Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 27. 3 augusti 1954 - Dielektorer och deras användning, av Sven Fornander
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
10 augusti 1954
621
Dielektorer
ocli deras användning
Civilingenjör Sven Fornander, Linköping
621.315.612.4
621.375.5
I magnetiska material ger elektronernas rotationsrörelser
upphov till magnetiska dipoler. Den spontana
magnetiseringen i ferromagnetiska material under inverkan av ett
yttre magnetfält förklaras av att fältet hjälper till att
orientera de magnetiska dipolerna parallellt.
Ferroelektriska material
I vissa dielektriska material finns elektriska dipoler
bestående av kristaller med osymmetriskt placerade positiva
och negativa joner. Dessa dipoler strävar att orientera
varandra och under inverkan av ett yttre elektriskt fält
polariseras materialet spontant. Detta säges vara
ferroelek-triskt (trots att inget järn är närvarande). Liksom de
ferromagnetiska materialen visar hysteresis och har en av den
magnetiska fältstyrkan beroende permeabilitet, visar
också de ferroelektriska materialen hysteresis och har en
dielektricitetskonstant som beror av den elektriska
fältstyrkan. En kondensator med ferroelektriskt dielektrikum
får en spänningsberoende kapacitans. Denna
kondensator-typ kallas dielektor.
Seignette-salt är ett av de material, som först påvisades
vara ferroelektriskt. I början av 1940-talet upptäcktes att
vissa mer stabila ämnen, sammansatta av Ti02 och en oxid
av en tvåvärd metall, besitter ovanliga dielektriska
egenskaper. Det mest kända av dessa ämnen är bariumtitanat,
ofta med vissa tillsatser. Dess dielektricitetskonstant är
1 500—10 000 och varierar starkt med fältstyrkan.
Kapa-citansen hos en kondensator med detta dielektrikum
varierar därför med en pålagd likspänning, fig. 1. Såväl
dielektricitetskonstanten som förlustfaktorn är i hög grad
temperaturberoende, fig. 2. Den temperatur där
dielektricitetskonstanten är högst kallas materialets Curie-punkt.
Spänningskänsligheten är störst vid Curie-punkten.
Curie-punkten hos bariumtitanat (ca 120°C) kan sänkas genom
tillsats av strontiumtitanat. Vid praktisk användning av ett
ferroelektriskt element, en dielektor, ordnar man
vanligtvis så, att dess arbetstemperatur kommer att ligga strax
över dess Curie-punkt, eftersom temperaturområdet
närmast under Curie-punkten är mindre fördelaktigt på grund
av större piezoelektrisk effekt, tröghet, drift och
hysteresis-förlust.
En dielektor med "bred" Curie-punkt erhåller man genom
parallellkoppling av två dielektorelement med olika men
närbelägna Curie-punkter, den ena belägen över och den
andra under arbetstemperaturen. För kretsar, där
oberoende av temperaturändringar fordras, är det lämpligt att
välja dielektorer med hög Curie-punkt och att innesluta
dem i en termostatreglerad ugn.
På senare tid har man funnit att vissa zirkonat är
ferroelektriska. Bariumblyzirkonat har sålunda en
dielektricitetskonstant, som är jämförbar med bariumtitanats.
Spänningskänsligheten är något lägre men i gengäld konstant
inom ett avsevärt temperaturområde. Därmed erhålles en
stabilare funktion hos apparater med sådana dielektorer.
Titanaten och zirkonaten är keramiska material. De är
hårda, liknar porslin och motstår temperaturer upp till
1 000°C. Genomslagsspänningen är ca 12 kV/mm.
Materialen kan bearbetas till noggranna dimensioner och
framställas i olika former och storlekar.
För närvarande har alla ferroelektriska material med
avsevärd spänningskänslighet en dielektricitetskonstant av
storleksordningen 2 000—6 000.
Dielektorer
Dielektorer för höga frekvenser och små
signalspänningar måste tillverkas med tunt dielektrikum, så att
signalens fältstyrka däri blir tillräckligt stor. Detta ger upphov
till en del problem. Man ser detta lättare om man
betraktar en "100 pF"-dielektor med 0,13 mm tjockt
dielektrikum. Denna får nämligen en yta, som är endast ca
0,3 mm2. Känsligheten hos en sådan dielektor är ca 0,25 °/o
kapacitetsändring per voit inom det användbara området.
Dielektorer finns nu att köpa. För laboratoriebruk kan
man själv tillverka dielektorer av önskad storlek. Som
utgångsmaterial används skivor av bariumstrontiumtitanat.
Sådana tillverkas i storlekar upp till 75 X 125 mm och i
tjocklekar mellan 0,13 och 0,5 mm. Curie-punkten ligger
vanligen vid rumstemperatur. Normalt är skivorna på
båda sidor målade med en speciell silverfärg och därefter
brända, så att silver- och glasbeståndsdelarna i färgen
fäster vid ytorna och där bildar kondensatorbelägg i form
av skikt med nästan samma ledningsförmåga som silver.
Med försiktighet kan man löda på dessa belägg. För att
erhålla en dielektor av önskad kapacitans skär man ut en
liten platta av lämplig storlek och förser denna med
anslutningar.
Elektronikkretsar med dielektorer
Den spänningsberoende kapacitansen hos dielektorn
utnyttjas i "dielektriska förstärkare", där den utgör det
aktiva elementet. Sådana förstärkare kan uppbyggas på
olika sätt. Principen för en enkel dielektrisk förstärkare
framgår av fig. 3. En generator som ger växelström av
hög frekvens (ca 2 MHz) matar en belastning seriekopplad
med en dielektor. Parallellt med dielektorn är kopplad
en likspänningskälla, som ger den en lämplig polarisations-
Fig. 1.
Polarisationsspänningens inverkan
på kapacitansen hos
en kondensator med
0,13 mm tjockt
dielektrikum; de tre
kurvorna gäller tre olika
dielektriska material.
Fig. 2. Dielektricitetskonstanten s och förlustfaktorn tg 8
hos bariumtitanat (BaTiO,) som funktion av temperaturen
vid låg fältstyrka (1000 V/m).
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
