電子陶瓷第四章第五講ppt課件

1、第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)總體上說，電介質(zhì)的極化包含以上各部分的總體上說，電介質(zhì)的極化包含以上各部分的和，即電介質(zhì)總的極化率為：和，即電介質(zhì)總的極化率為： sie0工頻聲頻無線電頻率紅外紫外頻率 f 界面極化 松弛極化 離子位移極化 電子位移極化第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)1.4 多相陶瓷材料的介電性能多相陶瓷材料的介電性能 一、混合物法則一、混合物法則 由成分、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成等不同的晶體由成分、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成等不同的晶體所組成的多相陶瓷材料所組成的多相陶瓷材料 設(shè)只有兩相組成陶瓷：設(shè)只有兩相組成陶瓷： kkkxx2211第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) x x1 1、x x2 2為體積分?jǐn)?shù)為體積分?jǐn)?shù) 1

2、1、 2 2為介電常數(shù)為介電常數(shù) 并聯(lián)時(shí)：并聯(lián)時(shí)： k=1 串聯(lián)時(shí)：串聯(lián)時(shí)： k=-1 混合分布：混合分布：k0第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 212211111dkxdkxdkkkk2211lnlnlnxx2221110dxdxdk 時(shí)：當(dāng)?shù)谒恼?電子陶瓷基本性質(zhì)當(dāng)介電常數(shù)為的球形顆粒分布在介電常數(shù)當(dāng)介電常數(shù)為的球形顆粒分布在介電常數(shù)為的基相中，有：為的基相中，有：dmdmddmdmmxxxx)()(332332第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 二、介電常數(shù)的溫度系數(shù)二、介電常數(shù)的溫度系數(shù) 介電常數(shù)的溫度系數(shù)介電常數(shù)的溫度系數(shù)介電常數(shù)隨介電常數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的相對(duì)變化率：溫度變化而產(chǎn)生的相對(duì)變化率： d

3、TdTK1第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 可以用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試可以用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試TK : : ）（初末初初末初TTTTK第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)不同的極化機(jī)制，有不同的不同的極化機(jī)制，有不同的TK :對(duì)對(duì)電子式極化電子式極化：T上升上升， 降低，極化強(qiáng)度下降，降低，極化強(qiáng)度下降， TK 為負(fù)為負(fù)；對(duì)對(duì)離子式極化離子式極化：T上升上升，離子極化率增加，離子極化率增加，TK 為正為正。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 不同的應(yīng)用，要求不同的應(yīng)用，要求TK 不同：不同：如濾波旁路和隔直流的電容器，如濾波旁路和隔直流的電容器， TK 0 熱補(bǔ)償電容器，熱補(bǔ)償電容器，TK 0的材料中加入適量的的材料中加入適量的T

4、K 0材料，可以達(dá)到材料，可以達(dá)到TK =0目的。目的。如微波通信、衛(wèi)星通信、航空航天器件等。如微波通信、衛(wèi)星通信、航空航天器件等。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)2、介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗 陶瓷介質(zhì)在電導(dǎo)和極化過程中有能量消陶瓷介質(zhì)在電導(dǎo)和極化過程中有能量消耗，一部分電場(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。單位時(shí)間耗，一部分電場(chǎng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能叫介質(zhì)損耗。內(nèi)消耗的電能叫介質(zhì)損耗。 在直流下，介質(zhì)損耗僅由電導(dǎo)引起，在直流下，介質(zhì)損耗僅由電導(dǎo)引起，電導(dǎo)率就能表示介質(zhì)損耗的大小。單位體電導(dǎo)率就能表示介質(zhì)損耗的大小。單位體積的介質(zhì)損耗積的介質(zhì)損耗p與電場(chǎng)與電場(chǎng)E的關(guān)系為：的關(guān)系為： p=E2 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)

5、 即電場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，介質(zhì)損耗與電導(dǎo)率成即電場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，介質(zhì)損耗與電導(dǎo)率成正比。正比。在交流下，在交流下，電導(dǎo)電導(dǎo)和和極化極化共同引起介質(zhì)損耗，共同引起介質(zhì)損耗，可利用有損耗介質(zhì)構(gòu)成的電容器等效電路可利用有損耗介質(zhì)構(gòu)成的電容器等效電路來研究。有耗電容器等效電路由一理想電來研究。有耗電容器等效電路由一理想電容器（無耗電容器）和一純電阻并聯(lián)或串容器（無耗電容器）和一純電阻并聯(lián)或串聯(lián)組成，如圖所示。聯(lián)組成，如圖所示。 有耗電容器等效電路示意圖有耗電容器等效電路示意圖 矢量圖中的矢量圖中的角稱為角稱為損耗角損耗角，它是有耗電，它是有耗電容器中電流超前電壓的相位容器中電流超前電壓的相位角與無耗電容角與無

6、耗電容器的相位角器的相位角90之間的差值。之間的差值。電子陶瓷的損耗角一般都小于電子陶瓷的損耗角一般都小于1。由前圖。由前圖的并聯(lián)電路得：的并聯(lián)電路得： tg=IR/Ic=1/ CPRP 式中：式中： 為角頻率；為角頻率；Cp為等效并聯(lián)電容；為等效并聯(lián)電容； Pp為等效并聯(lián)電阻。為等效并聯(lián)電阻。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 由串聯(lián)電路得由串聯(lián)電路得 tg=U=UR R/U/Uc c= CSRS 式中式中 CS為等效串聯(lián)電容；為等效串聯(lián)電容；Rs為等效串聯(lián)為等效串聯(lián)電阻。電阻。所以所以:1/CPRP= CSRS 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) tg又可以表示為：又可以表示為： t

