Әдістемелік нұСҚаулар ақпарат алудың физикалық негіздері

Жұмысты орындау тәртібі

1. 
   Қондырғының сұлбасымен танысу.
   

1. 
   Зерттеу объектісі.
   
2. 
   өлшеуіштік қондырғы.
   

2. 
   Өлшеуіштік қондырығының және зерттеу объектісін өлшеуіштік қондырғының артқы панеліндегі және зерттеу объектісінің алдыңғы панеліндегі СЕТЬ деген жазуы бар кілттер арқылы желіге қосу керек. Осы кезде өлшеуіштік қондырғының Ом деген индикаторында нөл, ал ^оС индикаторында – қоршаған ортаның температурасы тұруы керек. Өлшеуіштік қондырғының қалған индикаторлары жанып турмау керек. Зерттеу объектісінде СЕТЬ индикаторы жанып тұру керек, ал ВЕНТ деген индикатор сөніп тұруы керек.
   
3. 
   5 мин қыздыру керек.
   
4. 
   Зерттеу объектісінің алдыңғы панелінде орналасқан ОБРАЗЕЦ кілті арқылы кедергісі зерттелетін объектті таңдаңыз.
   

«2»-температуралық коэффициенті төмені болатын балқыма (манганин немесе константан);

«3»-жартылай өткізгіш (жартылай өткізгішті терморезистор);

«0»-өлшеуіштік қондырғыны өлшеуіштік шығысы қысқартылған.

2. 
   Қыздырылған кезде үлгінің кедергісін өлшеу келесі ретпен жүргізіледі.
   
3. 
   Өлшеуіштік қондырғыдағы НАГРЕВ дене батырманы басыңыз (осы кезде НАГРЕВ индикаторы жану керек).
   
4. 
   ^оС индикаторын (оның көрсеткіші өсу керек) бақылай отырып, қажет болатын өлшеу температурасына дейін жеткен кезде (өлшеу температралары қатарын әр 5 немесе 10 ^оС сайын алған дұрыс) СТОП ИНД батрмасын басыңыз (осы кезде СТОП ИНД сөнеді). Алынған мәндерді 1-кестеге жазыңыз.
   
5. 
   Осындай әрекеттерді орынай отырып, қыздыру кезіндегі температурадан үлгі кедергісінің тәуелділігін алуға қажет болатын өлшеулерді жүргізіңіз.
   
6. 
   Қыздыру температурасының максимал мәніне (100…120 ^оС) жеткен кезде зерттеу объектісіндегі НАГР мен ВЕНТ батырмаларын (немесе бірден ВЕНТ батырмасын) басыңыз. Осы кезде өлшеуіштік қондырғыдағы НАГРЕВ индикаторы өшуі керек және өлшеуіштік қондырғы мен зерттеу объектісіндегі ВЕНТ индикаторлары жану керек.
   
7. 
   ^оС индикаторын бақылай отырып (оның көрсеткіші төмендеу керек), қажет болатын температураларға (төмендеу температуралары) сәйес келетін Ом индикаторындағы көрсеткішін СТОП ИНД режимін қосып-сөндіріп жазып алыңыз. Алынған мәндерді 2-кестеге жазыңыз.
   
8. 
   Зерттеу объектісінің алдыңғы панелінде орналасқан ОБРАЗЕЦ кілті арқылы кедергісі зерттелетін екінші үлгіні таңдаңыз және 5п. Сәйкес әрекеттерді жасаңыз.
   
9. 
   Зерттеу объектісінің алдыңғы панелінде орналасқан ОБРАЗЕЦ кілті арқылы кедергісі зерттелетін үшінші үлгіні таңдаңыз және 5п. Сәйкес әрекеттерді жасаңыз.
   

1-кесте

№	Үлгі		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Металл	t оС
		R Ом
2	Балқыма	t оС
		R Ом
3	Жарт.өтк.	t оС
		R Ом

2-кесте.

№	Үлгі		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Металл	t оС
		R Ом
2	Балқыма	t оС
		R Ом
3	Жарт.өтк.	t оС
		R Ом

Бақылау сұрақтары

1. 
   Электрлік қасиеттеріне байланысты металдар мен жартылай өткізгіштердің арасындағы айырмашылық қандай?
   
2. 
   Жартылай өткізгіштердің технологиялық қолданысын атап өтіңіз.
   
