МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Одеський національний політехнічний університет

Кафедра інформаційних технологій проектування в електроніці та телекомунікаціях



КРМЗ.РК8230.ПЗ



ВластивостІ МАТЕРІАЛІВ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ

Курсова робота

з дисципліни „Матеріалознавство радіоапаратів”



Виконав:

студент гр. РК – 082

Пузанов І.Ю.



Перевірив:

проф. Мокрицький В.А.



2009



ВСТУП



В курсовій роботі с курсу Матеріалознавство радіоапаратів мені було запропоновано вирішити задачі по діелектрикам 2-4 та по напівпровідникам 5-7. В завданні №1 потрібно охарактеризувати особливості та застосування слюд – флогопіту та мусковіту.



2.ДІЕЛЕКТРИЧНА ПРОНИКНІСТЬ СКЛАДНИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ



Діелектрик плоского конденсатора являє собою поєднання двох матеріалів: полістирол і фенолформальдегідні смоли. Побудуйте графік залежності діелектричної проникності суміші від відносного об’ємного вмісту означених матеріалів (від 0 до 1), якщо вони: а) включені послідовно; б) включені паралельно. в) розподілені хаотично.



Полістирол — це аморфний полімер з високою ступінню оптичного світлопропускання, невисокою механічною міцністю. Полістирол має низьку щільність (1060 кг/м3), термічну стійкість (до 105 С), володіє діелектричною проникністю при частоті 106 Гц 2,5, тангенс кута діелектричних втрат при частоті 10 6 Гц 104 2-4, питомий об’ємний опір 1015 Омм. Для покращення властивостей полістиролу його модифікують шляхом змішування з різним полімерами, отримуючи сополімери стиролу.



Бакеліт — нерозчинна штучна смола для пластичних мас. Бакеліт поганий провідник тепла, добре опирається тиску, тертю, товчкам та ударам. За еластичністю наближений до целулоїду. Добре піддається обробці на токарному станку. Добрий ізолятор, його діелектрична проникність – від 5,6 – 8,85, як у слюди. Вода, розведені луги та кислоти на бакеліт не діють, тільки гаряча концентрована азотна та сірчана кислоти його розкладають. Бакеліт стійкий до 3000С, при більш високій температурі відбувається обвуглення, повного згоряння не відбувається.



а) Послідовне з’єднання:



1/=Q1/1+Q2/2



=(12)/(Q1( 2- 1)+1)



=(2,54,5)/(0,1(4,5-2,5)+2,5)=4,2

=(2,54,5)/(0,2(4,5-2,5) +2,5)=3,9

=(2,54,5)/(0,3(4,5-2,5) +2,5)=3,6

=(2,54,5)/(0,4(4,5-2,5) +2,5)=3,4

=(2,54,5)/(0,5(4,5-2,5) +2,5)=3,2

=(2,54,5)/(0,6(4,5-2,5) +2,5)=3

=(2,54,5)/(0,7(4,5-2,5) +2,5)=2,9

=(2,54,5)/(0,8(4,5-2,5)+2,5)=2,7



б) Паралельне з’єднання:



=Q11+Q22



=2+Q1(1-2)



=4,5+0,1(4,5-2,5)=4,2

=4,5+0,2(4,5-2,5)=4,1

=4,5+0,3(4,5-2,5)=3,9

=4,5+0,4(4,5-2,5)=3,7

=4,5+0,5(4,5-2,5)=3,5

=4,5+0,6(4,5-2,5)=3,3

=4,5+0,7(4,5-2,5)=3,1

=4,5+0,8(4,5-2,5)=2,7



в) Хаотичне з’єднання:



ln=Q1ln1+Q2ln2



ln=ln2-Q1(ln2-ln1)



ln=1,5-0,1(1,5-0,9)=1,44 =4,2

ln=1,5-0,2(1,5-0,9)=1,38 =3,9

ln=1,5-0,3(1,5-0,9)=1,32 =3,7

ln=1,5-0,4(1,5-0,9)=1,26 =3,5

ln=1,5-0,5(1,5-0,9)=1,2 =3,3

ln=1,5-0,6(1,5-0,9)=1,14 =3,1

ln=1,5-0,7(1,5-0,9)=1,08 =2,9

ln=1,5-0,8(1,5-0,9)=1,02 =2,7



Графіки залежності діелектричної проникності від складу (див. додаток 1 та 2).



3.ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ КОНДЕНСАТОРА



На електроди конденсатора з розмірами 25 x 50 мм2 подано напруга 5 В. Відстань між електродами 8 мм. Визначити ємність С, опір ізоляції Rіз , струм крізь конденсатор при постійної напрузі, а також величину діелектричних втрат Pa: а) при постійної напрузі, б) при змінної напрузі частотою 50 Гц; в) при змінної напрузі частотою 400 Гц.