7、g= Pe/P 式中式中 Pe為有功功率。即介質(zhì)損耗的功率；為有功功率。即介質(zhì)損耗的功率；Pe為無功功率。為無功功率。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) tg的具體意義是有耗電容器每周期消的具體意義是有耗電容器每周期消耗的電能與其所儲(chǔ)存電能的比值耗的電能與其所儲(chǔ)存電能的比值。 tg經(jīng)常用來表示介質(zhì)損耗的大小。應(yīng)經(jīng)常用來表示介質(zhì)損耗的大小。應(yīng)該注意，用該注意，用tg表示介質(zhì)損耗時(shí)必須同時(shí)指表示介質(zhì)損耗時(shí)必須同時(shí)指明測(cè)量（或工作）頻率。因?yàn)榻橘|(zhì)損耗：明測(cè)量（或工作）頻率。因?yàn)榻橘|(zhì)損耗： Pe = Pe tg=CtgU2 單位體積的介質(zhì)損耗為：?jiǎn)挝惑w積的介質(zhì)損耗為： 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)p=tg E2

8、可見，可見，介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗與與頻率頻率有關(guān)。有關(guān)。式中式中tg稱損耗因數(shù)，在外界條件一定時(shí)，稱損耗因數(shù)，在外界條件一定時(shí)，它是介質(zhì)本身的特定參數(shù)。它是介質(zhì)本身的特定參數(shù)。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)式中式中tg稱稱等效電導(dǎo)率等效電導(dǎo)率，它不是常數(shù)。，它不是常數(shù)。頻率高時(shí)，頻率高時(shí)，tg增大，介質(zhì)損耗增大。增大，介質(zhì)損耗增大。因此，工作在高頻高功率下的介質(zhì)，要求損因此，工作在高頻高功率下的介質(zhì)，要求損耗小，耗小，tg必須在控制很小的范圍。必須在控制很小的范圍。一般一般高頻介質(zhì)高頻介質(zhì)tg應(yīng)小于應(yīng)小于610-4， 高頻率高功高頻率高功率介質(zhì)率介質(zhì)tg應(yīng)小于應(yīng)小于310-4?？梢娚a(chǎn)上控制?？梢娚a(chǎn)

9、上控制tg是很重要的。是很重要的。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 介質(zhì)的介質(zhì)的tg對(duì)濕度很敏感。受潮的試樣對(duì)濕度很敏感。受潮的試樣tg急劇增大。試樣吸潮越嚴(yán)重，急劇增大。試樣吸潮越嚴(yán)重，tg增大越增大越厲害，常利用此性質(zhì)來判斷瓷體燒結(jié)的好厲害，常利用此性質(zhì)來判斷瓷體燒結(jié)的好壞。壞。 介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗對(duì)化學(xué)組成、相組成、結(jié)構(gòu)等對(duì)化學(xué)組成、相組成、結(jié)構(gòu)等因素很敏感，凡是影響電導(dǎo)和極化的因素因素很敏感，凡是影響電導(dǎo)和極化的因素都影響介質(zhì)損耗。都影響介質(zhì)損耗。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)介電損耗介電損耗tg的物理意義是在交變電場(chǎng)作用下的物理意義是在交變電場(chǎng)作用下電介質(zhì)的電位移矢量電介質(zhì)的電位移矢量D與電場(chǎng)強(qiáng)度

10、與電場(chǎng)強(qiáng)度E之間的相之間的相位差。位差。 EPED00r)exp(0tiEE )(exp0tiDD 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)介電常數(shù)表為一復(fù)數(shù)：介電常數(shù)表為一復(fù)數(shù)： icosrsinr 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)介電常數(shù)介電常數(shù)的的實(shí)部實(shí)部反映了電介質(zhì)儲(chǔ)存電荷的能力，反映了電介質(zhì)儲(chǔ)存電荷的能力，虛部虛部反映了電介質(zhì)在電荷移動(dòng)過程中引起的電反映了電介質(zhì)在電荷移動(dòng)過程中引起的電場(chǎng)能量損耗，它們均與電場(chǎng)頻率有關(guān)。場(chǎng)能量損耗，它們均與電場(chǎng)頻率有關(guān)。電介質(zhì)的損耗多來自電介質(zhì)的損耗多來自漏電損耗：漏電損耗： 極化損耗極化損耗。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 漏電損耗漏電損耗是因?yàn)殡娊橘|(zhì)的直流電導(dǎo)損耗以及是因?yàn)殡?/p>

11、介質(zhì)的直流電導(dǎo)損耗以及由于離子遷移受阻和偶極子弛豫損耗而引起能由于離子遷移受阻和偶極子弛豫損耗而引起能量的損失。量的損失。極化損耗極化損耗是因?yàn)椴牧现须娮雍碗x子的非彈性位是因?yàn)椴牧现须娮雍碗x子的非彈性位移引起的。移引起的。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)22)()( m tg 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 在交變電場(chǎng)作用下，不同極化機(jī)制對(duì)外電場(chǎng)在交變電場(chǎng)作用下，不同極化機(jī)制對(duì)外電場(chǎng)的響應(yīng)不同，或者說存在的響應(yīng)不同，或者說存在頻率色散頻率色散，介質(zhì)中，介質(zhì)中的極化是一些弛豫過程。的極化是一些弛豫過程。極化過程需要經(jīng)歷一段時(shí)間達(dá)到平衡態(tài)，存極化過程需要經(jīng)歷一段時(shí)間達(dá)到平衡態(tài)，存在有介電損耗。在有介電損耗。靜

