Исследование зависимости удельных объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков от температуры и влажности. Исследование свойств пьезоэлектриков. Исследование магнитных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков, страница 12

2.2. Методические указания по выполнению первого задания. При выполнении задания изучить материал /3, с. 155 – 174; 1, с. 325 – 330; 4, с. 30 - 41/. При проработке материала следует учитывать, что ферриты представляют собой твердые растворы, имеющие общую химическую формулу МО × М^/O × Fe₂О₃, в которой М обозначает такие двухвалентные металлы, как никель, марганец, литий, а М^/ - цинк. При обжиге прессованием смеси из солей или окислов этих металлов получается вещество, представляющее собой полупроводниковую керамику с высокой магнитной проницаемостью и удельным электросопротивлением (до 10⁹ Ом×см). Последнее обеспечивает малые потери на вихревые токи даже на очень высоких частотах. В радиоэлектронной аппаратуре применяют магнитомягкие ферриты: никель – цинковые (НН и ВН) и марганец – цинковые (НМ). Цифры, стоящие впереди буквенных обозначений, обычно указывают среднее значение начальной магнитной проницаемости (например, 6000 НМ – марганец – цинковый феррит с начальной магнитной проницаемостью, равной 6000). Ферриты представляют оксидные материалы, у которых спонтанная намагниченность доменов обусловлена нескомпенсированным антиферромагнетизмом, т.е. материалы, в которых ниже некоторой температуры (точки Нееля) спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При перемагничивании ферритов синусоидальным магнитным полем образуется динамическая петля гистерезиса. Для ферритов это связано,  главным образом, с явлени-

35

ем магнитной вязкости, т.е. с тем фактором, что изменение намагниченности при переходе с конечной скоростью. В слабых магнитных полях динамическая петля гистерезиса имеет форму близкую к эллипсу. Зависимость В и Н выражается эллиптической петлей, если синусоидальное изменение напряженности поля Н равное

Н = Н_мsinwt   (=Н_мe^jwt) ,                    (6.1)

сопровождается синусоидальным изменением индукции В, отстающей по фазе на угол d, т.е.

В = В_мsin(wt - d)    (= B_ме^{j(wt - d)}) .                  (6.2)

Отношение

                                 (6.3)

называется относительной комплексной проницаемостью, m₀ – магнитная постоянная, равная 1,256×10^{– 6} Гн/м. Физическую величину, определяемую соотношением

m^/ = В_мcosd / m₀Н_м = В_1м / m₀Н_м ,         (6.4)

называют упругой магнитной проницаемостью, а величину равную

m^// = В_мsind / m₀Н_м = В_2м / m₀Н_м ,          (6.5)

называют вязкой магнитной проницаемостью. В формулах введены обозначения

36

В_1м = В_мcosd и В_2м = В_мsind, где В_м и Н_м амплитудные значения индукции и напряженности поля.

Отношение

m^// / m^/ = tgd                                 (6.6)

называют тангенсом угла магнитных потерь. Установлено, что для некоторой области изменения напряженности магнитного поля (область Релея, определяемая обычно десятыми долями А/м) выражение для тангенса угла потерь в зависимости от частоты f и напряженности поля Н может быть представлено следующим образом:

tgd = d_r  × H + d_в × f + d_д ,                   (6.7)

где d_r , d_в, d_д – коэффициенты, характеризующие потери на гистерезис, на вихревые токи и на последействие (дополнительные потери).

Для ферритов составляющая потерь на вихревые токи малы (d_в = 0), в слабых полях незначительны и потери на гистерезис, поэтому в области Релея потери определяются в основном величиной d_д и возрастают с ростом частоты. Частота, при которой начинается резкое возрастание угла потерь, называется критической частотой f_кр. Обычно под f_кр понимают такую частоту, при которой tgd = 0,1. Инерционность смещения доменных границ, проявляющихся на высоких частотах, приводит не только к росту магнитных потерь, но и к снижению магнитной проницаемости ферритов. Частоту f_гр, при которой начальная магнитная проницаемость m^/ уменьшается до 0,7 от ее значения в постоянном магнитном поле, называют граничной. Как правило f_кр < f_гр. Причины резкого возрастания tgd и уменьшения с ростом частоты весьма сложны и объясняются главным образом релаксационными, а иногда и резонансными явлениями.     У     ферритов,          чем   выше   m^/,   тем     ниже
37