Проаналізуйте обємну іповерхневу електропровідність твердих діелектріків (65)

Для твердих діелектриків розрізняють об'ємну провідність ізоляції G_v, чисельно визначальну провідность через товщину матеріалу, і поверхневу провідність G_s, що характеризує наявність шару підвищеної електропровід-ності на поверхні розділу твердої ізоляції з навколишнім газоподібним чи рідким середовищем. Цей шар утворюється внаслідок неминучих забруднень, зволоження і т.д. Відповідно вводяться поняття об'ємного струму витоку I_v і поверхневого струму витоку I_s.

Для порівняльної оцінки об'ємної і поверхневої провідності різних мате-ріалів користаються значеннями питомого об'ємного опору ρ_v і питомого поверхневого опору ρ_s.

У системі СІ питомий об'ємний опір чисельно дорівнює опору куба з реб-ром в один метр, вирізаного з досліджуваного матеріалу, якщо струм прохо-дить через дві протилежні грані цього куба. Розмірність цього опору Ом*м.

Для плоского зразка з постійним поперечним перерізом, вміщеного в одно-рідне поле, питомий об'ємний опір визначається за формулою

, (2.2)

де R- об'ємний опір, Ом; S – площа електрода, м²; h – товщина зразка, м.

Значення ρ_v для порівняно низькоякісних діелектриків (деревина, папір, асбестоцемент і т.д.) знаходиться в межах 10⁶-10⁸ Ом м. Для таких матеріалів як полістирол, поліетилен і т.д. значення ρ_v складає 10¹⁴-10¹⁶Ом м, у неіоні-зованих газів значення ρ_v ще вище.

Питомий поверхневий опір ρ_S чисельно дорівнює опору квадрата (будь-яких розмірів), думкою виділеного на поверхні матеріалу, якщо струм прохо-дить через дві його протилежні:

ρ_S = , (2.3)

де R_S – поверхневий опір зразка матеріалу між паралельно розташовани-ми електродами, Ом; d-ширина електрода, м; l - відстань між електродами, м.

Розмірність питомого поверхневого опору - Ом.

Використовуючи значення питомого об'ємного і поверхневого опорів, можна визначити питому об"ємну провідність = 1/ ρ_v і відповідно питому поверхневу провідність = 1/ρ_S.

Повна провідність твердого зразка діелектрика дорівнює сумі об'ємної і поверхневої провідностей.

Розглянемо задачу: дві протилежні грані куба з ребром а = 10мм з діелек-тричного матеріалу з питомим об'ємним опором і питомим поверхневим опором покриті металевими електродами. Визначити струм, який протікає через ці грані при постійній напрузі U = 2 кв.

Наведемо еквівалентну схему заміщення даного діелектрика

R_v R_S1 R_s2 R_s3 R_s4

Спочатку визначимо об'ємний і поверхневий опори діелектрика

Опір ізоляції

;

Струм, що протікає через діелектрик

.

ЯКУ ФУНКЦІЮ ВИКОНУЮТЬ ФЕРИТИ В ПРИСТРОЯХ НВЧ (66)

В техніці НВЧ застосовують пристрої, що працюють в діапазоні частот від сотень мегагерц до десятків гигагерц, тобто в діапазоні довжин хвиль від метрів до міліметрів. Для передачі електромагнітної енергії такої частоти застосовують хвилеводи — порожнисті металеві труби різної конфігурації, а також коаксіальні і полоскові лінії передачі. Якщо помістити всередину хвилеводу ферит, то в результаті взаємодії фериту з проходячою електромагнітною хвилею можна змінити структуру поля і швидкість розповсюдження хвиль, залежні від електричних і магнітних властивостей НВЧ-фериту. Оскільки магнітними параметрами фериту можна управляти дією зовнішнього магнітного поля, вони є основою багатьох важливих приладів НВЧ-техніки, таких, як, вентилі, фільтри, модулятори, помножувачі частоти.

В основі роботи феритових НВЧ-пристроїв лежить залежність магнітної проникності, а отже швидкості і загасання, від характеру поляризації електромагнітної хвилі, напряму розповсюдження і намагніченості. Дія більшості пристроїв і приладів, в яких застосовані НВЧ-ферити засновано на використовуванні магнітооптичного ефекту Фарадея, ефекту феромагнітного резонансу і зміни значення магнітної проникності фериту при дії на нього зовнішнього магнітного поля.

Робота того або іншого пристрою залежить від параметрів ферритового вкладиша, розмір і конфігурація якого визначаються для кожного конкретного випадку і залежать від призначення СВЧ-пристрою і умов його застосування (діапазон робочих частот і температур, рівень потужності). Вкладиші виготовляються у вигляді пластин, стрижнів, дисків, сфер і півсфер, а іноді мають і складнішу конфігурацію (рамки, шайби, фігурні пластини).

Одна з нових областей застосування НВЧ-феритів — квантова електроніка. використання прозорих для оптичного діапазону електромагнітних хвиль феррогранатів як робоче середовище для створення лазерів дозволило розробити принципово нові пристрої, в яких управління частотою і поляризацією лазерного випромінювання проводиться шляхом дії зовнішнім магнітним полем безпосередньо на робочу речовину лазера.

Разом з основними параметрами — точкою Кюрі, початковою магнітною проникністю, питомим електричним опором— для НВЧ-феритів указують намагніченість насичення, діелектричну проникність, тангенс кута діелектричних втрат, ширину лінії гиромагнітного резонансу і ряд інших параметрів.

Ферити НВЧ повинні відповідати ряду специфічних вимог, основні з яких — висока активність матеріалу до управляючого поля (можливість управління відносно слабим зовнішнім полем); високий питомий електричний опір р(105... 1011 Ом-м) і, можливо, менше значення tgδ (10~4... ... 10~3), а також магнітних втрат зовні області резонансу, що забезпечує мале загасання у фериті; вузька крива феромагнітного резонансу, температурна стабільність властивостей і більш високе значення точки Кюрі. Розроблено велику кількість феритів різного хімічного складу, які можуть бути використаний в НВЧ-пристроях. Матеріали, отримані на основі фериту магнію (Mg-Mn-шпинель), призначені в основному для роботи в середній частині сантиметрового діапазону.

В довгохвильовій частині сантиметрових хвиль застосовуються магнієві ферроалюмінати (Mg-Al-шпінель) і феррохромінати (Mg-Cr-шпінель), які характеризуються малими значеннями індукції насичення і малими початковими проникностями. Деякі марки цих феритів мають низькі значення точки Кюрі, що обмежує їх застосування при підвищених температурах.

В перспективі можливо створення інтегральних схем НВЧ-діапазона на феритових підкладках, окремі ділянки яких, піддані локальному легуванню, виконуватимуть функції активних напівпровідникових елементів схеми.