Электрорадиоматериалы радиоэлектронных средств Лекция 5: Диэлектрики: назначение и область применения

Август 23, 2022

Главная
Физика
Электрорадиоматериалы радиоэлектронных средств Лекция 5: Диэлектрики: назначение и область применения

Содержание

2. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 1 Механизмы поляризации диэлектриков Диэлектрик – вещество, обладающее свойством поляризоваться при
3. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. Связанные заряды создают электрическое поле , которое внутри диэлектрика направлено противоположно
4. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. Электронный (упругий) механизм проявляется при поляризации неполярных диэлектриков, молекулы которых не
5. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. Ионная поляризация наблюдается в твердых кристаллических диэлектриках. Ионы разных знаков, составляющие
6. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 2 Параметры диэлектрических материалов и зависимости от внешних воздействий Основные параметры
7. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 2. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости показывает влияние температуры на величину ε:
8. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 3. Электропроводность: объемная и поверхностная Объемная электропроводность создается ионами примесей или
9. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 4. Диэлектрические потери - мощность, расходуемая электрическим полем на поляризацию диэлектрика.
10. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 5. Пробой диэлектрика. Наблюдается при воздействии сильных электрических полей, когда напряжение
11. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. Виды пробоя: электрический - разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами, приводящей
12. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. 3 Применение диэлектрических материалов в РЭА Диэлектрики широко применяются при изготовлении
13. Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. Для изготовления высокочастотных разъемов в большинстве случаев являющихся коаксиальными, в качестве
15. Скачать презентацию

Слайд 2

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
1 Механизмы поляризации диэлектриков
Диэлектрик – вещество, обладающее

свойством поляризоваться при действии на него электрического поля. (Название введено М.Фарадеем.)
В диэлектрике в отличие от проводников нет свободных заряженных зарядов.
Однако под действием
электрического поля
возникает перераспределение
зарядов атомов и молекул.
На поверхности диэлектрика
появляются избыточные некомпенсированные связанные заряды.
В отличие от проводников, все заряженные частицы по-прежнему входят в состав своих атомов.

Слайд 3

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
Связанные заряды создают электрическое поле , которое

внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля. Данный процесс называется поляризацией диэлектрика.
Механизмы поляризации диэлектриков:
ориентационная;
электронная.
Ориентационная (дипольная) поляризация возникает в случае полярных диэлектриков, состоящих из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают (иллюстрация на слайде 2).
Пример: молекулы – диполи (вода, азот и др.).
Поляризация полярных диэлектриков сильно зависит от температуры, так как тепловое движение молекул играет роль дезориентирующего фактора.

Слайд 4

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
Электронный (упругий) механизм проявляется при поляризации неполярных

диэлектриков, молекулы которых не обладают в отсутствие внешнего поля дипольным моментом.
Под действием электрического поля
молекулы неполярных диэлектриков деформируются, включая и электронные оболочки. Молекула превращается в электрический диполь, ось которого направлена вдоль внешнего поля.
На поверхности диэлектрика появляются некомпенсированные связанные заряды, создающие поле, направленное навстречу внешнему полю.
Пример: молекула метана CH4.

Слайд 5

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
Ионная поляризация наблюдается в твердых кристаллических диэлектриках.

Ионы разных знаков, составляющие кристаллическую решетку, при наложении внешнего поля смещаются в противоположных направлениях, вследствие чего на гранях кристалла появляются связанные (некомпенсированные) заряды.
Пример: поляризация кристалла NaCl.
Деформация неполярных молекул под действием внешнего электрического поля не зависит от их теплового движения, поэтому поляризация неполярного диэлектрика не зависит от температуры.

Слайд 6

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
2 Параметры диэлектрических материалов и зависимости от

внешних воздействий

Основные параметры диэлектрических материалов:
1. Диэлектрическая проницаемость ε
Показывает способность материала изменять электрическое поле под действием поляризации:
Таблица 1 – Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ

Слайд 7

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
2. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости показывает влияние

температуры на величину ε:
Зависит от механизма поляризации диэлектриков
1 – неполярные диэлектрики; 2 - полярные диэлектрики.
В неполярных диэлектриках с ростом температуры уменьшается плотность, а, следовательно, и количество поляризуемых частиц.
У полярных диэлектриков наличие максимума объясняется двумя противоположными процессами: ослабления молекулярных связей с ростом температуры и уменьшением ε из-за тепловых колебаний.
Зависит от частоты (инерционность процессов
поляризации).
У неполярных диэлектриков практически мгновенно.
У полярных диэлектриков на высоких частотах диполи
не успевают поворачиваться.