12、態(tài)介電常數(shù)靜態(tài)介電常數(shù)與與動(dòng)態(tài)介電常數(shù)動(dòng)態(tài)介電常數(shù)不相同不相同。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 考慮單一弛豫的極化過程，引入衰減函數(shù)考慮單一弛豫的極化過程，引入衰減函數(shù) s 、分別為材料極低頻和極高頻介電常數(shù)分別為材料極低頻和極高頻介電常數(shù)的實(shí)部，的實(shí)部，代表偶極子弛豫時(shí)間，它與偶極代表偶極子弛豫時(shí)間，它與偶極子的惰性及基體的粘滯性有關(guān)。子的惰性及基體的粘滯性有關(guān)。 ttsexp)( 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) Debye曾經(jīng)提出一個(gè)模型，對(duì)于永久偶極矩曾經(jīng)提出一個(gè)模型，對(duì)于永久偶極矩為為的點(diǎn)偶極子，如果分布均勻，其復(fù)數(shù)介的點(diǎn)偶極子，如果分布均勻，其復(fù)數(shù)介電常數(shù)可寫為：電常數(shù)可寫為：上式稱為上式稱為

13、Debye方程，遵從該方程的效應(yīng)稱方程，遵從該方程的效應(yīng)稱為為Debye弛豫。弛豫。 is1)( 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 221)(s221)()( s 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 如果弛豫時(shí)間不止一個(gè)，設(shè)如果弛豫時(shí)間不止一個(gè)，設(shè)F()為其分布函為其分布函數(shù)，那么有：數(shù)，那么有： 0221)(d)()()(Fs 0221)(d)()()(Fs01d)(F3、 阻抗與導(dǎo)納阻抗與導(dǎo)納一、阻抗一、阻抗 對(duì)一單口網(wǎng)絡(luò)，端口電壓相量與電流相量之對(duì)一單口網(wǎng)絡(luò)，端口電壓相量與電流相量之比，定義為該網(wǎng)絡(luò)的阻抗比，定義為該網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z。 IUZ 上式定義為上式定義為歐姆定律的相歐姆定律的相量形式。量形式。即即

14、： 單位單位 無源單口網(wǎng)絡(luò)無源單口網(wǎng)絡(luò)的電路模型：的電路模型：+ UN_ I(a) I+ U_Z(b)2、阻抗、阻抗Z 取決于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)和電源的取決于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)和電源的 頻率。頻率。RZRLLXLZjj 3、阻抗、阻抗Z是一個(gè)復(fù)數(shù)。是一個(gè)復(fù)數(shù)。對(duì)于阻抗需要說明以下幾點(diǎn)：對(duì)于阻抗需要說明以下幾點(diǎn)：1、單一元件、單一元件R、L、C的阻抗分別為：的阻抗分別為：ZIUIUZiu式中：式中：IUZ iu CCXcZj1jXRZZj 實(shí)部實(shí)部R：電阻分量電阻分量 虛部虛部X：電抗分量電抗分量（直角坐標(biāo)形式）（直角坐標(biāo)形式）式中，式中，（可正可負(fù)）（可正可負(fù)） ZXR阻抗三角形阻抗三角形RX

15、arctan 22XRZ cosZR sinZX IXRIZUj RU與與 同相同相 I XU與與 相差相差2 I電壓三角形電壓三角形+ UN_ IIUZXRUUIXIR j I+ U_RXj+_+_RUXUI UUR UX相量圖相量圖 UURUX)0( X串聯(lián)等效電路串聯(lián)等效電路）（00 X 阻抗性質(zhì)為阻抗性質(zhì)為阻性阻性，電路為電，電路為電阻性電路或阻性電路或諧振諧振電路。電路。阻抗性質(zhì)為阻抗性質(zhì)為感性感性，電路為電感性電路。，電路為電感性電路。4、由于電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)或電源頻率的不同阻抗、由于電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)或電源頻率的不同阻抗角角 可能會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：可能會(huì)出現(xiàn)以下三種情況： )0(0

16、X )0(0 X 阻抗性質(zhì)為阻抗性質(zhì)為容性容性，電路為電，電路為電容性電路。容性電路。jXRZZ RXarctan I UUR UX容性相量圖容性相量圖GRYR 1LLBjLjLjY 11 如果單口無源網(wǎng)絡(luò)，端口上電壓相量和電流如果單口無源網(wǎng)絡(luò)，端口上電壓相量和電流相量參考方向一致，其導(dǎo)納定義為相量參考方向一致，其導(dǎo)納定義為對(duì)導(dǎo)納說明以下幾點(diǎn)：對(duì)導(dǎo)納說明以下幾點(diǎn)： UIY其中導(dǎo)納其中導(dǎo)納Y的單位是的單位是西西門子門子（S）1、單一元件、單一元件R、L、C的導(dǎo)納分別為：的導(dǎo)納分別為： I+ U_Y二、導(dǎo)納二、導(dǎo)納UIY ui 2、單口網(wǎng)絡(luò)的、單口網(wǎng)絡(luò)的Y由由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)元件參數(shù)和和

