Конденсаторные керамические материалы Лекция 12 Виды конденсаторов

Конденсаторные керамические материалы Лекция 12

Виды конденсаторов конденсаторы Низковольтные высокочастотные для радиотехники выпускают в виде дисковых, трубчатых, слоистых и монолитных Дисковые прессуют на прессахавтоматах, трубчатые выдавливают на поршневых прессах, слоистые - пакетирование прессованных пластин или отлитых пленок, монолитные - метод пленочного литья высоковольтные для электротехники сильных токов трубчатые, горшковые и бочоночные масса до 1 кг трубчатые — протягивание через мундштук горшковые — шликерное литье в гипсовые формы (крупные изделия) и горячее литье (мелкие). Бочоночные - обточка заготовок (крупные) и горячее литье под давлением (мелкие)

Некоторые электрофизические свойства кристаллических фаз конденсаторной керамики ε при TKε∙ 106, K-1 Соединение 20 о. С при 20 -80 о. С Sr. Ti. O 3 250 -2500 Са. Тi. O 3 150 -1500 Ti. O 2 90 -800 Ba. Sr. O 3 38 -350 Zr. Ti. O 4 40 -100 Mg. Ti. O 4 14 60 Mg. Ti. O 3 14 70 Sr. Zr. O 3 30 100 Ca. Sn. O 3 14 110 Sr. Sn. O 3 18 180 tgδ∙ 104 при 106 Гц, 20 о. С 3 3 10 5 3 3 5 5 5 Группа конденсатора ТКε∙ 106 о. С П-100 П 33 М 47 М-750 М 1500 Н 20 +100 +33 -47 -750 -1500 Ненормир. гр. – Н, изм. емкости С, отн. С. ± 20 ТКε устанавливается при температуре 20– 70 о. С По величине ТКε устанавливают группу конденсатора по температурной стабильности Цвет защитного покрытия синий серый голубой красный зеленый оранжевый

диэлектрическая проницаемость ε – относительная диэлектрическая проницаемость (безразмерная величина), εо – электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума): εо = 1/4π∙ 9∙ 1011 Ф/см ~ 8, 85∙ 10 -12 Ф/м Численно ε равна отношению силы взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме к силе взаимодействия их в однородном диэлектрике 5 типов химической связи: молекулярная ковалентная (полярная и неполярная) ионная металлическая водородная.

Электронная поляризация Упругое смещение и деформация электронных оболочек атомов и ионов под действием внешнего электрического поля. Ковалентные молекулярные кристаллы: парафин, сера, алмаз, полистирол).

Электронно-релаксационная поляризация возникает за счет возбужденных тепловой энергией избыточных "дефектных" электронов или "дырок". характерна для диэлектриков с большой диэлектрической проницаемостью, и электронной электропроводностью (ряд соединений на основе оксидов металлов переменной валентности: титана, ниобия, висмута)

Виды поляризации соединений с ионным типом связи • Ионная Смещение ионов относительно друга внутри молекулы. Диэлектрики с ионным типом связи • Ионно-релаксационная Время релаксации где f – частота собственных колебаний, с-1; ω – энергия активизации, э. В; k – постоянная Больцмана (8. 62∙ 10 -5 э. В/К-1); Т – абсолютная температура, К

Спонтанная, самопроизвольная поляризация Ti. O 2, Ca. Ti. O 3, Sr. Ti. O 3, Ba. Ti. O 3.

Круговая диаграмма Коул-Коула Действительная составляющая Мнимая составляющая комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрика изменении частоты Все виды поляризации вносят вклад в диэлектрическую проницаемость, но на разных частотах -статическая диэлектрическая проницаемость, соответствующая сумме вкладов разных сортов условно-подвижных зарядов - оптическая (высокочастотная) диэлектрическая проницаемость, соответствующая только электронным вкладам

Характеристики конденсаторов электрический заряд Q, который может быть в нем сохранен С - емкость; U – приложенное напряжение Емкость плоского конденсатора: ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, S - площадь пластин, h – толщина диэлектрика, расстояние между обкладками конденсатора Для цилиндрического конденсатора: C = 4πεε 0 R 1 R 2/(R 2 - R 1)

ТКЕ Положительный + Близкий к 0 (каменная соль Na. Cl, Термостабильные конденсаторные неорганические стекла, материалы фарфор) Отрицательный Ti. O 2, Ca. Ti. O 3, Sr. Ti. O 3 поляризация ТКЕ – относительное изменение диэлектрической проницаемости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвин).

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры температурный коэффициент диэлектрической проницаемости Взаимосвязь ТКС и ТКε: Емкость плоского конденсатора Дифференцируем по температуре: a, b – размеры пластин конденсатора, h – толщина диэлектрика, ε – диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика, ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума Разделим левую и правую части уравнения на ТКС=ТКε+α Для изотропных материалов

Что влияет на диэлектрическую проницаемость керамики? • • • Частота Давление Напряженность электрического поля Влажность Температура

Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля Зависимость электрического заряда (Q) на обкладках конденсатора от приложенного напряжения (U) а) линейные диэлектрики с безынерционными механизмами поляризации (электронной, ионной) и в отсутствие электрической проводимости зависимость заряда конденсатора от напряжения; б) для материалов с релаксационными (замедленными) механизмами поляризации; в) нелинейные диэлектрики (сегнетоэлектрики).

Смесь фаз с различными значениями ε уравнение Лихтенекера логарифмический закон смешивания где y 1, y 2 – объемное содержание компонентов смеси