (6.2) formules: RH = 7,74·10-11 m3/C; n = 8,06·1028 m-3; RH = 7,45·10-11 m3/C; n = 8,37·1028 m-3. Pastaba. Teorinės reikšmės: RH = 8,9·10-11 m3/C; n = 6,6·1028 m-3

(atomų tankis 5,8·1022 cm-3).

Ataskaitos turinys

- matavimų metodikos aprašymas; - matavimų rezultatai lentelių pavidalu; - funkcinės priklausomybės B = f(IB); - eksperimentiškai gautų fizikinių dėsningumų analizė, naudotos

aparatūros sąrašas; - išvados.

43

7 DARBAS. Kietų dielektrikų dielektrinės skvarbos tyrimas

Darbo tikslas – susipažinti su kietų dielektrikų dielektrinės skvarbos

(ε) nustatymo metodais. Nustatyti duotų dielektrikų dielektrinę skvarbą radijo dažnių diapazone, esant normaliai temperatūrai.

Teorinė dalis

Visos dielektrinės medžiagos, veikiamos nuolatinės įtampos,

praleidžia tam tikrą srovę, kuri vadinama nuotėkio srove ir priklauso nuo dielektriko izoliacinės varžos. Didžiausią savitąją varžą turi nejonizuotos dujos, mažesnę – dielektrikai: polistirolas, fluoroplastas (1014 ... l016 Ωm), dar mažesnę – medis, marmuras (106 ... l08 Ωm). Kadangi dielektrikų varžos labai didelės, tai srovės, tekančios per dielektriko tūrį (tūrinės srovės Iv), yra tokio pat dydžio, kaip ir srovės, tekančios dielektriko paviršiumi (paviršinės srovės Is) (7.1 pav.). Tuo būdu, per dielektriką tekanti srovė yra šių srovių suma [1-4, 9-11]

sv III += . (7.1)

K

Is

Iabs

I

E +

-

Iv

7.1 pav. Per dielektriką tekančios srovės pavyzdys Prijungus prie dielektriko nuolatinę įtampą, juo tekanti srovė ilgainiui

mažėja (7.2 pav.) [1]. Pradžioje, greitai silpnėdama, teka slinkties srovė Isl, kuri beveik

pasibaigia per laiką [2] CRRC ⋅=τ ; (7.2)

čia R – įtampos šaltinio vidaus varža, Ω; C – dielektriko pavyzdžio su pridėtais elektrodais talpa, F.

44

0

I

Iabs

Itsl Isl

t

7.2 pav. Per dielektriką tekančios srovės priklausomybė nuo laiko Paprastai šis laikas yra mažas (0,1 ... 1 µs). Tačiau ir praėjus kelis

kartus ilgesniam laiko tarpui nei τRC, srovė mažėja kartais keletą minučių ar net valandą. Ši srovės dedamoji atsiranda dėl laisvų krūvininkų nešėjų persiskirstymo dielektrike ir vadinama absorbcijos srove (Iabs).

Absorbcijos srovė susijusi su krūvininkų sugėrimu dielektriko tūryje: dalis krūvininkų sutinka savo kelyje gardelės defektus (gaudykles) ir yra sulaikomi. Kai visos gaudyklės prisipildo krūvininkų, teka tik ištisinio laidumo srovė I.

Dėl absorbcijos srovės kai kuriose dielektriko vietose – prie gardelės defektų, netolygumų – susikaupia krūvis. Todėl dielektriko tūryje atsiranda toks nepageidautinas reiškinys, kaip nepilna kondensatoriaus iškrova, užtrumpinus jo elektrodus. Absorbcijos srovė panaudojama gaminant elektrodus.

Norint pašalinti absorbcijos procesų įtaką matavimų rezultatams (matuojant dielektrikų varžą), pagal galiojančius standartus ištisinio laidumo srovė matuojama praėjus vienai minutei nuo įtampos padavimo į bandomąjį pavyzdį.

Visuose kietuose dielektrikuose reiškiasi joninis ir elektroninis laidumas, tačiau normaliomis darbo sąlygomis dielektrikų elektrinį laidumą sąlygoja tik joninis laidumas, kadangi elektroninis laidumas yra toks mažas, kad jo galima nepaisyti·[9-11].

Dielektrikų draustinės juostos plotis

kTW >>∆ , (7.3)

čia k – Bolcmano konstanta; T – absoliutinė temperatūra. Todėl tik labai nedidelė dalis elektronų gali atsiplėšti nuo savo atomų

dėl šiluminio judėjimo. Tuo tarpu jonai dažnai būna gana silpnai surišti su

45

kristaline gardele ir energijos gali pakakti jonui išplėšti iš kristalinės gardelės. Tada jono atsiplėšimo energija lygi [4]

kTW = . (7.4)

Pavyzdžiui, NaCl kristale ∆W = 6 eV, o W = 0,85 eV. Todėl, nors jonai ne tokie judrūs kaip elektronai, dėl didesnės jų koncentracijos joninis laidumas būna didesnis.

Krūvininkais dielektrikuose paprastai tampa mažesnių matmenų jonai, kurie yra judresni. Dielektrikuose pastebimas ir koloidinis elektrinis laidumas, bet kadangi jo priklausomybė nuo temperatūros ir įtampos analogiška joniniam laidumui, tai toliau sąlygiškai laikysime, kad dielektrikai turi tik joninį elektrinį laidumą. Elektroninis laidumas dielektrikuose pasireiškia tik esant labai stipriems elektriniams laukams, t.y. prieš prasidedant medžiagos pramušimui.

Kylant temperatūrai, lyginamasis dielektrikų laidumas γ didėja pagal eksponentinį dėsnį. Tokią priklausomybę dažniausiai lemia ne krūvininkų koncentracijos didėjimas, o eksponentinis judrumo didėjimas. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo lengviau jonai gali peršokti nuo vienos gaudyklės prie kitos.

Dielektrikuose dažnai būna kelių tipų krūvininkų: pagrindinės medžiagos jonų, silpnai surištų priemaišų jonų. Tokiu atveju dielektrikų laidumas susideda iš savojo ir priemaišinio laidumo.

Joninis ir koloidinis laidumai yra susiję su medžiagos pernešimu: teigiami jonai juda link katodo, o neigiami link anodo (elektrolizė). Elektrolizė ypač ryškiai pastebima, esant aukštesnėms temperatūroms ir įtampoms. Pagal medžiagą, išsiskyrusią ant elektrodų, galima nustatyti, kokie jonai perneša krūvį.

Kai kuriems dielektrikams (pvz., dielektrikams, turintiems metalų oksidų) būdingas elektroninis arba skylinis laidumas. Krūvininkai čia dažniausiai yra priemaišų elektronai [2].

Kiekybiniam dielektriko laidumui įvertinti naudojama lyginamoji tūrinė varža ρv ir lyginamoji paviršinė varža ρs. Lyginamoji tūrinė varža lygi varžai kubo, kurio briauna lygi 1 m, o įtampa prijungta prie priešingų kubo plokštumų. Matavimo vienetas yra – Ωm. Lyginamoji paviršinė varža matuojama omais: ji lygi bet kokių matmenų kvadrato varžai medžiagos paviršiuje, jeigu įtampa paduodama į priešingas kvadrato kraštines.

Kai kurių dielektrikų lyginamosios tūrinės ir paviršinės varžos pateiktos 7.1 lentelėje.

46

7.1 lentelė. Dielektrikų lyginamosios varžos [1]

Dielektrikas ρρρρv, ΩΩΩΩm ρρρρs, ΩΩΩΩ

Oras 1,7·1013 ... 1,3·l014 - Transformatorinė alyva 1013 - Polietilenas 1014 ... 1017 l010 ... 1014

Organinis stiklas 2·l010 … 2·1014 l010

Polivinilchloridas l09 … 1012 l013 … 1014

Getinaksas l011 ... 1012 l08 … 1010

Lavsanas 1013 ... 1014 - Fluoroplastas-4 l013 … 1018 l012 ... 1013

Dielektrikų varža priklauso nuo elektrinio lauko stiprumo. Ji mažėja,

didėjant elektrinio lauko stiprumui. Todėl pagal standartą dielektrikų varža matuojama, esant 500 V arba 1000 V įtampai.

Dielektrikų varža labai priklauso nuo medžiagos drėgnumo. Drėgnos medžiagos varža mažesnė, kadangi vanduo pasižymi dideliu elektriniu laidumu ir suaktyvina visas medžiagoje esančias priemaišas [2].

Šiuolaikinėje elektronikoje plačiai naudojami gaminiai iš izoliacinių plokštelių pavidalo medžiagų, į kurių kiaurymes yra įdėti srovei laidūs elektrodai (spausdintinės plokštės). Tarp tokių elektrodų teka nuotėkio srovės. Tokių izoliacinių medžiagų negalima apibūdinti tik tūrine ir paviršine varža: jų savybes lemia ir vidinė dielektriko varža. Norint nustatyti dielektriko vidinę varžą, reikia išgręžti jame apie 5 mm diametro kiaurymes 15 mm atstumu viena nuo kitos. Kiaurymės išdėstomos tokia tvarka, kad būtų galima spręsti apie galimą medžiagos anizotropiją (7.3 pav.) [1].

7.3 pav. Vidinės varžos matavimo pavyzdys

Medžiagos vidinė varža nustatoma iš srovės dydžio tarp elektrodų

l

dhRvidvid

⋅=ρ , (7.5)

čia d – elektrodo diametras, m; l – trumpiausias atstumas tarp elektrodų, m; h – dielektriko storis, m.

47

Pagal standartą dielektrikų paviršius po elektrodais turi būti padengtas laidžios medžiagos sluoksniu, kuris turi turėti gerą kontaktą su izoliacine medžiaga. Praktikoje naudojamos šios laidžios dangos [2]:

a) vazelinu priklijuojami elektrodai iš plonos metalinės folijos; b) dielektrikas padengiamas laidžiais dažais, dažniausiai

akvodagu –koloidiniu grafito tirpalu vandenyje; c) paviršius padengiamas plonu metalo sluoksniu.

Tūrinė ir paviršinė dielektrikų varža matuojama įrenginiu, kurio elektrinė schema parodyta 7.4 paveiksle [1].

CE

7.4 pav. Įrenginys tūrinei ir paviršinei dielektrikų varžai matuoti: CE – centrinis elektrodas; AŽ – apsauginis žiedas; AE – apatinis elektrodas; BD – bandomasis dielektrikas; E6-3 – teraommetras; J1 – jungiklis, perjungiantis schemą tūrinei

arba paviršinei varžai matuoti; J2 – jungiklis, įjungiantis aukštąją įtampą Įtaiso vidinei varžai matuoti schema pateikia 7.5 paveiksle[1].

7.5 pav. Vidinės varžos matavimo schema

Kontroliniai klausimai

1. Iš kokių dedamųjų sudaryta dielektriku tekanti srovė? 2. Kaip skirstomos dielektriko laidumo srovės? 3. Kaip srovė, tekanti per dielektriką, priklauso nuo laiko?

48

4. Kokių rūšių poliarizacija gali duoti paklaidas, matuojant dielektrikų laidumą?

5. Kokia apsauginio žiedo paskirtis? 6. Kaip dielektrikų varža priklauso nuo temperatūros?

Darbo eiga

1. Patikrinkite prietaisų įžeminimą. 2. Įjunkite matuoklį ECL-3133A (prietaiso aprašymas pateiktas

4 priede) ir jo matavimo gnybtus prijunkite prie plokščiojo kondensatoriaus maketo (7.6 pav.).

7.6 pav. Plokščiojo kondensatoriaus maketas

3. Matuoklio mygtuku L/C/R parinkite talpos matavimo režimą C (C AUTO). Matavimo ribas matuoklis nustato automatiškai. Talpos matuojamos lygiagrečioje schemoje, todėl indikatorius PAL/SER turi rodyti PAL.

4. Matuoklio mygtuku D/Q/θ parinkite padėtį D – dielektrinių nuostolių kampo tangento matavimui (D = tgδ), o papildomo kampo θ matavimui – padėtį θ (θ = 900 - δ).

5. Išmatuokite visų pavyzdžių (1 – oras, 2 – stiklas, 3 – fluoroplastas, 4 – getinaksas, 5 – stiklo tekstolitas, 6 – PVC lakštas) C, D, θ kambario temperatūroje, kai matavimo dažnis 100 Hz, 1 kHz ir 10 kHz. Plokštelių matmenys 284x284 mm., atstumas tarp plokštelių (dielektriko storis 4 mm). Duomenis surašykite į 7.2 lentelę.