17、電源電源 的頻率的頻率決定。決定。 3、導(dǎo)納、導(dǎo)納Y是一個(gè)復(fù)數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù))uiUIUIYY （CCjBcjcjY11上式：上式：稱為稱為導(dǎo)納角導(dǎo)納角，它是電流和電壓的相位差。，它是電流和電壓的相位差。 BGIIUjBUGUjBGUYI )（同同相相。與與，相相差差與與UIUIGB2 jBGY （直角坐標(biāo)形式）（直角坐標(biāo)形式）實(shí)部實(shí)部G：電導(dǎo)分量電導(dǎo)分量虛部虛部B：電納分量電納分量單口無源網(wǎng)絡(luò)的單口無源網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)等效電路并聯(lián)等效電路（ 正值）正值）（可正可負(fù)）（可正可負(fù)）+_ BI UjB I GIG導(dǎo)納性質(zhì)為導(dǎo)納性質(zhì)為阻性阻性，電路為電阻性電路或，電路為電阻性電路或諧振諧振電路。電路。導(dǎo)納性質(zhì)

18、為導(dǎo)納性質(zhì)為感性感性，電路為電感性電路。，電路為電感性電路。導(dǎo)納性質(zhì)為導(dǎo)納性質(zhì)為容性容性，電路為電容性電路。，電路為電容性電路。)0(0 B )0(0 B )0(0 B 4、由于電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)或電源頻率的不同由于電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)或電源頻率的不同導(dǎo)納角導(dǎo)納角 會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：1、形式形式Z、Y之間的等效互換之間的等效互換2、形式形式Z、Y間的等效互換間的等效互換若若 ZZ則則 YZ1即即：YZ1 (1) 已知已知 Z=R+jX jBGZY 1則則：22XRRG 22XRXB 由單口無源網(wǎng)絡(luò)的阻抗由單口無源網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z和導(dǎo)納和導(dǎo)納Y的定義可的定義可知，對(duì)于同一單口無源網(wǎng)絡(luò)知，

19、對(duì)于同一單口無源網(wǎng)絡(luò)Z與與Y互為倒數(shù)，即互為倒數(shù)，即YZ1 ZY1 或或(2) 已知已知 Y=G+jB ，求等效阻抗求等效阻抗 ZjXRYZ 1（推導(dǎo)過程略）（推導(dǎo)過程略）22BGGR 22BGBX 其中：其中： 注意：注意：RG1 XB1 nkkZZ1n個(gè)阻抗串聯(lián)：個(gè)阻抗串聯(lián)：兩個(gè)阻抗串聯(lián)電路的分壓公式：兩個(gè)阻抗串聯(lián)電路的分壓公式：UZZZU2111 UZZZU2122 nZZZZZ 321ZZ1Z2Zn+ Z1Z2+ + U1U2U四、無源網(wǎng)絡(luò)的等效變換四、無源網(wǎng)絡(luò)的等效變換 1、單口無源網(wǎng)絡(luò)中各阻抗為、單口無源網(wǎng)絡(luò)中各阻抗為串聯(lián)串聯(lián)時(shí)，時(shí)，等效等效阻抗阻抗為：為：一般一般 nkkZZ11

20、1兩個(gè)阻抗并聯(lián)時(shí)，等效阻抗為：兩個(gè)阻抗并聯(lián)時(shí)，等效阻抗為：IZZZI2121 IZZZI2112 分流公式為：分流公式為：2121ZZZZZ n個(gè)電阻并聯(lián)：個(gè)電阻并聯(lián)：注意：注意：一般一般21III ZZ1Z2Zn +Z1IUZ21I2I 2、單口無源網(wǎng)絡(luò)中各阻抗為、單口無源網(wǎng)絡(luò)中各阻抗為并聯(lián)并聯(lián)時(shí)，時(shí)，等效等效阻抗阻抗為：為： nkkYY1或或使用以上公式時(shí)使用以上公式時(shí)注意注意以下幾點(diǎn)：以下幾點(diǎn)：熟記熟記基本元件的阻抗和導(dǎo)納?；驹淖杩购蛯?dǎo)納。 同一元件或同一端口的同一元件或同一端口的阻抗阻抗和和導(dǎo)納導(dǎo)納互為互為倒數(shù)倒數(shù)。 一般來講，以上各公式中的阻抗和導(dǎo)納用各一般來講，以上各公式中的

21、阻抗和導(dǎo)納用各自的模表示時(shí)，各等式不成立。自的模表示時(shí)，各等式不成立。 和電阻電路中的分壓、分流公式相同，在使和電阻電路中的分壓、分流公式相同，在使用時(shí)，要用時(shí)，要注意符號(hào)與參考方向的關(guān)系。注意符號(hào)與參考方向的關(guān)系。nZZZZZ 321例：例：阻抗分析儀和阻抗分析儀和LCR表是非常通用的測(cè)量器件表是非常通用的測(cè)量器件的電子儀器。根據(jù)阻抗范圍和頻率范圍的不的電子儀器。根據(jù)阻抗范圍和頻率范圍的不同，有一系列不同原理的儀器來滿足測(cè)試要同，有一系列不同原理的儀器來滿足測(cè)試要求。求。圖圖1是不同阻抗范圍和不同頻率范圍的阻抗測(cè)是不同阻抗范圍和不同頻率范圍的阻抗測(cè)量方法。量方法。 五、阻抗的測(cè)試五、阻抗的測(cè)