Слайд 8

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
3. Электропроводность: объемная и поверхностная
Объемная электропроводность создается

ионами примесей или ионами диэлектрика, которые, находясь в состоянии первоначального закрепления и совершая тепловые колебания, способны преодолеть силы взаимодействия.
где , - коэффициенты пропорциональности, зависящие от концентрации собственных и примесных ионов и их подвижности;
, - суммарная энергия активации собственных и примесных ионов.
При низких температурах преобладает первое слагаемое, при высоких ‑ второе.
Ток, создаваемый движением ионов, называют током сквозной проводимости .

Слайд 9

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
4. Диэлектрические потери - мощность, расходуемая электрическим

полем на поляризацию диэлектрика.
Мощность выделяется в виде тепла. Поглощение мощности диэлектриком обусловлено медленными поляризациями и электропроводностью диэлектрика.
Угол δ, дополняющий до угол фазового сдвига между током и напряжением в диэлектрике, называют углом диэлектрических потерь. У широко применяемых диэлектриков ,
у высококачественных диэлектриков .
Зависимость от температуры
У неполярных диэлектриков (кривая 1) потери растут
с ростом температуры.
У полярных диэлектриков (кривая 2) возможности поворота
молекул при низких температурах ограничены из-за сил трения между ними. Потери на их поляризацию невелики. С ростом температуры растет число молекул, растут и потери на поляризацию.

Слайд 10

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
5. Пробой диэлектрика.
Наблюдается при воздействии сильных электрических

полей, когда напряжение превышает некоторое критическое значение, они могут становиться проводниками.
Напряжение, приложенное к диэлектрику и приводящее к его пробою, называется пробивным напряжением ( ).
Минимальную напряженность однородного электрического поля, приводящую к пробою диэлектрика, называют электрической прочностью ( ):
где ‑ толщина диэлектрика.

Слайд 11

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
Виды пробоя:
электрический - разрушение диэлектрика, обусловленное ударной

ионизацией электронами, приводящей к разрушению связей между атомами, ионами или молекулами. Происходит за время 10-5-10-8с;
тепловой - разрушение диэлектрика за счет прогрессирующего локального энерговыделения при протекании тока в среде;
электротермический (хрупкие диэлектрики и пористые керамики) возникает в результате механического разрушения из-за развития микротрещин под действием разрядов в газовых включениях, которые образуют перегретые области диэлектрика;
электромеханический – механическое разрушение полимера при высоком напряжении в результате того, что полимер находится в высокоэластичном состоянии. Причина - уменьшение толщины диэлектрика из-за электростатического притяжения электродов под действием высокого напряжения;
электрохимический– вызывается изменением химического состава и структуры диэлектрика в результате электрического старения. Время развития этого вида пробоя 103-108с.

Слайд 12

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
3 Применение диэлектрических материалов
в РЭА
Диэлектрики широко

применяются при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры. Выбор конкретного материала определяется областью его использования.
Для изготовления катушек индуктивности диэлектрик применяется для выполнения каркаса. При этом для выбора материала необходимо знать:
‑ диапазон частот;
‑ требования добротности;
‑ температурный интервал;
‑ окружающие условия;
‑ программу выпуска;
‑ существующую оснастку предприятия.
Рекомендуемые материалы: фенопласты, полистирол и керамика.

Слайд 13

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.
Для изготовления высокочастотных разъемов в большинстве случаев

являющихся коаксиальными, в качестве изолятора целесообразно использовать воздух ( Ом∙см,
при Гц), а из пластиков – фторопласт-4 ( , ).
При выполнении устройств СВЧ из диэлектрических материалов применяются керамика и слюда.
Для выполнения стоек и диэлектрических шайб обычно используется керамика и может быть применен фторопласт-4.
Для деталей, не находящихся в высокочастотном поле, применяются стеклопластики (СВАМ, АГ-4, АГ-4С).
При изготовлении микросхем диэлектрические материалы применяются материалов подложек.
В диапазоне 30..50 МГц подложки изготавливаются с применением стекла, керамики и пластмасс.

Электрорадиоматериалы радиоэлектронных средств Лекция 5: Диэлектрики: назначение и область применения

Содержание

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.1 Механизмы поляризации диэлектриковДиэлектрик – вещество, обладающее

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.Связанные заряды создают электрическое поле , которое

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.Электронный (упругий) механизм проявляется при поляризации неполярных

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.Ионная поляризация наблюдается в твердых кристаллических диэлектриках.

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.2 Параметры диэлектрических материалов и зависимости от

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.2. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости показывает влияние

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.3. Электропроводность: объемная и поверхностнаяОбъемная электропроводность создается

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.4. Диэлектрические потери - мощность, расходуемая электрическим

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.5. Пробой диэлектрика.Наблюдается при воздействии сильных электрических

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.Виды пробоя:электрический - разрушение диэлектрика, обусловленное ударной

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.3 Применение диэлектрических материалов в РЭАДиэлектрики широко

Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5.Для изготовления высокочастотных разъемов в большинстве случаев

Похожие презентации