2.6. Контрольные вопросы
Что такое собственный полупроводник? Какими свойствами он обладает? Может ли примесный полупроводник обладать собственной электропроводностью?
Дайте определение понятий: удельного электрического сопротивления, удельной электрической проводимости, подвижности носителей заряда. В каких единицах измеряются эти величины в системе СИ?
Какие примеси в ковалентных полупроводниках являются донорами, а какие – акцепторами?
Как определить ширину запрещенной зоны полупроводника по температурной зависимости концентрации носителей заряда?
Объясните, чем обусловлена сложная температурная зависимость удельной проводимости полупроводников.
Каким образом примеси влияют на удельную электропроводность полупроводников.
Каким образом влияет на свойства полупроводника величина ширины запрещенной зоны материала?
Укажите основные области применения исследованных полупроводников.
6. Анализ потерь энергии в конденсаторах Резонансным методом
6.1. Основные понятия и определения
При измерениях диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь на промышленной и звуковых частотах обычно используют мостовые схемы, а для измерений в диапазоне радиочастот наибольшее распространение получили резонансные методы. Существует несколько разновидностей резонансных методов измерения tg δ, различающихся по способу измерения добротности. Добротность Q является характеристикой резонансных свойств колебательного контура и равна отношению колебательной (реактивной) мощности, запасенной в контуре, к мощности потерь. Фактически добротность является величиной, обратной tg δ колебательной системы.
Резонансный анализатор потерь энергии в конденсаторах представляет собой колебательный контур, составленный из индуктивности L и параллельно включаемого с ним одного из трех исследуемых конденсаторов С1, С2 или С3 емкостью 100 пФ ± 10 % , отличающихся свойствами рабочего диэлектрика (рис. 6.1).
Возбуждение колебаний в контуре производится электромагнитным полем от катушки генератора высокочастотных колебаний, удаленного от колебательного контура для обеспечения минимальной взаимосвязи.
Частота генератора f может изменяться от 9,25 до 10,75 МГц. Наводимое в контуре переменное напряжение измеряется милливольтметром.
|
|
|
Рис.6.1. Схема резонансного анализатора потерь |
Включив
один из исследуемых конденсаторов и
изменяя частоту f,
можно снять амплитудно-частотную
характеристику колебательного контура.
Ее типичный вид представлен на рис. 6.2.
Резонансной частоте f0
соответствует максимальная амплитуда
напряжения U~max.
При отклонении частоты от резонансной
в сторону уменьшения или увеличения
наблюдается спад амплитуды. При этом
разность частот f
= f2
– f1,
соответствующих спаду амплитуды до
уровня 0,7 
(рис. 6 2), позволяет оценить
добротность колебательного контураQ:
Q = f0 /f. (6.1)
Важно отметить, что индуктивность колебательного контура изготовлена из 8 витков медной проволоки большего диаметра, а измеряемое на контуре напряжение подается на затвор МДП-транзистора на входе измерителя напряжения. Таким образом, потерями, связанными с индуктивностью и нагрузкой колебательного контура, можно пренебречь и полагать, что добротность Q в основном связана с потерями энергии в конденсаторах.
В этом случае тангенс угла потерь в конденсаторах tg δ можно определить по добротности контура Q:
tg δ=1/Q. (6.2)
Известно, что на частоте резонанса f0 сопротивление контура – активное Ra. Это сопротивление в эквивалентной схеме контура (рис. 6.3) отражает потери энергии и может быть определено по формуле:
. (6.3)
|
|
|
|
Рис. 6.2. Амплитудно-частотная характеристика колебательного контура |
Рис.6.3. Эквивалентная схема колебательного контура |
Исследуемые конденсаторы относятся к классу керамических многослойных конденсаторов. В состав керамического материала конденсаторов C1 и C2 входит диоксид титана, и потери в них в основном обусловлены электронно- и ионно-релаксационными видами поляризации. Диэлектрик конденсатора C3 создан на основе алюмината тантала и титаната кальция. Потери в конденсаторе C3 в основном связаны с конструкционными факторами, а релаксационные виды потерь проявляются незначительно.