пособие (774869), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При повышение температуры ослабевают связи между отдельнымиионами, что облегчает их взаимодействие под действием внешнего поля иэто приводит к увеличению ионной поляризации и диэлектрическойпроницаемости ε. Ввиду малости времени установления состояния ионнойполяризации (порядка 1013 Гц, что соответствует собственной частотеколебания ионов в кристаллической решетке) изменение частоты внешнего21поля в обычных рабочих диапазонах практически не отражается на величинеε в ионных материалов.3. Диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков сильнозависит от их температуры и частоты внешнего поля. С возрастаниемтемпературы увеличивается подвижность частиц и уменьшается энергиявзаимодействия между ними, т.е.
облегчается их ориентация под действиемвнешнего поля – возрастает дипольная поляризация и диэлектрическаяпроницаемость. Однако этот процесс продолжается лишь до определеннойтемпературы. При дальнейшем нагреве кинетическая энергия движениячастиц настолько возрастает, что разрушает ориентацию, вызваннуювнешним полем. При дальнейшем возрастании температуры проницаемостьε уменьшается.Так как ориентация диполей по направлению поля осуществляется впроцессе теплового движения и посредством теплового движения, тоустановление поляризации требует значительного времени. Это времянастолько велико, что в переменных полях высокой частоты диполи неуспевают ориентироваться по полю, и проницаемость ε падает.Диэлектрические материалы.По составу и свойствам все диэлектрические материалы можноразделить на две большие группы:1) органические материалы на основе углерода;2) неорганические материалы на основе оксидов.Представителями первой группы являются полимеры, которыеблагодаря высокому удельному сопротивлению, низкой стоимости итехнологичности завоёвывают всё более прочные позиции средидиэлектрических материалов.Небольшое число неполярных линейных полимеров (полистирол,полиэтилен,полипропилен,фторопласт-4)составляютгруппусверхвысокочастотных диэлектриков.
Среди них наиболее перспективенфторопласт-4 (- СF2 -)n, имеющий очень высокое удельное сопротивление(1018 Ом*⋅м) и низкий tgδ (2*10-4) на частотах до 1010 Гц. В отличие от другихлинейных полимеров фторопласт-4 термо- и хладостоек и сохраняетработоспособность в интервале температур от –270 до +300oC.Остальные неполярные материалы СВЧ-техники имеют сравнительноневысокую температуру размягчения и легко получаются в виде оченьтонкой плёнки высокого качества.
Эти свойства позволяют широкоприменять их при производстве конденсаторов.22Среди композиционных материалов на основе полимеров следуетвыделить стеклотекстолит, состоящий из стеклоткани, пропитанной смолами.В качестве связующего могут использоваться фенолформальдегидные,эпоксидные и кремнийорганические смолы. Среди слоистых пластиков, ккоторым также относятся гетинакс и текстолит, стеклотекстолит обладаетлучшими механическими и тепловыми свойствами и является основнымматериалом при изготовлении печатных плат.Типичным представителем группы неорганических материаловявляется керамика, получаемая путём спекания порошкообразного сырья притемпературе, меньшей температуры плавления.
По строению керамикаотносится к ионным кристаллам, для неё характерна преимущественноионная поляризация.В зависимости от состава и технологии изготовления керамика можетобладать значениями ε и tgδ, лежащими в очень широком диапазоне, что всвою очередь, расширяет спектр ее применения. Лучшие виды керамическихматериалов применяют в СВЧ технике. Керамики на основе окиси титанаTiO2и титаната бария BaTiO3 отличается исключительно высокимизначениями ε и поэтому находит применение в качестве диэлектриков дляконденсаторов.Керамические материалы типа ВК-94-1 (22С) и поликор относятся квысокоглиноземной керамике (ВК-94-1 содержит 96% Al2O3, а поликор –99,5% Al2O3).
Эта группа материалов имеет очень низкие диэлектрическиепотери в диапазоне радиочастот и небольшие значения ε (несколько единиц).Кроме того, они обладают повышенной нагревостойкостью (до 1660о С) ихорошей теплопроводностью, что позволяет использовать их в качествеподложек для гибридных ИСЗначения параметровприведены в таблице 2.1.рассматриваемыхвработедиэлектриковТ а б л и ц а 2.1МатериалПараметры6ε при f = 10 ГцФторопласт-4СтеклотекстолитПоликорВК-94-11,9 – 2,25,310,510,3tgδ при f = 106 Гц0,0002 – 0,00030,001 – до 0,052*10-46*10-4ρv, Ом*м1014 – 1016109 - 101110121011Eпр, КВ/мм40 – 25020 - 3030 – 3535 - 45Содержание задания.1.
Рассчитать диэлектрическую проницаемостьдиэлектрических потерь исследуемых материалов.2. Определить какой материал был исследован.итангенсугла23Порядок выполнения.1.2.3.4.5.6.Включить прибор «Измеритель добротности ВМ 560».К клеммам Lx подключить катушку индуктивности.Установить соответствующий диапазон частот.Переключатель «Q – ΔQ» в положение «Q».Переключатель «Пределы Q» установить в положение 300.Провести калибровку прибора ВМ 560/ удерживая кнопку «КалибровкаQ∇» нажатой ручкой «Q∇» установить стрелку прибора под красныйтреугольник.
