Для удобства рассмотрения диэлектрических потерь в пассивных твердых диэлектриках последние можно подразделить на три группы: диэлектрики молекулярной структуры, ионной структуры и диэлектрики неоднородной структуры. К применяемым в радиоэлектронике неоднородным диэлектрикам относятся пластмассы с различными наполнителями, слоистые пластмассы, а также керамика, представляющая из себя сложную многофазовую систему. В этих материалах могут наблюдаться все выше перечисленные виды диэлектрических потерь, а также сложные зависимости e и tgd от частоты и температуры.
26
Для характеристики качества диэлектрика вводятся удельные диэлектрические потери (т.е. мощность, теряемая в единице объема диэлектрика) на определенной частоте
Р = 2×p×f×e×tgd×E2 / 1,8×1010 , (Вт / м3) (5.5)
где f – частота, Гц;
Е – напряженность электрического поля, В / м.
Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков может быть произведено резонансным методом с помощью куметра. Этот метод применяется на частотах от кГц до МГц и основан на измерении емкости и добротности колебательного контура однозначно связанных с e и tgd диэлектрика конденсатора при наступлении в нем резонанса.
В настоящей работе может быть использован прибор типа Е4 – 7. Упрощенная принципиальная схема изображена на рис. 5.1.
 |
Рис. 5.1. Упрощенная схема для измерения e и tgd диэлектриков
Генератор высокой частоты 1 индуктивно связан с катушкой связи КС, питающей напряжением последовательный колебательный контур L0C0. Сопротивление RК в контуре пред-
27
ставляет собой эквивалентное сопротивление колебательного контура. В колебательном контуре можно менять катушку индуктивности L0, позволяя этим настраивать контур L0C0 на разные частоты. Емкость C0 представляет из себя конденсаторпеременной емкости, встроенный в прибор. Вольтметр V2 (шкала Q на панели прибора) измеряет напряжение на емкости контура С2 и проградуирован в единицах добротности.
Для определения e и tgd исследуемого диэлектрика его помещают между обкладками конденсатора СХ и подсоединяют к клеммам 3, 4 измерителя добротности. В измерительной установке конденсатор СХ постоянно помещен в термошкаф Т, позволяющий экранировать его и производить исследования в температурном интервале. Для снижения погрешностей измерения подводящие провода должны иметь очень малое сопротивление и малую паразитную емкость.
Методика измерения заключается в следующем. Подсоединив к клеммам 1, 2 измерителя добротности образцовую индуктивность L0, в отсутствии конденсатора СХ, добиваются резонанса (по максимальному отклонению стрелки Q-метра) в колебательном контуре L0C0 изменением емкости С0. Для облегчения настройки контура на образцовых сменных катушках L0 проставлен диапазон частот, в пределах которого контур может быть настроен в резонанс. Пусть емкость конденсатора С0 в момент резонанса оказалась равной С1, а добротность равной Q1, тогда при подключении СХ (к клеммам 3, 4) и при настройке в резонанс контура L0C0 конденсатором С0 его емкость станет С2, а добротность соответственно Q2. При этом за счет добавочной емкости СХ, С2 будет меньше С1, а Q2 меньше Q1 за счет дополнительных потерь диэлектрика, вносимых в колебательный контур.
На основе параллельного соединения С0 и СХ следует, что
СХ = С1 – С2
. (5.6)
28
Зная величину СХ, можно определить диэлектрическую проницаемость исследуемого диэлектрика по формуле
e = 14,4 × h × CX / d2 , (5.7)
где h – толщина диэлектрика, см;
d – диаметр меньшего электрода конденсатора СХ, см;
СХ – емкость конденсатора с исследуемым диэлектриком.
Формула для расчета tgd исследуемого материала получается при рассмотрении схемы измерительного контура в момент резонанса, когда параллельного измерительному конденсатору подключен испытуемый образец СХ. Выражение для общего сопротивления контура в этом случае имеет вид
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.