Радиоматериалы и радиокомпоненты
Методические указания
Омск 2007
Составитель: Хадыкин Анатолий Михайлович, доцент кафедры «Технология электронной аппаратуры»
Методические указания содержат программу, и домашние задания по дисциплине: ‘’Радиоматериалы и радиокомпоненты’’.
Предназначены для проведения самостоятельной работы студентов обучающихся по специальностям 210302 – радиотехника и 210402 – средства связи с подвижными объектами очной, очно –заочной и заочной форме обучения.
На современном этапе развития электронных средств (ЭС) важнейшее значение при их проектировании имеют материалы конструкций и элементов электронной техники. Это связано прежде всего с качеством ЭС. Поэтому специалисты в области ЭС должны уметь выбирать необходимые материалы и изделия электронной техники (ИЭТ), а при необходимости уметь количественно и качественно оценить их свойства. Приводится программа курса, методические указания по программе и по курсовому проектированию.
1. Программа курса
Распределение курса по темам
| № п/п | Наименование тем | Количество часов* |
| Введение | ||
| Свойства материалов. Классификация | ||
| Проводниковые материалы | ||
| Диэлектрические материалы | ||
| Магнитные материалы | ||
| Полупроводниковые материалы | ||
| Радиоэлементы | ||
| Заключение |
* для студентов дневного обучения.
Литература, необходимая для изучения курса, приводится в библиографическом списке. Обязательным является знание тех её разделов, которые указаны к каждой из тем настоящих методических указаний. В то же время специфика курса требует знакомства и с дополнительной современной литературой, периодическими изданиями. Студенты, желающие изучать курс углубленно, с отдельными вопросами материаловедения ЭС могут ознакомиться в [10, 16, 36, 44 – 46, 52, 53].
Студентам дневной формы обучения во время преддипломной практики следует ознакомиться с ведомственными изданиями, нормами, руководящими техническими материалами, ГОСТами и другой нормативно-технической документацией (НТД) по материалам и ИЭТ ЭС и их применению. Для студентов вечернего и заочного обучения, работающих в организациях, связанных с ЭС, при изучении курса знакомство с НТД, лабораторными и другими службами материаловедения является обязательным дополнением к курсу.
При изучении указанной литературы целесообразно составление конспектов, которые будут полезны при подготовки к аттестации и государственному экзамену по специальности 210302.
1.1. Содержание программы курса
Введение. Цели и задачи курса. Роль материалов и ИЭТ в обеспечении качества функционирования ЭС. Требование к материалам и ИЭТ. Классификация.
Современная электронная техника своим совершенствованием и развитием обязана материалам электронных средств (МЭС) и ИЭТ, поэтому знание материалов и ИЭТ является фундаментом инженерной подготовки. Цели и задачи курса – научить студентов умению пользоваться при работе МЭС и ИЭТ, учитывать при выборе как полезные, так и «паразитные» их свойства. Любое ЭС – это целесообразно организованная система, состоящая из изделий электронной техники (ИЭТ) и несущих конструкций, большого многообразия МЭС.
Требования к материалам и ИЭТ носят противоречивый характер. Например, проводниковый материал должен иметь высокую электропроводность и в то же время хорошие механические свойства, термостабильность и т.п. Эти свойства не коррелируются. Необходимо искать компромиссы или оригинальные конструкторские решения. Важнейшим требованием к любому материалу является его технологичность, которая рассматривается с двух позиций: технологичность получения самого материала и технологичность получения из него деталей и ИЭТ. Строгой классификации МЭС и ИЭТ нет. В [1] приведено деление материалов на конструкционные и электротехнические. Последние делят на проводниковые, диэлектрические, полупроводниковые и магнитные материалы, свойства которых определяются их взаимодействием с соответствующим полем.
ИЭТ делят на пассивные и активные. В данном курсе изучаются пассивные ИЭТ: резисторы, конденсаторы, контактные устройства и другое.
Литература [25, 57]
Вопросы для самопроверки
1. Цели и задачи курса.
2. Роль материалов и ИЭТ в электронных средствах.
3. Требование к материалами ИЭТ.
4. Классификация МЭС и ИЭТ.
1.2. Свойства материалов ЭС
Строение материалов. Кристаллы и их дефекты. Структура материалов. Механические, электрические, оптические, теплофизические, технологические, физико-химические и другие свойства. Термическая и химико-термическая обработка МЭС. Сущность, виды, назначение.
В соответствии с ГОСТ 15467-79 свойство продукции – объективная особенность продукции, которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении (на всех стадиях жизненного цикла). Материалы обладают, как правило, несколькими свойствами. Среди множества свойств, присущих данному материалу, выделяют доминирующие функции этого материала: для проводниковых – электропроводность, для магнитных – намагниченность и другое. Свойство определяется строением материалов.
Все вещества состоят из атомов и электронов. При сближении атомов (до нескольких долей нанометров, 
) между ними появляются силы взаимодействия. Атомы могут соединяться с выделением энергии, образуя устойчивые химические связи: ковалентные (полярные), ионные (гетерополярные), металлические и молекулярные (Ван-дер-Ваальса). В образовании химических связей участвуют электроны, находящиеся во внешней оболочке (валентные).
По агрегатному состоянию все вещества делят на твердые, жидкие и газообразные. Агрегатное состояние вещества определяется величиной вязкости, степенью упорядоченности ионов или молекул вещества.
Газообразное состояние молекул наиболее беспорядочное и структурно не устойчивое.
Жидкое состояние вещества характеризуется определенным объемом, но не имеет своей постоянной формы. Жидкости изотропны, кроме жидких кристаллов, характеризующихся некоторой ориентацией молекул, т.е. анизотропией, которая проявляется в двойном лучепреломлении.
Твердое состояние вещества характеризуется тремя признаками: упругостью, кристаллической структурой и скачкообразным изменением характеристик при плавлении. При медленном охлаждении расплава и специальном выращивании получают монокристалл; при средней скорости охлаждения – поликристаллические структуры; при очень быстром охлаждении – вещества аморфной структуры.
Монокристаллы – однородные анизотропные тела, которые характеризуются правильным порядком в расположении атомов во всем объеме и состоят из периодически повторяющихся одинаковых кристаллических ячеек. Все кристаллы по виду симметрии подразделяют на 32 класса, составляющих 7 кристаллографических систем (сингоний). Системы отличаются друг от друга формой элементарной ячейки (соотношениями между длинами ребер a, b, c и углами между гранями 
, 
, 
). Различают триклинную (
, 
), гексагональную(
, 
), кубическую (
, 
), моноклинную (, 
), ромбическую (, ), ромбоэдрическую (, 
), тетрагональную (, ) кристаллографические системы.
Поликристаллические материалы состоят из большого числа сросшихся друг с другом мелких кристаллических зерен (кристаллитов), хаотически ориентированных в разных направлениях. Обычно они изотропны. Если ориентацию кристаллитов упорядочить (мехобработкой металла, поляризацией сегнетокерамики), то материал становится анизотропным (такие тела называют текстурами).