Отпустить кнопку «Калибровка Q∇».7. Вращая ручку «Емкость pF» установить емкость в положение 330 (С1).8. Вращая ручку «Частота добиться максимального отклонения стрелкиприбора, что соответствует резонансу в контуре.9. Определить значение частоты f и занести его в таблицу 2.2.№п/п1.2.FКГцС1pF330330Q1С2pFQ2ΔQ= Q1 - Q2Таблица 2.2С1= С1- С2εtgδ10. Определить значение добротности Q1 по стрелочному прибору и занестиего в таблицу.11. Подключить исследуемый конденсатор к клеммам Сх прибора.12. Настроить контур в резонанс ручкой «Емкость pF», оставляя частотунеизменной.13. Определить значение полученной емкости С2 и добротности Q2.14. Повторить пункты 6 – 13 задания с другими конденсаторами.Расчетная часть.ε = (3,6 · π · Сх · d)/ S,где: Сх - в pF, d – в см, S – в см2tgδ = (С1 · ΔQ)/ Сх · Q21 · Q21,размеры S и d указаны непосредственно на образце.Примечание: при измерениях получены эффективные значениядобротности Q1 и Q2. Истинные значения добротности Q11 и Q21определяются по формулам:Q1 1 = Q1 (С1 + Со) /С1Q21 = Q2 (С1 + Со) /С124где: Со – собственная емкость катушки индуктивности, значениекоторой определены в таблице 2.3.Таблица 2.3.№ катушки4567891011индуктивностиСобственнаяемкость (pF)8,537,965,335,835,1654,94,8Определить по полученным параметрам материал диэлектрика, пользуясьтаблицей 2.1.Содержание отчёта.1.
Цель и задачи исследования.2. Расчётные формулы.3. Результаты измерений и расчёты диэлектрической проницаемости итангенса угла диэлектрических потерь исследуемых материалов.4. Анализ полученных данных, определение вида исследуемогоматериала и выводы по полученным зависимостям.Контрольные вопросы.1. Что такое поляризация, почему она наблюдается в диэлектриках и не имеетместа в металлах?2. Что такое диэлектрическая проницаемость?3. Чем отличаются четыре основных механизма поляризации: электронная,ионная, дипольная, миграционная?4. Какие токи протекают в диэлектрике?5. Что такое тангенс угла диэлектрических потерь? Привести векторнуюдиаграмму токов.6. Керамика.
Основные свойства и области применения.ЛитератураМатериалы микроэлектронной техники / Под ред. В.М. Андреева –М.:«Радио и связь», 1989 г. с. 271-277.25Работа 3ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ.Цель работы - изучение свойств магнитных материалов и методовопределения их основных параметров, исследование зависимости магнитнойпроницаемости от напряженности и частоты электромагнитного поля.Краткие теоретические сведенияВсе вещества в природе обладают определенными магнитнымисвойствами и определенным образом взаимодействуют с внешниммагнитным полем. Магнитные свойства вещества зависят от магнитныхсвойств изолированных элементарных частиц, структуры атомов и молекул, атакже их групп.Элементарными источниками магнетизма в веществе являютсяспиновые магнитные моменты его электронов, создаваемые движениемэлектронов вокруг собственной оси и направленные вдоль оси вращенияэлектронов.
Спиновые моменты большинства электронов в атоме взаимнокомпенсируются, и магнитные свойства атома, по существу, обусловленытем небольшим числом электронов, спиновые моменты которых осталисьнескомпенсированными. Например, у атома железа таких электронов четыре из двадцати шести, у атома кобальта - три, у никеля - два.Основные параметры, характеризующие магнитные свойстваматериаловПри наложении внешнего магнитного поля спиновые моментыориентируются вдоль поля, создавая в веществе дополнительное внутреннеемагнитное поле. Таким образом, магнитное поле в веществе являетсявекторной суммой двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, ихарактеризуется вектором магнитной индукции B, которая определяетстепень намагничивания материала во внешнем поле.Относительной магнитной проницаемостью называется отношениевеличины индукции B к соответствующему значению напряженностимагнитного поля Нμ=Β⁄μ0Η,(3.1)-7где: μ0 - магнитная постоянная вакуума, равная 4π•10 Гн/м;Η - напряженность внешнего магнитного поля.Относительная магнитная проницаемость - величина безразмерная,для вакуума μ = 1.26Классификация материалов по магнитным свойствамВ зависимости от магнитного состояния вещества разделяются надиамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики и ферримагнетики.Диамагнетики - вещества, в атомах которых все электронныеоболочки полностью заполнены и все спиновые моменты атомов попарноскомпенсированы.
Такие атомы не обладают результирующим магнитныммоментом, индуцированный внешним полем момент имеет малую величинуи направлен против вызвавшего его поля. Вследствие этого μ диамагнетикачуть меньше единицы (μ~0,998) и не зависит от температуры инапряженности поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, золото,медь, германий, кремний и другие материалы.Парамагнетикивещества,атомыкоторыхобладаютнескомпенсированными магнитными моментами, с хаотичной ориентациеймоментов при отсутствии внешнего поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
