Лабораторная работа 61 / 2008-05-14-21-24-konstantin-6материалы

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет

кафедра микроэлектроники

отчет

по лабораторной работе №6

на тему:

«Исследование свойств конденсаторных материалов»

Выполнил студент группы 4023

Преподаватель

Санкт - Петербург

2006 г.

1. Основные понятия

Конденсаторные материалы применяются в качестве рабочего диэлектрика в конденсаторах. К основным параметрам конденсатора относятся емкость С, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) _с, тангенс угла потерь tg(). Значения этих параметров во многом обусловливаются свойствами используемого материала.

Емкость конденсатора С определяется как отношение накопленного в нем заряда Q к напряжению U, приложенному к обкладкам конденсатора, и зависит отконструкции и геометрических размеров конденсатора, а также от диэлектрической проницаемости диэлектрика. Емкость простейшего плоского конденсатора с электродами, имеющими форму квадрата,

(1) где ₀ = 8.85*10^-12 Ф/м – электрическая постоянная;  – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; l – сторона квадрата; h – толщина диэлектрика. Из выражения видно, что для увеличения емкости конденсатора при минимальных его размерах, следует применять диэлектрики с возможно большим значением .

ТКЕ отражает отклонение емкости, обусловленное изменением температуры и, следовательно, характеризует температурную стабильность емкости конденсатора.

(2)

Дифференцирование выражения (1) дает:

(3)

Разделим выражение (3) на выражение (1):

, или _С =_+2_М -_Д

где _, _М и _д – температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости диэлектрика, линейного расширения металла электродов и линейного расширения диэлектрика соответственно. В случае, когда в качестве электродов используется тонкий слой металла, нанесенный непосредственно на диэлектрик, можно считать, что _М = _д, и ТКЕ будет _С = _+_Д .

При включении конденсатора в цепь в нем наблюдаются потери электрической энергии, приводящие к его нагреванию. Потери энергии складываются из потерь в диэлектрике и потерь в проводящих частях конденсатора. Для описания потерь на переменном напряжении обычно используют tg(), где  – угол, дополняющий до 90 угол сдвига фаз между током и напряжением конденсатора. Этот параметр характеризует склонность конденсатора рассеивать энергию.

Различают высокочастотные и низкочастотные конденсаторные материалы. В качестве высокочастотных применяют неполярные полимеры, ионные диэлектрики и другие материалы, у которых на высоких частотах главную роль играет электронная или ионная поляризация. Такие материалы имеют низкое значение tg(). В качестве низкочастотных применяются полярные полимеры, сегнетоэлектрики и т.д. Эти материалы характеризуются повышенным значением tg(), но имеют высокую диэлектрическую проницаемость.

2. Обработка результатов

В данной работе исследуются конденсаторы из следующих материалов:

1  Неорганическое стекло; 2  Слюда; 3  Тиконд; 4  Полипропилен; 5  Сегнетокерамика.

Таблица исходных данных:

t, 0C	Образцы
	1	2	3	4	5
	C1, пФ	C2, пФ	C3, пФ	C4, пФ	C5, пФ
20	1551	1118	1449	20020	2700
30	1554	1118	1432	19970	5200
40	1555	1118	1425	19940	5300
45	1557	1118	1416	19920	5500
52	1558	1118	1408	19800	6300
60	1559	1119	1400	19800	10000
70	1560	1119	1394	19800	33000
75	1562	1119	1386	19700	22500
80	1562	1119	1382	19700	15000
90	1569	1119	1376	19700	11500

Здесь: C  емкость образца, пФ.

Результаты вычислений температурных коэффициентов диэлектрической проницаемости

t, 0C	Образцы
	1		2		3		4		5
	C, K-1	aeK ,1-	aCK ,1-	aeK ,1-	aCK ,1-	aeK ,1-	aCK ,1-	aeK ,1-	aCK ,1-	aeK ,1-
20	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001008	0.001000	0.044168	0.046402	0.005293	0.005305
30	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001020	0.001012	0.044693	0.044583	0.002748	0.002736
40	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001025	0.001017	0.044912	0.044802	0.002696	0.002684
45	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001031	0.001023	0.045198	0.045088	0.002598	0.002586
52	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001037	0.001029	0.045455	0.045345	0.002268	0.002256
60	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001043	0.001035	0.045714	0.045604	0.001429	0.001417
70	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001047	0.001039	0.045911	0.045801	0.000433	0.000421
75	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.019467	0.019459	0.046176	0.046066	0.000635	0.000623
80	0.000101	0.000098	0.000112	0.000098	0.001056	0.001048	0.046310	0.046200	0.000953	0.000941
90	0.000100	0.000097	0.000112	0.000098	0.001061	0.001053	0.046512	0.046402	0.001243	0.001231

Здесь: ТКЕ: ; _ = _С - _д;

_д1 = 3*10^-6 К^-1;

_д2 = 13,5 *10^-6 К^-1;

_д3 = 8*10^-6 К^-1;

_д4 = 1,1*10^-4 К^-1;

_д5 = 12*10^-6 К^-1.

График температурной зависимости a_e

График температурной зависимости емкости образцов

Вывод: в ходе работы были исследованы свойства конденсаторных материалов. Установлены температурные зависимости емкостей и температурных коэффициентов диэлектрической проницаемости для представленных материалов.