Диэлектрическая проницаемость

В момент размыкания контаков возникает электрическая дуга. Под действием высокой температуры масло испаряется и разлагается, вследствие чего вокруг контактов и дуги образуется так называемый газовый пузырь. Газовая среда, образовавшаяся при разложении масла, состоит в основном (70 %) из водорода, который обладает высокой теплоемкостью и диэлектрической прочностью. Водородная среда ускоряет охлаждение дуги, а высокая диэлектрическая прочность затрудняет восстановление ее после достижения переменным током нулевого значения. В масляном выключателе гашение дуги совер-

Подложка является одним из основных элементов СВЧ-ИМС и в значительной степени определяет их параметры. К подложкам предъявляется ряд требований, главными из которых являются: высокая диэлектрическая проницаемость (е^10), малые диэлектрические потери (tg6 < 1•10~4); стабильность ди-элекрической проницаемости в широком диапазоне частот (108— 10'° Гц) и температур (—80-=—1--2000С); минимальная пористость (0,5—1,0%); высокая чистота поверхности (до 12—13-го класса чистоты); хорошее сцепление с проводниками схемы; высокая диэлектрическая прочность; хорошая теплопроводность. Характеристики материалов подложек СВЧ-ИМС приведены в табл. 8.1.

Перспективными материалами для применения в качестве вторых диэлектрических слоев затвора являются аморфные нитрид кремния Si3N4 (е=7,5) и А12О3-(Е=9). Нитрид кремния используется благодаря его высокой пассивирующей способности, обусловленной существенно меньшей (на несколько порядков) по сравнению с SiOz проницаемостью ионов натрия. Пассивирующая способность нитрида настолько высока, что позволяет изготавливать высокостабильные МДП ИМС в пластмассовых корпусах. Одновременно увеличение диэлектрической проницаемости диэлектрика (почти вдвое) заметно снижает пороговое напряжение (на 1—1,5 В) и повышает удельную крутизну транзистора. Диэлектрическая прочность нитрида кремния также высока.

Подложка является одним из основных элементов гибридных СВЧ-ИМС и в значительной степени определяет их параметры. К подложкам предъявляется ряд требований, главными из которых являются: высокая диэлектрическая проницаемость (е^Ю); малые диэлектрические потери (tg б< 1 • Ю~4); стабильность диэлектрической проницаемости в широком диапазоне частот (108-М010 Гц) и температур (—80-4-200° С); минимальная пористость (0,5-=-1,0%); высокая чистота поверхности (до 12 -13-го класса чистоты); хорошее сцепление с проводниками схемы; высокая диэлектрическая прочность; хорошая теплопроводность.

Д. Изоляционные материалы [Л. 72]. В электрических машинах применяется большое количество различных изоляционных материалов. Основное их назначение — электрически изолировать токо-ведущие части. Поэтому главнейшее требование к изоляционным материалам — высокая диэлектрическая прочность. Так как изоляция машин работает при повышенных температурах, механических напряжениях и воздействиях атмосферной влаги и в некоторых случаях различных химических агентов, то диэлектрическая прочность должна сочетаться с теплостойкостью, теплопроводностью, влагостойкостью, химостойкостью и определенной механической прочностью. В зависимости от комбинации требований меняются исходные изоляционные материалы и их технологическая обработка.

Для изоляции обмоток трансформаторов и для лучшего их охлаждения применяется так называемое трансформаторное масло. Основное требование к этому маслу — высокая диэлектрическая прочность. Это достигается путем тщательной его очистки от различных примесей и кислот и путем удаления влаги.

Физические свойства пленок двуокиси кремния зависят от методов и режимов окисления, степени очистки поверхности пластин и толщины окисла. Так, плотность пленок составляет 2,00— 2,27 г/см3, причем при окислении в сухом кислороде она выше, чем при окислении в парах воды (2,23—2,27 г/см3 и 2,00—2,20 г/ом3 соответственно). Удельное сопротивление пленок, полученных анодированием, составляет 1012 Ом-см, а термическим окислением — 101в Ом-см; концентрации подвижных ионов примеси, создающих проводимость, соответственно равны 1018 и 1014 см~3. Диэлектрическая прочность колеблется в пределах 10е—ilQ7 lB/ом.- Диэлектрическая проницаемость изменяется от 3,78 до 10.

Диэлектрическая прочность элегаза может быть повышена при увеличении давления сильнее, чем это имеет место при использовании воздуха. Элегаз, будучи в 5 раз тяжелее воздуха, имеет и другое преимущество. Он абсолютно неядовит, нетоксичен, не горит и не поддерживает горение, чрезвычайно стабилен с химической точки зрения. В отсутствие тлеющих разрядов элегаз чрезвычайно устойчив к старению.

