| 13986122 15360 8522 910 1реходов) наблюдается сильная нелинейная зависимость Р(Е).
При высоких частотах электрич. прочность Д. повышается, поэтому нелинейные свойства любых Д. проявляются в высокочастотных полях больших амплитуд. В луче лазера могут быть созданы электрич. поля напряжённости 108 в/см. В таких полях становятся очень существенными нелинейные свойства Д., что позволяет осуществить преобразование частоты света, самофокусировку света и др. нелинейные эффекты (см. Нелинейная оптика).
Д. в науке и технике используются прежде всего как электроизоляционные материалы. Для этого необходимы Д .с большим удельным сопротивлением, высокой электрической прочностью и малым углом диэлектрических потерь. Д. с высоким значением е используются как конденсаторные материалы. Ёмкость конденсатора, заполненного Д., возрастает в е раз. Пьезоэлектрики широко применяются для преобразований звуковых колебаний в электрические и наоборот (приёмники и излучатели ультразвука, звукосниматели и др., см. Пьезоэлектрический датчик). Пироэлектрики служат для индикации и измерения интенсивности инфракрасного излучения. Сегнетоэлектрики применяют в радиотехнике для создания нелинейных элементов, входящих в состав различных схем (усилители, стабилизаторы частоты и преобразователи электрических сигналов, схемы регулирования и др.).
Д. используются и в оптике. Чистые Д. прозрачны в оптич. диапазоне. Вводя в Д. примеси, можно окрасить его, сделав непрозрачным для определённой области спектра (фильтры). Диэлектрические кристаллы используются в квантовой электронике (в квантовых генераторах света - лазерах и квантовых усилителях СВЧ). Ведутся работы по использованию Д. в вычислительной технике и т. п.
Лит.: Феинман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, [в. 5] - Электричество и магнетизм, пер. с англ., М., 1966; Калашникове. Г., Электричество, 2 изд., М., 1964; физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960; Сканави Г. И., Физика диэлектриков (Область слабых полей), М. -Л., 1949; его же. Физика диэлектриков (Область сильных полей), М.,1958; Фрёлих Г., Теория диэлектриков, М., 1960; Xиппeль А. Р., Диэлектрики и волны, пер. с англ., М., 1960; Же л у дев И. С., Физика кристаллических диэлектриков, М., 1968. А-П.Леванюк, Д. Г. Санников.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АНТЕННА, антенна в виде отрезка диэлектрич. стержня, возбуждённого радиоволноводом или штырём коаксиального кабеля. В стержне Д. а. (рис.) возбуждается волна особой структуры (т. н. поверхностная волна), распространяющаяся вдоль его оси, и, как следствие, на поверхности стержня возникают тангенциальные (касательные к поверхности) составляющие электрич. и магнитного полей, фаза к-рых меняется ло закону бегущей волны.
[825-11.jpg]
Диэлектрическая антенна: 1 - конусообразный стержень; 2 - штырь, излучающий радиоволны в стержень; 3 -коаксиальный кабель. Стрелками показано направление излучения антенны.
По существу Д. а. представляет собой бегущей волны антенну, состоящую из элементарных электрич. и магнитных вибраторов. Её максимум излучения, как и всякой антенны бегущей волны, совпадает с осью стержня. Характер излучения Д. а. зависит от фазовой скорости распространения поверхностной волны. С увеличением диаметра стержня и диэлектрич. проницаемости материала, из к-рого он выполнен, фазовая скорость уменьшается. Чем меньше фазовая скорость, тем больше длина стержня, при к-рой коэфф. направленного действия (КНД)антенны максимален (т. н. оптимальная длина), и больше максимально возможный КНД. По мере уменьшения фазовой скорости или приближения её к скорости света в окружающей среде (воздухе) диэлектрич. стержень теряет волноводные свойства. Это приводит к резкому спаданию поля к концу стержня, увеличению излучения в окружающую Д. а. среду непосредственно из открытого конца радиоволновода и уменьшению эффективности Д. а. Диаметр и материал стержня обычно выбирают так, чтобы фазовая скорость была не очень близкой к скорости света (не более 0,95-0,96 скорости света). При такой фазовой скорости оптимальная длина равна 12 длинам излучаемой волны и КНД равен ~ 100. Стержень Д. а. изготовляют из диэлектрич. материалов с малым затуханием электромагнитных волн в них - полистирол, фторопласт и др. Д. а. применяют преим. на летательных аппаратах в радиоустройствах, работающих на сантиметровых и дециметровых волнах.
О. Н. Терёшин, Г. К. Галимов.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ, величина, характеризующая способность диэлектриков к поляризации. Количественно Д. в. - коэфф. пропорциональности х в соотношении Р = хE, где Е - напряжённость электрич. поля, Р - поляризация диэлектрика (диполь-ный момент единицы объёма диэлектрика). Д. в. характеризует диэлектрич. свойства вещества так же, как и диэлектрическая проницаемость е, с к-рой она связана соотношением: 8= 1 + 4пх. Лит. см. при ст. Диэлектрики.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ, устаревшее название диэлектрической проницаемости.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ, величина, характеризующая диэлектрические свойства среды - её реакцию на электрическое поле. В соотношении D = еЕ, где Е - напряжённость электрич. поля, D - электрич. индукция в среде, Д. п. - коэффициент пропорциональности Е. В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях Д. п. не зависит от поля Е. В сильных электрич. полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в нек-рых диэлектриках (напр., сегнетоэлектриках) в обычных полях зависимость D от Е - нелинейная (см. Нелинейная, оптика).