49

7.2 lentelė. Plokščiojo kondensatoriaus matavimų rezultatai Dažnis 100 Hz Dažnis 1 kHz Dažnis 10 kHz Matuojamas

parametras 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

C

D

θ

Apskaičiuotas parametras ε

βε

6. Apskaičiuokite plokščiojo kondensatoriaus talpą, kai dielektrikas

oras (oro ε = 1,000576, kai temperatūra + 19 °C) ir palyginkite su matavimo rezultatais.

7. Pagal gautus matavimo duomenis naudodami (7.6) formulę apskaičiuokite dielektrinę skvarbą

o

d

C

C=ε , (7.6)

čia Cd – kondensatoriaus su dielektriku talpa; Co – kondensatoriaus be dielektriko talpa.

Kintant dažniui, ε priklausomybę nusako dažnio koeficientas ßε

Cf

C

Cfβ

εε

βε =∆

∆⋅≈

∆

∆⋅=

11. (7.7)

8. Atlikite gautų dėsningumų analizę ir padarykite išvadas.

Ataskaitos turinys

- atliktų matavimų metodikos aprašas; - surašyti į lenteles matavimų ir skaičiavimų rezultatai; - nubraižytos priklausomybės: ε = ϕ(ƒ), ßε = ϕ(f); - gautų dėsningumų analizė, naudotos aparatūros sąrašas; - išvados.

50

8 DARBAS. Izoliacinių medžiagų dielektrinės skvarbos bei

nuostolių kampo tyrimas

Darbo tikslas – susipažinti su dielektrikų dielektrinės skvarbos (ε) ir

nuostolių kampo tangento (tgδ) nustatymo metodais. Ištirti duotų dielektrikų dielektrinę skvarbą ir nuostolių kampo tangentą radijo dažnių diapazone, esant normaliai temperatūrai. Nustatyti įvairių kondensatorių dielektrikų dielektrinės skvarbos ir nuostolių kampo tangento priklausomybes nuo temperatūros.

Teorinė dalis

Bet koks dielektrikas elektriniame lauke poliarizuojasi. Vykstant

poliarizacijai, susidaro energijos nuostoliai, kurie išsiskiria dielektrike šilumos pavidalu ir yra vadinami dielektriniais nuostoliais [1, 2, 4].

Kintamajame elektriniame lauke esančiu dielektriku teka kelių rūšių srovės (8.1 pav.).

U

φ

δ

I

Iabs.

Il. Iabs.a

Iabs.r

Isl.

a) b) 8.1 pav. Srovių vektorinė diagrama (a) ir srovės, tekančios per kintamosios

įtampos veikiamą dielektriką (b) Slinkties srovė (Isl) yra sukelta greitai vykstančių poliarizacijų

(elektroninės, joninės ir kt.); Iabs – absorbcijos srovė, sukelta lėčiau vykstančių poliarizacijų (erdvinio krūvio, spontaninės, dipolinės); Il – laidumo srovė; U – prijungta įtampa. Absorbcijos srovę galima išskaidyti į dvi dedamąsias – aktyvinę (Iabs,a) ir reaktyvinę (Iabs,r). Absorbcijos srovės aktyvinės dedamosios ir laidumo srovės suma sudaro bendrosios srovės

51

aktyvinę dedamąją [1]

la III += abs.a . (8.1)

Slinkties srovės ir reaktyvinės absorbcijos srovės dedamosios suma vadinama bendrosios srovės reaktyvine dedamąja

slrabsr III += . . (8.2)

Kampas δ tarp bendrosios srovės vektoriaus ir bendrosios srovės reaktyvinės dedamosios vektoriaus vadinamas dielektrinių nuostolių kampu. Šio kampo tangentas (tgδ) yra vienas iš svarbiausių ne tik dielektrikų, bet ir kondensatorių, izoliatorių ir kitų gaminių parametrų. Parametras tgδ yra bedimensinis dydis, jis nepriklauso nuo dielektriko formos ir matmenų. Nuostolių kampo tangentas savo skaitine reikšme lygus bendrosios srovės aktyvinės ir reaktyvinės dedamųjų santykiui [1]

r

a

I

Itg =δ . (8.3)

Aktyvinė galia, išsiskirianti dielektriko tūryje (dielektriniai nuostoliai), gali būti išreikšta formule [4]

δω tgCUP ⋅⋅⋅= 2 ; (8.4)

čia U – prie dielektriko prijungta įtampa (efektinė vertė), V; ω – kampinis dažnis, rad/s; C – kondensatoriaus su duotu dielektriku talpa, F.

Iš (8.4) formulės matyti, kad tgδ turi ypač didelę įtaką dielektrinių nuostolių dydžiui, esant aukštoms įtampoms ir aukštiems dažniams.

Dideli galios nuostoliai izoliacijoje gali turėti įtakos įrenginio darbo kokybei. Esant palyginti stipriam elektriniam laukui dielektriniai nuostoliai gali sukelti šiluminį pramušimą. Tai labiausiai galimas pramušimas, esant aukštiems dažniams, nes tada kietuose dielektrikuose padidėja dielektriniai nuostoliai [2].

Dydis tgδ priklauso nuo temperatūros ir elektrinio lauko dažnio, 8.2 paveiksle pateiktos temperatūrinės tgδ priklausomybės. Temperatūrai kylant, polinės molekulės (dipoliai) pasisuka lengviau (poliarizuojasi), nes sumažėja dielektriko klampumas, t.y. polinių molekulių sąveikos jėga. Poliarizuojasi vis daugiau molekulių, tam sunaudojama energija, ir tgδ padidėja. Pasiekęs didžiausią reikšmę (taškas a), tgδ pradeda mažėti, nes toliau kylant temperatūrai, sustiprėja chaotiškas šiluminis polinių

52

molekulių judėjimas, todėl joms sunkiau pasisukti elektriniame lauke. Po to tgδ vėl pradeda didėti, nes stiprėja laidumo srovė dielektrike Il. Nepolinių dielektrikų tgδ, kylant temperatūrai, visą laiką didėja, nes, šylant dielektrikui, didėja laidumo srovės (8.2 pav., 1 kreivė) [1].

a

b 1

2

tgδ

T

8.2 pav. tgδ priklausomybė nuo temperatūros: 1 – neutralus dielektrikas, 2 – polinis dielektrikas

Polinių ir nepolinių dielektrikų tgδ priklausomybė nuo dažnio

atvaizduota 8.3 paveiksle [1].

1

2

f

tgδ

tgδmax

fmax

8.3 pav. tgδ priklausomybė nuo dažnio: 1 – neutralus dielektrikas, 2 – polinis dielektrikas

Didėjant dažniui, poliniuose dielektrikuose energijos nuostoliai

didėja, nes dipoliai verčiami dažniau persiorientuoti ir tam sunaudojama daugiau energijos. Pasiekus fmax dipoliai nebespėja orientuotis ir tgδ mažėja. Nepolinių dielektrikų tgδ, didėjant dažniui, mažėja (8.3 pav., 1 kreivė), nes susilpnėja laidumo srovė: laidumą sąlygojantys jonai nebespėja reaguoti į elektrinio lauko pokyčius.

Dielektrinė skvarba (ε) kiekybiškai nusako dielektrikų savybę poliarizuotis ir sudaryti elektrinę talpą [2, 4]. Kad padidėtų kondensatorių lyginamoji talpa, jų pagrindinei izoliacijai reikėtų naudoti dielektrikus su didele ε. Kitais atvejais, norint išvengti didelių talpinių srovių, geriau tinka medžiagos su nedidelėmis ε reikšmėmis. Medžiagos dielektrinė skvarba gali būti išreikšta absoliutiniais (εa) arba santykiniais dydžiais (ε)

53

εεε 0=a , (8.5)

čia 90 10

36

1 −⋅⋅

=π

ε , F/m – vakuumo absoliutinė dielektrinė skvarba.

Santykinę dielektrinę skvarbą ε galima išreikšti dviejų kondensatorių, kurių geometriniai matmenys yra vienodi, talpų santykiu [2]

0C

C=ε , (8.6)

čia C, C0 – kondensatoriaus talpa, kai naudojamas tiriamasis dielektrikas bei vakuumas atitinkamai.

Dielektrikų dielektrinė skvarba, kaip ir nuostoliai, priklauso nuo elektrinio lauko dažnio ir temperatūros. Ši priklausomybė gana aiškiai matoma dielektrikams, kuriuose, be elektroninės ir joninės poliarizacijų, vyksta ir kitokios poliarizacijos (8.4 pav.) [1].

1

2

ε

f

1

2 ε

T

a) b)

8.4 pav. Dielektrinės skvarbos priklausomybės nuo dažnio (a) ir temperatūros (b): 1 – neutralus dielektrikas, 2 – polinis dielektrikas

Didžiausią dielektrinę skvarbą turi specialūs keraminiai dielektrikai,

kurių ε gali siekti keletą dešimčių ir net šimtų. Kai kurių dielektrikų ε ir tgδ reikšmės pateiktos 8.1 lentelėje [1].

8.1 lentelė. Dielektrikų dielektrinė skvarba ir dielektrikų nuostolių kampo tangentas

Dielektrikas εεεε tgδδδδ, esant dažniui Hz

Oras 19 °C temperatūroje 1,000576 l0-8, 106 Hz Polietilenas 2,3-2,4 2·10-4 - 3·10-4, 106 Hz Stiklo tekstolitas 7 2·10-2, 106 Hz Getinaksas 6-7 3,5 l0-2 - 8 10-2, 106 Hz Fluoroplastas-4 1,9-2,2 2·l0-4 - 3 10-4, 106 Hz Organinis stiklas 3,3-4,5 2 l0-2 - 6 10-2, 50 Hz Popierius 3,7-4 2 l0-3 - 3 10-3, 50 Hz

54

Dielektrinių nuostolių tgδ ir dielektrinę skvarbą radijo dažniuose galima išmatuoti kumetrais. Kumetro struktūrinė schema pateikta 8.5 paveiksle [1].

8.5 pav. Kumetro struktūrinė schema: Cx – kintamosios talpos kondensatorius; Lx – keičiama induktyvumo ritė; BD – bandomasis dielektrikas; G – aukštojo

dažnio generatorius; V – voltmetras; A – ampermetras; R0 ,R – rezistoriai tgδ ir ε matuojami dviem etapais:

a) be bandomojo dielektriko pavyzdžio (dielektrikas – oras); b) su dielektriku, įdėtu tarp elektrodų.

Kai dažnis fiksuotas, keičiant kondensatoriaus talpą, visada gaunamas rezonansas, kuris fiksuojamas voltmetru V, sugraduotu Q reikšmėmis (voltmetras įjungtas lygiagrečiai su kondensatoriumi CK). Esant rezonansui, įtampa Uc kondensatoriuje yra Q kartų didesnė už įtampą, paduodamą į kontūrą. Matuojamo pavyzdžio tgδ apskaičiuojamas iš formulės

21

1

21

21Q

CC

C

QQ

Qtg

−⋅

⋅

−=δ , (8.7)

čia Q1, Q2 – kokybės, gautos matuojant be pavyzdžio ir su pavyzdžiu; C1, C2 – kondensatoriaus Cx talpos, atitinkančios matavimus be pavyzdžio ir su pavyzdžiu.

Plokščio bandinio santykinė dielektrinė skvarba ε apskaičiuojama iš formulės [2]

2

0

4

d

hC

⋅⋅

⋅⋅=

πεε , (8.8)

čia h – bandomojo dielektriko storis, m; C – bandomojo pavyzdžio talpa (C = C1-C2), F; d – ant bandomojo pavyzdžio esančio elektrodo diametras, m.

Elektronikoje dažnai svarbu žinoti, kaip kinta dielektriko ε ir tgδ,

55

kintant temperatūrai T. Šie pokyčiai išreiškiami koeficientais αε ir αtgβ [1]:

dT

dεε

αε1

= ; (8.9)

dT

dtgtg

δδ

α δ ⋅=tg

1. (8.10)

Kintant dažniui, ε ir tgδ priklausomybę nusako dažnio koeficientai ßε ir ßtgδ:

Cf

C

Cfβ

εε

βε =∆

∆⋅≈

∆

∆⋅=

11; (8.11)

f

tg

tgtg ∆

∆⋅=

δδ

β β1

. (8.12)

Kadangi kumetru neįmanoma tiksliai išmatuoti talpos, todėl, norint nustatyti αε, reikia naudotis talpiniais tilteliais.

