Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Цель работы и краткая теория (1–2 с.).

3. Исходные данные и данные эксперимента.

4. Расчетные графики температурной зависимости сопротивления терморезисторов R(T) для трех значений температуры.

5. Расчет постоянных В и ТКС для температуры Т_раб, заданной преподавателем.

6. ВАХ U(I) и графики зависимости R(P) терморезистора, заданного преподавателем, для трех значений температуры.

7. Определенная графическим путем точка саморазогрева тер­морезис­торов и максимальная мощность рассеивания.

8. Расчетные значения дифференциальных сопротивлений RД терморезистора для трех значений температуры.

9. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Пояснить физические основы зависимости электропроводности полупроводниковых материалов от температуры.

2. В чем отличие поликристаллических терморезисторов от монокристаллических по параметрам?

3. В чем отличие поликристаллического полупроводника от монокристаллического по структуре и свойствам?

4. Материалы и свойства позисторов.

5. Конструкции и технологии изготовления терморезисторов.

6. Основные параметры и характеристики терморезисторов.

7. Область применения терморезисторов.

8. Понятие вольтамперной характеристики и ее практическая ценность.

9. Понятие статических характеристик.

Лабораторная работа № 3 исследование диэлектрической проницаемости и электрических потерь диэлектрических материалов

Цель работы:

1. Изучение методики определения диэлектрической проницаемости.

2. Экспериментальные исследования диэлектрической проницаемости и электрических потерь различных образцов твердых диэлектриков.

3. Исследование влияния температуры на емкость конденсатора и диэлектрические потери в нем.

Пояснения к работе Поляризация диэлектриков

Под действием электрического поля в диэлектриках протекает процесс поляризации – упругое смещение связанных зарядов или ориентация вдоль поля дипольных моментов полярных молекул. При этом в глубине диэлектрика положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются, т. е. материал в объеме электрически нейтрален, а на поверхности образуются заряды разных знаков.

С физической точки зрения имеются следующие виды поляризации:

• электронная – за счет упругого смещения и деформации электронных оболочек атомов и ионов;

• ионная – за счет смещения упругосвязанных ионов на расстоянии меньше периода решетки;

• дипольная – за счет ориентации полярных молекул или групп атомов;

• миграционная – за счет макроскопических неоднородностей примесей;

• самопроизвольная (спонтанная) – существует только у сегнетоэлектриков за счет смещения ионов и образования диполей вследствие фазовых переходов или механических напряжений;

• электронно-релаксационная – за счет возбужденных тепловой энергией избыточных электронов или дырок;

• резонансная – за счет поглощения электромагнитной энергии (световых частот) на частотах, соответствующих собственной частоте электронов или ионов или характеристической частоте дефектных электронов.

На рис. 3.1, а продемонстрирован механизм дипольной поляризации мо­лекулы воды, расположение атомов водорода в которой несимметрично относительно атома кислорода.

а б

Рис. 3.1. Дипольная поляризация:

а – ориентация молекул под действием электрического поля в конденсаторе; б – зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для совола

Если диэлектрик будет находиться между электродами конденсатора, то поляризация вызовет дополнительный переход электронов с положительной пластины на отрицательную при неизменном напряжении внешнего источника питания. Поляризация, следовательно, является дополнительным электрическим источником и, в результате, заряд конденсатора увеличивается в ε раз. Величина ε называется диэлектрической проницаемостью материала и отражает увеличение емкости конденсатора при замене в нем вакуума диэлектриком. Следовательно, емкость конденсатора С с диэлектриком из материала зависит от его способа поляризоваться и определяется известным соотношением:

(3.1)

где ε₀ = 8,854  10^–12 – электрическая постоянная, соответствующая абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума, Ф/м; S – площадь конденсаторных пластин; d – расстояние между пластинами (толщина диэлектрика).

С физической точки зрения диэлектрическую проницаемость можно представить как

(3.2)

где N – количество частиц в единице объема; α – поляризуемость частиц.

Поскольку емкость конденсатора с изолятором из вакуума зависит только от его геометрических размеров, то ее величина определяется как

(3.3)

Поскольку для вакуумного или воздушного диэлектрика ε = 1, следовательно, диэлектрическую проницаемость любого материала можно определить как

(3.4)

А численное значение диэлектрической проницаемости ε показывает, во сколько раз емкость конденсатора с диэлектриком больше емкости вакуумного конденсатора. В связи с этим безразмерный параметр ε называется относительной диэлектрической проницаемостью, а выражение (3.5) – – абсолютной диэлектрической проницаемостью, или удельной емкостью диэлектрика.