Величина Д. п. существенно зависит от типа вещества и от внешних условий (темп-ры, давления и т. п.). В переменных электрических полях Д. п. зависит от частоты поля Е (см. Диэлектрики). О методах измерения Д. п. см. Диэлектрические измерения.
Лит. см. при ст. Диэлектрики, Электроизоляционные материалы.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, область физики, занимающаяся исследованием и практич. применением явлений, связанных с протеканием электрич. токов в диэлектриках. Концентрация электронов проводимости или к.-л. других свободных носителей заряда в диэлектриках (дырок, ионов) пренебрежимо мала. Поэтому до недавнего времени диэлектрики в электро- и радиотехнике использовались только как изоляторы (см. Электроизоляционные материалы). Исследования тонких диэлектрич. плёнок показали, что при контакте с металлом в диэлектрик переходят электроны или дырки, в результате чего у контакта в тонком слое диэлектрика появляются в заметном количестве свободные носители заряда. Если диэлектрик массивный, то весь его остальной объём действует по-прежнему как изолятор, и поэтому в системе металл-диэлектрик-металл ток ничтожно мал. Если же между двумя металлич. электродами поместить тонкую диэлектрич. плёнку (обычно 1-10 мкм), то эмитируемые из металла электроны заполнят всю толщу плёнки и напряжение, приложенное к такой системе, создаст ток через диэлектрик.
Теоретически возможность протекания управляемых эмиссионных токов через диэлектрик была предсказана англ, физиками Н. Моттом и Р. Гёрни в 1940. Д. э. изучает протекание токов, ограниченных пространственным зарядом в диэлектриках, при термоэлектронной эмиссии из металлов и полупроводников, при туннельной эмиссии и т. д.
Простейший прибор Д. э. - диэлектрич. диод представляет собой сандвич-структуру металл - диэлектрик - металл (рис. 1). Он во многом аналогичен электровакуумному диоду и поэтому наз. аналоговым.
[825-12.jpg]
Его выпрямляющее действие обусловлено различием работы выхода электронов из электродов, изготовленных из разных металлов. Для одного из электродов - истока (аналог катода) применяется металл, у к-рого работа выхода электронов в данный диэлектрик мала (доли эв); для второго (сток - аналог анода) -металл с большой работой выхода (1-2 эв). Поэтому в одном направлении возникают значительные токи, а в обратном направлении токи исчезающе малы. Коэффициент выпрямления диэлектрического диода достигает значений 104 и выше.
Создание диэлектрич. триода связано с технологич. трудностями размещения управляющего электрода - затвора (аналог сетки в электровакуумном триоде) в тонком слое диэлектрика между истоком и стоком. В одном типе триода эмиссия происходит из полупроводника п, обладающего электронной проводимостью, в высокоомный полупроводник р с дырочной проводимостью, который играет роль диэлектрика (рис. 2). Низкоомные области, образованные из полупроводника Р+с высокой дырочной проводимостью, исполняют роль, во многом сходную с ролью металлич. ячеек сетки электровакуумного триода. Подаваемое на эти области внешнее напряжение управляет величиной тока, протекающего между истоком и стоком.
[825-13.jpg]
Рис. 2. Горизонтальный разрез диэлектрического триода со встроенной сеткой; п - полупроводник, обладающий электронной проводимостью; р - диэлектрик (высокоомный полупроводник с дырочной проводимостью), в к-рый происходит эмиссия электронов; Р+ -низкоомные области полупроводника с дырочной проводимостью, через к-рые электроны не проходят.
В другом типе триода (рис. 3) затвор помещён вне диэлектрика CdS; его роль сводится к изменению распределения потенциала в диэлектрике, от чего существенно зависит величина тока. физ. картина явлений в этих триодах значительно сложнее и существенно отличается от протекания эмиссионных токов в вакууме. Распространение получили триоды с изолированным затвором МОП (металл -окисел - полупроводник) или МДП (металл - диэлектрик - полупроводник).
[825-14.jpg]
Рис. 3. Структура триода с изолированным затвором.
В приборах Д. э. удачно сочетаются достоинства полупроводниковых и электровакуумных приборов и отсутствуют многие их недостатки. Приборы Д. э. микроминиатюрны. Создание эмиссионных токов в диэлектриках не требует затрат энергии на нагрев эмитирующего электрода и не сталкивается с проблемой отвода тепла. Диэлектрич. приборы малоинерционны, обладают хорошими частотными характеристиками, низким уровнем шумов, мало чувствительны к изменениям температуры и радиации.
