61 CHARAKTERYSTYKA MAGNETYKÓW TWARDYCH I MIĘKKICH 1.Magnetyki miękkie- w celu scharakteryzowania materiałów magnetycznych miękkich używa się najczęściej następujących parametrów: - przenikalność magnetyczna względnych normalnych: początkowej- μwp i maksymalnej- μwm - indukcji nasycenia Bn - stratności magnetycznej ΔpFe - komutacyjnej krzywej magnesowania Materiały magnetyczne miękki powinny odznaczać się przede wszystkim: - duzymi wartościami Bn i μwm - małą wartością ΔpFe - stabilnościa powyższych własności podczas eksploatacji - korzystnymi własnosciami technologicznymi - niską ceną 2. Magnetyki twarde- dla scharakteryzowania materiału magnetycznego twardego używa się następujących parametrów: - pozostałości magnetycznej Br - natężenia powściągającego Hc - krzywej odmagnesowania - wartości iloczyny (BH)max 62 RODZAJE MATERIAŁÓW MAGNETYCZNYCH MIĘKKICH 1. Czyste odmiany żelaza (doskonały mater. Magnetyczny miękki) - żelazo elektrolityczne (oczyszczone w procesie elektrolizy). Służy jako surowiec do wyrobu bardzo czystych odmian żelaza przez przetapianie w wodorze - żelazo karbonylkowe, uzyskiwane w postaci proszku przez termiczny rozkład pięciokarbonylku żelaza. Wyokrzystywane do wytwarzania rdzeni proszkowych - żelazo armco (elektrotechniczne blachy magnetyczne). Dodatek kilku procent krzemu znakomicie polepsza własności magn. Stali peowadząc do: -zwiększenia rezystywności materiału, co zmniejsza straty na prądy wirowe - zmniejszenia Wartości Hc, co odpowiada zwężeniu petli histerezy i zmniejszeniu strat na histerezę - zwiększenie przenikalności poczatkowej i maksymalnej - znacznego zwiększenia stabilności charakterystyk magnetycznych materiału Wady: zmniejszenie indukcji nasycenia oraz zwiększenie twardości blach 3. Stal krzemowa zimnowalcowana. Blachy walcowane na zimno dzieli się na: - orienotowane- mają one lepszą magnesowalność i mniejszą stratność w kierunku magnesowania. Są bardzo czułe na naprężenie mechaniczne i zgnioty i w czasie poddawania ich naciskowi znacznie pogarszają się ich własności magnetyczne. Używa się ich do wytwarzania rdzeni transformatorów energetycznych, rzadziej na rdzenie dwubiegunowe maszyn wirujących. - nieorientowane- mają one własności izotropowe i stosuje się je w silnikach i generatorach. Są znacznie tańsze od blach orientowanych. 4. Stale bezkrzemowe. Wyroy z tych stali wytwarzane są w postaci walcowanych na zimno, nieorientowanych blach i taśm. Zawartość wegla nie przekracza 0,3% przy obecności niewielkich ilości Mn, Mo, V i S. Są tańsze od blach krzemowych, charakteryzują się bardzo dobra magnesowalnością. Stosuje się je w wirujących maszynach małej mocy. 5. Stopy żelazowo- niklowe. Zawartość niklu od 30 do 80% zwane potocznie permalojami, wytwarza się je w postaci taśm o grubości 0,05-0,35mm. Mają większa przenikalnosć magnetyczną niż stale krzemowe i małe straty na prądy wirowe. Stąd używa się ich przede wszystkim do budowy rdzeni pracujących przy wyższych częstotliwościach. Wada: znacznie droższe od blach ze stali krzemowej. 