- •Зайцев ю.В., Мирошниченко а.Ю., Холодный д.С. Материалы и элементы электронной техники (физика процессов, строение и электрические характеристики)
- •Введение
- •1. Структура и строение материалов
- •1.1. Основные кристаллические структуры
- •1.2. Структуры бинарных соединений типа ав
- •1.3. Эффективные радиусы ионов и атомов
- •1.4. Геометрические пределы устойчивости структур с различными координационными числами
- •2. Процессы поляризации, диэлектрические потери
- •2.1. Комплексная диэлектрическая проницаемость
- •2.2. Уравнение электрического поля для изотропной среды
- •2.3. Электронная поляризация
- •2.4. Атомная и ионная поляризация
- •2.5. Ориентационная поляризация
- •2.6. Комплексная диэлектрическая проницаемость и уравнения Максвелла
- •2.7. Релаксационные потери
- •2.8. Физическая сущность диэлектрических потерь
- •3. Виды поляризация диэлектриков и диэлектрические потери
- •3.1. Виды поляризации
- •3.2. Простейшие схемы замещения диэлектриков с потерями
- •3.4. Тепловые виды поляризации
- •Зависимость от температуры параметров, описывающих тепловую поляризацию
- •Диаграмма коул-коула
- •3.4. Механизмы упругой поляризации.
- •3.5. Решеточное поглощение и отражение
- •4. Представление диэлектриков с помощью эквивалентных схем
- •4.1. Двух- и трех- элементные эквивалентные схемы
- •Входные характеристики
- •4.3. Схемы замещения реальных элементов электрических цепей
- •4.4. Поверхностная и объёмная поляризация
- •4.4. Измерение ε и tgδ
- •5. Классическая теория проводимости металлов
- •5.1. Основные предположения проводимости по теории Друде
- •5.2. Статическая электропроводность металла
- •6. Теория электропроводности Зоммерфельда
- •6.1. Распределения Максвелла − Больцмана и Ферми − Дирака
- •6.2. Свойства электронного газа в основном состоянии
- •6.2.1. Электрон как волна
- •6.2.2. Математическое описание волн
- •6.2.3. Уравнение Шредингера и волновая функция
- •7. Электропроводность диэлектриков и полупроводников
- •7.1. Электропроводность диэлектрических и полупроводниковых материалов
- •7.2. Диэлектрические керамические материалы
- •7.2.1. Алюминия оксид
- •7.2.2. Нанокристаллические материалы
- •7.2.3. Применение наноразмерных сегнетоэлектрических материалов
- •7.2.4. Пористая пьезокерамика
- •7.3. Полупроводниковые материалы
- •7.3.1. Типы полупроводников
- •7.4.2. Методы роста
- •7.5. Ионная проводимость
- •7.5.1. Диффузия ионов в электрическом поле
- •7.6. Зонная теория твердого тела
- •7.6.1. Стационарное уравнение Шредингера
- •7.6.2. Электрон в бесконечно глубокой потенциальной яме
- •7.6.3. Структула энергетических зон
- •7.6.4. Адиабатическое приближение и валентная аппроксимация
- •7.6.5. Одноэлектронное приближение
- •7.6.6. Трансляционная симметрия зон Бриллюэна
- •7.7. Колебания кристаллической решетки. Фононы
- •7.8. Теплоемкость твердых тел
- •8. Плёночные резисторы и конденсаторы
- •8.1.Конструкции и основные характеристики резисторов
- •8.2.Основные характеристики резисторов
- •8.3. Обозначения и маркировка резисторов
- •8.4. Специальные виды резисторов.
- •8.5. Конденсаторы
- •8.5.1. Конденсаторы с оксидным диэлектриком
- •8.5.2. Конденсаторы с органическим диэлектриком
- •8.6. Области использования конденсаторов
- •9. Коррозионная стойкость металлов
- •9.1. Виды коррозионных процессов
- •9.2. Физика процессов коррозии металлов
- •9.3. Образование продуктов окисления на поверхности металла
- •9.4. Основные стадии коррозии металлов
- •9.5. Адсорбция газов на поверхности металлов
- •9.6. Адсорбция кислорода на поверхности металла и образование оксида
- •9.7. Плёнки на поверхности металлов
- •9.8. Кинетика газовой коррозии металлов
- •9.9. Линейный закон роста плёнок
- •9.10. Параболический закон роста пленок
- •9.11. Сложные законы роста пленок
- •9.12. Оксидные пленки на поверхности металла
- •9.13. Механизм химической коррозии
- •9.14. Влияние внутренних и внешних факторов на скорость газовой коррозии
- •9.14.1. Влияние состава плёнки
- •9.14.2. Влияние температуры
- •9.14.3. Влияние давления и состава газа
- •9.15. Теории жаростойкого легирования
- •10. Металлические сплавы
- •10.1. Образование сплавов
- •10.2. Строение сплавов
- •10.3. Твердые растворы
- •10.4. Строение и свойства железоуглеродистых сплавов
- •10.5. Строение и свойства железа
- •10.6. Компоненты и фазы в сплавах системы (железо−углерод)
- •11. Магнитные материалы
- •11.1. Магнитные свойства твердых тел
- •11.1.1. Диамагнетики
- •11.1.2. Парамагнетизм
- •11.1.3. Ферромагнетики. Антиферромагнетики
- •1 ‒ Распределение в изолированных атомах; 2 ‒ распределение при обобществлении электронов.