Аморфные вещества – стекла, смолы.
Для обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристаллической решетке используются индексы Миллера.
Реальные кристаллы содержат дефекты кристаллической структуры: точечные и дислокации.
Механические свойства характеризуются прочностью, пластичностью и твердостью. Каждое из них оценивается соответствующими количественными характеристиками.
К тепловым свойствам материалов относят теплопроводность, тепловое расширение, термостойкость и другие.
Оптические свойства оцениваются скоростью распространения оптического излучения в веществе, коэффициентами преломления и отражения света, интенсивностью поглощения и другими характеристиками.
При рассмотрении физико-химических свойств следует ознакомиться с процессами адсорбции и десорбции, а также с такими свойствами, как гигроскопичность, влагопроницаемость, гидрофильность, гидрофобность, кислотостойкость материалов.
Электрические свойства характеризуются способностью тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля. Плотность тока определяется величиной заряда, концентрацией носителей, подвижностью носителей и напряженностью электрического поля. Различают удельную электрическую проводимость и удельное электрическое сопротивление как универсальные характеристики вещества. Основное электрическое свойство диэлектрических материалов – способность к поляризации (упорядоченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул). О способности к поляризации судят по диэлектрической проницаемости.
Магнитные свойства характеризуются напряженностью магнитного поля и индукцией. Коэффициент пропорциональности между индукцией и напряженностью называют магнитной проницаемостью.
Твердые вещества после процессов формообразования подвергаются термической и (или) химико-термической обработке, целью которой является улучшение структуры материала по всему объему (термическая) или в поверхностном слое (химико-термическая).
Так как из материалов получают детали, то все материалы объединяет свойство их технологичности.
Вопросы для самопроверки
1. Свойства материалов.
2. Виды химических связей в молекулах.
3. Агрегатные состояния вещества.
4. Монокристаллы. Сингонии. Индексы Миллера.
5. Дефекты в кристаллах.
6. Механические свойства.
7. Оптические свойства.
8. Теплофизические свойства.
9. Физико-химические свойства.
10. Электрические свойства.
11. Магнитные свойства.
12. Технологические свойства.
Литература [1, 57, 59]
1.3. Проводниковые материалы.
Свойства и функции.
Воздействие на электропроводность проводниковых материалов (ПМ).
Материалы высокой проводимости: медь, алюминий, серебро, золото; область применения.
Материалы высокого сопротивления: сплавы меди и марганца, меди и никеля, хрома и никеля; область применения.
Сплавы для тонкопленочных резисторов. Проводниковые пасты. Припои.
Сверхпроводящие материалы.
Литература [1, 7, 13, 46, 57 - 59].
Электрические характеристики полупроводниковых материалов оцениваются величиной объемной удельной электропроводности у или объемного удельного электрического сопротивления, определяемой, как правило, при нормальной температуре. Удельная электропроводность в общем случае зависит от концентрации электронов n, участвующих в проводимости, средней длины свободного пробега электронов - i и средней скорости теплового движения и:
Наибольшей электропроводностью обладают Ag, Сu, Аu и Аl, у которых n=1028 m −3. Увеличение температуры n увеличивает незначительно, т.к. увеличивается ū и уменьшается Ī.
Подвижность уменьшается при появлении любых дефектов структуры, а также при наличии в решетках металла атомов других элементов, т.е. образовании твердых растворов.
Чистые металлы более чувствительны к температуре, поэтому используются в качестве термосопротивлений, а их твердые растворы Cu-Ni, Cu-Ni-Mn, Ni-Cr и другие — в качестве высокостабильных образцовых сопротивлений.
Все металлические ПМ делят на металлы высокой проводимости (ρπ 0,05мкОм · м), сплавы высокого сопротивления (ρ ф 0,ЗмкОм · м) и сверхпроводниковые материалы, имеющие чрезвычайно малое р.
По механизму прохождения тока выделяют ПМ с электронной электропроводностью (проводники первого рода) и проводники (электролиты, растворы кислот, щелочей и солей), прохождение тока через которые связано с переносом вместе с электрическими зарядами ионов вещества в соответствии с законом Фарадея (проводники второго рода).
Наибольшая проводимость наблюдается у Ag (ρ = 1,585 · 10 −8 Ом·м при 20 °С); следующие в ряду - Сu (ρ = 1,673 · 10 −8 Ом · м) Аu (ρ = 2,084 • 10 −8 Ом·м) и А1 (ρ = 2,691·10-8 Ом·м). Электропроводность Сu определяется уровнем примесей. Применяют Сu марок МООб, МОб, Ml б (бескислородная), раскисленную М1р, М2р, МЗр, рафинированную М2, МЗ и некоторые другие сорта. В микроэлектронике используют медь, переплавленную в электронно-лучевой установке (МЭ), с содержанием 99,999 % Си по массе. Медь широко используется как в проводах, так и в виде фольги толщиной 5, 18, 50, 70, 105 мкм (чистота 99,5 %, высота микронеровностей 0,4 - 0,5 мкм).
Алюминий второй после меди проводниковый материал. По ГОСТ 11069-74 различают алюминий особо чистый А999, высокой чистоты А995-А95 и технической чистоты А85-АО. В микроэлектронике используют А999.
Серебро марок Ср999,9 и Ср999 используют в слабонагруженных контактах, в припоях и СВЧ-технике. Золото марок Зл999,9 и Зл999 в качестве микропроволоки и фольги применяются в интегральных микросхемах.
Материалы высокого сопротивления используют в ЭС при изготовлении образцовых резисторов, реостатов, нагревательных элементов в составе термопар (константан). Наибольшее распространение получили манганин (Cu-Mn-Ni), константан (Cu-Ni) и хромоникелевые сплавы. Нихром (Х20Н80) широко используется в микроэлектронике.
К проводниковым материалам относят и припои, которые предназначены для электрического и механического соединения проводников. Припои делят на две группы: мягкие, с температурой плавления до 300 °С и твердые, с температурой плавления свыше 300 °С. Предел прочности на разрыв у мягких 16 - 100 МПа, а у твердых 100 - 500 МПа. В припои входят различные компоненты: олово - О, свинец - С, серебро - Ср, палладий - Пд, медь - М, германий - Г, висмут - В, титан - Т, сурьма - Су, алюминий - А, никель - Н, индий - Ин, золото - Зл, кремний - Кр, кадмий - К.
Для тонкопленочных резисторов ИС (толщина резистивных пленок 0,01 - 0,1 мкм) используются тугоплавкие металлы и сплавы, композиционные материалы (силициды керметы), а также двуокись олова SnO2. Это хром, тантал, рений, нихром, кремниевые резистивные пленки (Si-Cr-Ni-Fe) марок PC 4800, PC 3710, PC 300, PC 1714 и др.; металосилицидные сплавы МЛТ (Si-SiO2-Fe-Cr-Ni-Al-W).
Для толстопленочных резисторов (толщина 10-20 мкм) используют серебропалладиевые и рутениевые пасты. Это дорогие пасты, поэтому разработаны более дешевые резистивные пасты на основе полупроводниковых оксидов (SnO2 + SbO2, Te2O2).