3. 
   Терморезистр деген не және терморезистордың материалы ретінде неліктен жартылай өткізгішті алынады?
   
4. 
   Меншікті және қоспалы жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдаушылардың температуралық тәуелділігін түсііндіріп беріңіз.
   
5. 
   Электр өткізгіштік пен кедергінің меншікті және қоспалы жартылай өткізгіштердің температураларынан тәуелділігін түсіндіріңіз.
   
6. 
   Терморезисторлардың ВАС түрі қандай? U(I)тәуелділігін түсіндіріңіз.
   

№ 6 Зертханалық жұмыс

Сыртқы фотоэффект үшін Столетовтың келесі заңдары белгіленген:

1) фотоэффект инерциалды емес, яғни жарықтандыра бастаған мезетпен фотоэлектрондардың пайда болуының арасында кешігу жоқ;

2) заттың бетінен бірлік уақытта ыршып шығатын электрондар саны түскен, жарықтың спектралды құрамы өзгермеген жағдайда, жарықтың интенсивтілігіне тура пропорционал;

3) заттан ыршып шығатын электрондардың жылдамдығы, жұтылатын жарықтың жиілігінің функциясы болып табылады. Жиілік артқан кезде фотоэлектрондардың жылдамдығы, яғни, олардың бастапқы кинетикалық энергиясы да сызықты артады;

4) әр бір зат үшін анықталған қандай да бір минимал жиілік бар, егер жарық жиілігі одан төмен болса фотоэффект байқалмайды. Ол жиілік фотоэффекттің қызыл шегі деп аталады.

Эйнштейн кванттық үрдістерде энергияның сақталу заңының негізінде электрондардың жарықтың әсерінен ыршып шығу кезіндегі энергиясы мен сол жарықтың жиілігінің арасындағы сандық байланысын анықтаған; яғни Эйнштейн теңдеуі
(1)
мұндағы = 6,62 10^-34Дж с –Планк тұрақтысы;

- түскен жарықтың жиілігі;

- түскен фотонның энергиясы;

m – электрон массасы;

- ыршып шығатын электронның жылдамдығы;

- электронның металдан шығу жұмысы.

Бұл теңдеуді былай түсіну қажет: энергиясы фотон металға түскен кезде өзінің энергиясын электронға береді. Ол энергия, біріншіден, электронның металдан шығу жұмысын атқаруға, екіншіден, электронға кинетикалық энергияны беруге жұмсалады. Егер болса фотоэффект байқалмайды. Заттардың көбі үшін фотоэффекттің қызыл шегі спектрдің ультракүлгін бөлігінде жатыр және тек сілтілік металдар үшін ол көрінетін және кейде инфрақызыл бөлігінде болады.

Сыртқы фотоэффектті фотоэлементтердің негізгі сипаттамалары:

Вакуумды фотоэлементтің артықшылығы, олардың тұрақтылығы және жарық ағыныны мен фототоктың сызықтық тәуелділігі болып табылады.

Бірақ олардың сезімталдығы жоғары емес (1лм жарық ағынына 20-100 мкА). Фотоэлементтерді техникалық қолдану кезінде әлсіз бастапқы фототоктарды алдымен фотоэлементтердің өзінде күшейту қажеттілігі туындайды. Фотоэлемент қысымы төмен (-10^-2мм сынап бағанасындағы) қандай да бір инертті газбен толтырылады. Токтың күшеюінің себебі катодтан ыршып шыққан фотоэлектрондар электр өрісінен үдеу алып газ молекулаларын иондайтындықтан болады, яғни жаңа электрондар туындайды. Газбен толтырылған фотоэлементтердің сезімталдығы біршама жоғары, бірақ олардың инерционалдығы да жоғары және вольт-амперлік сипаттамасы сызықты емес, ал ол болса олардың қолдануын шектейді. Бастапқы фототокты қосымша электродтардан алынған екінші электронды эмиссияның көмегімен күшейтудің басқа бір әдісі фотоэлектронды көбейткіш деп аталатын– ФЭУ құралдың негізінде жатыр. Ондай электродтар 10-15 шамасында. Бұл жүйелердің күшейткіш коэффициенті 10⁷ - 10⁶ -ке, ал ФЭУ интегралды сезімталдығы мың ампер люменге дейін жетеді. Соның нәтижесінде шағын жарық ағының тіркеуге болады. Қазір біркаскадты және көпкаскадты фотокөбейткіштер кең қолданылады.