Лит.: Мотт Н., Герни Р., Электронные процессы в ионных кристаллах, пер. с англ., М., 1950; Адирович Э. И., Электрические поля и токи в диэлектриках, "Физика твердого тела", 1960, т. 2, в. 7, с. 1410; его же, Эмиссионные токи в твердых телах и диэлектрическая электроника, в сб.: Микроэлектроника, под ред. Ф. В. Лукина, в. 3, М., 1969, с. 393. Э. И. Адирович.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерения величин, характеризующих свойства диэлектриков в постоянном и переменном электрич. полях. К Д. и. относятся измерения диэлектрич. проницаемости е в постоянных и переменных полях, диэлектрич. потерь, удельной электропроводности в постоянном электрич. поле, электрич. прочности.
В случае твёрдых диэлектриков Д. и. часто сводятся к измерению ёмкости С плоского электрич. конденсатора, между пластинами к-рого помещён исследуемый
[825-15.jpg]
(d - толщина диэлектрич. образца, S -площадь его боковой грани, k - коэфф. пропорциональности) находят диэлектрич. проницаемость е. В случае жидкостей и газов измеряют ёмкость системы электродов в вакууме (С0) и в данном веществе (Се), а затем определяют е из соотношения: е = Се/Со.
Методы измерения ёмкости и диэлектрич. потерь различны для разных частот электрич. поля. В постоянном поле и при низких частотах (десятые доли гц) ёмкость, как правило, определяют путём измерений зарядного или разрядного токов конденсатора с помощью баллистического гальванометра (рис. 1).
В области частот от десятых гц до 107 гц, помимо С, существенно измерение диэлектрических потерь, мерой к-рых является тангенс угла диэлектрических потерь tgб. С и tgб измеряют с помощью мостовых схем, в частности мостов Шеринга.
[825-16.jpg]
Рис. 1. Измерения диэлектрической проницаемости при помощи баллистического гальванометра G.
В высокочастотной области (от 105 до 108 гц) для измерения ёмкости Се и диэлектрической проницаемости е применяют гл. обр. резонансные методы (рис. 2). Колебательный контур, содержащий образцовый конденсатор (см. Емкости меры), настраивается в резонанс, и определяется соответствующая резонансу величина ёмкости С'. Затем параллельно образцовому конденсатору присоединяют конденсатор с диэлектриком Се, и контур снова настраивается в резонанс. Во втором случае ёмкость С" образцового конденсатора будет меньше. Ёмкость конденсатора, заполненного диэлектриком Се, определяется по формуле: Се = С'-С". (1)
Различные резонансные методы отличаются друг от друга по способу определения tgб. В методе замещения диэлектрик заменяется эквивалентной схемой, состоящей из ёмкости и сопротивления.
[825-17.jpg]
Рис. 2. Измерения ёмкости Се и диэлектрической проницаемости е резонансным методом. Катушка индуктивности L и образцовый конденсатор С образуют замкнутый контур, слабо связанный с генератором переменного тока.
Подбирается такое сопротивление R, к-рое, будучи включено последовательно или параллельно образцовому конденсатору С, ёмкость к-рого берётся равной ёмкости диэлектрика Се, даёт такой же резонансный ток в контуре, как и образец диэлектрика. Метод расстройки контура основан на том, что ширина резонансной кривой контура определяется его добротностью Q, связанной с тангенсом угла потерь диэлектрика соотношением:
[825-18.jpg]
Ёмкость и диэлектрич. потери определяют также методом куметра. В данной области частот можно применять также метод биений.
В области сверхвысоких частот (от 108 до 1011 гц) Д. и. основаны на использовании объёмных резонаторов и радиоволноводов, а также на закономерностях распространения электромагнитных волн в свободном пространстве. В случае газообразных диэлектриков измеряют резонансную частоту w0 и добротность Qo объёмного резонатора (рис. 3), когда в нём создан вакуум, и те же величины wе и Qе, когда он целиком заполнен диэлектриком.
[825-19.jpg]
Рис. 3. Волноводные установки для измерения е и tgS газов.
При этом имеют место соотношения:
[825-20.jpg]
В случае жидких и твёрдых диэлектриков, если они целиком заполняют резонатор, получаются гораздо большие изменения резонансной частоты и добротности. Кроме того, если диэлектрич. потери велики, то добротность резонатора становится весьма малой величиной. Это нарушает справедливость формул (3) и (4). Поэтому применяют частичное заполнение резонатора диэлектриком, чаще всего имеющим форму диска или стержня.
Другой метод Д. и. в области СВЧ состоит в том, что в радиоволноводе устанавливаются бегущая или стоячая электромагнитные волны. Для волновода, заполненного диэлектриком, длина волны Хе равна:
[825-21.jpg]
где Х0 - длина волны в свободном пространстве, Хкр - критич. (предельная) длина волны, зависящая от типа волн и размеров поперечного сечения волновода. Из формулы (5) можно определять Е. При введении диэлектрика в волновод изменяются условия распространения волн и происходит поглощение энергии электромагнитного поля. Это позволяет определить tgб.
Существуют два основных метода измерения е и tg6 с помощью волновода. Первый основан на наблюдении картины стоячих волн в волноводе, нагружённом известным сопротивлением. Второй |