Сверхпроводимость - эффект внезапного скачкообразного исчезновения электрического сопротивления постоянному электрическому току проводящего материала при охлаждении его до критической температуры сверх проводимости Тсп =0...82 0К. Удельное электрическое сопротивление сверхпроводников достигает величины 5·10-24 Ом·м. Эффект сверхпроводимости наблюдается почти у половины элементов таблицы Менделеева и отсутствует у благородных металлов (Ag, Аu, Pt), металлов с высокой проводимостью (Сu, Rh), кроме А1 и Pd и у переходных металлов группы железа (Cr, Mn, Fe, Co, Ni), обладающих ферромагнетизмом.
Вопросы для самопроверки
1. Определение ПМ. Классификация.
2. Факторы, влияющие на электропроводность ПМ.
3. Определение ТКС.
4. Основные характеристики Си и А1 как ПМ.
5. Обмоточные и монтажные провода.
6. Классификация и характеристики припоев.
7. Характеристики материалов для резисторов ИС.
8. Определение сверхпроводимости. Основные сверхпроводящие материалы и их характеристики.
9. Определение криоэлектроники. Криоэлектронные приборы.
10.Констактан. Нихром. Манганин. Свойства и характеристики.
Литература [1, 2, 14, 57-59]
1. 4Диэлектрические материалы
Диэлектрические материалы (ДМ). Основные понятия и определения. Поляризация. Механизмы поляризации. Классификация диэлектриков по виду поляризации. Диэлектрическая проницаемость газов, жидкостей, твёрдых тел. Электропроводность диэлектриков (газов, жидкостей, твёрдых тел). Потери в диэлектриках: характеристики и виды потерь. Пробой диэлектриков (газа, жидкости, твёрдого тела). Классификация ДМ по функциям. Газообразные диэлектрики и жидкие диэлектрики. Неполярные ВЧ ДМ. Слабополярные НЧ ДМ. Полярные НЧ ДМ. Электроизоляционные лаки и эмали. Клеи. Компаунды. Волокнистые ДМ. Слюдяные материалы.
Активные диэлектрические материалы: сегнетоэлектрики, электрооптические кристаллы, пьезоэлектрики, пьезокерамика, пироэлектрики, электреты, жидкие кристаллы.
Литература [1,13,41,44,52,57 - 59].
К ДМ относятся материалы, способные к поляризации, т.е. упорядоченному смещению электрических зарядов в диэлектрике под воздействием электрического поля. Поляризация сопровождается появлением на поверхности диэлектриков связанных электрических зарядов. Способность ДМ к поляризации характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью (ε). Различают следующие механизмы поляризации: электронную, ионную, дипольно-релаксационную, ионно-релаксационную, электронно-релаксационную, миграционную, резонансную и спонтанную (самопроизвольную). Поляризованность ДМ определяется температурой, напряжённостью электрического поля (Е), агрегатным состоянием материала, его структурой и другими факторами. Механизмы поляризации могут быть мгновенными и замедленными, линейными и нелинейными. При линейных механизмах поляризации ε - постоянная величина (не зависит от Е), а при нелинейном в достигает максимума при определённых значениях Е.
Диэлектрическая проницаемость зависит от агрегатного состояния вещества. В газах, характеризующихся малой плотностью, ε близка к единице, поляризация - электронная или дипольная (если молекулы газа полярные).
Для неполярных жидкостей ε определяется электронной поляризацией. Она невелика (не более 2,5) и близка к значению квадрата преломления света. Полярные жидкости содержат дипольные молекулы и имеют преимущественно дипольно-релаксационную поляризацию (ε пределах 3,5 - 5). У этих жидкостей ε=f(T) носит сложный характер, a ε=γ(f) до резонансной частоты постоянна.
Неполярные твёрдые ДМ (полистирол и т.п.) имеют только электронную поляризацию (ε от 1,9 до 6,0). Твердые ДМ - ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц - обладают электронной и ионной поляризацией (ε лежит в широких пределах). Температурный коэффициент е в большинстве случаев положителен, но для ряда материалов (ТiО2, СаТiO3) имеет отрицательное значение.
Поляризационные процессы протекают во времени и создают токи смещения. В технических ДМ их называют абсорбционными. При постоянном напряжении они протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном U - протекают в течение всего времени нахождения ДМ в электрическом поле. Находящееся в ДМ небольшое количество электронов приводит к возникновению слабых сквозных токов Iск (сквозная электропроводность). Сопротивление Rm диэлектрика (изоляции) при постоянном напряжении U будет определяться
Rиз = U / Iск.
Для твёрдых ДМ различают значения удельного объемного сопротивления р и удельного поверхностного сопротивления ps, которые характеризуют электропроводность материала.
Электропроводность газов определяется наличием ионов или свободных электронов. Под действием внешних факторов в газах возникает ударная ионизация. Зависимость I=f(U) имеет три характерных участка (Закон Ома, рекомбинация, ударная ионизация). Электропроводность жидкостей определяется строением её молекул. В неполярных - электропроводность определяется наличием диссоциированных примесей, в полярных - не только примесями, но и вызывается диссоциацией молекул самой жидкости. Электропроводность твердых диэлектриков обусловлена как передвижением ионов самого диэлектрика (ТД ионного строения), так и ионов случайных примесей, а у некоторых ДМ может быть вызвана наличием свободных электронов. Вид электропроводности устанавливается экспериментально, по закону Фарадея (m = k·I·t). Собственная электропроводность ТД и её изменение от температуры определяется структурой и составом ДМ (кристаллы с ионной решеткой, анизотропные кристаллы, кристаллы с молекулярной решеткой, пористые ДМ).
Качество ДМ определяется в первую очередь потерями энергии, затрачиваемой на нагрев ДМ, находящегося в электрическом поле. При воздействии постоянного поля качество ДМ оценивается величинами ρ и ρs; а в переменных полях - углом диэлектрических потерь δ или тангенсом этого угла tgδ, которые определяются по векторной диаграмме реального диэлектрика. Диэлектрические потери по особенностям и физической природе делят на обусловленные поляризацией, сквозной электропроводностью, неоднородностью структуры и ионизационные. Потери зависят от температуры, частоты поля.
Если напряженность поля Е превышает некоторое критическое значение для данного ДМ, то наступает пробой диэлектрика. Различают пробивное напряжение Unp и соответствующее значение напряженности электрического поля Епр; Епр = =Unp/h. Пробой определяется агрегатным состоянием вещества; у газов - ударная ионизация, у жидкостей - примеси, у ТД наблюдается электрический, тепловой, электрохимический и поверхностный пробои.
По функциям ДМ делят на электроизоляционные и конденсаторные материалы - пассивные ДМ и управляемые воздействиями - активные ДМ. Газообразные диэлектрики - воздух, азот, водород, аргон, элегаз (SF6). Жидкие диэлектрики имеют электрическую прочность на порядок больше, чем газообразные. К ним относят нефтяные масла (трансформаторное, конденсаторное, кабельное), синтетические (совол, совтол, полиметилсилоксаны, фторорганические и др.), растительные (льняные и касторовое масло и др.), лаки и эмали, клеи.
Твердые пассивные ДМ подразделяют на неполярные высокочастотные полимеры (полиэтилен, полистирол, фторопласт-4 и др.), слабополярные низкочастотные полимеры (эбонит, эскапон, резина), полярные низкочастотные полимеры (ПВХ, полиметилметакрилат, полиэтилентерефталат, капрон, нейлон, фторопласт-3, силиконы и др.), компаунды (термопластичные и термореактивные), волокнистые ДМ (конденсаторная бумага, электрокартон и др.), слюду (мусковит, флогопит, искусственная).
Активные твердые диэлектрики позволяют создавать функциональные устройства для генерации, усиления, модуляции, запоминания и преобразования сигналов и информации. К активным диэлектрикам относят сегнето-, пьезо- и пироэлектрики, электреты, материалы квантовой электроники, жидкие кристаллы; электро-, магнито- и акустооптические материалы; диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами.
Название «сегнетоэлектрики» происходит от названия «сегнетова соль» (NaKC4H4O6 • 2Н2О). Основные свойства сегнетоэлектриков: доменная структура, сильная зависимость ε от температуры (наличие точки Кюри) и напряженности электрического поля, относительно большие затраты энергии при поляризации (петля гистерезиса), сильная зависимость ε от tg δ и частоты. Для характеристики свойств материала при работе нелинейного элемента в различных условиях пользуются понятиями статистической εст, реверсивной εp, эффективной εэф и дифференциальной εд диэлектрических проницаемостей.
Сегнетоэлектрики подразделяют на ионные кристаллы (ВаТiOз, РЬТiO3, KNBO3, LiNBO3, LiТаОз, КIO3), которые нерастворимы в воде, механически прочны, с более высокой Тк, и дипольные сегнетоэлектрики (сегнетова соль, триглицинсульфат, дигидрофосфат калия, нитрит натрия и др.), которые хорошо растворяются в воде и имеют небольшую температурную точку Кюри Тк.
Для изготовления конденсаторов используют материалы Т- 900 (Тк = -140 °С), СМ-1, Т-8000; для варикондов - твердые растворы системы Ba(Ti, Sn)Оз или Pb(Ti, Zr,Sn)O3; с прямоугольной петлёй гистерезиса - триглицинсульфат (NH2CH2COOH)3 • H2SO4.
Кристаллы ряда сегнетоэлектриков обладают сильно выраженным электрооптическим эффектом - изменение показателя преломления среды (n) под воздействием внешнего электрического поля.
Если изменение n пропорционально Е, то эффект называют линейным (эффект Поккельса), а при n, пропорциональном Е2, - называют квадратичным (эффект Керра). Этот эффект используют для модуляции лазерного излучения (LiNbOз, КН2РО4). Очень перспективна сегнетокерамика ЦТСЛ - цирконат -титанат свинца с окисью лантана.
К материалам нелинейной оптики относят кристаллы КН2РО4, LiNbO3, LiIO3 (иодит лития), B2NaNb5O15 - барий-натриевый ниобат (БАНАН) и другие. В этих материалах при воздействии мощных световых лазерных пучков проявляются нелинейные оптические эффекты, в основе которых лежит нелинейная поляризация среды, т.е. зависимость показателя преломления от напряженности поля самой световой волны. Это позволяет осуществить генерацию гармоник лазерного излучения, смещение и преобразование частот оптических сигналов. Интерес представляет преобразование невидимого ИК - излучение (λ = 1,06 мкм) в видимый свет с длиной волны λ/2 = 0,503 мкм.
Пьезоэлектрический эффект наблюдается в веществах с ионной и ионно-ковалентной химической связью при отсутствии центра симметрии в структуре диэлектрика с высоким ρ. Суть его при прямом пьезоэлектрическом эффекте - в появлении поляризации диэлектрика под воздействием механических напряжений σ, Н/м2. Заряд на поверхности диэлектрика q = d·σ, где коэффициент пропорциональности d называют пьезомодулем. При обратном – происходит изменение размеров пьезоэлектрика. Различают продольный и поперечный пьезоэффект.
В качестве материалов, использующих пьезоэффект, выделяют монокристаллические пьезоэлектрики (β - кварц, ионные сегнетоэлектрики), пьезополупроводники с ионно-ковалентной связью (CdS, ZnO, ZnS и др.), пьезоэлектрики на основе дипольных сегнетоэлектриков (монокристаллы сегнетовой соли, этилендиаминтартрат – С6Н14N8О8(ЭДТ), сульфат лития Li2SO4·H2O, турмалин), поликристаллические пьезоэлектрики (пьезокерамика на основе ВаТiO3, ЦТС, Pb(Ba, Ca)TiO3 (ТБКС), (Pb,Ba)Nb2O3 (НБС)). Интерес представляют поляризованные в электрическом поле плёнки полимеров (поливинилиденфторид - [-CH2-CF2]-n (ПВДФ)). Область применения пьезоэлектриков - различные пьезоэлектрические преобразователи (резонаторы, фильтры, трансформаторы, датчики давления, деформации, ускорений и вибраций, телефоны и др.).
Пироэлектрики - вещества, у которых с изменением температуры изменяется их поляризованность. Этот эффект используется для создания тепловых датчиков и приёмников лучистой энергии (ИК и СВЧ- излучение). Материалы, обладающие значительным пироэффектом: кристаллы ниобата бария - стронции, триглицинсульфат; на высоких частотах LiNbOз, LiТаОз- Для приемников лучистой энергии используют керамику ЦТСЛ.
Электреты - вещества, длительно сохраняющие поляризацию и создающие в окружающем пространстве электрическое поле. В зависимости от технологии получения электретного состояния выделяют термоэлектреты, фотоэлектреты, электроэлектреты, механоэлектреты, радиоэлектреты. Их используют для различного рода датчиков, микрофонов, генераторов высокого напряжения и т.п.
Жидкими кристаллами (ЖК) называют такие вещества, которые находятся в промежуточном (мезоморфном) состоянии между изотропной жидкостью и твердым кристаллическим телом. Физические свойства жидких кристаллов анизатропны. Связь между молекулами ЖК - слабая Ван-дер-ваальсовая. Оптические и электрические свойства ЖК сильно зависят от напряжённости приложенного электрического поля, температуры, давления, что используется при создании индикаторных устройств. По признаку общей симметрии все ЖК подразделяются на три вида: смектические, нематические и холестерические.
Вопросы для самопроверки
1. Классификация ДМ по свойствам и назначению.
2. Поляризация диэлектриков. Виды мгновенной и замедленной поляризации.
3.Различие между ионной и ионно-релаксационной поляризацией. Время релаксации.
4. Линейные, нелинейные, полярные и неполярные диэлектрики.
5. Удельное объемное и удельное поверхностное сопротивление.