Жұмысты орындау тәртібі:

2 суретте тәжірибелі сынаққа арналған қондырғының схемасы келтірілген

Ф – фотоэлемент, S – жарық көзі, V – вольтметр, мкА – микроамперметр, R – потенциометр.

Фотоэлемент және жарық көзі оптикалық орындықта орнатылады.

Вольт-амперлік сипаттаманы алу үшін:

1) жарықтандырғышты фотоэлементтен (жарық ағынын) алыс емес арақашықтыққа орнатыңыз;

2) анодтағы кернеуді біртіндеп арттыра отырып (6-10В-тан кейін) вольтметрдің және амперметрдің көрсеткіштерін 1 кестеге жазыңыз;

3) жарық көзінің орнын біраз ауыстырып 1 және 2 пункттегі өлшеулерді қайталаңыз;

1 кесте

I, mA
U, В

4) Вольт-амперлік сипаттаманы I=f(U) құру.

Жарықтық сипаттаманы алу үшін:

1) Қанығу аймағындағын сипаттайтын кернеуді I=f(U) графигінен анықтау;

2) Қанығу аймағына (I_Н) сәйкес келетін анодты кернеуді орнату, мұндағы I_Н –жарық ағынының екеуі үшін қанығу тогы. Жарықтандырғыш пен фотоэлемент арасындағы арақашықтықты өзгерте отырып (5-6 рет), фотоэлементтің әйнегінің жарықтануын люксметрмен өлшеу. Ол арақашықтықтар үшін микроамперметр көрсеткіштерін 2 кестеге жазу;
2 кесте

Е, лк
Ф, лм
I, мкА
J, мкА/лм

3) Әр бір арақашықтық үшін жарық ағынын есептеу

Ф = ЕS (2)
мұндағы S –фотоэлемент ауданы, S = м²;

4) жарық ағынының барлық мәндері үшін сезімталдықты есептеу ;

5) I_Н= f(Ф) графигін құру.
Ескерту: Люксметр шегін 3 10³ Лк-ға орнату.
Бақылау сұрақтары

1. Фотоэффект деп қандай құбылыс аталады.

2. Фотоэффекттің қандай түрлерін білесіңдер.

3. Фотоэффект заңы (Столетов заңы).

4. Эйнштейн теңдеуін жаз және түсіндір.

5. Фотоэлементтің құрылысы және жұмысы.

1. 
   Бриндли Кейт. Измерительные преобразователи: справочное пособие./ Бриндли Кейт. –М.: Энергоатомиздат, 1991-143с.
   
2. 
   Бусурин В.И. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применение./ Бусурин В.И. – М.: Энергоатомиздат, 1990-254с.
   
3. 
   Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналоговых электронных устройств/ Волович Г.И. 2-еизд. М.: Додэка-21, 2007-528с.
   
4. 
   Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления: Учебн. пособие/ Келим Ю.М. – М.: Форум-Инфра-М. 2004-383с.
   
5. 
   Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы стстем автоматики: Учебное пособие для студ. проф.оброзования по спец./ Келим Ю.М. –2-е изд, М.: Высшая школа, 2004-352с.
   

6. 
   Антипенский Р. Схемотехническое проектирование и моделирование ражиоэлектронных устройств.- Под.ред. Антипенский Р. –.: Техносфера, 2007-127с.
   
7. 
   Безуглов Д.А. Цифровые устройства и микропроцессоры./ Под.ред. Безуглов Д.А. –Феникс, 2006-469с.
   
8. 
   Бейли Д. Волоконная оптика: теория и практика./ Бейли Д. –М.: КУДИЦ-ПРЕСС. 2008-320с.
   
9. 
   Датчики температуры: каталог продукции. –М.: [б.и.]/ Ч1.–2006.
   
10. 
    Шарапов В. Пьезоэлектрические датчики./ Шарапов В. –М.:Техносфера, 2006-628с.
    
11. 
    Котюк А.Ф. Датчики современных измерениях./ Котюк А.Ф. –М.: Радио и связь: Горячая линия – Телеком, 2006-96с.
    
12. 
    Пилипович В.А. и др. Многоэлементные фотоприемники в преобразователях перемещений./ Пилипович В.А. и др. –М.: Наука и техника, 1991-182с.
    
13. 
    Шрайбер Г. 450 интересных радиоэлектронных схем. М.: ДМК ПРЕСС, 2008-368с.