А.П. Казанцев Учебное пособие
«МАТЕРИАЛЫ И КОМПОНЕНТЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» для высших учебных заведений по специальностям I-39 01 01 «Радиотехника», I-39 01 02 «Радиоэлектронные системы», I-39 01 03 «Радиоинформатика», I-39 01 04 «Радиоэлектронная защита информации»
Минск 2008 Аннотация В учебном пособии изложены основные сведения о свойствах материалов, используемых в изделиях электронной техники: проводников, диэлектриков, полупроводников и магнитных материалов. Значительное внимание уделено физическим процессам, происходящим в материалах под действием электромагнитного поля, которое определяет такие свойства, как электропроводность, поляризация, способность намагничиваться. Выделены основные количественные параметры, отражающие свойства материалов и позволяющие сравнивать и рационально выбирать нужный материал для конкретных областей применения. Приведены общие сведения по основным компонентам электроники: резисторам, конденсаторам, полупроводниковым приборам и интегральным схемам. Представлены классификационные схемы и таблицы основных количественных параметров наиболее широко используемых материалов и компонентов электроники, изготавливаемых на их основе. Предназначается для студентов младших курсов вузов и колледжей, обучающихся по радиотехническим и приборостроительным специальностям. Содержание Введение......................................................................................................................... 5 Глава 1. Электротехнические материалы.................................................................... 6 1.1. Классификация ЭТМ........................................................................................... 6 1.2. Физико-химическая природа материалов......................................................... 7 1.3. Энергетический спектр электронов и деление веществ на классы.................... 9 Контрольные вопросы.............................................................................................. 14 Глава 2. Проводники..................................................................................................... 15 2.1. Свойства и количественные параметры проводников....................................... 15 2.2. Материалы с высокой проводимостью............................................................. 17 2.3. Материалы с высоким удельным сопротивлением........................................... 20 2.4. Резистивные материалы..................................................................................... 22 2.5. Материалы и сплавы различного назначения................................................... 22 2.6. Изделия и компоненты электроники на основе проводниковых материалов............................................................................. 25 Обмоточные провода.......................................................................................... 25 Монтажные провода........................................................................................... 26 Установочные провода, шнуры, кабели.............................................................. 27 2.7. Резисторы............................................................................................................. 30 Классификация резисторов по различным признакам........................................ 31 Наборы резисторов.............................................................................................. 33 Деление резисторов по материалу токопроводящего элемента......................... 35 Системы обозначений и маркировки резисторов............................................... 37 Контрольные вопросы.............................................................................................. 40 Глава 3. Диэлектрики.................................................................................................... 41 3.1. Свойства и количественные параметры диэлектриков...................................... 41 Поляризация.......................................................................................................... 41 Виды поляризации диэлектриков........................................................................ 44 Электропроводность диэлектриков..................................................................... 48 Потери в диэлектрике.......................................................................................... 49 Эквивалентные схемы замещения реального диэлектрика................................ 52 Пробой диэлектрика и виды пробоя................................................................... 54 Контрольные вопросы.............................................................................................. 56 3.2. Диэлектрические материалы............................................................................. 57 Классификация диэлектрических материалов..................................................... 57 Газообразные диэлектрические материалы........................................................ 57 Жидкие диэлектрические материалы.................................................................. 59 Твердые органические диэлектрические материалы.......................................... 60 Неорганические диэлектрические материалы.................................................... 66 Керамические материалы.................................................................................... 70 3.3. Конденсаторы....................................................................................................... 72 Классификация конденсаторов по различным признакам................................. 73 Варианты конструкций конденсаторов................................................................ 74 Деление конденсаторов по виду диэлектрика и система обозначений.............. 77 Контрольные вопросы.............................................................................................. 80 Глава 4. Полупроводники ............................................................................................... 4.1. Типы, основные свойства и количественные параметры полупроводников.... Собственные и примесные полупроводники......................................................... Температурная зависимость удельной проводимости примесных полупроводников.................................................................................. Фотопроводимость полупроводников.................................................................... Электропроводность полупроводников в сильных электрических полях.......... Контрольные вопросы.............................................................................................. 4.2. Полупроводниковые материалы............................................................................ Методы получения монокристаллов....................................................................... Получение и основные характеристики наиболее применяемых полупроводниковых материалов............................................................................ Контрольные вопросы.............................................................................................. 4.3. Приборы и компоненты электроники на основе полупроводниковых материалов............................................................................................................. Полупроводниковые резисторы.............................................................................. Диоды......................................................................................................................... Транзисторы.............................................................................................................. Основные классификационные признаки транзисторов....................................... Система условных обозначений транзисторов....................................................... Тиристоры.................................................................................................................. Многоэлектродные полупроводниковые приборы................................................ Контрольные вопросы.............................................................................................. 4.4. Интегральные микросхемы.................................................................................... Классификация и типы интегральных микросхем................................................ Полупроводниковые ИС на биполярных и МДП-транзисторах.......................... Пленочные ИС. ........................................................................................................ Гибридные ИС........................................................................................................... Совмещенные ИС..................................................................................................... Контрольные вопросы...................................................................................................
Глава 5. Магнетики.......................................................................................................... 5.1. Природа магнетизма и магнитные свойства веществ......................................... 5.2. Процесс намагничивания и количественные параметры магнитных материалов............................................................................................................. Процесс намагничивания в переменном магнитном поле.................................... 5.3. Магнитные материалы, основные характеристики, применение....................... Магнитомягкие материалы...................................................................................... Магнитотвердые материалы.................................................................................... Магнитные материалы специального назначения................................................. Контрольные вопросы...................................................................................................
