Радиоматериалы и радиокомпоненты (стр. 3 из 6)

Независимо от размерности величины А, температурные коэффициенты имеют одинаковую размерность – К-1.

Типичные значения температурного коэффициента удельного сопротивленияТКr для чистых металлов составляют ~ 10-3 К-1. Рассмотрим ТКr металла с дефектами, используя выражение (1.7) и предполагая выполнение соотношения (1.6):

ТКr = 1/rdr/dT = 1/(rт + r0) drт/dT = rт/(rт + r0) [(1/rт) drт/dT] = ТКrтrт/(rт + r0). (1.8)

Полученное выражение говорит о том, что при введении примесей (увеличение постоянной составляющей r0) удельное сопротивление металла становится менее температурозависимым (ТКr уменьшается). Опыт показывает, что введением примесей это значение можно понизить на 1-2 порядка (при этом, однако, общее удельное сопротивление повышается).

Типичные значения удельных сопротивлений чистых металлов составляют ~ 10-8 - 10-7 Ом м. Наиболее проводящими при комнатной температуре является известная четвёрка металлов Ag, Au, Cu, Al. Их удельное сопротивление < 3 10-8 Ом м.

1.4 Электрические свойства металлических сплавов

Наряду с чистыми металлами, на практике часто используют металлические сплавы. Получение сплава можно в некоторой степени считать введением примеси в металл, при котором концентрация атомов примеси соизмеряется с концентрацией основного вещества. При этом теряется смысл в разделении вещества на примесь и основу. Из изложенного выше, нетрудно догадаться, что удельное сопротивление сплава должно быть всегда больше, чем удельное сопротивление отдельных компонент, так как происходит взаимообусловленное нарушение периодичности кристаллических структур. В отличие от чистых металлов, остаточная составляющая удельного сопротивления сплава может во много раз температуронезависимую составляющую.

Для простоты рассмотрим сплавы, содержащие два компонента А и В. для сплавов типа физического раствора температуронезависимая остаточная составляющая достаточно хорошо описывается параболической зависимостью Нортгейма:

r0=СХАХВ=СХВ(1-ХВ), (1.9)

где ХА=NА/N и ХВ=NВ/N – атомные доли компонентов А и В в сплаве;

N, NА, NВ – общая концентрация атомов и концентрация атомов А и В;

С – константа, зависящая от температуры компонент. Такая зависимость соответствует концентрационной зависимости полного удельного сопротивления, показанной на рисунке 1.4.

r ТКr

0 Х в , % 100

Рисунок 1.4

Сплавы имеют значительно более высокие значения удельного сопротивления, чем чистые металлы. С другой стороны, как следует, в частности, из выражения (1.8), сплавы термостабильнее чистых металлов, то есть, их ТКr существенно ниже (рисунок 1.4). Оба этих свойства можно использовать для изготовления резисторов – проволочных и плёночных.

r

0 Х в , % 100

Рисунок 1.5

Закон Нортгейма и соотношение для ТКr хорошо выполняются лишь для сплавов, представляющих собой физический раствор компонент А и В (смесь фаз). В ряде случаев, растворы могут образовывать так называемые интерметаллические соединения – по сути, новые химические вещества со своей кристаллической структурой, в которой атомы двух компонент строго упорядочены. Например, в сплавах Mg – Zn могут образовываться следующие соединения MgZn, Mg2Zn3, Mg2Zn4, Mg2Zn6 с регулярными собственными кристаллическими системами. На диаграммах «свойство-состав» таких сплавов на фоне общего максимума, при определённых соотношениях в составе, наблюдаются резкие провалы, соответствующие чистой металлической фазе (рисунок 1.5).

