Ответы - final (Ответы на экзамен 1), страница 12

3.создание переключающих термо­резисторов с отрицательным ТКС.

Терморезисторы с положительным ТКС можно разделить на 2 группы

1.Терморезисторы из полупроводникового материала, легированные кристаллы Si (кремния) как n-, так и р-типа имеют положительный ТКС при температуре от криогенных до150°С и выше

2.Терморезисторы с большим ТКС (до 70% на 1^oС), но в более ограниченном диапазоне температур. Материалом в данном случае является поликристаллический полупроводнико­вый титанат бария с большим изменением ТКС при температу­ре 120°С.

Терморезистивные элементы с положительным ТКС выпускают на основе титанато-бариевой керамики.

Основные электрические параметры

1. Габаритные размеры.

2. Величина сопротивления образцов

3. Величина ТКС а в процентах на 1°С

4. Постоянная времени τ (в секундах), характеризующая те­пловую инерционность терморезистора.

5. Максимально допустимая температура tmax

6. Максимально допустимая мощность рассеивания

7. Коэффициент рассеяния Н в Вт на 1°С. Численно равен мощности, рассеиваемой на терморезисторе при разности темпе­ратур образца и окружающей среды в 1°С

8. Коэффициент температурной чувствительности

В =[ (T1*T2)/(T2-T1) *Ln(R1/R2)

1. Коэффициент энергетической чувствительности G в Вт/%R, численно равен мощности, которую нужно рассеять на терморезисторе для уменьшения его сопротивления на 1 %

2. Теплоемкость С в Дж на 1°С.

Основные характеристики терморезисторов

1.ВАХ

г рафик (А) соответствует терморезистору с отрицательным ТКС,

(Б) — с положительным.

2.Температурная характеристика

3 .Подогревная характеристика — характеристика, свойст­венная терморезисторам косвенного подогрева — зависимость сопротивления резистора от подводимой мощности.

Собственный нагрев термисторов

1.Схемы с термисторами, сопротивление которых определяется только температурой окружающей среды. Ток, проходящий при этом через термистор, настолько мал, что не вызывает дополнительного разо­грева термистора.

2. Во вторую группу входят схемы с термисторами, сопротивление которых меняется за счет собственного нагре­ва.

24. Эффект Холла и Пельтье. Эффект Холла.

Под дей­ствием магнитного поля происходит дрейф зарядов в направлении у.

В результате заряды накапливаются на двух противоположных поверхностях образца, перпенди­кулярных к оси у, и создают электрическое поле Fy, которое компенсирует действие силы Лоренца. В условиях равновесия, когда j_y = 0, индуцированное поле

F _y = −ω_c τ_jx /σ_o

j _x=ω_o F_x

Измеряемой величиной в этом эксперименте является F_y , а внешними контролиру­емыми параметрами — j_x и В.

R_H = F_y /(j_x B_z ).

Rн = −ω_c τ / σ_o B_z = -1/nec

Коэффициент Холла в тонких пленках (метод ван дер Пау)

R_H = [V₁₂(В)-V₁₂(0)]d = [V₁₂(B)-V₁₂(-B)]d

I₃₄B 2I₃₄B

Два соседних контакта, например 2 и 3 (I₂₃ ), использу­ются как токовые контакты, а два оставшихся контакта используются для измерения падения напряжения (V₄₁). Результирующее сопротивление R_41,23 = |V₄₁| / I_23.

Затем производится второе измерение, при котором ток протекает между контакта­ми 1 и 3, а напряжение измеряется между контактами 2 и 4.

ρ = πd (R_24,13 + R_41,23 ) ƒ / 2Ln2

ƒ — множитель, зависящий от отношения R_24,13 / R_41,23

Явление Пельтье.

Если через контакт двух материалов пропустить электрический ток, то в контакте происходит выделение или поглощение тепла в зависимо­сти от направления тока.

dQ₁₂ = П₁₂Idt П₁₂ — коэффициент Пельтье

Если внешний ток совпадает по направлению с термотоком, возникающим при нагревании данного контакта, то этот контакт охлаждается. Кроме того, на контакте обычно суще­ствует контактная разность потенциалов, обусловленная разностью ра­бот выхода электронов, в поле которой электроны ускоряются или за­медляются. Этот эффект тоже вносит свой вклад в теплоту Пельтье.