приводит к повышению теплопроводности пазовой изоляции. Коэффициент теплопередачи от нагретой поверхности к водороду в 13,5 раз выше, чем для воздуха. В результате снижается превышение температуры меди обмоток по отношению к водороду на 5—10 °С. Это дает возможность увеличить на 15—-20 % токовые нагрузки, сохранив неизменными размеры активных частей. Изоляция обмотки статора в атмосфере водорода работает более надежно, несмотря на то что напряженность электрического поля, при которой возникает корона, и диэлектрическая прочность водорода ниже, чем у воздуха. Это объясняется тем, что в атмосфере водорода невозможно образование озона, оказывающего разрушающее действие на изоляцию.

Тип ном.вх* А Диапазон измерения, А Точность, %Лшм *т чгом.вых' мА р Лвнут» Ом fmmB *потр' мА Частота, кГц Диэлектрическая прочность изоляции, кВ Температура,^ Вход, мм Габаритные размеры, мм Масса, г

приводит к повышению теплопроводности пазовой изоляции. Коэффициент теплопередачи от нагретой поверхности к водороду в 13,5 раз выше, чем для воздуха. В результате снижается превышение температуры меди обмоток по отношению к водороду на 5—10 °С. Это дает возможность увеличить на 15—20 % токовые нагрузки, сохранив неизменными размеры активных частей. Изоляция обмотки статора в атмосфере водорода работает более надежно, несмотря на то что напряженность электрического поля, при которой возникает корона, и диэлектрическая прочность водорода ниже, чем у воздуха. Это объясняется тем, что в атмосфере водорода невозможно образование озона, оказывающего разрушающее действие на изоляцию.

где е - относительная диэлектрическая проницаемость заполняющего конденсатор диэлектрика (безразмерная величина).

Таблица 2,2. Диэлектрическая проницаемость (относительная), электрическая прочность и удельное объемное сопротивление некоторых материалов

еа -абсолютная диэлектрическая проницаемость среды:

где е — диэлектрическая проницаемость изоляции между обмотками; 5обм = /ор/н — поверхность обмоток. Запасенная в конденсаторе энергия

где / — длина петли ОС, см; е — диэлектрическая проницаемость материала платы, на которой монтируется усилитель. Для компенсации дополнительного фазового сдвига необходимо увеличивать интервал частот ступеньки на оптимальной диаграмме АЧХ (

Если диэлектрическая проницаемость изолирующего вещества конденсатора зависит от напряженности электрического поля, то и емкость конденсатора зависит от напряжения на нем. Зависимость заряда q такого конденсатора от напряжения и нелинейная.

Так принято называть линию, у которой поперечная конфигурация проводников неизменна по длине, а параметры заполняющей среды, такие как относительная диэлектрическая проницаемость е и относительная магнитная проницаемость \л, постоянны в пространстве. Будем вначале полагать, что источники, создающие токи и напряжения в линии, находятся вне рассматриваемой области пространства. В этом смысле можно говорить о том, что будут изучаться свободные колебания распределенных систем.

коаксиальные кабели, у которых внутренний проводник представляет собой одно- или многожильный провод, а внешний проводник имеет вид оплетки, выполненной из тонкой проволоки. Диэлектриком для коаксиальных кабелей обычно служит полиэтилен (диэлектрическая проницаемость е=2,25); используется также фторопласт (е=2,08). Эти полимерные диэлектрики отличаются очень хорошими электрическими свойствами. Значительно реже, в основном при передаче больших мощностей, используются коаксиальные линии жесткой конструкции, в которых внутренний проводник поддерживается диэлектрическими шайбами.

Погонная емкость. Задача вычисления погонной емкости коаксиальной линии сводится к нахождению емкости метрового отрезка цилиндрического конденсатора. Считаются известными относительная диэлектрическая проницаемость заполняющего диэлектрика е а также а и b — радиусы внутреннего и внешнего проводников со ответственно. Решение основано на известной из электростатик-теореме Гаусса. Окончательная 'расчетная формула имеет вид

Строгий электродинамический анализ показывает, что квази Т-волна в микрополосковой линии передачи имеет фазовую скорость, зависящую от частоты, т. е. в ней наблюдается частотная дисперсия фазовой скорости. Дисперсионные эффекты выражены тем резче, чем выше диэлектрическая проницаемость материала подложки. Все это следует учитывать при машинном проектировании СВЧ-устройств, когда точность расчетов на ЭВМ должна быть настолько высокой, чтобы обеспечить изготовление приборов, чНе требующих экспериментальной отработки и настройки.

Пример расчета. Микрополосковая линия передачи характеризуется следующими параметрами: диэлектрическая проницаемость подложки е=10, ее толщина ft=0,5 мм, волновое сопротивление ZB лян=50 Ом. Рассчитать параметры экспоненциального перехода, обеспечивающего на рабочей длине волны Я,= =7,5 см согласование с нагрузкой #н=30 Ом.