2. Диэлектрики

2.1 Функции, выполняемые диэлектриками в РЭА

Диэлектрики имеют чрезвычайно большое значение для радиоэлектронной техники. Теоретические вопросы, связанные со строением диэлектриков с точки зрения зонной теории, были рассмотрены в пункте 1.1. В простейших случаях своего применения, диэлектрики используются в качестве электроизоляционных материалов. Назначение электрической изоляции сводится к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению электрического тока по путям, нежелательным для работы данной электрической схемы. Однако, помимо пассивных, изолирующих функций, некоторые виды диэлектриков выполняют активные функции, порой более сложные, чем полупроводниковые материалы. Дадим некоторый (не полный) перечень функций, выполняемых диэлектриками в РЭА и элементов, в которых они используются.

Пассивные функции

1) Электроизоляция проводников тока;

2) Поляризационно – изорирующая межобкладочная среда конденсаторов;

3) Подзатворная изоляция полевых транзисторов;

4) связующая среда магнитодиэтектриков;

Активные функции

5) Вариконды, датчики температуры, нелинейные усилительные элементы (на основе сегнетоэлектриков);

6) Пьезоэлектрические генераторы, резонаторы, трансформаторы. Элементы акустоэлектроники (на основе пьезоэлектриков, акустооптических материалов);

7) Источники постоянного электрического поля (на основе электретов);

8) Электролюминофоры, фотолюминофоры, сцинтилляторы;

9) Модуляторы света;

10) Оптические запоминающие устройства;

11) Индикаторы (на основе жидких кристаллов);

12) Рабочие оптические лазерные среды.

2.2 Виды поляризаций

Свободные заряды – заряды способные двигаться под действием электрического поля на расстояния, намного превышающие межатомные.

Связанные заряды – заряды, смещающиеся под действием электрического поля на расстояние, соизмеримые, или меньшие, чем межатомные расстояния.

Поляризация – направленное перемещение в материале большого количества связанного заряда на ничтожно малые расстояния, соизмеримые, или меньшей, чем межатомные расстояния.

Физически процесс поляризации может протекать по-разному и сопровождаться различными явлениями, поэтому, с учётом физических тонкостей поляризацию разделяют на виды и классы (рисунок 2.1). Принципиальные отличия упругих и неупругих видов поляризации отображены в таблице 2.1. Спонтанная поляризация – относительно редкое и уникальное явление, свойственное некоторым кристаллическим диэлектрикам. В отличие от остальных видов поляризации, упругих и неупругих, спонтанная поляризация обладает свойством нелинейности.

ПОЛЯРИЗАЦИИ

Упругие Неупругие

РелаксационныеМиграционныеСпонтанная

1. Электронно- 1. Ионно- 1. Межслоевая

упругая релаксациооная 2. Высоковольтная

2. Ионно-упругая 2. Дипольно-

релаксационная

3. Дипольно- 3. Электронно-

упругая релаксационая

Рисунок 2.1 – Виды поларизации

Таблица 2.1 – Особенности упругих и неупругих видов поляризации

Упругие виды	Неупругие виды
1. Малое время установленияt < ~ 10-12c.	1. Относительно большое время установления t < ~ 10-7c.
2. малые смещения связанных зарядов (в пределах упругих сил), на расстояния значительно меньшие межатомных.	2. Смещение связанных зарядов происходит на расстояния порядка межатомных (упругие силы преодолеваются).
3. отсутствие рассеяния энергии в виде тепла на радиочастотах.	3. имеют место потери энергии в виде тепла в процессе установления на радиочастотах.

Указанные в таблице отличия взаимно обусловлены. Если заряды связаны сильным внутренним полем, а внешнее электрическое поле и тепловые колебания не способны разорвать эти связи, то происходит небольшое смещение заряда в пределах действия упругих сил. Энергия внешнего источника поля, затраченная на смещение зарядов, практически полностью возвращается источнику после снятия поля, - в процессе обратного смещения во внешней цепи индуцируется ток, имеющий противоположное направление по отношению к току прямого смещения. Время установления упругих поляризаций мало, так как оно определяется динамическим смещением микрочастиц при воздействии на них поля.