Kontroliniai klausimai

1. Kokias žinote poliarizacijos rūšis? 2. Kaip vyksta elektroninė ir joninė poliarizacija? 3. Kaip vyksta dipolinė poliarizacija? 4. Kaip vyksta dielektrikų erdvinio krūvio poliarizacija? 5. Kokioms medžiagų charakteristikoms turi įtakos poliarizacija? 6. Nubraižykite ir paaiškinkite dielektriku tekančių srovių

vektorinę diagramą. 7. Ką vadiname dielektriniais nuostoliais? 8. Kokiais parametrais apibūdinami dielektriko nuostoliai? 9. Kaip nustatoma duoto pavyzdžio tgδ ir ε ? 10. Paaiškinkite kumetro veikimo principą.

Darbo eiga

1. Patikrinkite prietaisų įžeminimą. 2. Įjunkite stendą ERM1 (stendo aprašymas pateiktas 3 priede) ir

matuoklį ECL-3133A (prietaiso aprašymas pateiktas 4 priede).

56

3. Matuoklio mygtuku L/C/R parinkite talpos matavimo režimą C (C AUTO). Matavimo ribas matuoklis nustato automatiškai.

4. Matuoklio mygtuku D/Q/θ parinkite padėtį D – dielektrinių nuostolių kampo tangento matavimui (D = tgδ), o papildomo kampo θ matavimui – padėtį θ (θ = 900 - δ). Talpos matuojamos lygiagrečioje schemoje, todėl indikatorius PAL/SER turi rodyti PAL (matuojant varžą – rodyti SER). Nuostolių faktorius D ir tgδ paskaičiuojami taip

pp RCf

tgD⋅⋅

==′

′′=

πδ

εε

2

1, (8.13)

čia tgδ – dielektrinių nuostolių kampo tangentas; f – matavimo dažnis, Hz;

pC – išmatuota kondensatoriaus talpa, F; pR – kondensatoriaus nuotėkio

varža, Ω. 5. Išmatuokite visų pavyzdžių (6 – fluoroplastas, 7 – keramika, 8 –

žėrutis, 9 –lavsanas, 10 – kondensatorių popierius) C, D, θ kambario temperatūroje, kai matavimo dažnis 100 Hz, 1 kHz ir 10 kHz.

6. Įjunkite jungiklį „kaitinimas“ ir įkaitinkite kamerą iki 100 °C. Po to išjunkite kaitinimą ir auštant kamerai kas 20 °C išmatuokite tiriamų dielektrikų parametrus C, D, θ, kai matavimo dažnis 100 Hz, 1 kHz ir 10 kHz. Duomenis surašykite į 8.2 lentelę.

8.2 lentelė. Matavimų rezultatai. Temperatūra 20, 40, 60, 80, 100 0C

Dažnis 100 Hz Dažnis 1 kHz Dažnis 10 kHz Matuojamas

parametras 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10

C D θ

Apskaičiuotas parametras

P Rp αε αtgδ βε βtgδ

7. Pagal gautus matavimo duomenis naudodami (8.14) formulę

apskaičiuokite dielektrinius nuostolius

δω tgCUP ⋅⋅⋅= 2 , (8.14)

57

čia P – nuostolių galia; C – pavyzdžio talpa; tgδ – išmatuotas nuostolių kampo tangentas; U – matuoklio įtampa (U = 0,8 V); ω = 2πƒ (f = 1000 Hz).

8. Naudodamiesi (8.13) formule apskaičiuokite dielektrikų nuotėkio varžas pR .

9. Apskaičiuokite dielektrikų parametrų temperatūrinių ir dažninių priklausomybių koeficientus. Dielektriko ε ir tgδ, kintant temperatūrai T, kinta. Šie pokyčiai išreiškiami koeficientais αε ir αtgβ:

dT

dεε

αε1

= ; (8.15)

dT

dtgtg

δδ

α δ ⋅=tg

1. (8.16)

Kintant dažniui, ε ir tgδ priklausomybę nusako dažnio koeficientai ßε ir ßtgδ:

Cf

C

Cfβ

εε

βε =∆

∆⋅≈

∆

∆⋅=

11; (8.17)

f

tg

tgtg ∆

∆⋅=

δδ

β β1

. (8.18)

10. Atlikite gautų dėsningumų analizę ir padarykite išvadas.

Ataskaitos turinys

- atliktų matavimų metodikos aprašas; - surašyti į lenteles matavimų ir skaičiavimų rezultatai; - nubraižytos priklausomybės: ε = ϕ(ƒ), tgδ = ϕ(ƒ), tgδ = ϕ(T),

C = ϕ(T); - apskaičiuoti nurodytų dielektrikų ßε ir ßtgδ; ir jų grafikai; - apskaičiuoti nurodytų kondensatorių αC ir αtgδ; jų grafikai; - gautų dėsningumų analizė, naudotos aparatūros sąrašas; - išvados.

58

9 DARBAS. Dielektrikų elektrinio atsparumo tyrimas

Darbo tikslas – susipažinti su oro ir kitų dielektrikų elektrinio

atsparumo nustatymo metodais; susipažinti su barjeriniu efektu ir jo panaudojimu izoliacinėje technikoje; susipažinti su elektrodų formos ir poliarumo įtaka oro elektriniam atsparumui.

Teorinė dalis

Jeigu prie dielektrikų prijungiama tam tikro dydžio įtampa jie yra

pramušami. Kietų dielektrikų elektrinio pramušimo vietoje visuomet negrįžtamai suardoma medžiaga, o dujinių dielektrikų elektroizoliacinės savybės atsistato atjungus įtampą [9-12]. Skystuose dielektrikuose elektroizoliacinės savybės atsistato, tačiau nepilnai, nes skystis gali būti užteršiamas degimo produktais.

Svarbiausia dielektrikų charakteristika yra elektrinis atsparumas – dydis, apibūdinantis duotos elektroizoliacinės medžiagos gebą priešintis pramušimui. Elektrinis atsparumas paprastai išreiškiamas [4]

h

UE

prpr = , (9.1)

čia Upr – pramušimo įtampa; h – dielektriko storis. Daugeliu atvejų išbandant kietų dielektrikų pavyzdžius

elektroizoliacinėse konstrukcijose (pvz., izoliatoriuose), vyksta ne pramušimas o paviršinis išlydis (perdengimas). Paviršinis išlydis, tai supančios aplinkos pramušimas kieto dielektriko paviršiumi. Perdengimo įtampa yra duotos elektroizoliacinės konstrukcijos charakteristika.

Priklausomai nuo fizinių procesų, kurie vyksta pramušimo metu, yra trys pramušimo rūšys [1, 2]:

1. Elektrinis pramušimas; 2. Dujinis pramušimas; 3. Šiluminis pramušimas.

Jie turi tokias pagrindines charakteristikas: - elektrinis pramušimas praktiškai apsprendžiamas tik elektrinio

lauko momentine įtampa, jis nepriklauso nuo įtampos veikimo laiko ir temperatūros;

59

- dujinis pramušimas stebimas kietuose ir skystuose dielektrikuose, turinčiuose dujinių priemaišų (burbuliukų). Prijungus padidintą įtampą vyksta dujų jonizacija, dielektrikuose atsiranda laidūs intarpai ir dielektrikas yra pramušamas. Bendru atveju tai tas pats pramušimas;

- šiluminis pramušimas – tai dielektriko šiluminio balanso pažeidimas, kai medžiagoje išsiskiriantis šilumos kiekis viršija medžiagos galimybę atiduoti šilumą į aplinką. Šiluminis pramušimas daug priklauso nuo medžiagos aušinimo sąlygų, įtampos veikimo laiko ir šilumos išsiskyrimo intensyvumo. Šiluminis pramušimas nepriklauso nuo elektrinio lauko momentinės įtampos ir pilnai apsprendžiamas elektrinio lauko įtampos efektinės reikšmės, sąlygojančios išsiskiriančios medžiagoje šilumos kiekį.

Oro (ir kitų dujų) elektrinis pramušimas – tai gryno elektrinio pramušimo pavyzdys (apsprendžiamas tik momentinės įtampos). Oro pramušimas susijęs su smūginės jonizacijos procesais, t.y. judančių krūvininkų susidūrimais su neutraliomis molekulėmis. Pramušimas vyksta tuo metu, kai judančių krūvininkų energija W viršija jonizacijos energiją Wj [1]

jWvm

W >⋅

=2

2, (9.2)

čia m – krūvininko masė; v – krūvininko greitis. Dujinių dielektrikų pramušimas priklauso nuo elektrinio lauko

vienalytiškumo. Pavyzdžiui, orą, kai jame yra vienalytis elektrinis laukas, pramuša kibirkštis. Jeigu srovės šaltinis galingas, ta kibirkštinė iškrova gali virsti elektriniu lanku.

Dujos nevienalyčiame elektriniame lauke pramušamos ne iš karto [2]. Čia galima išskirti keletą tarpinių stadijų. Iš pradžių elektriškai suardomas dujų sluoksnis prie elektrodo (nematoma vainikinė iškrova), kurios spindulys yra mažesnis, nes jo paviršiuje elektrinis laukas E būna stipriausias. Kai įtampa gerokai mažesnė už pramušimo įtampą, prie mažesnio spindulio elektrodo (smaila viršūnė, mažo skersmens laidas ir kt.) dujose prasideda matoma vainikinė iškrova. Tai šviesiai violetinės spalvos švytėjimas aplik mažesnio skersmens elektrodą. Vainikinės iškrovos metu girdėti šnypštimas ir ore susidaro ozonas (O3) bei azoto oksidas (NO). Susidariusios dujos yra metalų ir daugelio organinės kilmės elektroizoliacinų medžiagų (gumos, plastmasių ir kt.) aktyvūs oksidatoriai.

60

Prie mažo skersmens elektrodo (smaigalio, mažo skersmens laido) dujų sluoksnyje pastebimas didžiausias elektrinio lauko stiprumas, o tolstant nuo minėto elektrodo jis mažėja. Dujų elektrinis suardymas (nematoma vainikinė iškrova) prasideda dujų sluoksnyje, kur elektrinio lauko stiprumas didžiausias, t. y. prie mažo skersmens elektrodo paviršiaus. Kylant įtampai, jonizacija apima storesnį dujų sluoksnį.

Praktikoje dažniausiai pasitaiko nevienalyčių elektrinių laukų [2]. Tokie nevienalyčiai laukai būna tarp dviejų gretimų aukštos įtampos laidų, tarp laido ir įžeminto elektros tiekimo linijos stulpo ir kitais atvejais. Tipiški elektrodai, tarp kurių susidaro nevienalyčiai elektriniai laukai, yra smaigalys – plokštuma; smaigalys – smaigalys ir kai kurie kiti. Aplink smaigalį jėgų linijos yra labai tankios, taigi čia veikia stiprus elektrinis laukas, galintis sukelti smūginę dujų jonizaciją. Dujų, esančių tarp tokių tipinių elektrodų, pramušimo dėsningumai būdingi daugeliui aukštos įtampos įrenginių (elektros tiekimo linijų, orinių jungtuvų ir kt.).

Didelę įtaką dujų pramušimui nevienalyčiame lauke daro elektrodų poliškumas. Kai prie smaigalio prijungtas teigiamas polius, o prie plokštumos – neigiamas polius, tokio storio dujų tarpo pramušimo įtampa yra žymiai mažesnė, negu tuo atveju, kai smaigalys būna įelektrintas neigiamai. Mat teigiami jonai kaupiasi aplink elektrodo viršūnę neigiamos plokštumos kryptimi. Elektrodo viršūnė tarsi pailgėja, prasiskverbia į dujų sluoksnį, sutrumpindama kibirkštinės srovės kelią. Dėl to dujoms pramušti tereikia palyginti žemos įtampos.

Aplink neigiamai įelektrintą smaigalį koncentruojasi teigiami jonai. Kadangi jie nelabai judrūs ir nesuspėja neutralizuoti savo krūvio prie smaigalio, tai apie pastarąjį susidaro teigiamų jonų debesėlis. Jis trukdo prasidėti kibirkštinei iškrovai nuo neigiamą krūvį turinčio smaigalio. Dėl šios priežasties dujoms pramušti reikia žymiai aukštesnės įtampos. Oro tarpo tarp dviejų smaigalių pramušimo įtampa yra truputį aukštesnė už pramušimo įtampą tarp smaigalio ir plokštumos (esant teigiamam smaigaliui), nes elektrinis laukas tarp dviejų smaigalių yra vienalytiškesnis. Siekiant išvengti vainikinės iškrovos ir padidinti dujinio dielektriko pramušimo įtampą, elektrodai gaminami apvaliomis briaunomis arba jie yra apgaubiami dangteliais.