- •11.2. Доменная структура
- •11.3. Намагничивание
- •11.4. Магнитострикция и термострикция
- •11.5. Ферримагнетизм. Ферриты
- •11.6. Процесс намагничивания.
- •11.6.1 Движение доменной стенки
- •11.6.2. Взаимодействие намагниченности с магнитным полем
- •11.6.3. Динамические эффекты процесса намагничивания
- •11.6.4. Перминвар - эффект
- •11.6.5. Магнитное последействие
- •11.7. Частотная зависимость магнитной проницаемости
- •Литература
8.3. Обозначения и маркировка резисторов
До 1968 года обозначение резисторов состояло из букв, отражающих конструктивно-технологические особенности данного типа резистора, например, МЛТ — металлопленочный лакированный теплостойкий.
С 1968 года в соответствии с ГОСТ 1345368 постоянные резисторы стали обозначаться буквой С, а переменные — буквами СП. По конструкции токонесущей части резисторы были разделены на шесть групп:
1- непроволочные углеродистые или бороуглеродистые;
2- непроволочные металлопленочные или металлооксидные;
3- непроволочные тонкопленочные композиционные;
4- непроволочные объемные композиционные;
5- проволочные;
6- резисторы для сверхвысоких частот.
Согласно ГОСТ, в обозначении резисторов после букв С или СП стоит цифра, указывающая номер группы, а затем через дефис — номер конкретной конструкции резистора. Например, обозначение С2-8 означает: резистор постоянный второй группы, восьмой вариант конструкции.
С 1980 года стала применяться другая система обозначений, также состоящая из трех элементов:
1 - первый элемент — буквенный: Р — постоянный резистор, РП — переменный резистор, РН — набор резисторов;
2 - второй элемент — цифра: 1 — непроволочный резистор, 2 — проволочный ре- зистор;
3 третий элемент — цифра, обозначающая разновидность конструкции.
В конструкторской документации помимо типа резистора указывают номинальную мощность, номинальное сопротивление, допуск на сопротивление и ряд других параметров.
На принципиальных схемах резисторы изображают в виде прямоугольника с указанием сопротивления, мощности и порядкового номера (рис. 8.8).
а б в г д е ж
Рис. 8.8. Мощности и порядковые номера резисторов
Мощность указывают наклонными, продольными или поперечными линиями внутри прямоугольника: a — 0,125 Вт; б — 0,25 Вт; в — 0,5 Вт; г — 1 Вт; д — 2Вт. Изображение переменных резисторов показано на рис. 8.8, е, а подстроечных — на рис. 8.8, ж.
Основные параметры резисторов указывают на его корпусе, но для миниатюрных резисторов не хватает места на корпусе, поэтому ГОСТ 11076—69 предусматривает сокращенную буквенно-кодовую маркировку. При такой маркировке вместо запятой в наборе цифр, означающих номинальное значение сопротивления, ставят букву, указывающую, в каких единицах выражено сопротивление: R (или Е) — в омах, К — в килоомах, М — в мегаомах, G — в гигаомах, Т — в тераомах. При этом ноль, стоящий до или после запятой, не ставят. После указания величины номинального сопротивления ставят букву, обозначающую допуск, в соответствии с табл. 8. 1.
В последние годы стала применяться международная система обозначений в соответствии с табл. 8.2.
Например, резистор с сопротивлением 0,47 кОм и допуском ±20 % маркируют К47В или К47М.
Таблица 8.1
Маркировка резисторов по ГОСТ 11076—69
Допустимое отклонение, % |
±0,1 |
±0,2 |
±0,5 |
±1 |
±2 |
±5 |
±10 |
±20 |
±30 |
Обозначение |
Ж |
У |
Д |
Р |
Л |
И |
C |
В |
Ф |
Таблица 8.2.