Литература....................................................................................................................
Глава 5. МАГНЕТИКИ 5.1. Природа магнетизма и магнитные свойства веществ.
Магнетик - вещество, основным свойством которого является способность намагничиваться. Магнитные свойства всех веществ обусловлены магнитными свойствами атомов, которые в свою очередь определяются магнитными свойствами электронов, поскольку магнетизм других частиц - нейтронов, протонов весьма незначительный. Электрон обладает орбитальным и спиновым магнитными моментами, которые, геометрически складываясь, создают результирующий момент атома. Следует подчеркнуть, что на полностью заполненных электронами орбитах спиновый и орбитальный моменты скомпенсированы и, таким образом, магнитный момент атома определяется только электронами на не полностью заполненных внутренних орбитах. Суммарный магнитный момент всех атомов в единице объема называется намагниченностью J. Намагниченность J = О, когда вещество не намагничено, т.е. в пространстве, окружающем вещество, отсутствует внешнее магнитное поле. При помещении вещества в магнитное поле с напряженностью Н происходит ориентация магнитных моментов атомов и намагниченность определяется соот- ношением J = k mH , где k m- безразмерная величина, которая называется магнитная восприимчивость. Она характеризует способность веществ намагничиваться во внешнем магнитном поле с напряженностью Н. На практике способность веществ намагничиваться принято характеризовать относительной магнитной проницаемостью m= (1 + km) , которая фактически является коэффициентом пропорциональности, связывающим магнитную индукцию в веществе с напряженностью внешнего поля Н. Магнитная проницаемость μ показывает во сколько раз магнитная индукция В поля в веществе больше, чем магнитная индукция В0 в вакууме. В соответствии с численными значениями k m и μ , а также характером их зависимости от напряженности внешнего поля Н и температуры Т различают следующие основные типы магнитных явлений и магнетиков: -5 - диамагнетизм – диамагнетики km - парамагнетизм - парамагнетики km » (10-3...10-6 ) > 0 μ ~ 1; - ферромагнетизм - ферромагнетики km ~10 >> 0, m >> 1; -3 -5 - антиферромагнетизм - антиферромагнетики km ...10 ) > 0 μ > 1; - ферримагнетизм - ферримагнетики km ) > 0 m >> 1. Диамагнитный эффект заключается в том, что под действием внешнего магнитного поля возникающий в веществе магнитный момент направлен противоположно направлению внешнего поля. Следовательно, магнитная восприимчивость – величина отрицательная, очень мала и часто не зависит от напряженности поля и температуры. Диамагнетизм проявляется в веществах, в которых орбитальные и спиновые моменты атомов полностью скомпенсированы. К ним относятся водород, инертные газы, цветные и благородные металлы. Парамагнитный эффект наблюдается в веществах с не- скомпенсированными орбитальным и спиновым магнитными моментами, когда отсутствует магнитный атомный порядок. При отсутствии внешнего поля векторы магнитных моментов разориентированы и суммарный момент равен нулю. Под действием внешнего магнитного поля возникает преимущественная ориентация магнитных моментов вдоль него. Однако k m очень мала и существенно зависит от температуры. К веществам данного класса относятся щелочные, щелочно- земельные и некоторые переходные металлы. Ферромагнитный эффект заключается в том, что при температуре ниже точки Кюри даже в отсутствие внешнего поля существует ферромагнитный атомный порядок. Ему соответствует параллельное расположение спиновых моментов. Это означает, что при напряженности поля Н = 0 ферромагнетик находится в состоянии самопроизвольного или спонтанного намагничивания. Магнитная восприимчивость k m >> 0 и существенно зависит от напряженности внешнего поля и температуры. К ферромагнетикам относятся Fe, Ni, Co, Cd, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы Mn, Ag, A1. Ферромагнетики характеризуются: - кристаллическим строением и доменной структурой при температурах ниже точки Кюри; - нелинейной зависимостью μ и k m, от H и температуры; - способностью даже в слабых полях намагничиваться до насыщения, когда магнитные моменты всех атомов сориентированы по направлению внешнего поля; - магнитным гистерезисом, т.е. отставанием намагниченности от внешнего поля Н; - температурой Кюри Тк, выше которой теряются магнитные свойства, т.е. разрушается ферромагнитный атомный порядок. Антиферромагнитный эффект характеризуется наличием антиферромагнитного атомного порядка, когда магнитные моменты соседних атомов ориентированы антипараллельно и скомпенсированы так, что при Н=0 результирующий магнитный момент равен нулю. Под действием внешнего поля магнитные моменты атомов устанавливаются по его направлению. Поэтому k m положительна, но очень мала и сильно зависит от температуры. Ферримагнитный эффект - это нескомпенсированный антиферромагнетизм, который характеризуется ферримагнитным атомным порядком. Это означает, что магнитные моменты атомов антипараллельны и нескомпенсированы. Эффект проявляется в том, что вещество по кристаллической структуре состоит из двух подрешеток, создающих встречные нескомпенсированные моменты. Для таких веществ k m>> 0 и зависит от температуры, причем при некоторой ТН, называемой температурой (точкой) Нееля, наступает компенсация встречных магнитных моментов и вещество теряет магнитные свойства. Точка Кюри для некоторых ферримагнетиков может совпадать с точкой Нееля, а может быть и несколько выше. При температурах выше точки Кюри для ферромагнетиков и выше точки Нееля для антиферромагнетиков и ферримагнетиков нарушается соответствующий атомный магнитный порядок и они переходят в парамагнитное состояние.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (378)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |