Применение сегнетоэлектриков в радиоэлектронике и биомедицинской технике

1. Применяются в запоминающих устройствах.

Характеристика сегнетоэлектриков имеет вид петли гистерезиса.

К_ППГ = . коэффициент прямоугольности петли гистерезиса.

Чем ближе К_ППГ к единице, тем лучше запоминающее устройство.

2. Вариконды – нелинейные конденсаторы, емкость которых зависит от приложенного напряжения.

Одна из основных характеристик варикондов — коэффициент нелинейности К, определяемый как отношение максимального значения диэлектрической проницаемости при некоторой, максимальной для данного материала, напряженности электрического поля к начальному значению диэлектрической проницаемости. Вариконды предназначены для управления параметрами электрических цепей за счет изменения их емкости при воздействии как постоянного или переменного напряжения, так и нескольких напряжений, приложенных одновременно и различающихся по значению и частоте.

С = ; с прямопропорционально ε

К = =

 

Нелинейные диэлектрические элементы, обычно в тонкопленочном исполнении, являются основой разнообразных радиотехнических устройств — параметрических усилителей, фазовращателей, умножителей частоты, модуляторов, стабилизаторов напряжения, управляемых фильтров и др.

3. Изготовление малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью.

С = . При одинаковых S, d сегнетоэлектрик обеспечивает достаточно высокую емкость.

4. Датчики температуры

Используют зависимость ε(T)→Q(T) для некоторых вводов сегнетоэлектриков.

5. Использование кристаллов сегнето- и антисегнетоэлектриков для модуляции и преобразования лазерного излучения;

6. Изготовление пьезоэлектрических и пироэлектрических преобразователей.

Различают прямой и обратный пьезоэффект

Прямой: если на пластину сегнетоэлектрика оказать давление, она изменит свой размер и возникнуть заряды. Например применяется в зажигалках.

Обратный: при подачи переменного электрического поля создаются механические колебания элемента и окружающего пространства. Применяется в ультразвуковых методах в медицине.

 

7. Применение ультразвука в медицине.

Акустическое излучение – это периодически изменяющееся сжатие и разряжение среды, в которых распространяются акустические волны.

Сегнетоэлемент, называемый трансдюсер, нашел практическое применение в ультразвуковой диагностике. Он устроен так, что является и излучателем и приемником ультразвука.

Характеристики диэлектрических потерь в постоянном и переменном электрическом поле. Виды диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры, частоты, напряженности электрического поля для полярных и неполярных диэлектриков.

Диэлектрическими потерями называется мощность, расходуемая на нагревание диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Потери в постоянном поле характеризуются значениями объемного и поверхностного сопротивлений.

В переменном поле характеристиками являются:

- удельная мощность потерь;

- угол диэлектрических потерь и тангенс этого угла.

Удельная мощность потерь – мощность, расходуемая на нагрев единицы объема диэлектрика в единицу времени: P_{диэл. потерь} = U²Cωtgδ.

Угол диэлектрических потерь – угол, дополняющий до 90˚ сдвиг фаз между током и напряжением в емкостной цепи (рис. 1); tgδ – тангенс угла, дополняющего сдвиг фаз между током и напряжением до 90˚.

Рис. 1 – Схема замещения и угол диэлектрических потерь

Виды диэлектрических потерь.

1. Потери, связанные со сквозной электропроводностью. Этот вид потерь является самым распространенным, проявляется во всех диэлектриках без исключения.

2. Поляризационные потери. Эти потери характерны для полярных диэлектриков, в которых имеются замедленные и релаксационные виды поляризации.

3. Потери, связанные с неоднородностью структуры диэлектрика. Такие потери связаны со структурной или миграционной поляризацией.

4. Ионизационные потери. Характерны для газообразных диэлектриков, либо диэлектриков, содержащих газовые включения (бумага, картон, пенопласт, керамика и др.).

5. Резонансные потери. Связаны с поглощением энергии электрического поля на ВЧ и СВЧ некоторыми примесями диэлектрика или его дефектами, которые имеют соответствующие резонансные частоты поглощения, порядка 10¹³–10¹⁵ Гц.

 

18. Электрическая прочность диэлектриков и ее характеристики. Особенности пробоя газообразных диэлектриков. Зависимость Е_пр от давления, формы электродов и расстояния между ними.

В твердых диэлектриках различают три основных вида пробоя: электрический, электротепловой и электрохимический. Возникновение того или иного вида пробоя в диэлектрике зависит от его свойств, формы электродов, условий эксплуатации.

Надежность и долговечность электрической изоляции проводов, диэлектрика конденсатора и других деталей радиоэлектронной аппаратуры зависят от электрической прочности диэлектрика. Пробоем называется потеря диэлектриком электроизолирующих свойств материала в канале, образующемся между электродами, под действием электрического поля. Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением (U_пр).

Электрическую прочность диэлектрика E_пр в однородном электрическом поле определяют величиной пробивного напряжения U_пр, отнесенной к толщине диэлектрика d (расстоянию между электродами):

, В/м. (2.10)

Величина E_пр характеризует способность диэлектрика противостоять разрушающему действию электрического поля.