Vienalyčiame elektriniame lauke dujoms pramušti paprastai reikia aukštesnės įtampos, negu tokio pat storio dujų sluoksniui pramušti nevienalyčiame lauke. Didelės įtakos pramušimui nevienalyčiame lauke turi dujų drėgnumas. Antai padidėjus oro drėgmei, jo pramušimo įtampa nevienalyčiame lauke gali padidėti 8-10 % [2]. Dulkės oro elektrinį

61

atsparumą mažina. Dujinių dielektrikų pramušimo įtampa vienalyčiame elektriniame lauke, esant nuolatinei ir kintamai srovei (iki 10000 Hz), praktiškai yra vienodo didumo. Esant dažniui didesniam kaip 10000 Hz, dujinių dielektrikų pramušimo įtampa sumažėja, o dar toliau didinant prijungtos įtampos dažnį – pramušimo įtampa didėja.

Praktikoje dažnai pasitaiko, kad dujos pramušamos palei dielektriko paviršių. Šiuo atveju pramušamas oro sluoksnis, esantis kieto dielektriko paviršiuje. Visais atvejais dujinio ir kieto dielektriko riboje dujos pramušamos žemesne įtampa, lyginant su to paties dujų tarpo pramušimu be kieto dielektriko. Dujų pramušimo palei kieto dielektriko paviršių įtampa žemesnė dėl to, kad dielektriko paviršiniai krūviai iškreipia vienalytį elektrinį lauką, nes kieto dielektriko dielektrinė skverbtis skiriasi nuo jį supančio oro dielektrinės skverbties.

Plonas kieto dielektriko lapas, patalpintas tarp dviejų elektrodų dujiniame dielektrike apsunkina dujų smūginę jonizaciją. Jis padidina dujinio tarpelio elektrinį atsparumą, ypatingai tuo atveju, kai yra nevienalytis laukas tarp elektrodų: smaigalio – plokštumos ir kt. Nustatyta, kad didžiausia oro pramušimo įtampa tarp smaigalio ir plokštumos pasiekiama, patalpinus kieto dielektriko plokštelę S atstumu nuo smaigalio, jis apskaičiuojamas pagal formulę [2, 4]

hS )3,02,0( ÷= , (9.3)

čia h – dielektriko storis. Dujų atsparumas yra mažesnis už skystų ir kietų dielektrikų elektrinį

atsparumą. Skysčių pramušimas apsprendžiamas jonizaciniais procesais dujinėse

priemaišose. Kadangi dujų burbuliukų atsiradimas tarp elektrodų atsitiktinis procesas, todėl stebima žymi skysčio pramušimo eksperimentinių rezultatų sklaida (iki 50-100 %). Atsparumo riba laikomas vidurkis, gautas penkis kartus pramušus skystį. Šiluminis pramušimas žymiai priklauso nuo aušinimo sąlygų, tačiau kietų dielektrikų elektrinis atsparumas, naudojant mažo kreivumo spindulio elektrodus, paprastai didesnis už šiluminį.

Kontroliniai klausimai

1. Kokias žinote pramušimo rūšis? 2. Ką vadiname elektriniu dielektriko atsparumu? 3. Kaip fiziškai paaiškinamas dielektrikų pramušimas? 4. Kaip keičiasi dujų pramušimas vienalyčiame ir nevienalyčiame

62

elektriniame lauke? 5. Kokią įtaką daro drėgnumas, dulkės dujų pramušimui? 6. Kuo skiriasi dujų pramušimas palei dielektrikų paviršių?

Darbo eiga Darbas atliekamas kompiuteriu. Paleiskite kompiuteryje esančią

programą „Dujinių dielektrikų pramušimas“ ir atlikite nurodytus punktus:

1. Ištirti pramušimo galimybes įvairiems dielektrikams. Dėstytojas nurodo atstumą ir slėgį (galima imti normalų slėgį 760 mm Hg).

2. Pramušimo įtampos nustatymas nuo dielektrikų tipo. Keičiant atstumą 0,1÷10 mm, rasti pramušimo įtampas (slėgis 760 mm Hg). Atlikus, atstumą laikyti pastovų, 3 mm ir keisti slėgį (500÷1000 mm Hg).

3. Oro pramušimo įtampos nustatymas priklausomai nuo elektrodų dydžio. Keičiant atstumą tarp elektrodų (0÷350 cm) nustatyti pramušimo įtampą visais keturiais atvejais (rutulio skersmuo 12,5; 25; 50 ir 75 cm).

4. Pramušimo įtampos nustatymas nuo elektrodų formos. Keičiant atstumą 0,1÷7 cm nustatyti pramušimo įtampas visais trim atvejais: plokštuma – smaigalys (kai smaigalys teigiamas polius), plokštuma – smaigalys (kai smaigalys neigiamas polius) ir smaigalys – smaigalys.

5. Pramušimo įtampos nuo dažnio nustatymas. Dažnį keisti 0,1÷1000 kHz.

Ataskaitos turinys

- surašyti į lenteles matavimų (modeliavimo) rezultatai; - nubraižytos visos funkcinės priklausomybės; - gautų dėsningumų analizė ir išvados.

63

10 DARBAS. Medžiagų įmagnetėjimo charakteristikų tyrimas Darbo tikslas – gauti plieno, ferito ir permalojaus pagrindines

įmagnetėjimo kreives bei histerezės kilpas ir jų pagalba apskaičiuoti magnetinių medžiagų parametrus.

Teorinė dalis

MAGNETIŠKAI MINKŠTOS MEDŽIAGOS

Magnetinės medžiagos labai plačiai naudojamos technikoje. Jos

atlieka magnetinio srauto koncentratorių, laidininkų ir šaltinių vaidmenį. Magnetinės medžiagos sudaro šiuolaikinių transformatorių, automatikos, skaičiavimo technikos įrengimų, matavimo aparatūros elektromagnetų, droselių pagrindą [1, 3-4].

Praktinio pritaikymo atžvilgiu svarbiausi magnetinių medžiagų parametrai yra techninė įmagnetinimo kreivė ir histerezės kilpa. Šie parametrai nusako medžiagų technines savybes.

Priklausomai nuo magnetinės būsenos medžiagas galima suskirstyti į grupes pagal magnetinio priimamumo dydį k [1]

H

Mk = , (10.1)

čia M – įmagnetinimo intensyvumas; H – magnetinio lauko stiprumas, A/m.

Svarbią vietą tarp visų grupių medžiagų užima feromagnetikai, pasižymintys didele teigiama k reikšme ir sudėtinga priklausomybe nuo magnetinio lauko stiprumo ir dažnio. Feromagnetikus charakterizuoja ir Kiuri temperatūra, kurią viršijus medžiaga praranda magnetines savybes.

Feromagnetikų magnetinės savybės apibūdinamos magnetinės indukcijos B priklausomybe nuo magnetino lauko stiprumo H ir permagnetinimo lyginamųjų nuostolių priklausomybe nuo magnetinės indukcijos bei dažnio. Įmagnetinant išmagnetintą feromagnetiką, magnetinė indukcija B didėja, didėjant H. Magnetinės indukcijos kitimo priklausomybė nuo magnetinio lauko stiprumo įmagnetinimo metu vadinama pagrindine įmagnetinimo kreive B = f(H) (10.1 pav., 1 kreivė).

Iš pagrindinės įmagnetinimo kreivės gali būti nustatyta viena

64

svarbiausių magnetinių medžiagų charakteristikų – santykinė magnetinė skvarba [1]

H

B⋅=

0

1

µµ , (10.2)

čia µ0 – vakuumo magnetinė skvarba (µ0 =4 π·10-7 H/m).

0

1

2

B

BS

BT

-BS

-BT

-Hmax -HC

HC Hmax H

10.1 pav. Feromagnetiko cikliško įmagnetinimo procesas: 1 – pagrindinė įmagnetinimo kreivė, 2 – histerezės kilpa

Magnetinės skvarbos dydis kinta, didėjant magnetinio lauko

stiprumui. Magnetinė skvarba, esant H = 0, vadinama pradine magnetine skvarba µpr o jos didžiausia vertė – maksimalia magnetine skvarba µmax.

Cikliškai įmagnetinant feromagnetiką, įmagnetinimo kreivė daro histerezės kilpą (10.1 pav., 2 kreivė), t. y. išmagnetinant magnetinės indukcijos mažėjimas neatitinka jos didėjimo pagal pagrindinę kreivę dėsnio [4].

Todėl kai H = 0, magnetinė indukcija nelygi nuliui, o turi tam tikrą vertę (liekamoji indukcija Br).·Norint sumažinti indukciją iki nulio, reikia pridėti tam tikrą priešingo ženklo magnetinio lauko stiprumo dydį (koercityvinė jėga Hc). Toliau didėjant magnetinio lauko absoliutiniam stiprumui, medžiagoje atsiranda neigiama indukcija.·Keičiant magnetinio lauko stiprumą nuo - Hmax iki + Hmax, gaunama uždara histerezės kilpa.

Permagnetinant feromagnetiką kintamaisiais laukais, susidaro energijos nuostoliai. Dėl to, didėjant dažniui, padidėja koercityvinė jėga.

65

Liekamoji indukcija ir soties indukcija, didėjant dažniui, nekinta arba mažėja dėl paviršinio magnetinio efekto.

Labiausiai paplitusi feromagnetinė medžiaga yra geležis bei jos lydiniai su nikeliu, kobaltu, kitomis medžiagomis. Geležis įeina į visų magnetinių medžiagų sudėtį. Pastoviuose arba žemo dažnio magnetiniuose laukuose plačiausiai naudojama techniškai švari geležis (mažai anglingas elektrotechninis plienas). Šio plieno naudojimą kintamuosiuose laukuose apriboja maža lyginamoji jo varža. Plienas gaminamas šalto bei karšto valcavimo būdu. Kai kurių markių plienų parametrai pateikti 7 priedo 1 lentelėje. Mažai anglingame pliene anglies kiekis neturi viršyti 0,05 % [3].

Norint gauti magnetines medžiagas su didesne lyginamąja varža, geležis legiruojama siliciu (nuo 0,4 iki 5 %). Šios medžiagos vadinamos elektrotechniniais plienais.

Magnetinėse grandinėse, skirtose dirbti kintamuosiuose laukuose nuo 50 iki keleto tūkstančių Hz, naudojami karšto valcavimo plienai 1571, 1572. Dažnių diapazone 50÷5000 Hz naudojami geležies ir nikelio lydiniai, vadinami permalojais. Plačiai vartojami permalojai su dideliu nikelio kiekiu. Minėtų medžiagų parametrai pateikti 7 priedo 2 lentelėje.

Magnetinių medžiagų charakteristikos matuojamos, panaudojant žiedines šerdis, ant kurių užvyniojamos dvi apvijos. Į matavimo schemą įeina generatorius ir oscilografas (10.2 pav.) [1].

R2

R1

10.2 pav. Feromagnetinių medžiagų parametrų matavimo schema: G – žemojo dažnio generatorius; V – voltmetras; Osc. – oscilografas

Kad oscilografo ekrane būtų matyti histerezės kilpa, į oscilografo

horizontalaus atlenkimo plokšteles (X) reikia paduoti įtampą UXmax, proporcingą magnetinio lauko stiprumo reikšmei H, o į vertikalaus atlenkimo plokšteles (Y) – įtampą UYmax, proporcingą magnetinės indukcijos reikšmei B. Prie antrinės apvijos prijungta integruojanti grandinėlė R2C reikalinga tam, kad įtampa UYmax nepasislinktų laiko atžvilgiu. Voltmetras naudojamas masteliui oscilografo ekrane nustatyti.

66

Amplitudinė magnetinės indukcijos vertė (Bv, Bs) surandama iš formulės

2

2max

n

y

S

RCUB

⋅= , (10.3)

čia S – magnetolaidžio skerspjūvio plotas, mm2; n2 – antrinės apvijos vijų skaičius.

Magnetinio lauko stiprumas (Hmax, Hc) surandamas iš formulės [1]

vid

x

LR

nUH

⋅=

1

1max , (10.4)

čia Lvid – vidutinis magnetinės linijos ilgis, mm; n1 – pirminės apvijos vijų skaičius.

