Короткі теоретичні відомості

Мета роботи – експериментально дослідити вплив матеріалу діелектрика та конструкції на електричні параметри конденсатора.

Конденсатор – пасивний елемент електронних апаратів, який має здатність накопичувати електричні заряди і таким чином запасати електричну енергію в електричному полі.

Основною характеристикою конденсатора є кулонвольтна характеристика, а основним параметром - електрична ємність, яка характеризує здатність накопичувати задану кількість зарядів на його обкладках при відповідній різниці потенціалів між ними:

,

де С - електрична ємність конденсатора;

q і U - заряд і напруга на обкладках конденсатора.

Конденсатори мають реактивний опір:

,

де - кутова частота.

Частотна залежність опору конденсатора дозволяє на їх основі створювати фільтри, коливальні контури, елементи затримки.

У реальних конденсаторів спостерігаються також явища накопичення енергії у магнітному полі та перетворення електричної енергії в теплову і розсіювання її у навколишнє середовище. Заступна схема конденсаторів внаслідок цього містить, крім ємнісного, індуктивний та резистивний елементи (рис. 3.1). На рисунку використовуються такі позначення: - властива індуктивність конденсатора; - опір втрат, які зумовлені поляризацією діелектрика на змінному струмі; - опір ізоляції, зумовлений присутністю вільних електронів у діелектрику.

Комплексний опір такого кола:

, (3.1)

де – реактивний опір ємнісного елемента;

– реактивний опір, зумовлений властивою індуктивністю;

- кутова частота;

, , - опір втрат, властива індуктивність і опір ізоляції конденсатора.

Рисунок 3.1 - Схема заступна конденсатора

 

На резонансній частоті реактивна частина опору дорівнює нулю, а між активним і реактивним опорами виконуються співвідношення:

; (3.2)

, (3.3)

де і - реактивні опори і на резонансній частоті.

У високочастотному діапазоні , і співвідношення (3.1) - (3.3) перетворюються до вигляду:

; ; (3.4)

У низькочастотному діапазоні , , заступна схема конденсатора скорочується до двох елементів ( і ), а комплексний опір приймає вигляд:

. (3.5)

 

Порядок виконання роботи

 

При виконанні роботи дотримуйтесь рекомендованого порядку:

а) Ознайомтесь з робочим місцем, де виконується лабораторна робота; схемою вимірювання, яка зображена на рис.3.2; вимірювальними приладами, які використовуються при виконанні роботи; порядком проведення експерименту і обробки його результатів. Підготуйте чотири таблиці для запису результатів експерименту за зразком табл. 3.1.

Рисунок 3.2 - Схема вимірювань

Ознайомтесь із зразками RC - фільтрів, частотні характеристики яких досліджуються, використовуються взірцеві резистори типу С2-10, опір яких не залежить від частоти в діапазоні частот. Запишіть умовні позначення і параметри взірцевих резисторів і конденсаторів усіх зразків RC - фільтрів.

б) З дозволу викладача підключіть до електричної мережі високочастотний генератор і вольтметри змінного струму.

Підключіть до лабораторного стенда вимірювальний RC - фільтр. Установіть частоту генератора f =100 кГц і середнє значення напруги на його виході. Проведіть вимірювання вихідної напруги фільтра. Результати вимірювань запишіть у перший і другий рядки таблиці.

Таблиця 3.1 - Передаточні характеристики RC - фільтра нижніх частот

Частота	кГц	МГц
, В
, В

 

в) Змінюючи частоту низькочастотного генератора в діапазоні від 100 до 50 МГц проведіть вимірювання напруг і . Проведіть вимірювання також на резонансній частоті , на якій вихідна напруга приймає найменше значення. Результати вимірювань записуйте до заготовки таблиці. В процесі вимірювань бажано напругу підтримувати постійною.

г) Проведіть такі ж самі вимірювання для усіх зразків RC - фільтрів, які видані для дослідження. Не забувайте при цьому поряд з таблицями вимірювання записувати параметри конденсатора і взірцевого резистора відповідного RC - фільтра.