Относительной диэлектрической проницаемости

Большинство схем СВЧ-диапазона строится из элементов с распределенными параметрами. Это же относится и к СВЧ ИМС. Геометрические размеры СВЧ ИМС обычно меньше длины волны kQ в свободном пространстве. Однако, поскольку в качестве подложек этих микросхем широко применяются керамические и другие материалы с высокой относительной диэлектрической проницаемостью ег> длина волны в диэлектрической среде уменьшается:

Формула дает тем лучшее приближение, чем меньше отношение эффективной ширины полоски к толщине подложки йэф/Л. Фазовые соотношения в линии определяются эквивалентной относительной диэлектрической проницаемостью еэ, которая учитывает распределение поля между диэлектриком подложки и свободным пространством:

известными свойствами. Емкость измерительного конденсатора определяется относительной диэлектрической проницаемостью контролируемого вещества. Измерительный и эталонный конденсаторы включают по дифференциальной схеме. При этом методе измерения на измерительный прибор (миллиамперметр) воздействует разность усиленных операционным усилителем напряжений, снимаемых с измерительного и эталонного конденсаторов. Показания миллиамперметра будут пропорциональны разности модулей комплексных сопротивлений измерительного и эталонного конденсаторов.

При анализе электрических цепей обычно допускается, что напряжение, приложенное к одному концу проводника, мгновенно передается во все точки по его длине. На самом деле это не так. Скорость распространения сигнала по проводнику конечна, ее значение определяется относительной диэлектрической проницаемостью среды, окружающей проводник. Если проводник окружен воздухом или находится в вакууме, то сигнал в нем распространяется со скоростью света в вакууме, т. е. 29, 979 см/не, или 30 см/не. Если проводник находится в среде с диэлектрической проницаемостью, отличной от единицы, то скорость распространения электрического сигнала в нем обратно пропорциональна корню квадратному из диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость печатных плат примерно равна четырем, и по печатным проводникам на таких платах сигнал распространяется со скоростью около 15 см/не; в пленочных проводниках, расположенных на диэлектрических подложках, значение е которых колеблется в пределах 8— 10, скорость распространения сигнала примерно в три раза меньше, чем в вакууме, т. е. равна ~ 10 см/не.

Обычно диэлектрическую проницаемость любого вещества сравнивают с диэлектрической проницаемостью вакуума и называют относительной диэлектрической проницаемостью (величина безразмерная). Значения относительной диэлектрической проницаемости для некоторых диэлектриков приведены в табл. 1.

2. Что называется абсолютной и относительной диэлектрической проницаемостью вещества (среды)?

1. Возникновение зарядов статического электричества и опасность разрядов. Статическое электричество — это электричество трения, которое возникает: при трении диэлектриков друг о друга, диэлектрика о проводник, при дроблении диэлектриков, при ударах диэлектрика о диэлектрик, диэлектрика о проводник, при разрыве диэлектрика. Заряды статического электричества возникают, накапливаются и исчезают медленно. Практически к электризации склонны диэлектрики с относительной диэлектрической проницаемостью е<10, однако некоторые диэлектрики при определенных условиях, становятся склонными к электризации и при величине е>10. Например, этиловый спирт имеет величину е=22, но с увеличением температуры склонен к электризации. В производственных условиях многие процессы сопровождаются образованием зарядов статического электричества. Иногда эти заряды стекают в землю или нейтрализуются, в других случаях они накапливаются, создавая высокие потенциалы, достигающие порой десятков тысяч вольт.

