Elektronika va asbobsozlik

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI


OLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
FARFONA POLITEXNIKA INSTITUTI


«ENERGETIKA FAKULTETI»

“Elektronika va asbobsozlik” kafedrasi

Elektron texnika materiallari va elementlari
fanidan
ma’ruzalar matni
2-qism


Farg‘ona – 2020
Ushbu «Elektron texnika materiallari va elementlari» fanidan tayyorlangan ma’ruzalar matni 5310800 “Elektronika va asbobsozlik ” yo‘nalishida ta’lim olayotgan talabalar uchun mo‘ljallangan. Matnlarda ushbu soxalarga tegishli eng zarur va yangi ma’lumotlar keltirilgan.

Ko‘rib chiqilgan:

«Elektronika va asbobsozlik» kafedrasi

Bayon №_____ «____»_______ 2020
Energetika fakulteti uslubiy kengashida
Bayon №______ «_____» ________2020

Tuzuvchi: katta o‘qituvchi Nishonova M.

Taqrizchi: t.f.n., dos. Axunov Q

1. 
   MA’RUZA.
   

Mavzu: Dielektriklarning qutblanishi.


Reja:
1 Dielektriklarning qutblanishi.
2 Dipolli qutblanish.
3 Ionli qutblanish.


Tayanch iboralar: dielektrikning qutblanishi, dipolli qutblanish, ionli qutblanish, hajmiy zaryadli qutblanish.


Dielektrikning qutblanishi - qo‘yilgan kuchlanish ta’sirida undagi bog‘langan elektr zaryadlarning tartiblanish jarayonidir. Elektron qutblanish. Dielektrikka kuchlanish qo‘yilsa, unda Ye kuchlanganlikli elektr maydon hosil bo‘ladi. Bu maydon kuchlari dielektrik atomlariga ta’sir etadi. Mazkur kuchlar ta’sirida har bir atomdagi elektronlar o‘z yadrosiga nisbatan musbat elektrod tomonga siljiydi (3-rasm). Elektronlarning shunday elastik siljishi dielektrikning hamma atomlarida sodir bo‘ladi.
Siljigan elektronlar atom yadrolarining musbat zaryadlari bilan birga elastik dipollar deb ataluvchi o‘zaro bog‘langan elektr zaryadlar juftini hosil qiladi. Di­elektrikda elastik dipollar bir onda (10^-14-=-10^-16s davomida) paydo bo‘ladi. Kuch­lanish olinishi bilan elastik dipollar yana bir onda yo‘qoladi. Elastik dipollar paydo bo‘lish hodisasi barcha dielektriklarda kuzatiladi va bu jarayon elektron qutbla­nish deb ataladi. Dielektrikda elektronlarning oniy siljishi va elastik dipollarning hosil bo‘lishi zoxiran dielektrikdagi siljish toki shaklida namoyon bo‘ladi.
1-rasm

Qutblanish jarayonining amaliy ahamiyati materialning dielektrik singdiruvchanligi unda ro‘y beruvchi qutblanish jarayonining jadalligiga bog‘liqligida ekanligidir. Ushbu jarayon eng oddiy ko‘rinishda quyidagi tenglama orqali ifodalanishi mumkin:

(7)
bunda p — dielektrikdagi zarrachalar (atomlar, molekulalar) konsentratsiyasi; a_e — elektron qutblanuvchanlik (molekula yoki atom tuzilishiga bog‘liq kattalik).
(7) tengdamadan ko‘rinib turibdiki, ye_g kattalik qutblanuvchi zarralar konsentratsiyasiga va ularning qutblanish xususiyatiga, ya’ni p va _e kattaliklarga bog‘liq. Shuning uchun kristall strukturali dielektriklarning dielektrik singdi­ruvchanligi amorf strukturali dielektriklarning dielektrik singdiruvchanligidan katta, chunki kristall strukturali dielektrikning qutblanuvchi atom va molekulalari amorf di-elektriklarnikiga nisbatan zichroq joylashgan bo‘ladi.
(7) tenglamaga asosan shuni ham aytish mumkinki, dielek­trikning temperaturasi ortishi bilan ye_g kamayadi (14-rasm). Buning sababi dielektrik hajmining kattalashuvi va hajm birligidagi qutblanuvchi zarralar konsentratsiyasining kamayishidir. Bu ayniqsa kristall strukturali Dielektriklar­ning qattiq holatdan T_er temperaturada suyuq holatga o‘tish paytida yaqqol seziladi. Dielektrik singdiruvchanlikning temperaturaga bunday bog‘liqligi musbat va manfiy zaryadlarining markazlari ustma-ust tushadigan elektr jihatdan neyt­ral molekulalardan tashkil topgan qutbsiz dielektriklardagina kuzatiladi.