Žiedinio magnetolaidžio skerspjūvio plotas ir vidutinis magnetinės linijos ilgis Lvid yra lygus

2

dDhS

−= ; (10.5)

2

dDLvid

+= π , (10.6)

čia D – išorinis skersmuo, mm; d – vidinis skersmuo, mm; h – šerdies aukštis, mm.

FERITAI

Magnetinės medžiagos, naudojamos aukštų ir superaukštų dažnių

laukuose, turi būti mažo elektrinio laidumo. Šį reikalavimą tenkina feritai, kurie yra geležies oksido Fe2O3 cheminiai junginiai su kitų metalų oksidais. Bendra feritų cheminė formulė yra MO·NO·Fe2O3; čia M – dvivalenčiai metalai, pvz., nikelis, manganas, litis, varis, švinas, o N – cinkas, kadmis ir kt. Feritai gali būti gaminami įvairiais metodais, tačiau pramonėje šiuo metu plačiausiai įdiegta keraminė technologija. Sukepinant presuotą mišinį iš minėtų metalų druskų arba oksidų, gaunama puslaidininkinė keramika su didele magnetine skvarba ir lyginamąja varža (107 Ωm). Tai užtikrina mažus nuostolius dėl sūkurinių srovių, esant net labai aukštiems dažniams. Feritų didektrinė skvarba yra gana didelė ir siekia keletą šimtų [1, 3-4].

67

Pagrindinis feritų privalumas – didelė magnetinė skvarba, kas leidžia sumažinti ričių matmenis. Feritų trūkumai: didelis temperatūrinis nestabilumas ir senėjimas (µ keičiasi 1 % per metus), savybių priklausomybė nuo dažnio, žema Kiuri temperatūra (80÷200 °C), kurią viršijus išnyksta magnetinės savybės.

Aukšto dažnio magnetinių medžiagų, tarp jų ir feritų, savybes lemia pradinė magnetinė skvarba µpr, maksimali skvarba µmax, darbo dažnių diapazonas, nuostoliai ir stabilumas. Šios charakteristikos matuojamos, panaudojant žiedines šerdis.

Pradinė magnetinė skvarba nustatoma pagal tiriamos medžiagos ritės su šerdimi induktyvumo Lš santykį su ritės be šerdies induktyvumu L [1]

L

Lšpr =µ . (10.7)

Jos dydis priklauso nuo medžiagos struktūros, gamybos technologijos ir yra lygus 5...4000. Darbo dažnių diapazoną lemia leistinos elektrinių ir magnetinių savybių pokyčių ribos.

Bendri nuostoliai ferituose įvertinami nuostolių kampo tangentu ir išreiškiami šiuo būdu

pSH fHtg δδδδµ +⋅+⋅= , (10.8)

čia H – magnetinio lauko stiprumas, A/m; ƒ – dažnis, Hz; δH, δS, δp – koeficientai, apibūdinantys nuostolius dėl histerezės, sūkurinių srovių ir papildomus nuostolius.

Kadangi feritų lyginamoji varža didelė, todėl nuostolių dėl sūkurinių srovių galima nepaisyti, t.y. δS » 0. Silpnuose laukuose nuostoliai dėl histerezės taip pat nedideli. Todėl nuostoliai ferituose daugiausiai priklauso nuo dydžio δp ir didėja, didėjant dažniui. Didėjant dažniui, nuostolių kampas tgδµ, pradedant nuo tam tikros vertės, didėja žymiai greičiau, negu aprašoma (10.8) išraiška. Kartu mažėja magnetinė skvarba. Dažnis, kuriam esant staigiai pradeda didėti nuostoliai, vadinamas kritiniu dažniu ƒkr. Staigus feritų nuostolių didėjimas ir magnetinės skvarbos sumažėjimas, didėjant dažniui, aiškinamas relaksaciniais ir rezonansiniais reiškiniais. Kai dažniai yra žemesni už minimalius, magnetinė medžiaga darosi neefektyvi. Tokiu atveju tikslingiau naudoti medžiagas su didesne magnetine skvarba.

Dėl žemos Kiuri temperatūros feritų magnetinės savybės daug priklauso nuo temperatūros. Magnetinės skvarbos temperatūriniai

68

pokyčiai įvertinami temperatūriniu magnetinės skvarbos koeficientu arba santykiniu temperatūriniu magnetinės skvarbos koeficientu [1]

12

12

1

1

TT

TT

T −

−⋅=

µµ

µαµ , (10.9)

čia 1Tµ ,

2Tµ – ferito magnetinė skvarba T1 ir T2 temperatūrose.

Pagal savybes ir panaudojimą feritai skirstomį į šias grupes: 1) magnetiškai minkšti (ŽD ir AD); 2) superaukšto dažnio (SAD); 3) feritai su stačiakampe histerezės kilpa; 4) magnetiškai kieti [3].

Magnetiškai minkšti žemo dažnio feritai naudojami silpnuose kintamuosiuose laukuose (iki 5 MHz) vietoj elektrotechninių plienų, nes feritų savybės tokiuose laukuose yra geresnės. Vidutinio stiprumo ir stipriuose pramoninio dažnio laukuose feritų savybės blogesnės.

Radijo dažnių diapazone plačiai naudojami magnetiškai minkšti nikelio-cinko, mangano-cinko feritai. Ferito markės parenkamos, atsižvelgiant į dažnių diapazoną, kokybę, stabilumą. Iš šių feritų gaminamos transformatorių, ričių, magnetinių antenų šerdys, televizinės aparatūros atlenkimo sistemų detalės.

Pagrindiniai mangano-cinko feritų privalumai, palyginti su nikelio-cinko feritais, yra šie: žymiai mažesni nuostoliai dėl histerezės, didesnė indukcija, mažesnis temperatūrinis koeficientas αµ. Trūkumas – mažesnė fkr reikšmė. Dėl to mangano-cinko feritai yra žemo dažnio (iki keleto MHz), o nikelio-cinko feritai – aukšto dažnio (iki keleto šimtų MHz).

SAD aparatūroje feritai naudojami energijos srauto krypčiai pakeisti, srauto galingumui reguliuoti, virpesių fazei keisti ir kt. SAD technika kelia nemažą specifinių reikalavimų. Feritai turi pasižymėti dideliu aktyvumu, didele lyginamąja varža (106-108 Ωm), mažais dielektriniais nuostoliais, savybių stabilumu ir aukšta Kiuri temperatūra. SAD feritai labai paplitę bangolaidinėje technikoje, kur plačiai naudojamas Faradėjaus efektas. Magnetooptinis Faradėjaus efektas yra susijęs su aukštojo dažnio virpesių poliarizacijos plokštumos pasukimu įmagnetintame ferite. Į bangolaidį įdėtas feritinis elementas vadinamas feritiniu įdėklu. Jo gabaritai ir konfigūracija priklauso nuo SAD įtaiso panaudojimo, darbo sąlygų. Įdėklai gaminami plokštelių, diskų, cilindrinių strypų pavidalo.

Feritų parametrai matuojami kumetru (10.3 pav.). Tuo būdu galima išmatuoti dielektrinių ir magnetinių nuostolių kampo tangentą bei pradinę magnetinę svarbą [1].

69

10.3 pav. Struktūrinė kumetro schema Matavimo kontūrą Lx, Rx, Ce su generatoriaus kontūru jungia ryšio ritė

M, su kuria lygiagrečiai įjungta aktyvinė varža R0 = 0,04 Ω. Matuojamas pavyzdys, turintis varžą Rx ir induktyvumą Lx, kartu su etaloniniu talpiu Ce

sudaro nuoseklų rezonansinį kontūrą. Srovės I dydis matuojamas ampermetru A ir matavimo metu operatoriaus palaikomas pastovus. Esant rezonansui matavimo kontūre, įtampa etaloniniame kondensatoriuje Ce padidėja Q kartų, palyginti su kontūro evj. E=IR. Ši įtampa matuojama voltmetru V, sugraduotu kokybės vienetais.

Feritų, dirbančių kintamuosiuose magnetiniuose laukuose su nuolatiniu pamagnetinimu, magnetinės savybės nusakomos reversyvine magnetine skvarba µr. Feritų µr labai priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo. µr dydis ir priklausomybė nuo pamagnetinančio lauko stiprumo randama, naudojantis matavimų schema (10.4 pav.) [1].

Magnetinio lauko stiprumas nustatomas iš formulės

šl

WIH 000 = , (10.10)

čia I0 – pastovios srovės stiprumas, A; W0 – pamagnetinančios apvijos vijų skaičius; lš – šerdies ilgis.

10.4 pav. Reversinės magnetinės skvarbos matavimo schema Magnetiškai minkšti feritai naudojami įvairios paskirties mažo

gabarito ričių šerdžių gamybai [3].

70

Šerdys gali būti labai įvairių formų: cilindrinės, šarvo tipo, toroidinės ir kt. Paprasčiausios yra cilindrinės šerdys. Jų privalumai: paprasta konstrukcija ir galimybė panaudoti tipinėse ritėse.

Šerdys su sriegine įpjova skirtos ritėms paderinti. Lygios šerdys naudojamos induktyvumui paderinti. Kai kuriais atvejais jos gaminamos su įvorėmis. Lygios šerdys naudojamos aukšto dažnio droseliuose, ilgos šerdys (80-120 mm) – magnetinių antenų gamyboje. Cilindrinės šerdys gaminamos iš 1000HH, 600HH markių ferito.

Naudojant šarvinio tipo šerdis, galima pagaminti mažų matmenų didelio induktyvumo rites. Tokios ritės naudojamos aukšto dažnio kontūruose ir filtruose. Šarvinio tipo šerdžių darbo dažnių diapazonas siekia 100 MHz. Šerdys gaminamos iš precizinių termostabilių feritų: 1500HM3, 700HM, 50B2, 20B2 ir kt. Šerdžių santykinė magnetinė skvarba numatyta standartų, jos dydis nustatomas pagal nemagnetinį tarpelį.

Geriausiai feritų magnetines savybes leidžia panaudoti toroidinės šerdys. Jos naudojamos, kai reikia pagaminti mažų matmenų, bet didelio induktyvumo rites. Pramonė gamina platų toroidinių šerdžių asortimentą iš įvairių magnetinių medžiagų, jų tarpe iš feritų. Naudojamo ferito markė priklauso nuo ritės paskirties ir dažnių diapazono. Ričių, dirbančių esant kelių šimtų kilohercų dažniui, šerdys gaminamos iš feritų 400HH, 2000HH, o ričių, dirbančių esant kelių šimtų megahercų dažniui iš 20B, 4B markių ferito. Magnetinėms grandinėms su nuolatiniu pamagnetinimu naudojami feritai 300HH, 35B ir kt. Pagrindinės feritų charakteristikos pateiktos 7 priedo 3 lentelėje [1].

Kontroliniai klausimai

1. Kaip vyksta feromagnetiko įmagnetinimo nuolatiniu magnetiniu lauku procesas?

2. Kaip vyksta feromagnetiko įmagnetinimo kintamuoju magnetiniu lauku procesas?

3. Kokiomis pagrindinėmis charakteristikomis nusakomos medžiagų magnetinės savybės?

4. Kaip priklauso magnetinė skvarba nuo magnetinio lauko stiprumo? 5. Kaip priklauso liekamoji indukcija ir soties indukcija nuo

magnetinio lauko dažnio? 6. Kaip priklauso koercityvinė jėga nuo magnetinio lauko dažnio? 7. Kokia yra magnetinių medžiagų klasifikacija? 8. Kur naudojamos magnetinės medžiagos?

71

9. Kokia yra feritų struktūra ir savybės? 10. Kaip skirstomi feritai pagal sudėtį ir panaudojimo sritis? 11. Kas tai yra ferito kritinis dažnis? 12. Kas yra Kiuri temperatūra? 13. Kaip priklauso ferito reversinė magnetinė skvarba nuo

pamagnetinančio lauko stiprumo? 14. Kokie yra feritinių šerdžių tipai ir savybės?