25. Медь и ее сплавы. Алюминий и его сплавы.

Медь — сравнительно дорогой и дефицитный металл, поэтому требует экономного расходования. Химически малоактивна. В сухом и влаж­ном воздухе, а также в пресной воде при 20°С медь достаточно ус­тойчива к коррозии; незначительно корродирует только в морской воде. В сухом воздухе ниже 185°С с кислородом не взаимодействует. При нагревании до 375°С медь окисляется с образованием однооки­си СuО, имеющей черный цвет, а выше 375°С образуется полуокись Сu₂О. На нее мало влияют соляная и серная кислоты небольшой концентрации (до 80%). Однако в концентриро­ванной азотной и горячей концентрированной серной кислоте медь растворяется. На воздухе в присутствии влаги и углекислого газа на ее поверхности постепенно образуется зеленый налет основного кар­боната меди. Медь марки МТ применяют там, где требуется обеспечить вы­сокую механическую прочность σв, твердость и сопротивляемость истиранию. После отжига получают мягкую (отожженную) медь (ММ) которая пластична, характеризуется большим удлинением перед раз­рывом и имеет электропроводность на 3—5% выше, чем у МТ. Однако при отжиге предел прочности на разрыв и твер­дость снижаются. Удельная электро-пооводность стандартной меди при 20°С равна 58 МСм/м, соответст­венно р = 0,017241 мкОм•м, а ТКр = 4,3•10^-3 К^-1 . Круглую проволоку из меди марок МТ и ММ изготавливают диаметром от 0,02 до 10 мм. Ленточную медь широко используют для экранирования кабелей связи и радиочастотных кабелей. Очень вредно присутствие в меди ки­слорода — он приводит к образованию оксидов меди, вызывающих увеличение удельного сопротивления.

Сплавы меди

Бронзы — это сплавы меди с небольшим содержанием одного или нескольких химических элементов (Sn, Si, P, Be, Cr, Mg, Cd и др.), которые дают название бронзам. Маркируют бронзы буквами Бр, по­сле которых идут буквы, указывающие легирующие элементы, и циф­ры, показывающие количество этих элементов в целых процентах. Атомы примеси (в том числе легирующей), внедряясь в кристалличе­скую решетку, увеличивают ее деформацию и концентрацию дефек­тов. Выше предел прочности на разрыв и твер­дость, меньше относительное удлинение перед разрывом. Бронзы лучше обрабатываются на металлоре­жущих станках и обладают более высокими литейными свойствами, чем медь. Кадмиевую бронзу применяют в качестве контактного провода для электрифици­рованного транспорта и коллекторных пластин в электрических ма­шинах. Еще большей механической прочностью обладает бериллиевая бронза. У твердотянутых бронз механическая проч­ность σв и удельное сопротивление ρ выше, чем у отожженных бронз.

Латуни — это сплавы системы Си—Zn с максимальным содержанием Zn 45 %. При повышении концентрации Zn до 45% увеличива­ется механическая прочность. Максимальная пластичность наблю­дается при содержании Zn около 37%. В некоторые марки латуней для улучшения того или иного свойства вводят в небольшом количе­стве один или несколько химических элементов (Sn, Pb, Fe, Mn, Nj или Al). Маркируют латуни буквой Л и цифрой, указывающей про­центное содержание меди. . Главная отличительная особенность латуни от чистой меди — повы­шенная механическая прочность ав при достаточно высоком удлине­нии перед разрывом. Латуни лучше, чем бронзы, обрабатываются штамповкой, глубокой вытяжкой и т.п. Они широко используются для изготовления токопроводящих винтов, гаек, шайб, шпилек, шты­рей, гнезд, упругих элементов и для коммутирующих узлов и штеп­сельных разъемов.