где К у — коэффициент усиления по напряжению части усилителя, охваченной обратной связью через емкость Спар. Из этого условия следует, что достаточная для самовозбуждения усилителя емкость Снар=1/(ю7и?у). При Ку=\04; 2вх=103Ом; ю=107 (/=1,5 МГц) и благоприятном для возбуждения фазовом сдвиге помехи С ^р = 0,01 пФ. Чтобы характеристики устройства при наличии обратной связи заметно не изменились, величина Спар между входом и выходом усилителя должна быть на порядок меньше, т. е. должна быть равна 0,001 пФ. Уменьшения емкостной паразитной связи можно добиться, разнося источники и приемники помех или используя во входной цепи диэлектрики с небольшой относительной диэлектрической проницаемостью, например фоль-гированный фторопласт (ФФ-4, ФАФ-4), полиимид. Это одновременно позволяет уменьшить потери во входных цепях усилителя и паразитную связь с другими устройствами.

Емкость конденсатора определяется геометрическими характеристиками конденсатора и относительной диэлектрической проницаемостью диэлектрика, помещенного между его пластинами. В зависимости от типов конденсаторов для расчета их емкости применяют следующие формулы:

46. Сколько пластин площадью 10~2 м2 надо собрать, чтобы получить конденсатор емкостью 1 мкФ, если в качестве диэлектрика применена лакоткань толщиной 0,05 мм с относительной диэлектрической проницаемостью е = 50?

Для арсенида галлия с эффективной массой электронов т„/т0= 0,072, относительной диэлектрической проницаемостью ег=12,5 при Z=l и Ni=rto+2Na выражение (2.38) приобретает вид

Произведение относительной диэлектрической проницаемости ef на электрическую постоянную е() называется абсолютной диэлектрической проницаемостью:

Электрические характеристики. Бескорпусные ИМС имеют меньшие значения переходных сопротивлений, паразитных индуктивностей и емкостей, чем корпусные ИМС вследствие относительно массивных, но коротких проводников из материалов, имеющих минимальное удельное объемное сопротивление (медь, золото, алюминий). Кроме того, в качестве изоляторов между выводами используются материалы с небольшим значением относительной диэлектрической проницаемости —• полиимид (ег = 3,5), воздух (ЕГ = 1), в то время как для любого типа керамического корпуса применяется керамика из А12О3 (ег — 9-МО) или ВеО (ег = 6-т-7). В табл. 2.5 приведены сравнительные электрические характеристики различного вида корпусных и бескорпусных ИМС.

Другим фактором, определяющим выбор метода измерения, является тип электрической или магнитной измеряемой величины. Метод анализа состава веществ, основанный на измерении удельной электрической проводимости а, называют кондуктометриче-ским, а соответствующие электронные устройства — кондуктометрами. Метод анализа состава веществ, основанный на измерении относительной диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь, называют диэлькометрией, а соответствующие электронные устройства — диэлькометрами.

В качестве примера рассмотрим схему электронного устройства для измерения относительной диэлектрической проницаемости.

11.5. Схема электронного устройства для измерения относительной диэлектрической проницаемости

Годографы комплексной относительной диэлектрической проницаемости е, (ю) и частотные характеристики е'г и е^' для п = 1 представлены в табл. 2.9. Построение выполнено для у = 0; у/е = O,!/TI. Во

Произведение относительной диэлектрической проницаемости е, на электрическую постоянную е0 называется абсолютной диэлектрической проницаемостью:

Произведение относительной диэлектрической проницаемости ег на электрическую постоянную еп называется абсолютной диэлектрической проницаемостью:

Обычно диэлектрическую проницаемость любого вещества сравнивают с диэлектрической проницаемостью вакуума и называют относительной диэлектрической проницаемостью (величина безразмерная). Значения относительной диэлектрической проницаемости для некоторых диэлектриков приведены в табл. 1.

характерны для меньшей группы изделий, либо не для группы, а лишь для одного или немногих изделий из какой-либо группы. Например, ЭРЭ переменной емкости можно реализовать путем перемещения одних обкладок относительно других за счет вращательного либо поступательного их движения, а также путем изменения относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного в регулируемое электрическое поле.

вающий также^и^потери на проводимость диэлектрика; еп — модуль относительной диэлектрической проницаемости, учитывающий потери только при переменной поляризации.