Darbo eiga

1. Paruoškite darbui ir įjunkite medžiagų tyrimo stendą ERM1. 2. Atlikite pirmojo tiriamojo pavyzdžio (plieno) išmagnetinimą:

- srovės jungiklį nustatykite į viršutinę padėtį; - nuspauskite perjungiklio „1-3“ mygtuką „1“, taip prijungdami

plieno pavyzdį (kiti du mygtukai turi būti nenuspausti); - nuspaudę išmagnetinimo mygtuką ir, jo neatleisdami, lėtai

pasukite srovės I reguliavimo rankenėlę į kraštinę dešinę padėtį, o po to lėtai į kraštinę kairę padėtį. Išmagnetinimo mygtuką atleiskite.

3. Įstatykite matavimo zondą su Holo davikliu į tiriamojo pavyzdžio nemagnetinį tarpelį. Zondo žymė turi būti viršuje.

4. Išmatuokite pavyzdžio liekamąją indukciją B po išmagnetinimo. Ji neturi viršyti 2 ± 1 mT.

5. Nustatykite jungiklį „Srovės kryptis“ į padėtį „+“. 6. Švelniai sukdami srovės reguliavimo rankenėlę pagal laikrodžio

rodyklę išmatuokite charakteristiką B=ƒ(I). Srovės dydį kontroliuokite stende esančiu prietaisu. Srovę keiskite nuo 0 iki 500 mA.

7. Švelniai sukdami srovės reguliavimo rankenėlę prieš laikrodžio rodyklę išmatuokite charakteristiką B=f(I), keisdami srovę nuo 500 iki 0 mA.

8. Pakeiskite srovės kryptį, nustatydami jungiklį į padėtį „-“ ir nuosekliai pakartokite punktus 6 ir 7.

9. Pakeiskite srovės kryptį į „+“ ir pakartokite 6 punktą. 10. Matavimo rezultatus surašykite į 10.1 lentelę. 11. Ištirkite ferito ir permalojaus pavyzdžių charakteristikas,

atlikdami su jais 2 - 9 punktus. Duomenis surašykite į 10.2 ir 10.3 lenteles.

72

10.1 lentelė. Plieno įmagnetėjimo charakteristika

I, mA B+ ↑, mT

B+ ↓, mT

B- ↑, mT

B- ↓, mT

B+ ↑, mT

0 100 200 300 400 500

čia n – pavyzdžio ritės vijų skaičius; l – vidutinis magnetinės linijos ilgis (l=2πR, čia R – pavyzdžio žiedo vidutinis spindulys).

Pavyzdžių duomenys: n1=1600; R1 =22,5 mm; n2 =1200; R2 =18,8 mm; n3 =1600; R3 =22,5 mm.

10.2 lentelė. Ferito įmagnetėjimo charakteristika

I, mA B+ ↑, mT

B+ ↓, mT

B- ↑, mT

B- ↓, mT

B+ ↑, mT

0 100 200 300 400 500

10.3 lentelė. Permalojaus įmagnetėjimo charakteristika

I, mA B+ ↑, mT

B+ ↓, mT

B- ↑, mT

B- ↓, mT

B+ ↑, mT

0 100 200 300 400 500

12. Suskaičiuokite magnetinio lauko stiprumo 4 reikšmes visiems tiriamiems pavyzdžiams (kiekvienai srovės stiprumo I reikšmei) pagal

73

formulę

l

InH

⋅= .

13. Nubraižykite grafines priklausomybes B1 = f(H), B2 = f(H), ir B3 = f(H).

14. Suskaičiuokite pavyzdžių magnetinę skvarbą µ, esant lauko stiprumui, atitinkančiam 300 mA srovės stiprumą

0µµ

⋅=

H

B,

čia µ0 = 4π·10-7 H/m.

Ataskaitos turinys

- darbo eigos aprašymas; - eksperimento ir skaičiavimų rezultatų lentelės; - grafinės priklausomybės B = f(H); - rezultatų analizė ir išvados.

74

NAUDOTA LITERATŪRA

1. Valinevičius A., Markevičius V., Rupkus S. Medžiagų mokslas ir inžinerija. I dalis. Mokomoji knyga. – Kaunas: Technologija, 1997. – 121 p.

2. Markevičius V., Rupkus S., Valinevičius A. Medžiagų mokslas ir inžinerija. II dalis. Mokomoji knyga. – Kaunas: Technologija, 1999. – 81 p.

3. Markevičius V., Rupkus S., Valinevičius A. Medžiagų mokslas ir inžinerija. III dalis. Mokomoji knyga. – Kaunas: Technologija, 2000. – 70 p.

4. Rinkevičius G. J., Mukulys R. J., Degutis A. Elektrotechninės medžiagos. Mokomoji knyga. – Kaunas: Technologija, 2009. – 180 p.

5. Štaras S. Puslaidininkinės ir funkcinės elektronikos įtaisai: vadovėlis elektronikos, automatikos, informatikos ir kitų technologijos mokslų krypčių studentams. – Vilnius: Technika, 2009. – 467 p.

6. Štaras S. Semiconductor electronic devices: study book. – Vilnius: Technika, 2010. – 235 p.

7. Computational studies of new materials II: From ultrafast processes and nanostructures to optoelectronics, energy storage and nanomedicine / edited by Thomas F. George ... [et al.]. – Singapore: World Scientific, 2011. – P. 515.

8. Physics and operation of silicon devices in integrated circuits / edited by Jacques Gautier. – Hoboken [N. J.]: Wiley, 2009. – P. 373.

9. Глазачев А. В., Петрович В. П. Физические основы электроники: Учебное пособие. – Томск: Изд-во Томск. пол. ун-та, 2010. – 128 с.

10. Лукин А. Н., Тутов Е. А. Физика твердотельных структур. Учебное пособие. – Воронеж, 2007. – 47 с.

11. Плотников В. П. Физика проводников и диэлектриков: Учебное пособие. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. – 80 с.

12. Заневский Э. С. Общая электротехника и электроника. Физические основы и элементная база электроники: Учебное пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2003. – 114 с.

75

PRIEDAI

76

1 priedas

DARBO TVARKOS IR DARBO SAUGOS LABORATORIJOJE

TAISYKLĖS

I. BENDROJI DALIS

1. Studentas, prieš pradėdamas atlikti laboratorinius darbus Medžiagų

mokslo ir inžinerijos mokomojoje laboratorijoje, privalo išklausyti saugos ir sveikatos instruktavimą ir pasirašyti instruktavimo saugos ir sveikatos klausimais registravimo lape.

2. Studentas, atlikdamas laboratorinius darbus, privalo: 2.1. Atlikti dėstytojo – laboratorinių darbų vadovo (toliau –

laboratorinių darbų vadovas) paskirtus laboratorinius darbus ir vykdyti jo nurodymus;

2.2. Saugoti savo ir nepakenkti kitų studentų sveikatai; 2.3. Savavališkai neišjungti, nekeisti ir nešalinti įrenginiuose ir

prietaisuose įrengtų saugos ir sveikatos apsaugos įtaisų; 2.4. Nedelsdamas pranešti laboratorinių darbų vadovui apie sužalojimus

ir kitus sveikatos sutrikimus, įvykusius laboratorinių darbų metu; 2.5. Neliesti laboratorijoje esančios aparatūros, stendų ir prietaisų,

nesusijusių su atliekamu darbu; 2.6. Nepradėti arba nutraukti atliekamą laboratorinį darbą, jei pastebėjo,

kad įranga sugadinta, neįnulinta ir apie tai nedelsiant pranešti laboratorinių darbų vadovui;

2.7. Pavojaus atveju mokėti išjungti įtampą laboratorijos elektros maitinimo skydelyje;

2.8. Laikytis asmens higienos reikalavimų; 2.9. Žinoti, kur yra pirmosios pagalbos rinkinys. 3. Studentui, atliekančiam laboratorinius darbus, draudžiama: 3.1. Atlikti laboratorinius darbus neišklausius instruktavimo,

nesusipažinus su laboratorinių darbų aprašymu; 3.2. Laboratorijoje valgyti, gerti alkoholinius gėrimus, rūkyti, vartoti

narkotines medžiagas; 3.3. Dirbti apsirengus striukėmis, paltais; 3.4. Dirbti sergant. 4. Studentas, atliekantis laboratorinius darbus, turi teisę: 4.1. Sužinoti iš laboratorinių darbų vadovo apie laboratorijoje esančius

sveikatai pavojingus ir kenksmingus veiksnius; 4.2. Atsisakyti atlikti laboratorinius darbus, kai iškyla pavojus sveikatai

ir gyvybei;

77

4.3. Iškilus klausimams dėl saugos ir sveikatos kreiptis į laboratorinių darbų vadovą ar vedėją.

5. Studentas, atliekantis laboratorinius darbus, turi žinoti, kur yra laikomos gaisro gesinimo priemonės, mokėti jomis naudotis, nenaudoti atviros ugnies šaltinių ir vengti kitokių veiksmų, galinčių sukelti gaisrą.

6. Studentas, atliekantis laboratorinius darbus ir nesilaikantis šių taisyklių reikalavimų, gali būti pašalintas iš laboratorijos ar nubaustas dekano drausmine nuobauda ir turi būti papildomai instruktuojamas.

II. RIZIKOS VEIKSNIAI. SAUGOS PRIEMONĖS NUO JŲ POVEIKIO

7. Rizikos veiksniai studentui, atliekančiam laboratorinius darbus, yra: 7.1. Elektros srovė; 7.2. Netvarkinga darbo vieta, slidžios grindys; 7.3. Netvarkingi įrenginiai, prietaisai, pagalbinės priemonės; 7.4. Gaisro galimybė. 8. Studentas privalo žinoti, kad 220/380 V elektros įtampa sudaro pavojų

žmogaus sveikatai, todėl: 8.1. Naudojami elektros įrenginiai ir prietaisai turi būti įnulinti arba

įžeminti; 8.2. Elektros laidai turi būti nepažeista izoliacija, kištukai, lizdai turi

būti tvarkingi; 8.3. Stendo, maketo ir prietaisų gnybtai bei juos jungiantys laidai turi

būti patikimi ir su nepažeista izoliacija.

III. STUDENTO VEIKSMAI PRIEŠ DARBO PRADŽIĄ 10. Prieš pradėdamas darbą studentas privalo:

10.1. Gavęs užduotį, išstudijuoti darbo aprašymą, praktinio darbo atlikimo tvarką;

10.2. Susipažinti su stendu, maketu, kita naudojama aparatūra ir visais darbe naudojamais prietaisais;

10.3. Patikrinti darbo vietą, ar ji tvarkinga, saugi ir švari; 10.4. Vizualiai patikrinti ar stendas, maketas paruoštas darbui; 10.5. Patikrinti ar darbe naudojamų jungiamųjų laidų izoliacija

nepažeista ir ar patikimi laidų prijungimo gnybtai; 10.6. Susipažinti su stendo, maketo maitinimo šaltiniais ir valdymo

aparatais darbo vietoje; 10.7. Įsitikinti, kad visi stendo, maketo maitinimo šaltiniai išjungti.

Studentui draudžiama įjungti įtampą jėgos skydelyje laboratorinių darbų įrangos maitinimui, tai turi atlikti laboratorinių darbų vadovas.

78

IV. STUDENTO VEIKSMAI DARBO METU

11. Studentai, prieš laidais sujungdami elektrinę schemą, turi patogiai

išsidėstyti aparatus ir prietaisus, po to tvarkingai sujungti schemą. Nepanaudoti laidai bei prietaisai turi būti padėti į jiems skirtą vietą.

12. Schemoje laidai turi būti nepažeisti, patikimai prijungti prie gnybtų ir mechaniškai neįtempti. Laidai neturi trukdyti valdyti stendą ir stebėti prietaisus, o laboratorinių darbų vadovui lengvai ir greitai patikrinti sujungtą schemą.

13. Sujungus schemą kviečiamas laboratorinių darbų vadovas, kuris patikrina ir duoda leidimą arba asmeniškai įjungia stendo maitinimą.

14. Sujungtoji schema turi tiksliai atitikti duotajai darbo aprašyme. Savarankiški schemos pakeitimai, nesuderinti su laboratorinių darbų vadovu, draudžiami.

15. Kiekvieną kartą prieš įjungiant įtampą būtina apie tai žodžiu įspėti visus asmenis, kurie dirba prie stendo bei maketų.

16. Darbo metu atsitiktinai atsijungus kuriam nors jungiamajam laidui, reikia skubiai atjungti stendo ar maketo maitinimą ir tik tada prijungti atsijungusį laidą.

17. Darant schemoje pakeitimus būtina prieš tai atjungti įtampą. Pakartotinai įtampa prijungiama tik laboratorinių darbų vadovui patikrinus pakeistą schemą.

18. Dirbant su matavimo prietaisais, reostatais ir kitais jautriais perkrovimui prietaisais, būtina sekti, kad jų režimai neviršytų leistinų verčių. Veikiančioje schemoje srovės matavimo transformatoriaus antrinė apvija negali dirbti tuščiąja eiga, todėl jos gnybtai negali būti laisvi.

19. Studentui darbo metu draudžiama: 19.1. Daryti schemoje pakeitimus esant įjungtai įtampai; 19.2. Liesti gnybtus bei kitus schemos elementus, turinčius ar galinčius

turėti įtampą; 19.3. Naudotis prietaisais turinčiais blogus arba nepatikimus kontaktus; 19.4. Remtis į maketą bei stendą, liesti veikiančius prietaisus ar

aparatus, juos perstatinėti, ant jų rašyti ir panašiai; 19.5. Naudoti laboratorijoje esančius prietaisus bei aparatus

nesusijusius su dirbamu darbu, sukinėti jų rankenėles ar gnybtus; 19.6. Vaikščioti pas studentus, dirbančius kitose darbo vietose,

skambinti telefonu ar užsiiminėti kitais darbais; 19.7. Palikti darbo vietą be laboratorinių darbų vadovo leidimo.

20. Nutrūkus elektros tiekimui darbo metu, išjungti stendo bei maketo ir visų įjungtų prietaisų elektrinį maitinimą.

21. Schemą išjungti galima tik tada, kai laboratorinių darbų vadovas patikrino darbo rezultatus ir duoda tam leidimą. Pirmiausia išjungiami visi maitinimo šaltiniai ir tik po to ardoma schema.

79

V. STUDENTO VEIKSMAI AVARINIAIS (YPATINGAIS) ATVEJAIS

22. Nutrūkus laboratorijos elektriniam maitinimui ar susidarius avarinei

situacijai, studentas privalo išjungti stendą, maketą (arba įtampą laboratorijos skydelyje) ir apie tai pranešti laboratorinių darbų vadovui.

23. Studentas, pastebėjęs gaisrą, privalo nedelsdamas apie gaisrą pranešti laboratorinių darbų vadovui, informuoti laboratorijoje esančius žmones apie gaisrą, gesinti gaisro židinį turimomis priemonėmis.

24. Įjungtus elektros įrenginius galima gesinti tik angliarūgštės gesintuvais. 25. Įvykus nelaimingam atsitikimui, studentas privalo, jeigu pajėgia,

nedelsdamas apie tai pranešti laboratorinių darbų vadovui. Asmuo, matęs nelaimingą atsitikimą arba apie jį sužinojęs, turi nedelsdamas suteikti nukentėjusiajam pirmąją pagalbą ir pranešti apie nelaimingą atsitikimą laboratorinių darbų vadovui. Esant reikalui, nukentėjusysis turi būti nugabentas į medicininę gydymo įstaigą.

VI. STUDENTO VEIKSMAI BAIGUS DARBĄ

26. Baigęs darbą, studentas privalo: 26.1. Išjungti stendo maitinimą; 26.2. Išjungti darbo vietoje esančius elektrinius prietaisus; 26.3. Išardyti sujungtą schemą; 26.4. Sutvarkyti darbo vietą bei darbo priemones; 26.5.Apie baigtą darbą pranešti laboratorinių darbų vadovui. 27. Apie darbo metu pastebėtus trūkumus pranešti laboratorinių darbų

vadovui.

80

2 priedas

REIKALAVIMAI LABORATORINIO DARBO ATASKAITAI

Atlikto laboratorinio darbo atsiskaitymo dokumentas yra ataskaita, kuri apiforminama pagal žemiau išdėstytas taisykles. Ataskaitą rekomenduojama apiforminti laboratorinio darbo atlikimo dieną arba ne vėliau kaip kitą dieną. Laiku neapiformintos ataskaitos gali būti įsiskolinimų priežastis. Kiekvienas grupės narys apiformina atskirą ataskaitos egzempliorių standartiniuose A4 formato popieriaus lapuose. Ataskaitos tituliniame lape užrašoma:

1. Universiteto, fakulteto ir katedros pavadinimas (viršuje). 2. Laboratorinio darbo eilės numeris ir pavadinimas (lapo vidurinėje

dalyje). 3. Darbą atlikusio studento akademinė grupė, vardas ir pavardė (kiek

žemiau darbo pavadinimo, dešinėje pusėje). 4. Darbą tikrinusio dėstytojo pareigos, vardas, ir pavardė (žemiau

darbą atlikusio studento, dešinėje pusėje). 5. Darbo atlikimo vieta (miestas) ir metai (apačioje).

Titulinio lapo pavyzdys pateiktas 5 priede. Ataskaitos pagrindinė dalis apiforminama taip:

1. Ataskaitos pradžioje užrašomas darbo tikslas ir darbo užduotis. 2. Skyriuje „Aparatūra“, pateikiamas panaudotos aparatūros sąrašas

bei trumpas kiekvieno prietaiso aprašymas. Aparatūros sąraše prie kiekvieno pavadinimo nurodomas prietaiso šifras.

3. Skyriuje „Eksperimento rezultatai“ pateikiamos darbo blokinės schemos ir eksperimentiškai gauti duomenys, kurie išdėstomi tokia tvarka, kuria buvo atliekami eksperimentai. Eksperimento rezultatai pateikiami lentelėmis ir grafikais. Grafikai braižomi milimetriniame popieriuje ar kompiuteriu. Visi ataskaitoje pateikti rezultatai turi turėti pavadinimus ir turi būti nurodytos jų gavimo sąlygos. Tai reiškia, kad turi būti aprašytas kiekvienas punktas, pateiktas darbo aprašymo skyrelyje „Darbo eiga“, t.y. kas ir kaip gauta? Šio ataskaitos punkto turinys ir apimtis nurodomi kiekvieno laboratorinio darbo užduoties aprašyme.

4. Skyriuje „Išvados“ formuluojamos pagrindinės išvados, kurios išplaukia iš atlikto eksperimento ir jo rezultatų palyginimo su teorija.

81

Ataskaitos ginamos reguliariai, po laboratorinių darbų, specialiai tam skirtu laiku.

Dėstytojas patikrina, ar tinkamai apiforminta ataskaita, ar teisingi eksperimento rezultatai ir ar teisingai padarytos išvados. Gynimo metu patikrinama, ar studentas sąmoningai atliko darbą (ar žino naudotų prietaisų paskirtį, sujungimų blokines schemas, eksperimento eigą ir t.t.). Be to, patikrinamos studento teorinės žinios iš atitinkamų kurso dalių.

Sekantį darbų ciklą leidžiama pradėti, jei apginti ne mažiau kaip du darbai. Likusi skola turi būti likviduota iki kito darbų ciklo pradžios.

Praleisti laboratoriniai darbai atliekami gynimo metu arba, esant galimybėms ir leidus dėstytojui, su kitu pogrupiu, jei studentas neužimtas kitais akademiniais užsiėmimais ir yra laisvų reikalingų darbo vietų. Jei tokiu būdu likviduoti įsiskolinimą nepavyksta, semestro pabaigoje organizuojami specialūs užsiėmimai, kurių metu galima atlikti 1-2 darbus.

Didesni įsiskolinimai likviduojami tik dekanato leidimu.

82

3 priedas

LABORATORINIŲ TYRIMŲ STENDO ERM1 APRAŠYMAS

Laboratorinių tyrimų stendo ERM1 bendras vaizdas pateiktas P.1 paveiksle. Stendą sudaro trys atskiros dalys: „Laidininkų ir dielektrikų tyrimo sritis“, „Puslaidininkių apšviestumo tyrimo sritis“ ir „Magnetinių medžiagų tyrimo sritis“.

P.1 pav. Laboratorinių tyrimų stendo ERM1 vaizdas Stendas įjungiamas jungikliu, kuris parodytas P.1 paveiksle, toliau dirbama

su atskiromis stendo dalimis, priklausomai nuo darbo užduoties. Laidininkų savybių tyrimas ir dielektrikų nuostolių tyrimas atliekamas su stendo dalimi, parodyta P.2 paveiksle.

83

P.2 pav. Laidininkų ir dielektrikų tyrimo srities vaizdas Laidininkų savybių tyrimas atliekamas matuojant rezistorių, parodytų P.2

paveiksle, parametrus prie stendo gnybtų prijungus matavimo prietaisą. Temperatūrinės priklausomybės matuojamos įjungus kaitinimo jungiklį ir fiksuojant temperatūrą temperatūros matuokliu. Skirtingi rezistoriai į matavimo grandinę įjungiami nuspaudžiant mygtukus 1 ÷ 4.

Analogiškai atliekamas ir dielektrinių medžiagų savybių tyrimas matuojant kondensatorių, parodytų P.2 paveiksle, parametrus. Skirtingi kondensatoriai į matavimo grandinę įjungiami nuspaudžiant mygtukus 6 ÷ 10.

Puslaidininkių laidumo priklausomybės nuo apšviestumo tyrimas atliekamas tyrimų stendo puslaidininkių apšviestumo tyrimo srityje, parodytoje P.3 paveiksle.

84

P.3 pav. Puslaidininkių apšviestumo tyrimo srities vaizdas Prie P.3 paveiksle parodytų gnybtų prijungus matavimo prietaisą, matuojama

stende įmontuoto fotorezistoriaus varža. Tiriant varžos priklausomybę nuo apšviestumo, apšvietimo įjungimo mygtuku įjungiama stende įmontuota lempa, kuri apšviečia fotorezistorių. Apšviestumo dydis keičiamas sukant apšviestumo reguliavimo rankenėlę ir matuojamas apšviestumo matuokliu.

Magnetinių medžiagų charakteristikų tyrimas atliekamas magnetinių medžiagų tyrimo srityje, parodytoje P.4 paveiksle. Viršutinėje stendo dalyje yra įmontuotos trys ritės, pagamintos iš skirtingų magnetinių medžiagų: plieno, ferito ir permalojaus. Kiekvienoje ritėje paliktas tarpelis matavimo zondui. Reikiama ritė įjungiama į matavimo grandinę mygtukų 1 ÷ 3 pagalba. Prieš pradedant tirti konkrečią medžiagą, pirmiausia ją reikia išmagnetinti. Tai atliekama įjungus srovės jungiklį bei laikant nuspaustą išmagnetinimo mygtuką ir tuo pat metu lėtai sukant srovės reguliavimo rankenėlę į vieną pusę iki galo, po to į kitą pusę iki galo ir atsukant į vidurinę padėtį, tada išmagnetinimo mygtukas atleidžiamas.

85

P.4 pav. Magnetinių medžiagų tyrimo srities vaizdas Norint gauti medžiagų įmagnetėjimo charakteristikas, reikia pasirinkti

medžiagą, ją išmagnetinti, po to vykdyti įmagnetinimą teigiama ir neigiama srove. Tam, pirmiausiai reikia įjungti srovę jungikliu, parodytu P.4 paveiksle, po to pasirinkti reikiamą srovės kryptį (atitinkamu jungikliu) ir kraštinį jungiklį įjungti į viršų, kad būtų parinktas srovės matavimas. Toliau, srovės reguliavimo rankenėle keičiame srovę, kurios dydį rodo stende esančio matuoklio viršutinė skalė ir matuojame magnetinę indukciją, tam kraštinį jungiklį reikia perjungti į apatinę padėtį, o magnetinės indukcijos dydį rodo matuoklio apatinė skalė.

86

4 priedas

MATUOKLIO ESCORT ELC-3133A APRAŠYMAS

P.5 paveiksle parodytas matuoklio ESCORT ELC-3133A priekinės panelės vaizdas. Žemiau pateikti parodytų dalių paaiškinimai.

P.5 pav. Matuoklio priekinės panelės vaizdas

1. POWER ON/OFF – prietaiso įjungimo/išjungimo mygtukas. 2. Skystųjų kristalų (LCD) ekranas. 3. Jungiklis RS232 funkcijai (sąsajai) įjungti/išjungti. 4. HOLD (REC) – parodymų sustabdymo mygtukas. Paspaudus šį

mygtuką, rodmenys sustabdomi daugiau nei vienai sekundei, kad patogiau būtų nusirašyti.

5. D/Q/θ – nuostolių faktoriaus, kokybės faktoriaus ir fazės kampo matavimo parinkimo mygtukas.

6. FREQ – mygtukas dažnio parinkimui. 7. RANGE (AUTO) – mygtukas matavimo diapazono parinkimui.

Nuspaudus šį mygtuką daugiau nei vienai sekundei, įjungiamas AUTO režimas, t.y. prietaisas automatiškai nustato matavimo ribas.