63 RODZAJE MATERIAŁÓW MAGNETYCZNYCH TWARDYCH 1. Stal węglowa, zawiera około 1% C, odpowiednio zahartowana po uprzednim uformowaniu przez obróbkę plastyczną i wiórową, stosowana na magnesy trwałe o dużych wymiarach, jak również na magnesy małych maszyn synchronicznych. Wada: duża wrażliwość na wstrząsy i nagrzewania 2. Stal wolframowa o zawartości kilku % W, jest materiałem stosunkowo drogim, używanym w licznikach indukcyjnych, maszynach elektrycznych, induktorach 3. Stal kobaltowa o zawartości do 36% Co. Jest to materiał drogi używany na magnesy w przekaźnikach, miernikach magnetoelektrycznych, głośnikach i słuchawkach. 4. Stopy typu Fe-Al.-Ni (alni) oraz Fe-Al.-Ni-Co (alnico). Są to materiały twarde i kruche o stabilnych własnościach magnetycznych nawet w podwyższonej temperaturze. Stosowane w przyrządach pomiarowych, przekaźnikach, maszynach, licznikach, przetwornikach akustycznych, głośnikach itd. Materiał stosunkowo tani. 64 CO TO SĄ MAGNETODIELEKTRYKI I FERRYTY Magnetodielektryki są kompozycjami materiału magnetycznego z dielektrykiem. Stosowane są zwykle w postaci tzw. rdzeni proszkowych w cewkach wysokiej częstotliwości, wykonanych z proszków ferromagnetyków metalicznych, spojonych utwardzoną żywicą. Mają wł. Materiałów magnetycznych miękkich. Charakteryzują się dużą rezystywnością, mała stratnością, małą przenikalnością magnetyczną, znaczną niezależnością przenikalności magnetycznej od natężenia pola magnetycznego i niewielką zależnością μ od częstotliwości. Stosowane są na rdzenie zewek obwodów wysokiej częstotliwości od 20 kHz do kilku MHz Ferryty są materiałami o własnościach ferrimagnetycznych. Są one tlenkami metali a więc ceramikami o własnościach charakterystycznych dla materiałów ceramicznych; są twarde, kruche, trudno obrabialne, źle przewodzą elektryczność - ferryty magnetycznie miękkie stosuje się w transformatorach, dławikach filtrach małej i wielkiej częstotliwości, przełącznikach elektronicznych, pamięciach magnetycznych, w telefonii, technice TV i technice wielkie częstotliwości - ferryty magnetycznie twarde stosuje się w magnesach trwałych, głośnikach, sprzęgłach, mikrosilnikach w technice impulsowej i technice wielkiej częstotliwości. 65 STRUKTURA PÓŁPRZEWODNIKÓW Do półprzewodników zalicza się ciała, dla których konduktywność w temperaturze pokojowej zawiera się w granicach 10^-7do 10^5 1/Ω*m. W elektrotechnice najpowszechniej stosuje się półprzewodniki o regularnej budowie krystalicznej, takie jak german czy krzem. Do półprzewodników zalicza się ciała, których pasmo zabronione nie przekracza 1,5...2eV. W półprzewodnikach występują dwa rodzaje nośników- elektrony i dziury. Elektron, który otrzyma dostateczną ilość energii pozwalającej na rozerwanie wiązania kowalencyjnego, przenosi się do pasma przewodnictwa , a na jego miejscu powstaje dziura. Proces ten nazywa się jonizacja. Procesem odwrotnym jest rekombinacja, czyli przechodzenie elektronów z pasma przewodnictwa do dziur w paśmie walencyjnym. W obecności zewnętrznego pola elektrycznego, obok przepływu elektronów, w paśmie przewodnictwa odbywa się równy, ale przeciwnie skierowany przepływ dziur w paśmie walencyjnym. Suma przepływów obu rodzajów nośników tworzy prąd elektryczny płynący w przewodniku. 