Поліетилен — термопластичний полімер, непрозорий в товстому слої, кристалізується в діапазоні температур від мінус 600С до 3690С; не змочується водою, при кімнатній температурі не розчиняється в органічних розчинниках, при температурі вище 800С спочатку набухає, а потім розчиняється в ароматичних вуглеводнях та їх галогенопохідних; поліетилен стійкий до дії водневих розчинів солей, кислот, лугів, але при температурах вище 600С сірчана та азотна кислоти швидко його руйнують. Етилен може бути полімеризований кількома способами, в залежності від цього поліетилен ділять на: поліетилен високого тиску або низької щільності, поліетилен низького тиску або високої щільності, а також на лінійний поліетилен.



Дано:



ab= 2550 мм2 1/ Rиз=1/Rs+1/Rv

d= 8 мм 1/Rs=2/Rs1+2/Rs2

U= 5 В Rs=(Rs1Rs2)/2(Rs1+Rs2)

v= 1015 Омм Rs1=sd/a; Rs2=sd/b

s= 1014 Омм Rs=(sd)/2(a+b)

=2,3 Rs=(1014810-3)/27510-3=5,31012 Ом

tg= 3,510-4 Rv=vd/(ab)=(1015810-3)/(125010-6)=6,41015Ом

———————— Rиз=(RvRs)/(Rs+Rv)

Rиз - ? Rиз=(6,410155,31012)/(6,41015+5,31012)=5,31012Ом

С - ? S=ab=125010-6 м2

Pa - ? С=0S/d

Paf - ? C=2,38,8510-12125010-6/810-3=3,210-12

Paf(50Гц) - ? I=U/Rиз

Paf(400Гц) - ? I=5/5,31012=0,9410-12A

Pa=UI

Pa=50,9410-12=4,710-12Вт

Paf=U22fC tg

Paf(50Гц)=256,28503,210-123,510-4=8,810-12Вт

Paf(400Гц)=256,284003,210-123,510-4=7010-12Вт



Висновок: при збільшенні частоти напруги збільшуються діелектричні втрати.



4. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОБОЮ ДІЕЛЕКТРИКА



Діелектрик конденсатора утворюється двома шарами полістиролу товщиною 5 мм кожний, між якими є повітряний зазор товщиною 1 мм. До електродів підведена поступово зростаюча напруга. При якій напрузі відбудеться пробій конденсатора? Як зміниться пробивна напруга, якщо повітряний зазор замінити на гетинакс з електричною міцністю 33106 В/м ? Електричну міцність повітря прийняти рівною 10кВ/см.



Полістирол — це аморфний полімер з високою ступінню оптичного світлопропускання, невисокою механічною міцністю. Полістирол має низьку щільність (1060 кг/м3), термічну стійкість (до 105 С), володіє діелектричною проникністю при частоті 106 Гц 2,5, тангенс кута діелектричних втрат при частоті 10 6 Гц 104 2-4, питомий об’ємний опір 1015 Омм. Для покращення властивостей полістиролу його модифікують шляхом змішування з різним полімерами, отримуючи сополімери стиролу.



Електротехнічний гетинакс листовий представляє собою слоїстий матеріал, отриманий методом гарячого пресування паперу, просякнутий термореактивним зв’язуючим на основі фенол формальдегідних або епоксидних смол. Довго допустима робоча температура від -6500С до +12000С. Гетинакс буває трьох марок:гетинакс марки I, гетинакс марки V та марки X. Гетинакс марки I має руйнуючу напругу при згині перпендикулярно слоям не меньше 135 МПа, при розтягненні – 120 МПа, питомий об’ємний електричний опір 106 Омм, пробивна напруга паралельно слоям – 16 кВ. Гетинакс марки V має руйнуючу напругу при згині перпендикулярно слоям не меньше 130 МПа, при розтягненні – 100 МПа, питомий об’ємний електричний опір 108 Омм, пробивна напруга паралельно слоям – 40 кВ, тангенс кута діелектричних втрат – 0,05. Гетинакс марки X має руйнуючу напругу при згині перпендикулярно слоям не меньше 80 МПа, при розтягненні – 65 МПа, питомий об’ємний електричний опір 107 Омм.



Дано:



d=5 мм

d1=1 мм

E1= 65106 В/м

E2= 33106 В/м

E3= 106 В/м

1= 2,5

2= 6

3= 1,006

——————————— Якщо між двома шарами діелектрика повітря, то

Uпр.1 - ? утворюється відношення

Uпр.2 - ? 1Eпр1 = 2Eпр2 = 1Eпр.возд = E





В даному відношенні пробій не відбуваеться де Е = U/d. Підставимо в загальну формулу і отримаем:

2E2 = U/d

Знайдемо пробивну напругу в конденсаторі з повітряним зазором:

Uпр = 2 * E2 * d /

Повітря змінемо на слюду-флогопит і повторно визначим пробивну напругу, для цього спочатку знайдем діелектричну проникність по формулі: = 1 * 2 / (2 * 2 * N1 + 1 * N2)

Об’ємні концентрації рівні: N1 =0,455; N2 = 0,09

Пробивна напруга повітря:



=2,51,006/(1,0060,09+2,50,455)=2,05

Uпр.1=1,0061061110-3