6. Механизм электропроводности диэлектриков.
7. Диэлектрические потери.
8. Пробой диэлектриков. Механизмы пробоя.
9. Газообразные, жидкие и твердые диэлектрики.
10. Отличие в требованиях к активным и пассивным диэлектрикам. Классификация активных диэлектриков.
11. Свойства сегнетоэлектриков.
12. Виды диэлектрической проницаемости.
13. Пьезоэлектрики.
14. Пироэлектрики.
15. Электреты.
16. Материалы с электрооптическим эффектом.
17. Жидкие кристаллы.
Литература [1, 43, 52, 57-59]
1.5 Магнитные материалы
Магнитные материалы: свойства и характеристики. Особенности различных видов магнетизма. Процессы намагничивания. Особенности сильномагнитных материалов. Потери на перемагничивание.
Магнитомягкие материалы: классификация, свойства, назначение. Магнитотвердые материалы: классификация, свойства, назначение. Магнитные материалы специального назначения: классификация, свойства, назначение.
Литература [1,2,34 - 40,57 - 59].
Магнитные материалы (магнетики) - материалы, существенно изменяющие свою намагниченность при воздействии на них возбуждающего внешнего магнитного поля. Намагниченность jm прямо пропорциональна напряженности возбуждающего поля Н. Коэффициент пропорциональности æ - магнитная восприимчивость материала, характеризующая его способность к намагничиванию. Относительная магнитная проницаемость μопределяется как æ+1.
По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе подразделяют на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.
К диамагнетикам относят вещества, у которых as отрицательна и не зависит от напряженности внешнего поля (Н2, N2, H2O, нефть и её производные, Сu, Ag, Аu, Zn, Hg, Ga, Si, Те и др.): æ = - (10'6 - 10'7).
К парамагнетикам относят вещества с положительной аз, не зависящей от напряженности внешнего поля (О2, NO2, Na, К, Са и др.): - æ = (10-3 – 10-6)
К ферромагнетикам относят вещества с большой положительной æ (до 106), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры (Fe, Co, Ni).
Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решётки (С2, Мn, Се, Nd, Sm, сульфиды, карбонаты и т.п.: æ = (10-3 – 10-5).
К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. У них высокая эе, которая зависит от напряженности магнитного поля и температуры.
Диа-, пара- и антиферромагнетики относят к слабомагнитным веществам, а ферро- и ферромагнетики - к сильномагнитным веществам.
Особенности сильномагнитных веществ:
1) сильномагнитные вещества обладают доменным строением (домен 10-8-10-12 м-3). Толщина пограничных слоев между ними - десятки и сотни ангстрем;
2) магнитная анизотропия: в монокристалле ферромагнетика наблюдается различная интенсивность намагничивания вдоль различных осей (у железа [100] -ось легкого намагничивания; [110] - среднего; [111]- трудного);
3) магнитострикция - изменение линейных размеров монокристаллов при намагничивании ферромагнетиков. Все сильно магнитные вещества имеют кривую намагничивания В = φ(Н). Процесс намагничивания сильно магнитных веществ сводится к:
- увеличению размера доменов, магнитные моменты которых составляют наименьший угол с вектором напряженности внешнего магнитного поля, и уменьшению остальных доменов (процесс смещения границ доменов);
- повороту векторов магнитных моментов в направлении внешнего поля (процесс ориентации);
- магнитному насыщению, которое заканчивается тогда, когда рост доменов прекращается и магнитные моменты всех спонтанно намагниченных областей оказываются ориентированными в направлении поля.
Крутизна кривой намагничивания характеризуется магнитной проницаемостью (статическая, начальная, дифференциальная, реверсивная, динамическая). Магнитная проницаемость зависит от температуры, переходя через максимум при температурах, близких к точки Кюри. Изменение μ при воздействии температуры характеризуется αμ - температурным коэффициентом магнитной проницаемости. Все сильномагнитные вещества характеризуются петлёй гистерезиса, параметрами которой является остаточная индукция (Вг при Н = 0) и коэрцитивная сила (Нc при В = 0). Материалы с малой Hc< 800 А/м называют магнитомягкими, а с Нc > 4 кА/м - магнитотвердыми. Площадь петли гистерезиса пропорциональна работе, затрачиваемой на перемагничивание за один цикл. Эта работа идет на нагревании материала и называется потерями на гистерезис. Вторая составляющая потерь - динамическая, вызываемая вихревыми токами, индуктированными в массе магнитного материала, которые в первую очередь зависят от ρ ферромагнетика.
Магнитные свойства сильномагнитных веществ зависят от различных механических и термических воздействий, внутренних механических напряжений, искажения строения кристаллов от примесей.
Все сильномагнитные вещества подразделяются на магнитомягкие, магнитотвёрдые и специализированные.
Магнитомягкие обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, имеют узкую петлю гистерезиса и малые потери на перемагничивание. Основное использование - различные магнитопроводы. Их подразделяют на низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) материалы. К НЧ материалам относят железо (электролитическое, карбонильное и техническое), электротехнические стали, пермаллои и альсиферы. К ВЧ материалам относят магнитодиэлектрики, ферриты.
К магнитным материалам специализированного назначения относят ферриты и сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса, ферриты СВЧ, магнитострикционные материалы, термомагнитные, сплавы с постоянной μ, в слабых полях.
К магнитотвердым сильномагнитным материалам относят легированные мартенситные стали, литые магнитотвердые сплавы, магниты из порошков, ферриты, магнитные ленты (диски). Особый интерес представляют сплавы на основе редкоземельных металлов (VCo5, CeCo5, SmCo5 и др.), обладающие высокими значениями Нс и Wmax.
Вопросы для самопроверки
1. Классификация веществ по магнитным свойствам.
2.Особенности сильномагнитных веществ (домены, анизотропия, кривая намагничивания, магнитострикция, магнитная проницаемость, гистерезис, и т.п.).
3. Факторы, влияющие на магнитные свойства.
4. Потери в магнитных материалах.
5. Классификация сильномагнитных материалов.
6. Низкочастотные магнитомягкие материалы.
7. Высокочастотные магнитомягкие материалы.
8. Магнитотвердые материалы.
9. Магнитные материалы спецназначения.
Литература [1, 35-40, 57-59]
1.6. Полупроводниковые материалы
Основные параметры и свойства полупроводниковых материалов: определение полупроводников, собственные и примесные полупроводники, температурная зависимость электропроводности полупроводников, ширина запрещенной зоны, концентрация носителей заряда, подвижность и удельное сопротивление, время жизни неосновных носителей. Классификация полупроводниковых материалов. Функции полупроводников в ЭС. Кремний. Германий. Полупроводниковые соединения АХВУ.
Литература [1, 45, 57 - 59].
Основные признаки полупроводниковых материалов.
1. При нормальной температуре удельное сопротивление ρ=10-4 - 10-9Ом • см.
2. Удельное сопротивление любого полупроводникового^материала можно изменить в широких пределах, изменяя концентрацию примесей.
3. При неизменном составе и структуре ρ может в широких пределах изменяться за счет воздействий от внешнего источника энергии: тепловой, электромагнитной, радиационной, ядерной, механической.
4. Удельное сопротивление падает при нагревании выше нормальной температуры, в связи с перебросом все большей доли электронов из валентной зоны в зону проводимости по мере того, как возрастает значение kT.
5. В широком диапазоне значений электрические параметры полупроводниковых материалов однозначны и прогнозируемы благодаря высокой частоте и совершенной (как правило, монокристаллической) структуре.
Любой полупроводниковый материал в зависимости от вида, концентрации примесей и температуры может быть собственным или примесным. Собственным называется полупроводник, в котором переход электронов в зону проводимости осуществляется только из валентной зоны.
Переход электронов в зону проводимости приводит к тому, что в валентной зоне образуются свободные уровни, которые также могут быть заняты электронами. Физические движения электронов в валентной зоне представляют собой многократные перескоки их из нейтрального атома на положительный ион, образовавшийся после перехода электрона в зону проводимости. Такие заряды получили название дырок. Дырка - это фиктивная частица с массой электрона и единичным положительным зарядом. Два вида носителей заряда (электроны и дырки) в беспримесном полупроводнике при воздействии энергии любого вида рождаются (генерируют) и гибнут (рекомбинируют) попарно. Электропроводность за счет движения электронов и дырок называется собственной: γ = е (n·μn+p·μp), где n и μn - концентрация и подвижность электронов, р и μp - концентрация и подвижность дырок.
Примесный - это такой полупроводник, электрофизические свойства которого определяются примесями. Если примесные атомы находятся в узлах кристаллической решетки, то их называют примесями замещения, а если в междуузлиях - примесями внедрения. Если в полупроводник четвертой группы (Si, Ge) ввести элемент пятой группы таблицы Менделеева (As), то атому примеси для завершения ковалентных связей с атомами основного вещества необходимо четыре валентных электрона. Пятый электрон примеси в ковалентной связи не участвует. Со своим атомом он связан силой кулоновского взаимодействия, энергия которой мала (≈ 0,03 эВ при t = 20 °С). Очевидно, что будет происходить ионизация атомов примеси (As) вследствие отрыва пятого электрона, который становится свободным. Одновременно будет происходить ионизация основного вещества, но число электронов, оторванных от примеси, будет значительно больше количества электронов и дырок, образовавшихся в результате разрыва ковалентных связей (собственной проводимости). Поэтому доминирующую роль в проводимости будут играть электроны, которые называют основными носителями заряда, а дырки - неосновными. Такой полупроводник называют электронным или n - типа, а примесь, отдающую электроны, - донорной.
Если в полупроводник четвертой группы ввести элемент третьей группы таблицы Менделеева (Аl), то все три валентных электрона примесного атома будут участвовать в образовании ковалентных связей, одна из четырех связей с ближайшим атомом основного вещества окажется незавершенной. В незаполненную связь около алюминия за счет тепловой энергии может перейти электрон от соседнего атома основного вещества. При этом образуются отрицательный ион Аl и свободная дырка, перемещающаяся по связям основного вещества и принимающая участие в проводимости кристалла. Примесь, захватывающая электрон, называется акцепторной. Чтобы образовалась дырка, требуется значительно меньше энергии, чем для разрыва ковалентных связей основного вещества. Поэтому дырок будет значительно больше, чем свободных электронов, и проводимость кристалла будет дырочной. Электронную проводимость обозначают n, а дырочную - р.
Электропроводностью собственных полупроводников управляют воздействиями температуры или излучений, что широко используется в датчиках. Удельная электропроводность у характеризует способность материала проводить электрический ток, и в общем виде γ = n·e·u, где n - концентрация носителей заряда, е - заряд носителя тока, u - подвижность носителей тока.
Концентрация собственных носителей заряда зависит от температуры: чем она выше, тем большее количество электронов приобретают энергию, больше ширина запрещенной зоны, и соответственно, больше возникает дырок.
Концентрация примесных носителей заряда зависит от концентрации примеси. При нагревании происходит возбуждение примесных носителей, и концентрация их увеличивается.
Подвижность носителей заряда электронов и дырок - параметр, характеризующий скорость перемещения (см2/с) носителей заряда в направленном поле за время их «жизни» при разности напряжения (В). Зависит от концентрации примесей, дефектов кристаллической решетки и температуры.
Время жизни носителей заряда г показывает время существования носителей тока с момента их возбуждения до момента потери энергии.
На электропроводность полупроводников влияет деформация, которая приводит к изменению междуатомных расстояний и, как следствие, к изменению концентрации и подвижности носителей заряда. Величиной, численно характеризующей изменение удельной проводимости полупроводников приопределенном виде деформации, является техночувствительность др =
Под воздействием света происходит перевод электрона в свободное состояние или образование дырки. Энергия, передаваемая светом каждому электрону, зависит от частоты световых колебаний и не зависит от яркости (силы) света. Фотопроводимость полупроводника определяется как разность удельной электропроводности при освещении и в темноте. Освобожденные светом электроны находятся в хаотическом перемещении в междуатомных промежутках очень короткое время – 10-3 – 10-7 с. Если к кристаллам приложить электрическое поле, то они будут участвовать в электропроводности. С понижением температуры уменьшается темновая проводимость (γт), служащая фоном, на котором появляется фотопроводимость, и поэтому роль фотопроводимости возрастает.
К важнейшим термоэлектрическим явлениям в полупроводниках, как и в металлах, относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томпсона. Сущность эффекта Зеебека, для полупроводников состоит в том, что в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных полупроводников (или полупроводника и металла), возникает ЭДС, если между концами этих материалов существует разность температур. Эффект, обратный явлению Зеебека, называют эффектом Пельтье. Он состоит в том, что при прохождении тока через контакт двух разнородных полупроводников (или полупроводника и металла) происходит поглощение или выделение теплоты в зависимости от направления тока.
Эффект Томпсона заключается в выделении или поглощении теплоты при прохождении тока в однородном материале, в котором существует градиент температур.
При одновременном действии на полупроводник электрического и магнитного полей наступает явление, получившее название гальваномагнитный эффект. Все гальваномагнитные эффекты делят на поперечные (действие электрического и магнитного полей обнаруживается на гранях полупроводника, параллельных электрическому и магнитному полям) и продольные (проявляются вдоль образца). К поперечным относят эффекты Холла и Эттинегаузена, к параллельным - изменение сопротивления образца в магнитном поле и эффект Нернста (продольная разность температур).
Основным элементом структуры большинства типов полупроводниковых приборов (ППП) является переход - переходный слой в полупроводниковом материале между двумя областями с различными типами электропроводности или разными значениями удельной электропроводности, причем одна из областей может быть металлом. Электрический переход между двумя областями полупроводника с электропроводностью р-типа и n-типа называют электронно-дырочным переходом или р-n переходом. Создают такой переход введением донорной или акцепторной примеси в полупроводник таким образом, чтобы одна часть полупроводника обладала электронной, а другая часть - дырочной электропроводностью.