8. L/C/R (P-S) – induktyvumo, talpos ir varžos matavimo parinkimo mygtukas. Nuspaudus šį mygtuką daugiau nei vienai sekundei, įjungiamas nuoseklaus ar lygiagretaus matavimo režimas.

9. TOL – tolerancijų (nuokrypių) parinkimo mygtukas. 10. REL (CAL) – reliatyvaus režimo ar kalibravimo režimo parinkimo

mygtukas. 11. Apsauginio įžeminimo (apsaugai nuo triukšmų įtakos) prijungimo

jungtis. 12. Įėjimo (matavimo signalo) jungtys. Ekrano ir jame rodomų simbolių vaizdas parodytas P.6 paveiksle. Žemiau

pateikti simbolių paaiškinimai.

87

P.6 pav. Matuoklio ekrano ir jame rodomų simbolių vaizdas

1. AUTO – režimo AUTO indikatorius. 2. LCR – induktyvumo (L), talpos (C) ar varžos (R) matavimo

indikatorius. 3. MAX – maksimalios vertės indikatorius. 4. AVG – vidutinės vertės indikatorius. 5. REL – reliatyvaus režimo indikatorius. 6. MIN – minimalios vertės indikatorius. 7. DH – sustabdytų parodymų indikatorius. 8. θ – fazės kampo matavimo indikatorius. 9. Q – kokybės faktoriaus matavimo indikatorius. 10. D – nuostolių faktoriaus matavimo indikatorius. 11. – antrinis (šalutinis) ekranas. 12. – įspėjamojo garso nuokrypių matavimo režime indikatorius. 13. % – nuokrypio (procentais) indikatorius. 14. deg – fazės kampo matavimo laipsniais indikatorius. 15. kHz – dažnio matavimo indikatorius. 16. MAX AVG MIN – matavimo režimo indikatoriai (min, vid., max). 17. TOL – nuokrypių matavimo režimo indikatorius. 18. 1%5%10%20% – nuokrypių (procentais) indikatoriai. 19. – nenaudojama. 20. – nenaudojama. 21. PAL – lygiagretaus matavimo režimo indikatorius. 22. SER – nuoseklaus matavimo režimo indikatorius. 23. Mk• – varžos (omais) indikatorius. 24 – induktyvumo (henriais) indikatorius. 25 – talpos (faradais) indikatorius. 26 – RS232 režimo indikatorius. Specialūs ekrane vaizduojami simboliai:

1. – rodo užtrumpintas jungtis. 2. – rodo atviras jungtis. 3. – rodo kalibravimo režimą. 4. – rodo sugedusį ar trūkstamą saugiklį.

88

5 priedas

ATASKAITOS VIRŠELIO PAVYZDYS

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

Telekomunikacijų ir elektronikos fakultetas

Elektronikos inžinerijos katedra

Medžiagų mokslas ir inžinerija

Laboratorinio darbo

PUSLAIDININKIŲ ELEKTRINIO LAIDUMO TYRIMAS

ataskaita

Darbą atliko: RB 5/1 gr. stud. Vardaitis Pavardaitis

Darbą priėmė: doc. ... ...

Kaunas, 2011

89

6 priedas

ATASKAITOS PAVYZDYS

Darbo tikslas – ištirti magnetinių medžiagų charakteristikas pagal jų įmagnetėjimo kreives.

Darbo užduotis – gauti plieno, ferito ir permalojaus pagrindines

įmagnetėjimo kreives bei histerezės kilpas ir jų pagalba apskaičiuoti magnetinių medžiagų parametrus.

Darbo eiga

1. Paruošiame darbui ir įjungiame medžiagų tyrimo stendą ERM1. 2. Atliekame pirmojo tiriamojo pavyzdžio (plieno) išmagnetinimą:

- srovės jungiklį nustatome į viršutinę padėtį; - nuspaudžiame perjungiklio „1-3“ mygtuką „1“, taip prijungdami

plieno pavyzdį; - nuspaudę išmagnetinimo mygtuką ir, jo neatleisdami, lėtai sukame

srovės reguliavimo rankenėlę į kraštinę dešinę padėtį, o po to lėtai į kraštinę kairę padėtį. Išmagnetinimo mygtuką atleidžiame.

3. Įstatome matavimo zondą su Holo davikliu į tiriamojo pavyzdžio nemagnetinį tarpelį, zondo žyme į viršų.

4. Išmatuojame pavyzdžio liekamąją indukciją B po išmagnetinimo, srovę nustatę į nulinę padėtį. Gautą vertę įrašome į 1 lentelę.

5. Nustatome jungiklį „Srovės kryptis“ į padėtį „+“. 6. Švelniai sukdami srovės reguliavimo rankenėlę pagal laikrodžio rodyklę

išmatuojame charakteristiką B = f (I). Tam srovę keičiame nuo 0 iki 500 mA. Gautas vertes surašome į 1 lentelę.

7. Švelniai sukdami srovės reguliavimo rankenėlę prieš laikrodžio rodyklę išmatuojame charakteristiką B = f (I), keisdami srovę nuo 500 iki 0 mA. Gautas vertes surašome į 1 lentelę.

8. Pakeičiame srovės kryptį, nustatydami jungiklį į padėtį „-“ ir nuosekliai pakartojame 6 ir 7 punktus. Gautas vertes surašome į 1 lentelę.

9. Pakeičiame srovės kryptį į „+“ ir pakartojame 6 punktą. Gautas vertes surašome į 1 lentelę.

10. Ištiriame ferito ir permalojaus pavyzdžių charakteristikas, atlikdami su jais 2 - 9 punktus. Gautus duomenis surašome į 2 ir 3 lenteles.

90

1 lentelė. Plieno įmagnetėjimo charakteristika

I, mA B+ ↑↑↑↑, mT B+ ↓↓↓↓, mT B- ↑↑↑↑, mT B- ↓↓↓↓, mT B+ ↑↑↑↑, mT H, A/m

0 0 52 -2 0 0 0

100 50 62 -55 -52 45 1130

200 110 118 -115 -112 92 2260

300 150 152 -153 -150 140 3390

400 180 181 -184 -182 180 4520

500 200 200 -207 -207 200 5650

11. Suskaičiuojame magnetinio lauko stiprumo vertes visiems tiriamiems

pavyzdžiams (kiekvienai srovės stiprumo I reikšmei) pagal formulę

l

InH

⋅= ,

čia n – pavyzdžio ritės vijų skaičius; l – vidutinis magnetinės linijos ilgis (l = 2πR, čia R – pavyzdžio žiedo vidutinis spindulys).

Pavyzdžių duomenys: n1 = 1600; R1 = 22,5 mm; – plieno n2 = 1200; R2 = 18,8 mm; – ferito n3 = 1600; R3 = 22,5 mm. – permalojaus 12. Gautas vertes surašome į 1, 2 ir 3 lenteles.

2 lentelė. Ferito įmagnetėjimo charakteristika

I, mA B+ ↑↑↑↑, mT B+ ↓↓↓↓, mT B- ↑↑↑↑, mT B- ↓↓↓↓, mT B+ ↑↑↑↑, mT H, A/m

0 0 0 0 0 0 0

100 45 42 -55 -50 44 1020

200 66 63 -73 -70 62 2040

300 76 73 -82 -80 72 3060

400 78 76 -86 -84 75 4080

500 85 85 -88 -88 87 5100

3 lentelė. Permalojaus įmagnetėjimo charakteristika

I, mA B+ ↑↑↑↑, mT B+ ↓↓↓↓, mT B- ↑↑↑↑, mT B- ↓↓↓↓, mT B+ ↑↑↑↑, mT H, A/m

0 2 14 -2 -2 2 0

100 35 45 -40 -55 30 1130

200 50 53 -60 -62 52 2260

300 64 67 -73 -72 62 3390

400 73 72 -77 -80 75 4520

500 82 82 -90 -90 78 5650

91

13. Nubraižome grafines priklausomybes B1 = f(H), B2 = f(H), ir B3 = f(H).

92

14. Suskaičiuojame pavyzdžių magnetinę skvarbą µ, esant lauko stiprumui, atitinkančiam 300 mA srovės stiprumą

0µµ

⋅=

H

B,

čia µ0 = 4π·10-7 H/m.

23,351014,343390

101507

3=

⋅⋅⋅

⋅=

−

−

plienoµ ;

77,191014,343060

10767

3=

⋅⋅⋅

⋅=

−

−

feritoµ ;

03,151014,343390

10647

3=

⋅⋅⋅

⋅=

−

−

spermalojauµ .

Išvados: Didėjant srovės stipriui, netiesiškai didėja magnetinio lauko

stiprumas ir magnetinė indukcija. Išmagnetinant medžiagas kintamaisiais laukais, susidaro energijos nuostoliai. Liekamoji indukcija ir soties indukcija, didėjant srovės stipriui didėja nežymiai, nekinta arba mažėja dėl paviršinio magnetinio efekto.

93

7 priedas

MAGNETINIŲ MEDŽIAGŲ PARAMETRAI

1 lentelė. Plienų magnetinės charakteristikos

Magnetinė indukcija T, esant

magnetinio lauko stiprumui, A/m Plieno

pavadinimas Markė

HC,

A/m µµµµmax

500 1000 2500 5000 10000

Elektrotechninis nelegiruotas plonaplokštis izotropinis plienas

10895 20895 10848 20848

95

48

3000 5000

1,38 1,50 1,62 1,70 1,81

Rūšinis elektrotechninis nelegiruotas plienas

10864 20861 11861 21864

64 - 1,40 1,50 1,60 - -

Elektrotechninis šalto valcavimo anizotiopinis plonalakštis plienas

3411x 3412x 3413x 3414x

- - - -

1,75 1,85 1,85 1,88

- -

Elektrotechninis šalto valcavimo izotropinis plonalakštis plienas

2011x 2111x 2311x 2411x

1,49 1,46 1,38 1,37

1,60 1,58 1,54 1,50

1,70 1,67 1,64 1,60

1,80 1,78 1,74 1,70

Elelektrotechninis karšto valcavimo plonalakštis plienas

1211x 1311x 1411x 1511x

1,30

1,53 1,48 1,46 1,46

1,64 1,59 1,57 1,57

1,76 1,73 1,72 1,70

x – parametrai, esant juostos storiui 0,5 mm.

2 lentelė. Permalojų magnetinės savybės

Markė Storis, mm µµµµpr µµµµmax HC, A/m BS, T

45H 0,1 2000 20000 24 1,5 0,5 2800 25000 16 1,5

50H 0,1 2300 25000 16 1,5 0,5 3000 35000 10 1,5

79HM 0,1 20000 120000 2,4 0,75 0,5 25000 150000 1,6 0,75

80HXC 0,1 22000 120000 2,4 0,63 0,5 35000 150000 1,2 0,63

94

3 lentelė. Feritų charakteristikos

Markė µµµµpr µµµµmax HC, A/m Br, T ρρρρ, ΩΩΩΩm

2000HH 1800- 2400 7000 9 0,06 l06

600HH 500-800 1600 40 0,17 102

LOOHH 80-120 1700 67 0,2 l06

LOOBH 80-120 280 300 0,165 104

20BЧ 18-28 50 650 0,046 104

LOBЧ1 9-14 3600 1700 0,078 108

6000HM 4800-8000 10000 0,64 0,135 l0-1

lOOOHM 800-1200 2000 0,22 0,086 5·10-1

700HM 550-850 2000 0,40 0,17 20

Spausdinti rekomendavo KTU Telekomunikacijų ir elektronikos fakulteto

studijų programų komitetas

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

ELEKTRONIKOS INŽINERIJOS KATEDRA

Nerijus BAGDANAVIČIUS, Antanas DUMČIUS,

Vytautas MARKEVIČIUS, Dangirutis NAVIKAS

MEDŽIAGŲ MOKSLAS IR INŽINERIJA

Laboratoriniai darbai

Mokomoji knyga

Redagavo autoriai

SL 344. 2011-05-23. 6 leidyb. apsk. l. Tiražas 10 egz.

Kaina sutartinė. Užsakymas 378.

.Išleido leidykla „Technologija“, K. Donelaičio g. 73, 44029 Kaunas

Spausdino leidyklos „Technologija“ spaustuvė, Studentų g. 54, 51424 Kaunas