22、試 阻抗測(cè)試方法阻抗測(cè)試方法圖圖2是自動(dòng)平衡電橋法的原理框圖。是自動(dòng)平衡電橋法的原理框圖。通過精確測(cè)量加載到被測(cè)件通過精確測(cè)量加載到被測(cè)件DUT的電壓和電流的電壓和電流，從而精確測(cè)量出，從而精確測(cè)量出DUT阻抗值。阻抗值。從圖從圖2中可以看出：中可以看出：通過通過DUT的電流等于通過電阻的電流等于通過電阻Rr的電流，的電流，而通過而通過Rr的電流可以通過測(cè)量的電流可以通過測(cè)量V2計(jì)算出來。計(jì)算出來。 自動(dòng)平衡電橋法自動(dòng)平衡電橋法通常，在低頻（通常，在低頻（100KHz）的）的LCR表里，使用表里，使用一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器作為一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器作為I-V轉(zhuǎn)換器，缺點(diǎn)轉(zhuǎn)換器，缺點(diǎn)是運(yùn)算放大器的頻

23、響在高頻段較差。是運(yùn)算放大器的頻響在高頻段較差。對(duì)于頻率高于對(duì)于頻率高于1MHz的的LCR表表或或阻抗分析儀阻抗分析儀，I-V轉(zhuǎn)換器由精密的零位檢測(cè)器，相位檢測(cè)器轉(zhuǎn)換器由精密的零位檢測(cè)器，相位檢測(cè)器和積分器（環(huán)路濾波）組成。這種儀器可以測(cè)和積分器（環(huán)路濾波）組成。這種儀器可以測(cè)量高達(dá)量高達(dá)110MHz的頻率范圍。的頻率范圍。圖圖3是是RF I-V法法原理框圖。原理框圖。RF I-V法是法是I-V技術(shù)在高頻范圍的擴(kuò)展，可技術(shù)在高頻范圍的擴(kuò)展，可以測(cè)量高達(dá)以測(cè)量高達(dá)3GHz頻率范圍的阻抗值。頻率范圍的阻抗值。RF I-V電路和路徑必須仔細(xì)設(shè)計(jì)，以確保電路和路徑必須仔細(xì)設(shè)計(jì)，以確保能夠以能夠以50o

24、hm阻抗阻抗與被測(cè)件與被測(cè)件OUT相連。相連。 RF IV法法如果連接路徑的阻抗不是如果連接路徑的阻抗不是50ohm，不想要，不想要的反射將發(fā)生，將導(dǎo)致電流和電壓的測(cè)量的反射將發(fā)生，將導(dǎo)致電流和電壓的測(cè)量誤差增大。誤差增大。RF I-V法細(xì)分為法細(xì)分為高阻高阻和和低阻低阻兩種測(cè)量模式兩種測(cè)量模式。實(shí)際上，測(cè)量?jī)x器保持不變，只是改變。實(shí)際上，測(cè)量?jī)x器保持不變，只是改變測(cè)試頭，達(dá)到兩種測(cè)量模式的要求。高阻測(cè)試頭，達(dá)到兩種測(cè)量模式的要求。高阻測(cè)量模式，測(cè)試電流很小，為了正確的探測(cè)量模式，測(cè)試電流很小，為了正確的探測(cè)電流，電流探頭要盡量靠近測(cè)電流，電流探頭要盡量靠近DUT；低阻；低阻測(cè)量模式，為了靈敏

25、的得到電壓值，電壓測(cè)量模式，為了靈敏的得到電壓值，電壓探頭要盡量靠近探頭要盡量靠近OUT。 網(wǎng)絡(luò)反射法即是網(wǎng)絡(luò)反射法即是網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀方法方法 網(wǎng)絡(luò)分析儀是通過測(cè)定網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)分析儀是通過測(cè)定網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)和傳輸參數(shù)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)中元器件特性的全部參傳輸參數(shù)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)中元器件特性的全部參數(shù)進(jìn)行全面描述的測(cè)量?jī)x器，用于數(shù)進(jìn)行全面描述的測(cè)量?jī)x器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)線性實(shí)現(xiàn)對(duì)線性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的頻率特性測(cè)量。 網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠完成反射、傳輸兩種基本網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠完成反射、傳輸兩種基本測(cè)量，從而確定幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)特性，測(cè)量，從而確定幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)特性，S參數(shù)參數(shù)是其中最基本的特性。是其中最

26、基本的特性。 標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀：只測(cè)量線性系統(tǒng)的幅度信：只測(cè)量線性系統(tǒng)的幅度信息；息；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀：可同時(shí)進(jìn)行幅度傳輸特性：可同時(shí)進(jìn)行幅度傳輸特性和相位特性測(cè)量。和相位特性測(cè)量。 系統(tǒng)組成原理系統(tǒng)組成原理 基本的網(wǎng)絡(luò)分析儀主要由信號(hào)源、基本的網(wǎng)絡(luò)分析儀主要由信號(hào)源、S參參量測(cè)量裝置及矢量電壓表組成。量測(cè)量裝置及矢量電壓表組成。 12參參考考信信道道R測(cè)測(cè)試試信信道道T信信號(hào)號(hào)源源S參參量量測(cè)測(cè)量量裝裝置置被被測(cè)測(cè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)矢矢量量電電壓壓表表信號(hào)源：向被測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供入射信號(hào)或激勵(lì)向被測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供入射信號(hào)或激勵(lì)；S參量測(cè)量裝置參量測(cè)量裝置：實(shí)際上是反射測(cè)量電路：實(shí)際上是反射