Все полупроводниковые материалы делят на простые и сложные. К простым относят германий, кремний, селен и другие. Из трех основных простых полупроводников (Ge, Si, Se) наименьшая ширина запрещенной зоны у германия, у него же и большая подвижность электронов и дырок, но наименьшая рабочая температура. Из германия изготавливают диоды, транзисторы, датчики ЭДС Холла, тензодатчики, а кроме того, фотодиоды и фототранзисторы, модуляторы света, оптические фильтры, счётчики ядерных частиц. Рабочий диапазон температур германиевых приборов (-60 - +70) °С.
Кремний идет на изготовление НЧ, ВЧ диодов, маломощных и мощных транзисторов, полевых транзисторов, стабилитронов, тиристоров, фотопреобразователей и т.п. Верхний предел рабочих температур - 180 - 200 °С.
Из бинарных соединений широко используется карбит кремния SiC с большой шириной запрещенной зоны (2,8 - 3,1 эВ). ППП могут работать при температуре вплоть до 700 °С. Применяют для изготовления варисторов, светодиодов и высокотемпературных диодов, транзисторов, тензорезисторов и др. Среди бинарных соединений практическое применение находят соединения АIIIВV, AIIBVI, AIVBIV. Группа AIIIBV: GaP, InP, GaAs, InAs, InSb, GaSb.
Арсенид галлия GaAs занимает особое положение. Большая ширина запрещенной зоны (1,4 эВ), высокая подвижность электронов (0,85 м2/В·с) позволяют создавать приборы, работающие при высоких температурах и высоких частотах. В 1962 г. на GaAs был создан первый инжекционный лазер. Его используют для изготовления светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов, для изготовления детекторов в ИК области спектра, датчиков Холла, термоэлектрических генераторов, тензометров применяют антимонид индия (InSb), имеющий очень маленькую ширину запрещенной зоны (0,17 эВ) и очень высокую подвижность электронов (7.7м2/В·с}. В серийном производстве светодиоды изготавливают из фосфида галлия GaP. Антимонид галлия (GaSb) обладает высокой чувствительностью к механическим напряжениям (для тензометров).
Полупроводниковые соединения AIIBVI - халькогениды цинка, кадмия, ртути. Среди них выделяют сульфиды (ZnS, CdS, HgS), сельниды (ZnSe, CdSe, HgSe) и теллуриды (ZnTe, CdTe, HgTe). Эти соединения - люминофоры, поэтому из них получают фоторезисторы, высокочувствительные датчики Холла и приемники далекого инфракрасного излучения.
Вопросы для самопроверки
1. Собственный и примесный полупроводник.
2. Донорные и акцепторные примеси.
3. Факторы, определяющие электропроводность полупроводников.
4. Концентрация носителей заряда.
5. Подвижность носителей заряда.
6. Ширина запрещенной зоны полупроводника.
7. Электронная и дырочная электропроводность.
8. Термоэлектрические эффекты в полупроводниках.
9. Фотоэлектрические эффекты в полупроводниках.
10. Электрический переход (p-n) между двумя областями полупроводника.
11. Простые и сложные полупроводники.
12. Германий, кремний, селен.
13. Соединения AIIIBV (GaP, InP, GaAs, InAs, InSb, GaSb).
14. Соединения AIIBVI.
Литература [1, 45, 57-59]
1.7. Радиоэлементы
Классификация радиоэлементов. Резисторы: основные параметры; классификация резисторов (общего назначения, специальные высокочастотные и другие). Конденсаторы: основные параметры, классификация. Катушка индуктивности: классификация, основные параметры. Электрические соединители: классификация, основные параметры.
Радиоэлементы (изделия электронной техники – ИЭТ) подразделяются на активные и пассивные. В данном курсе рассматриваются пассивные радиоэлементы (резисторы, конденсаторы, моточные изделия, переключатели, соединители и др.). их по конструктивно-техническим параметрам делят на навесные и микрокомпоненты (для ПЛС).
Резисторы – наиболее массовые радиокомпоненты ЭС. В зависимости от характера изменения сопротивления при протекании тока и внешних воздействующих факторов резисторы делятся на линейные и нелинейные (терморезисторы, варисторы и магниторезисторы). По назначению резисторы делятся на резисторы общего назначения и специальные (прецизионные и сверхпрецизионные, высокочастотные и высоковольтные и высокомегаомные). По способу защиты от внешних воздействий конструктивно их выполняют изолированными, неизолированными, герметизированными и вакуумными. По характеру изменения сопротивления резисторы подразделяют на постоянные и переменные (подстроечные и регулировочные). По материалу резисторного элемента резисторы разделяют на непроволочные, проволочные металлофольговые.
Сокращенное условное обозначение непроволочных резисторов (на 1968г.) состоит из трех букв: первая указывает вид резистивного слоя (К – композиционный, У – углеродистые, М – металлопленочные), вторая – вид защиты (Л – лакированные, Г –герметичные, В –вакуумные), третья характеризует особые свойства или назначение резисторов (Т – теплостойкие, П – прецизионные, В – высоковольтные, М – мегаомные и т.д.).
Вторая система сокращенных условных обозначений состоит из букв и цифр: С – резисторы постоянные, СП – резисторы переменные. Число, стоящее после букв, обозначает разновидность резисторов в зависимости от материала токопроводящего элемента: 1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые; 2 – непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические металло..ные; 3 – непроволочные композиционные пленочные; 4 – непроволочные композиционные объемные; 5 – проволочные; 6 – непроволочные тонкослойные металлизированные. Цифра, стоящая через дефис обозначает регистрационный номер. Например, С4-2: резистор объемный изолированный для навесного монтажа. В соответствии с ГОСТ 4.074.009-78 введена новая система сокращенных условных обозначений: первый элемент – буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов (Р – резисторы постоянные, РП – резисторы переменные, НР – наборы резисторов, ПТ – потенциометры, ТР – терморезисторы с отрицательным ТКС, МГ – магниторезисторы, ВР – варисторы постоянные, ВРП – авристоры переменные, ГЗР – газорезисторы); второй элемент – цифра, обозначающая вид материала резистора (полупроводниковые материалы не обозначаются): 1 – непроволочные; 2 – проволочные; третий элемент – порядковый номер данного резистора. Например, Р1-4 – резистор металлодиэлектрический неизолированный для навесного монтажа.
Полное условное обозначение резистора содержит данные, необходимые для заказа резисторов конкретного типа к записи в конструкторской документации. Данные указываются в следующей последовательности. Для постоянных резисторов: номинальная мощность рассеивания; номинальное сопротивление с буквенным обозначением единицы измерения (Ом, кОм. Мом, Гом, Том); допуск на отклонение величины сопротивления (в %); группа по уровню шумов (для непроволочных резисторов); группа по ТКС.