2-rasm
Qutbli dielektriklar zaryadlarining markazlari ustma-ust tushmaydigan musbat va manfiy zaryadlangan ionlardan tarkib topgan qutbli molekulalardan iborat bo‘ladi (15-rasm). qutbli molekulalar elektr jihatdan zaryadlangan bo‘ladi, chunki ular boshlang‘ich elektr momenti  ga ega.  kattalik ion­lardan birining zaryadining q ning ionlar markazlari orasidagi l masofaga ko‘paytmasiga teng, ya’ni =ql
Elektr momenti  manfiy iondan musbat ionga yo‘nalgan vektor bilan belgilanadi. Demak qutbli molekula o‘zaro bog‘langan, qarama-qarshi ishorali zaryadlangan ionlardan tashkil topadi. Bunday zaryadlar sistemasi elektr kuchlanish ta’sirida turgan neytral molekulalardan tashkil topgan elastik dipoldan farqli o‘laroq qattiq dipollap deb ataladi.
Dipolli Qutblanish. Qattiq dipollar dielektrikda unga qo‘yilgan kuchlanish ta’sir qila boshlashidan avval, ya’ni tashqi elektr maydon ta’siridan oldin paydo bo‘ladi. Qattiq dipollarning binobarin qutbli molekulalarning paydo bo‘lishiga sabab aksariyat dielektriklarning molekulalari tuzilishidagi simmetriyadir. Qutbsiz dielektriklarning simmetrik tuzilgan molekulalari qattiq dipollarni tashkil etmaydi. Qutbli dielektrikka elektr kuchlanish berilsa, unda ikki xil qutblanish: elektron va dipol qutblanish vujudga keladi. Av­val elektronlarning dielektrik atomlaridagi yadrolarga nisbatan oniy siljishi (elektron qutblanish) ro‘y beradi. So‘ngra qutbli dielektriklarda dipol qutblanishning ancha sekinlashgan jarayoni kechadi. Bu jarayon qutbli molekulalar­ning elektr maydon kuchlari ta’sirida burilishidan iboratdir. Qutbli molekulalarning burilishi qutbli dielektrida absorbsiya toki ko‘rinishida namoyon bo‘ladi.
Dielektrik singdiruvchanlik dielektrdagi qutblanish jarayonining jadalligiga bog‘lik bo‘lishi ilgari ko‘rsatib o‘tilgan edi. Qutbli dielektriklarda ikki xil qutblanish ro‘y berishi sababli sharoit (temperatura, qo‘yilgan kuchlanish va b.) bir xil bo‘lsa, ularning dielektrik singdiruvchanligi qutbsiz dielektriklarnikidan ancha yuqori bo‘ladi. Masalan, qutbsiz qattiq dielektriklarda (polietilen va polistrol) _g = 22,4, qutbli dielektriklar (bakelit va gliftalg‘) da esa
_g=69 bo‘ladi.
Dipolli qutblanish jarayoni tufayli qutbli dielektriklar dielektrik singdiruvchanligining temperaturaga va chastotaga bog‘liqligi qutbsiz dielektriklarning huddi shunday bog‘lanish xarakteridan farq qiladi.
Temperatura ko‘tarilishi bilan qutbli dielektriklar di­elektrik singdiruvchanligining ortishiga sabab (16-rasmdagi 1 egri chiziq) dipol qutblanish jarayoni jadalligining o‘sishidir. Buni quyidagicha tushuntirish mumkin. Dielektrik qiziganida molekulalararo kuchlar kamayadi, natijada elektr maydon kuchlari ta’sirida qutbli molekulalarning burilishi osonlashadi. Temperatura ko‘tarilishi bilan dielektrikka beriladigan issiqlik energiyasi qutbli molekulalarni tartibsiz harakatga keltira oladigan darajada ortadi. Elektr maydon ta’sirida ma’lum tartibda joylashgan qutbli molekulalar endi tartibsiz issiqlik tebranishi holatiga o‘tadi. Bun­da dipol qutblanish jadalligi pasayadi, qutbli dielektrikning dielektrik singdiruvchanligi ham kamayadi.