27、測(cè)量電路與傳輸測(cè)量電路的組合，首先將入射、反與傳輸測(cè)量電路的組合，首先將入射、反射及傳輸信號(hào)分離開，然后通過轉(zhuǎn)換開關(guān)射及傳輸信號(hào)分離開，然后通過轉(zhuǎn)換開關(guān)分別進(jìn)行測(cè)量；分別進(jìn)行測(cè)量；矢量電壓表矢量電壓表：測(cè)量入射、反射和傳輸信號(hào)：測(cè)量入射、反射和傳輸信號(hào)的幅值及它們之間的相位差。也可以通過的幅值及它們之間的相位差。也可以通過幅相接收機(jī)實(shí)現(xiàn)此功能。幅相接收機(jī)實(shí)現(xiàn)此功能。 標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀 a1為入射波、為入射波、b1為反射波、為反射波、b2為傳輸波，它為傳輸波，它們的測(cè)量通道分別為們的測(cè)量通道分別為R（參考）、（參考）、A、B。通過這。通過這些信號(hào)可確定正向些信號(hào)可確定正向S參數(shù)參數(shù)|S11|、|S

28、21|。將被測(cè)網(wǎng)絡(luò)。將被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的激勵(lì)端與測(cè)試端反接，同理可測(cè)得的激勵(lì)端與測(cè)試端反接，同理可測(cè)得|S22|、|S12|。 掃掃頻頻源源定定向向耦耦合合器器二二極極管管檢檢波波器器|b1|2|b2|2處處理理及及顯顯示示DUTBA|a1|2R矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀一種一種外差式外差式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成框圖如下：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的組成框圖如下： 掃掃頻頻源源LOH(s)PFD參參考考頻頻率率源源BPFDUTBPFBPF采采樣樣及及量量化化參參考考信信道道R反反射射測(cè)測(cè)試試信信道道B傳傳輸輸測(cè)測(cè)試試信信道道A源源輸輸出出信信道道S定定向向耦耦合合器器處處理理及及顯顯示示 1、自動(dòng)平衡電橋法優(yōu)缺點(diǎn)、自動(dòng)平衡電橋

29、法優(yōu)缺點(diǎn)： 1）最準(zhǔn)確，基本測(cè)試精度）最準(zhǔn)確，基本測(cè)試精度0.05%； 2）最寬的阻抗測(cè)量范圍：）最寬的阻抗測(cè)量范圍： C,L,D,Q,R,X,G,B,Z,Y,O.； 3）最寬的電學(xué)測(cè)量條件范圍；）最寬的電學(xué)測(cè)量條件范圍； 4）簡(jiǎn)單易用；）簡(jiǎn)單易用； 5）低頻：）低頻：f110MHz。2、RF I-V法優(yōu)缺點(diǎn)法優(yōu)缺點(diǎn)： 1）寬的頻率范圍：）寬的頻率范圍：1MHzf100MHz的最準(zhǔn)確測(cè)試方法；的最準(zhǔn)確測(cè)試方法； 5）接地器件測(cè)試。）接地器件測(cè)試。 3、網(wǎng)絡(luò)分析儀法優(yōu)缺點(diǎn)：、網(wǎng)絡(luò)分析儀法優(yōu)缺點(diǎn)： 1）高頻）高頻 適用：適用：f100KHz 最佳：最佳：f3GHz 2）適中的精度；）適中的精度；

30、3）有限的阻抗測(cè)試范圍。）有限的阻抗測(cè)試范圍。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 4、 絕緣強(qiáng)度絕緣強(qiáng)度 電介質(zhì)能絕緣和儲(chǔ)存電荷，是指在一電介質(zhì)能絕緣和儲(chǔ)存電荷，是指在一定的電壓范圍（弱電場(chǎng)范圍）內(nèi)，介質(zhì)保定的電壓范圍（弱電場(chǎng)范圍）內(nèi)，介質(zhì)保持介電狀態(tài)。持介電狀態(tài)。 當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，介質(zhì)當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱介由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱介質(zhì)的擊穿。質(zhì)的擊穿。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)由于擊穿時(shí)電流劇烈增大，在擊穿處往往由于擊穿時(shí)電流劇烈增大，在擊穿處往往產(chǎn)生局部高溫?；鸹?，造成材料本身不可產(chǎn)生局部高溫?；鸹?，造成材料本身不可逆的破壞。逆的破

31、壞。可以發(fā)現(xiàn)，在擊穿處有小孔、裂縫，或擊可以發(fā)現(xiàn)，在擊穿處有小孔、裂縫，或擊穿時(shí)整個(gè)瓷體炸裂。穿時(shí)整個(gè)瓷體炸裂。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)擊穿時(shí)的電壓稱擊穿電壓擊穿時(shí)的電壓稱擊穿電壓Uj，相應(yīng)的電場(chǎng)，相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度稱強(qiáng)度稱擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度或絕緣強(qiáng)度等，用或絕緣強(qiáng)度等，用Ej表示。在電場(chǎng)均勻時(shí)，表示。在電場(chǎng)均勻時(shí)， Ej= Uj /d 式中：式中：d為擊穿處介質(zhì)的厚度；為擊穿處介質(zhì)的厚度；Ej的單位常的單位常用用kV/cm。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 某些陶瓷如某些陶瓷如III型電容器瓷和各種半導(dǎo)體型電容器瓷和各種半導(dǎo)體瓷，擊穿時(shí)往往不造成瓷體的機(jī)構(gòu)破壞，瓷，擊穿時(shí)往往不造成瓷體的機(jī)構(gòu)破