Маркировка резисторов по СГ СЭВ 1810—79
Допустимое отклонение, % |
±0,001 |
±0,002 |
±0,01 |
±0,005 |
±0,02 |
±0,05 |
Обозначение |
Е |
L |
R |
R |
U |
X |
Допустимое отклонение, % |
±0,1 |
±0,25 |
±0,5 |
±1 |
±2 |
±5 |
±10 |
±20 |
±30 |
Обозначение |
B |
C |
D |
F |
G |
I |
K |
M |
N |
Помимо буквенно-цифровой применяется цветовая индексация номинального сопротивления и допуска на корпусе резистора (ГОСТ 68883—90). Вблизи одного из торцов корпуса наносят 4 цветных полоски:
первая обозначает первую цифру номинала,
вторая — вторую цифру номинала,
третья — множитель;
четвертая — величину допуска, цвет полосок стандартизован.
В зависимости от конкретных условий работы в электронике применяются различные типы резисторов.
Непроволочные тонкослойные постоянные резисторы. У резисторов группы С1 токопроводящий слой представляет собой пленку пиролитического углерода, а у резисторов группы С2 — пленку сплава металла или оксида металла. Эти резисторы являются резисторами широкого применения с допусками ±5, ±10 или ±20 % и мощностью от 0,125 до 2 Вт. Помимо резисторов С1 и С2 к этой категории резисторов относятся резисторы типов МЛТ, МТ и ВС.
Поскольку металл обладает более высокой теплостойкостью, чем углерод, то резисторы С2 при равной мощности имеют меньшие, чем С1, габариты. Резисторы С2 обладают более высокой стабильностью при циклических изменениях температуры. Недостатком металлопленочных резисторов является небольшая стойкость к импульсной нагрузке и меньший частотный диапазон, чем у углеродистых. Объясняется это тем, что токопроводящий слой у металлопленочных резисторов толще, чем у углеродистых резисторов, поэтому, увеличивается паразитная емкость между витками резистивной спирали. На основе резисторов С2 созданы также прецизионные резисторы с допусками ±(0,01) %. Прецизионные резисторы имеют большие габариты, чем резисторы общего применения. Это облегчает тепловые режимы и повышает стабильность свойств проводящего слоя.
Композиционные резисторы. У этих резисторов токопроводящий материал получают путем смешивания проводящего компонента (графита или сажи) со связующими компонентами, наполнителем, пластификатором и отвердителем. В резисторах группы СЗ полученную композицию наносят на поверхность изоляционного основания, а в резисторах группы С4 спрессовывают в виде объемного цилиндра или параллелепипеда. В зависимости от состава композиционные материалы имеют очень широкий диапазон удельных сопротивлений. Объемные композиционные резисторы С4 имеют прямоугольную форму и предназначены для установки на печатных платах. Они обладают высокой теплостойкостью (до 350 °С) и имеют небольшие габариты. Недостатком композиционных резисторов является высокий уровень токовых шумов, что объясняется крупнозернистой структурой проводящего материала.
Проволочные постоянные резисторы. Для изготовления этих резисторов используют провод из специальных сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление, хорошую теплостойкость и малый температурный коэффициент сопротивления. Эти резисторы обладают очень высокой допустимой мощностью рассеивания (десятки ватт) при относительно небольших размерах, высокой точностью и хорошей температурной стабильностью. Так как резисторы изготавливают путем намотки провода на каркас, то они имеют большую индуктивность и собственную емкость. Для уменьшения индуктивности применяют бифилярную намотку, при которой обмотку резистора выполняют сдвоенным проводом, благодаря чему поля расположенных рядом витков направлены навстречу друг другу и вычитаются. Уменьшение индуктивности достигается также путем намотки на плоский каркас. Недостатком бифилярной намотки является большая собственная емкость. Для получения малых индуктивности и емкости применяют разбивку обмотки на секции, в каждой из которых поочередно меняется направление намотки. Проволочные резисторы значительно дороже тонкопленочных, поэтому применяют их в тех случаях, когда характеристики тонкопленочных резисторов не удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Высокочастотные резисторы и резисторы СВЧ. Эти резисторы обладают небольшими собственными индуктивностью и емкостью, что обеспечивается отсутствием спиральной нарезки, но при этом сопротивление не превышает 200-300 Ом. Однако это не является недостатком, так как на СВЧ высокие номиналы сопротивлений не применяют. В ряде случаев высокочастотные резисторы изготавливают без проволочных выводов и эмалевого покрытия, что уменьшает паразитную индуктивность и шунтирующее действие диэлектрика. На сверхвысоких частотах применяют резисторы группы С6, способные работать на частотах до 10 ГГц. К категории высокочастотных относятся также резисторы типов: С2-11, С2-34, МОН (металлоокисидные незащищенные) и МОУ (металлоокисидные ультравысокочастотные). На высоких частотах находят применение, кроме того, микропроволочные малогабаритные резисторы типа С5-32 Т, имеющие длину 6 мм, диаметр 2,6 мм и паразитную индуктивность не более 0,1 мкГн. Эти резисторы имеют мощность 0,125 Вт и номинальное сопротивление от 0,24 до 300 Ом с точностью 0,5; 1; 2 и 5 % [29].