3- rasm
Qutbsiz dielektriklar dielektrik singdi­ruvchanligining temperaturaga bog‘liq ravishda o‘zgarishiga sabab (2-chizik) molekulalar konsentratsiyasi (zichligi) ning kamayishidir.
Qutbli dielektrik singdiruvchanligining qo‘yilgan kuchlanishning chastotasiga bog‘likligi qutbli molekulalarning elektr kuchlar ta’sirida orientatsiyalanishi bilan tushuntiriladi. Chunonchi, deyarli hamma qutbli molekulalar 1 chastotagacha (17-rasm, egri chizik) bitta yarim davr mobaynida burilishga ulguradi, dielektrik ichida esa elektr maydon yo‘nalishi saklanadi va undan yukori chastotada qutbli molekulalar buri­lishga va elektr maydonda orientatsiyalanishga ulgurmaydi, ya’ni dipol qutblanish jarayonining jadalligi keskin pasayadi.

4-rasm
Shu sababli _g dielektrik singdiruvchanlik ham keskin ka­mayadi, chunki u dielektrikda ro‘y berayotgan qutblanish jara­yonining jadalligiga bog‘likdir. 2 dan yuqori chastotalarda faqat elektron qutblanish jarayoni sodir bo‘ladi, dipol qutb­lanish jarayoni esa deyarli kuzatilmaydi.
Qutbsiz dielektrikning dielektrik singdiruvchanligi chastotalarning keng diapazonida unga qo‘yilgan kuchlanish chasto­tasiga bog‘liq bo‘lmaydi (2 chiziq). Buning sababi qutbsiz dielektriklarda chastotaga bog‘liq bo‘lmagan oniy elastik elektron qutblanish jarayoni sodir bo‘lishidir. Shuning uchun qutbsiz dielektriklar yuqori chastotalar texnikasida keng qo‘llanadi.
Ionli qutblanish (ion siljish bilan qutblanish). Bu ja­rayon ionli kristall dielektriklarda sodir bo‘ladi. har qanday ionli kristall uning kristall panjarasidagi tugunlarda joylashgan musbat va manfiy ionlardan tashkil topadi. Kuchlanish qo‘yilganda kristallda elektr kuchlar ta’siri boshlanadi, natijada ionlar o‘zining boshlang‘ich holatiga nisbatan elastik siljiy boshlaydi. Bunda musbat zaryadlangan ion muayyan bir yo‘nalishda, manfiy zaryadlanganlari esa qarama-qarshi yo‘nalishda siljiydi. Shunday qilib, ionlarning har bir jufti elastik dipolni hosil qiladi. Ionlarning elastik siljish jarayoni hisoblanmish bu xodisa 10^-13 10^-12 s davom etib, dielektriklarning ionli qutblanishi deb ataladi. Ionli kristallarda ion sil­jish bilan qutblanish jarayoni bilan bir katorda elektronli qutblanish ham bo‘lib o‘tadi. Ionli kristall dielektriklar (radiokeramik materiallar, slyuda)da qutblanish jarayoni­ning umumiy jadalligi ancha kattaligi uchun ularning dielek­trik singdiruvchanligi _g = 512 va undan ortiq bo‘ladi. Xar ikkala qutblanish jarayoni bir onda bo‘lib o‘tadi, shu sababli ionli kristall dielektriklarning dielektrik singdiruvchanligi qo‘yilgan kuchlanish chastotasiga bog‘liq emas. Ionli dielektriklar radioelektronikada keng qo‘llanadi.
Spontan qutblanish. Ba’zi dielektriklarda tashqi elektr maydon ta’sir qilmasa ham dipollarning o‘z-o‘zidan orientatsiyalanish hodisasi kuzatiladi. Spontan qutblanish hodisasi birinchi marta qattiq kristall modda — segnet tuzi NaKS₄N₄0₆4N₂O da kuzatilgan. Shuning uchun bu hodisa kuzatiladigan hamma dielektriklar segnetoelektriklar deb ataladi.
Segnetoelektriklar hajmida kuchsiz bog‘langan qattiq dipollari bor sohalar (domenlar) mavjud bo‘lib, ularning elektr momentlari strelkalar bilan belgilanadi (18-rasm). Ular bir domenda dipollarning elektr momenti bir xil yo‘nalgan, turli domenlarda esa turlicha yo‘nalgan bo‘ladi. Shuning uchun qattiq dipollarning elektr momentlari o‘zaro muvozanatlashgan va segnetoelektrikning umumiy elektr momenti M nolga teng.