32、壞，電場(chǎng)降低后仍能恢復(fù)介電狀態(tài)，這種情況電場(chǎng)降低后仍能恢復(fù)介電狀態(tài)，這種情況也應(yīng)認(rèn)為擊穿已經(jīng)發(fā)生。也應(yīng)認(rèn)為擊穿已經(jīng)發(fā)生。 陶瓷材料的擊穿電壓與試樣的厚度、陶瓷材料的擊穿電壓與試樣的厚度、電極的大小、形狀、試驗(yàn)時(shí)的溫度、電壓電極的大小、形狀、試驗(yàn)時(shí)的溫度、電壓的種類、加壓時(shí)間、試樣周圍的環(huán)境等許的種類、加壓時(shí)間、試樣周圍的環(huán)境等許多因素有關(guān)。多因素有關(guān)。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)擊穿過程進(jìn)行得很快（約擊穿過程進(jìn)行得很快（約10-7秒），過程比秒），過程比較復(fù)雜。陶瓷材料的擊穿強(qiáng)度一般在較復(fù)雜。陶瓷材料的擊穿強(qiáng)度一般在460 kV/mm。介質(zhì)擊穿大致可分為電擊穿和熱擊穿。介質(zhì)擊穿大致可分為電擊穿和熱

33、擊穿。電擊穿電擊穿是在電場(chǎng)直接作用下，介質(zhì)中載流是在電場(chǎng)直接作用下，介質(zhì)中載流子迅速增加。這個(gè)過程約在子迅速增加。這個(gè)過程約在10-7秒完成，往秒完成，往往擊穿突然發(fā)生。往擊穿突然發(fā)生。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較高，大約為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較高，大約為106107V/cm左左右。右。一般認(rèn)為，電擊穿的發(fā)生是由于晶體能帶一般認(rèn)為，電擊穿的發(fā)生是由于晶體能帶在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生變化，電子直接由滿在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生變化，電子直接由滿帶躍遷到空帶發(fā)生電離所致。帶躍遷到空帶發(fā)生電離所致。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)熱擊穿熱擊穿是介質(zhì)在電場(chǎng)作用下發(fā)生熱不穩(wěn)定，因是介質(zhì)在電場(chǎng)作用下發(fā)生熱不穩(wěn)定，因溫度升高

34、而破壞。溫度升高而破壞。熱不穩(wěn)定是指在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)的電導(dǎo)熱不穩(wěn)定是指在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)的電導(dǎo)和介質(zhì)損耗，將電場(chǎng)能變成熱能。熱量在介質(zhì)和介質(zhì)損耗，將電場(chǎng)能變成熱能。熱量在介質(zhì)內(nèi)部積累，溫度升高，電導(dǎo)和損耗隨溫度的升內(nèi)部積累，溫度升高，電導(dǎo)和損耗隨溫度的升高而加大，又導(dǎo)致溫度的再升高，產(chǎn)生的熱量高而加大，又導(dǎo)致溫度的再升高，產(chǎn)生的熱量大于散失的熱量。大于散失的熱量。由于熱擊穿有一個(gè)熱量積累過程，所以不象電由于熱擊穿有一個(gè)熱量積累過程，所以不象電擊穿那樣迅速，往往介質(zhì)溫度急劇升高。擊穿擊穿那樣迅速，往往介質(zhì)溫度急劇升高。擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較低，電場(chǎng)強(qiáng)度較低，104105V/cm。第四章 電子陶

35、瓷基本性質(zhì)在直流電場(chǎng)下對(duì)陶瓷介質(zhì)的試驗(yàn)表明，溫在直流電場(chǎng)下對(duì)陶瓷介質(zhì)的試驗(yàn)表明，溫度較高時(shí)可能發(fā)生熱擊穿，溫度較低時(shí)往度較高時(shí)可能發(fā)生熱擊穿，溫度較低時(shí)往往發(fā)生電擊穿。往發(fā)生電擊穿。一般電擊穿的一般電擊穿的Ej與溫度無關(guān)，熱擊穿的與溫度無關(guān)，熱擊穿的Ej隨溫度升高而降低。隨溫度升高而降低。但是，電擊穿和熱擊穿溫度范圍的劃分，但是，電擊穿和熱擊穿溫度范圍的劃分，并不十分準(zhǔn)確，它與試樣的組成、冷卻情并不十分準(zhǔn)確，它與試樣的組成、冷卻情況、電壓形式等有關(guān)，尤其電場(chǎng)頻率對(duì)其況、電壓形式等有關(guān)，尤其電場(chǎng)頻率對(duì)其影響很大。影響很大。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)例如，在高頻交流電壓下或試樣散熱條件例如，在高頻交