Для переменных резисторов: номинальная мощность рассеивания, номинальное сопротивление; допуск; функциональная характеристика (для непроволочных резисторов); обозначения конца вала и длины выступающей части вала (размер от монтажной плоскости до конца вала) (ВС-1 - сплошной гладкий, ВС-2 – сплошной со шлицем, ВС-3 –сплошной с лыской, ВС-4 – сплошной с двумя лысками, ВП-1 – полый гладкий, ВП-2 – 2 полый с лыской).
Маркирорвка на резисторах буквенно-цифровая. Она содержит: вид, номинальную мощность номинальное сопротивление, допуск и дату изготовления. В соответствии с ГОСТ 17598-72 и публикацией МЭК на постоянных резисторах допускается маркировка цветным кодом, которая наносится знаками в виде кругов или полос.
При выборе резисторов необходимо учитывать следующие факторы.
1. Номинальное и предельно допустимые значения сопротивлений.
2. Допустимую мощность рассеивания.
3. Способность резисторов проводить ток.
4. Максимально допустимое напряжение
5. Допуски или точность.
6. Температурный коэффициент и ограничения по тепловому режиму.
7. Коэффициент напряжения.
8. Шум
9. Габариты и требования к монтажу
10. Паразитные индуктивность и емкость
11. Стабильность при воздействии внешних условий во время пайки, при ударах, вибрации, перепадах температуры, повышенной влажности, изменения высоты, а также механическую прочность изоляции, длительность сохранности цветового кода.
В настоящее время широкое распространение получила технология монтажа на поверхность (ТМП). В зарубежной практике – SMT – Surface Mounted Technology. Элементная база ТМП – компоненты, монтируемые на поверхность (КМП) – SMD – Surface Mounted Device.
Отечественной промышленностью выпускаются КМП (резисторы) следующей номенклатуры.
З1-8 ОЖО.467.164 ТУ
Резисторы постоянные непроволочные предназначены для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока. Имеют вид климатического исполнения - УХЛ. Резисторы выпускаются на номинальные мощности 0.125 и0.25 Вт в виде чип - элементов с габаритными размерами соответственно 2х1 и 4х2 мм. Пределы номинальных сопротивлений от 5.11 Ом до 681 кОм по ряду Е48. Предельное рабочее напряжение 100 и 200 В.
Р-11 ОЖО.467.168. ТУ
Резисторы постоянные непроволочные общего применения предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Вид климатического исполнения – УХЛ 5.
Резисторы предназначены для ручной и автоматизированной сборки РЭС. Выпускаются на номинальную мощность 0.25 ВТ в цилиндрическом корпусе MELF с габаритными размерами 6,1х2,3 мм. Пределы номинальных сопротивлений от 1 Ом до 3 кОм по ряду Е24. Предельное рабочее напряжение.
Р1-12 ОЖО.467.169 ТУ
Резисторы постоянные непроволочные общего применения предназначены для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока. Вид климатического исполнения – УХЛ 3. резисторы предназначены для ручной и автоматизированной сборки РЭС.
Выпускаются на номинальные мощности 0,062 и 0,125 Вт в виде чип-элементов с габаритными размерами 2х1,25 и 3,2х1,6 мм. Пределы номинальных сопротивлений от 1 Ом до 8,8 Мом по ряду Е24. Предельное рабочее напряжение 50 и 100 В.
Р1-16 ОЖО.467.179. ТУ
Резисторы постоянные непроволочные прецизионные незащищенные для работы в герметичных объемах РЭА. Вид климатического исполнения – УХЛ 4. Предназначены для автоматизированной сборки ЭЭС в высокоточных цепях.
Резисторы выпускаются на номинальную мощность 0,125 Вт в виде чип-элементов габаритных размеров 3,2х1,6 мм. Пределы номинальных сопротивлений от 100 Ом до 200 кОм по ряду Е192. предельное рабочее напряжение 100 В.
СПЗ-28 ОЖО.468.166. ТУ и ОЖО.468.370 ТУ
Резисторы непроволочные подстроечные бескорпусные одинарные однооборотные предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Вид климатического исполнения – В и УХЛ.
Резисторы выпускаются на номинальную мощность 0,125 Вт, прямоугольной формы с габаритными размерами 4,5х4,5 мм. Пределы номинальных сопротивлений от 10 Ом до 10Мом. Предельное рабочее напряжение 50 В.
1.7.2 Конденсаторы
Конденсаторы по их использованию в ЭС занимают второе место среди других пассивных ЭЭТ.
Классификацию конденсаторов осуществляют по ряду классификационных признаков (рис.1).
Все остальные конденсаторы являются специальными. Основные свойства конденсаторов определяются видом диэлектрика, поэтому проводят их классификацию по виду диэлектрика. (рис.2)
 |
|
|
|
|
 |  |  |  | ||||
Рис.2. Классификация конденсаторов по виду диэлектрика
Конденсаторы постоянной емкости характеризуются рядом электрических характеристик и параметров.
Номинальная емкость – значение емкости, отмаркированной на конденсаторе и указанное в технической документации. Номинальные емкости стандартизированы. Они образуют ряды геометрической прогрессии. В производстве конденсаторов чаще всего используют ряды Е3, Е6, Е12, Е24, реже Е48, Е96 и Е192.
Допустимое отклонение (допуск) определяется классом точности. (Рис.3.)
| Класс | I | II | III | IV | V | VI | |||||
| Допуск, % | ±0,1 | ±0,2 | ±0,5 | ±1 | ±2 | ±5 | ±10 | ±20 | -10 ±20 | -20 ±30 | -20 ±50 |
Рис.3. Классы точности и допуски конденсаторов
Номинальное напряжение – наибольшее напряжение между обкладками конденсатора при котором он может работать надежно, сохраняя свои параметры в пределах допуска при установленном диапазоне рабочих температур. Для большинства типов конденсаторов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока на конденсаторе, как правило, меньше номинального напряжения постоянного тока. Различают также испытательное и пробное напряжения.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – параметр, характеризующий обратимое изменение емкости конденсатора при изменении температуры на 10С. Он может быть положительным, отрицательным или близким к нулю. Для большинства конденсаторов закон изменения ТКЕ – линейный. Для низкочастотных конденсаторов большой емкости (бумажные, электрические, оксидно-полупроводниковые и др.) – нелинейный. Температурная стабильность у них оценивается при крайних значениях температур и значительно ниже, чем у высокочастотных.
Сопротивление изоляции – это сопротивление, оказываемое конденсатором прохождению электрического тока.
У электролитических конденсаторов измеряют не сопротивление изоляции, а ток утечки. Чем больше емкость, тем больше ток утечки (для танбаловых конденсаторов – доли микроампера, для алюминиевых – несколько миллиамперов).
Потери в конденсаторах при переменном токе характеризуются tgδ.
Мощность конденсатора. При работе конденсатора в цепи переменного синусоидального напряжения различают мощности:
полную: 
активную: 
реактивную: 
где U, I – действующие (0,707 от амплитудного) значение синусоидального напряжения и тока; φ – угол сдвиша фаз межд
|
|
|
|
|
|
Дата добавления: 2016-12-18; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 529 | Нарушение авторских прав
Лучшие изречения:
| 2152 - 