66 PRZEWODNICTWO SAMOISTNE I DOMIESZKOWE 1. Półprzewodniki samoistne są to półprzewodniki chemicznie czyste, w których zachodzą procesy jonizacji i rekombinacji 2. Półprzewodniki domieszkowe (niesamoistne) są wytwarzane na bazie germanu lub krzemu, z odpowiednio dobranymi domieszkami -typ n- wprowadza się do czystego chemicznie germanu lub krzemu domieszki pierwiastka V grupy o pięciu elektronach walencyjnych (np. arsenu lub antymonu). Atomy domieszki łączą się z regularną siecią krystaliczną pozostawiając jeden niezwiązany elektron. Do jego uwolnienia potrzebna jest znacznie mniejsza ilość energii co odpowiada zwężeniu pasam zabronionego. Przewodnictwo w półprzewodnikach typu n nazywamy elektronowym a domieszki donorami -typ p- domieszkami są pierwiastki III grupy (B, Al., Ga, In) Większościowym nośnikiem są dziury. Domieszki nazywamy akceptorami a przewodnictwo dziurowym. 67 WPŁYW DOMIESZEK NA MODEL PASMOWY PÓŁPRZEWODNIKA Wprowadzenie atomów domieszkowych powoduje powstanie dodatkowych poziomów energetycznych - typ n- elektron walencyjny atomu domieszkowego ma większą energie niż pozostałe elektrony walencyjne, a jego poziom energetyczny leży w paśmie zabronionym, poniżej dolnej granicy pasma przewodnictwa -typ p- poziom energetyczny dziur atomów akceptora leży nieco powyżej górnej granicy pasma walencyjnego. 68 KONDUKTYWNOŚĆ PÓŁPRZEWODNIKÓW SAMOISTNYCH I DOMIESZKOWYCH. WPŁYW TEMPERATURY NA KONDUKTYWNOŚĆ Konduktywność półprzewodnika samoistnego jest znikomo mała ze względu na szerokie pasmo zabronione. Przy wzroście temperatury w półprzewodnikach zachodzą dwa procesy oddziaływujące na konduktywność: zmniejszanie się ruchliwości i bardzo silny wzrost koncentracji nośników. W rezultacie, ze wzrostem temperatury silnie rośnie konduktywność półprzewodnika samoistnego. W półprzewodnikach domieszkowych znacznie zmniejsza się szerokość pasma zabronionego. Konduktywność składa się z dwóch członów-: konduktywności samoistnej γs i konduktywności niesamoistnej γd, wywołanej domieszkami γ=γs+γd. Wykres zależności konduktywności od temperatury dla półprzewodników domieszkowanych składa się z trzech obszarów: I- konduktywność rośnie wraz ze wzrostem temp. II- wszystkie atomy domieszki zostają zjonizowane; konduktywność nieznacznie maleje III- konduktywność rośnie lg γ I II III T 69 ZJAWISKO HALLA Jest to zjawisko polegające na powstawaniu siły elektromotorycznej w wyniku odchylania torów nośników ładunku elektrycznego w polu magnetycznym. Jeżeli płytkę półprzewodnika typu n, przez którą płynie prąd stały umieścimy w prostopadłym do niej polu magnetycznym, wówczas pojawi się na zaciskach płytki napięcie Halla. Na każdy elektron poruszający się z prędkością v, działa siła pola magnetycznego, równa Fm=-e(v×B). Siła ta powoduje spychanie elektronów do prawej krawędzi płytki, która uzyskuje wtedy potencjał niższy od lewej krawędzi. Powstaje w ten sposób w płytce pole Halla Eh, skierowane poprzecznie Fe Fm V B EH I 70 FOTOPRZEWODNICTWO Gdy energia fotonów promieniowania świetlnego padającego na półprzewodnik jest większa niż szerokość pasma zabronionego następuje przechodzenie elektronów do pasma przewodnictwa i zwiększenie się konduktywności półprzewodnika. Największa długość fali promieniowania wywołującego efekt fotoprzewodnictwa nazywa się długością progową fali i jest zależna od szerokości pasma zabronionego półprzewodnika.

---