36、流電壓下或試樣散熱條件不好時(shí)，熱擊穿的范圍就能擴(kuò)大到較低的不好時(shí)，熱擊穿的范圍就能擴(kuò)大到較低的溫度。溫度。在均勻電場(chǎng)下，電性質(zhì)均勻的固體介質(zhì)厚在均勻電場(chǎng)下，電性質(zhì)均勻的固體介質(zhì)厚度小于度小于10-4cm時(shí)，電擊穿時(shí)的時(shí)，電擊穿時(shí)的Ej與試樣厚與試樣厚度無關(guān)，熱穿時(shí)的度無關(guān)，熱穿時(shí)的Ej 則隨試樣厚度增加而則隨試樣厚度增加而減小。但陶瓷是不均勻介質(zhì)，通常減小。但陶瓷是不均勻介質(zhì)，通常Ej隨試隨試樣厚度增加而降低。樣厚度增加而降低。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 此外，在均勻電場(chǎng)中，加壓時(shí)間小于此外，在均勻電場(chǎng)中，加壓時(shí)間小于10-7秒時(shí)，電擊穿與加壓時(shí)間無關(guān)；秒時(shí)，電擊穿與加壓時(shí)間無關(guān)；熱擊穿隨加壓

37、時(shí)間的增加而降低。熱擊穿隨加壓時(shí)間的增加而降低。電擊穿時(shí)，電擊穿時(shí)，Ej與試樣周圍媒質(zhì)的溫度無關(guān)；與試樣周圍媒質(zhì)的溫度無關(guān)；熱擊穿時(shí)，熱擊穿時(shí)，Ej則隨周圍媒質(zhì)溫度的增加而則隨周圍媒質(zhì)溫度的增加而降低，與媒質(zhì)散熱情況密切關(guān)系。降低，與媒質(zhì)散熱情況密切關(guān)系。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 4.4 光學(xué)性質(zhì)（簡(jiǎn)略）光學(xué)性質(zhì)（簡(jiǎn)略） 光學(xué)性質(zhì)是指電子陶瓷在紅外光、可見光學(xué)性質(zhì)是指電子陶瓷在紅外光、可見光、紫外線及各種射線作用下的一些性質(zhì)。光、紫外線及各種射線作用下的一些性質(zhì)。 在光學(xué)領(lǐng)域里，主要光學(xué)材料是光學(xué)在光學(xué)領(lǐng)域里，主要光學(xué)材料是光學(xué)玻璃和單晶。近年來，隨著遙感、計(jì)算機(jī)、玻璃和單晶。近年來，隨著遙

38、感、計(jì)算機(jī)、激光、光纖通訊等技術(shù)的發(fā)展和激光、光纖通訊等技術(shù)的發(fā)展和“透明陶瓷透明陶瓷”的出現(xiàn)，陶瓷材料在光學(xué)領(lǐng)域有了較重要的的出現(xiàn)，陶瓷材料在光學(xué)領(lǐng)域有了較重要的應(yīng)用。應(yīng)用。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 光學(xué)材料的性質(zhì)一般指它的反射、折光學(xué)材料的性質(zhì)一般指它的反射、折射和吸收等性質(zhì)。對(duì)陶瓷材料，主要指透射和吸收等性質(zhì)。對(duì)陶瓷材料，主要指透光性。光照射到介質(zhì)上，一部分被反射，光性。光照射到介質(zhì)上，一部分被反射，一部分進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部，發(fā)生散射和吸收，一部分進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部，發(fā)生散射和吸收，還有一部分透過介質(zhì)，即還有一部分透過介質(zhì)，即 Ip= IR+ IS+IA+ IT 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 式中式中

39、Ip為入射光強(qiáng)度；為入射光強(qiáng)度；IR為反射光強(qiáng)為反射光強(qiáng)度；度；IS為散射光強(qiáng)度；為散射光強(qiáng)度；IA為吸收光強(qiáng)度；為吸收光強(qiáng)度；IT為透射光強(qiáng)度。為透射光強(qiáng)度。 歸一化后可得：歸一化后可得：1=R+S+A+T 式中式中 R為反射率；為反射率；S為散射率；為散射率；A為吸為吸收率；收率；T為透射率。為透射率。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)通常，吸收率甚小，主要是散射損失。通常，吸收率甚小，主要是散射損失。 光和物質(zhì)的作用是光子和物質(zhì)中電子光和物質(zhì)的作用是光子和物質(zhì)中電子的互作用結(jié)果。的互作用結(jié)果。光子的能量可轉(zhuǎn)移給電子，引起電子極化，光子的能量可轉(zhuǎn)移給電子，引起電子極化，或電子吸收能量轉(zhuǎn)變成熱能，引起

40、光子能或電子吸收能量轉(zhuǎn)變成熱能，引起光子能量損失。量損失。第四章 電子陶瓷基本性質(zhì)散射主要是由瓷體中的氣孔引起的，因?yàn)樯⑸渲饕怯纱审w中的氣孔引起的，因?yàn)榇审w和氣孔的折射率相差很大。瓷體和氣孔的折射率相差很大。例如例如Al2O3瓷，折射率為瓷，折射率為1.8，氣孔折射率為，氣孔折射率為1。瓷體中氣孔的大小通常為。瓷體中氣孔的大小通常為0.52 m，接近可見光和紅外光的波長(zhǎng)，因而散射最接近可見光和紅外光的波長(zhǎng)，因而散射最大大。要提高陶瓷材料的透射率，必須降低氣孔要提高陶瓷材料的透射率，必須降低氣孔含量。含量。 第四章 電子陶瓷基本性質(zhì) 4.5 交叉耦合性質(zhì)交叉耦合性質(zhì) 電子陶瓷的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)電子陶瓷的電學(xué)、力學(xué)、熱