Алюминий

ρ = 2,8•10^-8 Ом•м, Tпл= 657—660°С, плот­ность 2,7 Мг/м³ . Преимущество алюминия как провод­никового материала заключается в том, что он дешевле и более дос­тупен, чем медь. Удельное сопротивление алюминия больше р меди в 1,63 раза, плотность — в 3,5 раза меньше. Присутствие в алюминии примеси существенно снижает его удельную электропроводность и изменяет механические свойства. Благодаря высокой пластичности, алюминий хорошо поддается прокатке и волочению. Твердый алюминий (AT), который имеет повышенные механическую прочность, твердость и удельное сопро­тивление. Ме­тодом волочения или прокатки из алюминия, так же как из меди, получают проволоку (круглую диаметром от 0,08 до 10 мм, прямо­угольную, сегментную или секторную) или пластины, ленту и фольгу (толщиной до 5—7 мкм). Алюминий — активный металл. Благодаря высокому сродству к кислороду, на воздухе он быстро покрывается тонкой (толщина порядка нм) и плотной пленкой оксида алюминия А12О3, которая за­щищает внутренние слои от дальнейшей коррозии. Пленка А12О3 об­ладает высоким удельным сопротивлением (ρ > 1 •10¹⁴ Ом-м) и при на­пряжениях менее 1 В может служить естественной межвитковой изоляцией. Недостатком такой изоляции является ограниченная гибкость про­волоки и заметная ее гигроскопичность.

Сплавы алюминия

Сплавы алюминия обладают более высокими значениями меха­нической прочности σв, твердости НВ, износостойкости, нагревостойкости и удельного электросопротивления ρ, но меньшим значе­нием относительного удлинения перед разрывом δ, чем чистый алюминий.

Дюралюмины — это сплавы системы А1—Си—Мп; Мп введен для повышения коррозионной стойкости сплавов. Наиболее известны сплавы Д1, Д16, Д18. Они хорошо деформируются в горячем и хо­лодном состоянии. Для их упрочнения применяют закалку в воде и естественное старение (около 5 сут). Сплав Д16 используют в строи­тельных конструкциях средней и повышенной прочности, для обшивки и изготовления некоторых элементов самолетов, для кузовов грузовых автомобилей и т.д.

Сплавы авиаль (АВ) менее прочны, чем дюралюмины, зато обладают большей пластичностью как в горячем, так и в холодном состоянии, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии. Спла­вы авиаль используют в легких конструкциях, где требуется их де­формация при монтаже.

Жаропрочные алюминиевые сплавы могут быть как литейными (на­пример, AJ121), так и деформируемыми (например, АК4). Эти спла­вы используют для изготовления деталей, работающих при темпера­турах 250—350°С. Повышенная жаропрочность достигается высоким содержанием Си, а также Мп, Mg и Ti

26. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Области их применения

Требования, предъявляемые к свойствам магнитомягких материа­лов, в значительной степени определяются областью их применения. Для этих материалов характерными являются малая коэрцитивная сила, высокая магнитная проницаемость, высокая индукция насы­щения даже в слабых полях. Материалы, применяемые в перемен­ных магнитных полях, кроме того, должны иметь высокое электри­ческое сопротивление для уменьшения потерь на вихревые токи.

В электро- и радиотехнике магнитомягкие материалы широко применяют в качестве магнитных изделий (разнообразных сердечни­ков, магнитопроводов, полюсных наконечников, телефонных мембран, магнитных экранов и т.д.) в различных приборах и аппаратах: реле, дросселях, трансформаторах, электрических машинах и т.д. В микроэлектронике их используют как элементы интегральных схем.

Как было показано в гл. 14.2.5, значения коэрцитивной силы Нс и магнитной проницаемости μ металлических магнитных материалов зависят от степени деформации кристаллической решетки и размера зерна. Чем меньше содержание примесей в материале, однороднее его структура (она должна быть однофазной), меньше внутренних напряжений, дислокаций и других дефектов, тем меньше Нс и боль­ше μ. Поэтому металлические магнитомягкие материалы должны иметь: минимальную концентрацию вредных примесей (особенно кислорода, углерода, серы, фосфора), которые образуют нераствори­мые в металле химические соединения (оксиды, карбиды, сульфиды, фосфиды), а также крупнозернистую структуру и минимальное со­держание внутренних напряжений, дислокаций и других дефектов. Для этого выплавку большинства этих материалов производят в ва­кууме или иной инертной среде, а полученные из них магнитные из­делия подвергают отжигу, который производят обычно при темпера­туре 900— 1200°С в вакууме или в среде сухого водорода.