_5-rasm
Agar segnetoelektrikka kuchlanish berilsa, unda qutblanish jarayoni boshlanadi. Elektr kuchlar ta’sirida kuchsiz bog‘langan dipollar orientatsiyalana boshlaydi, bir oz vaqt o‘tgandan so‘ng ular elektr maydon kuchlarining yo‘nalishi bo‘yicha joylashib oladi. (19-rasm)
Spontan qutblanish jadalligi yuqori bo‘lishi sababli seg- netoelektriklarning dielektrik singdiruvchanligi ancha katta (k_g =1500-4-7500) va undan katta bo‘ladi. Bundan tashqari, segnetoelektriklarda _r temperaturaga kuchli darajada bog‘liq (20-rasm). Ma’lum T_k temperaturada dielektrik singdiruvchanlik maksimal qiymatga erishadi. _r ning keskin ortishiga segnetoelektriklarning bir kristall holatdan boshqa holatga o‘tishi sabab bo‘ladi.

6- rasm
Bu o‘tishga mos temperatura Kyurining segnetoelektrik temperaturasi (T_k) deb yuritiladi. Kyuri temperaturasidan boshqa temperaturalarda _r keskin kamayadi va material o‘zining segnetoelektriklik xususiyatini yo‘qotadi.
Segnetoelektriklarning o‘ziga xos xususiyati ularning di­elektrik singdiruvchanligi _r ning elektr maydon kuchlanganligi Ye ga bog‘liqligidir (21-rasm). Odatdagi dielektriklar­da bunday bog‘lanish mavjud emas. Segnetoelektriklarning dielektrik singdiruvchanlar faqat Kyuri temperaturasigacha (T_k) berilgan kuchlanish ortishi bilan ko‘payadi. T_k dan yuqori temperaturalarda segnetoelektriklar dielektrik singdiruvchanligining temperaturaga bog‘liqligi va boshqa segnetoelek­trik hossalari yo‘qoladi; ular odatdagi dielektriklarga aylanadi.

7-rasm

Hajmiy zaryadli qutblanish. Bu jarayon dielektrikning elektrodga ya’ni qatlamlarida yarim miqdordagi ionlar to‘planishidan iboratdir. (22-rasm). Energiya zahirasi kam ion­lar elektr o‘tkazuvchanlik jarayonida ishtirok etolmaydi, ya’ni bevosita o‘tkazuvchanlik tokini hosil qilmaydi. Bu ionlar dielektrikning butun hajmidan o‘tgach, elektrodga yaqin qat-lamlarda to‘xtab qoladi. Bunda musbat zaryadlangan elektrod yaqinda manfiy ionlar, manfiy zaryadlangan elektrod yaqinida esa musbat ionlar to‘planadi. Shu sababli dielektrikda asosiy maydonga teskari yo‘nalgan elektr maydon hosil bo‘ladi. Dielektriklar uchun Om qonuni ushbu ko‘rinishda yoziladi: I=(U-I_r)/R, bunda U— dielektrikka qo‘yilgan tashqi kuchlanish, V;I_r- dielektrikning elektrodlarga yaqin qatlamlarda ionlarning hajmiy zaryadlari to‘planishi tufayli hosil bo‘lgan kuchlanish, V;R— dielektrikning umumiy qarshiligi Om.

Hajmiy-zaryadli qutblanish jarayoni ayniqsa qattiq di­elektriklarda yaqqol kuzatiladi. Bu jarayonda ishtirok etadigan ionlarning dielektrikda asta-sekin ko‘chishi absorbsiya toki ko‘rinishida ham namoyon bo‘ladi.

Adabiyotlar:

1)K.P.Bogorodiskiy, V.V.Pasinkov, “Elektrotexnicheskiy materiali”1985g

2)I.Xolikulov,M.M.Nishonova”Elektron texnika materiallari“ Toshkent shark 2006y
3)N.V.Nikulin, V.A.Nazarov ”Radiomateriallar va komponentlar “ Toshkent