Методические указания к выполнению лабораторной работы. 1. Исследование зависимости сопротивления термистора RT от рассеиваемой в нем мощности

1. Исследование зависимости сопротивления термистора R _T от рассеиваемой в нем мощности. Исследование выполняется путем измерения R _T при различных значениях тока I _T, протекающего через термистор. В схеме измерительного моста сопротивление двух плеч R7=R9 и, следовательно, при его равновесии R _T = R8, а ток через термистор , где I – ток питания моста. Значение тока питания моста регулируется резисторами R2 и R3 (один – для грубой регулировки, другой – для точной) и измеряется миллиамперметром. Мощность P рассеиваемая в термисторе, подсчитывается по формуле

P = I _T ²·R _T.

Исследования рекомендуется проводить в следующем порядке:

1) включить источник питания моста;

2) переключатель K1 установить в положение “выкл.”;

3) последовательно изменяя ток питания моста I резисторами R2 и R3 через 1 мА в пределах 6…12 мА и через 2 мА в пределах 12…22 мА, каждый раз добиваясь равновесия моста изменением R8, фиксируя его значение при равновесии;

4) рассчитать мощность постоянного тока P, рассеиваемую в термисторе.

Результаты наблюдений и вычислений занести в Таблицу 1.

Таблица 1

Ток моста I, мА	Сопротивление R8, Ом	Ток через термистор IТ, мА	Сопротивление термистора RТ, Ом	Мощность P, мВт
…

По данным Таблицы 1 построить характеристику термистора R _Т= f(P) и определить чувствительность термистора S для максимального, минимального и среднего значений его сопротивления:

,

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранного масштаба; α - угол наклона касательной в точке определения S к оси абсцисс.

2. Проверка согласования сопротивления термисторной головки с фидером генератора. Проверка согласования производится при различных значениях сопротивления R _T с целью определения его максимального значения, при котором в линии передачи СВЧ-мощности обеспечивается режим, близкий к режиму бегущей волны. Сопротивление R _T устанавливается путем изменения тока I _T по методике изложенной в п.1. Для каждого значения R _T с помощью измерительной линии определяется коэффициент стоячей волны (КСВ). Измерение КСВ рекомендуется производить в следующем порядке:

1) включить СВЧ – генератор и измерительный усилитель;

2) установить по шкале генератора частоту 2850 МГц и переключатель вида модуляции в положение “внутр.П”;

3) Установить начальное значение сопротивления R8 (220 Ом) и уравновесить мост;

4) Настроить по частоте селективный микровольтметр на максимум показаний индикаторного прибора, а затем, регулируя мощность СВЧ-генератора, добиться, чтобы стрелка индикаторного прибора находилась во второй половине шкалы;

5) Перемещая каретку измерительной линии, установить ее зонд сначала в точку максимума, а затем – в точку минимума напряженности электрического поля, записать соответствующие этим положениям отсчеты a_макс и a_мин по шкале индикатора;

6) Повторить п.5 для других значений R _T ( через 20 Ом от 220 до 100);

7) Вычислить КСВ по формуле КСВ = .

Результаты измерений и вычислений записать в Таблицу 2.

Таблица 2

R8=RT, Ом	Отсчеты по шкале усилителя	КСВ
αмакс, дел	αмин, дел
…

По данным Таблицы 2 построить график зависимости КСВ от R _T и определить оптимальное значение сопротивление термистора R _{T opt} .

3. Измерение мощности генератора высокой частоты. Измерение производится методом замещения измеряемой СВЧ мощности мощностью постоянного тока. Перед измерением сопротивление R8 устанавливается равным R _{T opt} , а мост приводится в равновесие изменением тока питания моста I (с помощью R2 и R3). Мощность постоянного тока, рассеиваемая в термисторе, определяется по формуле

,

Затем включается генератор СВЧ, что вызывает разбаланс моста за счет изменения R _T. Для восстановления равновесия переключатель K1 замыкают и резисторами R5 и R6 уменьшают ток питания моста на величину D I, необходимую для восстановления равновесия моста. Значения токов I и D I регистрируются по соответствующим амперметрам. Мощность постоянного тока, рассеиваемая в термисторе при втором равновесии моста, определяется по формуле

.

Так как сопротивление R _T в обоих случаях равновесия моста остается неизменным, то равны и рассеиваемые на нем мощности

P₁ = P₂ + P _СВЧ,

где P _СВЧ – измеряемая мощность генератора СВЧ.

P _СВЧ= P₁ – P₂.

После подстановки P₁, P₂ и элементарных преобразований получаем

P _СВЧ =(2 · D I·I –D I ²) ·R_T /4.

Так как D I << I, то P _СВЧ≈D I·I·R _T/2.

На выходе генератора включен аттенюатор, который уменьшает мощность в 50 раз (17дБ). Поэтому измеряемая мощность генератора определяется по формуле

P _ИЗМ =50 ·P _СВЧ=25 · D I·I ·R _T.

Мощность генератора необходимо измерить в двух режимах: модулированных колебаний (переключатель вида модуляции в положение “внутр.П”) и непрерывной генерации (переключатель в положение “Н.Г”.). При измерении поддерживать постоянным уровень выходной мощности СВЧ-генератора в обоих режимах. Данные наблюдений и вычислений занести в Таблицу 3.

Таблица 3

Режим работы генератора	I, мА	DI, мкА	Pизм, мВт
модулированных колебаний
непрерывной генерации

Контрольные вопросы

1. Поясните устройство и перечислите основные характеристики термистора.

2. Поясните схему лабораторной установки и назначение элементов.

3. Почему при изменении тока питания моста нарушается его равновесие?

4. Поясните устройство термисторной головки.

5. Как и для чего в работе производится измерение КСВ?

6. Каким методом осуществляется измерение мощности генератора?

7. Для чего в схему установки включен аттенюатор?

8. Перечислите и поясните основные источники погрешностей измерения мощности термисторным методом.

9. Как изменится результат измерения мощности генератора СВЧ при изменении его частоты в 2 раза?

10. Для чего служит короткозамкнутый четвертьволновый отрезок линии в конструкции термисторной головки?

11. Какие значения мощности можно измерить с помощью данной лабораторной установки?

12. Для чего в лабораторной установке служит измерительная линия?

Литература: [1, с.204-212; с.154-164; 3, с.232-237; 6, с.312-327]

Дата добавления: 2015-04-30