Материалы и компоненты электронной техники

Задача No 3.1.1
Пленочный резистор состоит из трех участков, имеющих различные сопротивления квадрата пленки R1=10 Ом; R2=20 Ом; R3=30 Ом. Определить сопротивление резистора.

Задача No 3.1.2
Вычислить падение напряжения на полностью включенном реостате, изготовленном из константановой проволоки длиной 10 м, при плотности тока 5 А/мм2. Удельное сопротивление константана принять равным 0,5 мкОм·м.

Задача No 3.1.3
Сопротившление вольфрамовой нити электрической лампочки при составляет 35 Ом. Определить температуру нити лампочки, если известно, что при ее включении в сеть напряжением 220 в установившемся режиме по нити проходит ток 0.6 А. температурный коэффициент удельного сопротивления вольфрама при 20°С можно принять равным 0,005 К-1

Задача No 3.1.4
Определить дину нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм, используемой для изготовления нагревательного устройства с сопротивлением 20 Ом при температуре 1000 °С, полагая, что при 20°С параметры нихрома: удельное сопротивление 1 мкОм∙м, температурный коэффициент удельного сопротивления 0,00015 К-1, температурный коэффициент линейного расширения 0,000015 К-1.

Задача No 3.1.5
Медный и алюминиевый провода равной дины имеют одинаковые сопротивления. Определить отношение диаметров этих проводов. Вычислить, во сколько раз масса алюминиевого провода меньше массы медного провода.

Задача No 3.1.6
Определить температуру, до которой нагреется алюминиевый провод сечением 15 мм2, длиной 1000 м, если по нему течет ток 40А и падает напряжение 225 В.

Задача No 3.1.7
Определить падение напряжения в медной линии электропередач длиной 50 км при 50°С , сечением 10 мм2и по нему течет ток 60 А.

Задача No 3.1.8
Определить длину проволоки из нихрома марки Х20Н80 для намотки проволочного резистора с номиналом 1 кОм , и допустимой мощностью рассеяния 10Вт. Принять параметры материала при 20°С : плотность тока 0,8 А/мм2, удельное сопротивление 1,05 мкОм∙м


Задача No 3.2.1
Вычиcлить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при Т=300 К, если ширина его запрещенной зоны ΔW=1,12 эВ, а эффективные Массы плотности соcтояний mc=1,05m0, mv=0,56m0.

Задача No 3.2.2
В собственном германии ширина запрещенной зоны при температуре 300 К равна 0,665 эВ. На сколько надо повысить температуру, чтобы число электронов в зоне проводимости увеличилось в два раза? Температурным изменением эффективной плотности состояний для электронов и дырок при расчете пренебречь.

Задача 3.2.3
Почему для изготовления большинства полупроводниковых приборов требуются монокристаллические материалы и не могут быть использованы поликристаллические образцы?

Задача No 3.2.4
Определить (качественно), как будет изменяться время жизни дырок в кремнии n-типа при повышении температуры от комнатной до температуры, при которой наступает собственная электропроводность.

Задача No 3.2.5
Чем можно объяснить, что многие полупроводниковые соединения группы АIIВVI проявляют электропроводность лишь одного типа, независимо от характера легирования?

Задача No 3.2.7
С какой целью производят выращивание эпитаксиальных слоев кремния на монокристаллических подложках при изготовлении интегральных схем?

Задача No 3.2.8
Определить, как изменится концентрация электронов в арсениде галлия, легированном цинком до концентрации NZn=1022м-3, при повышении температуры от 300 К до 500 К. Полагать, что при 300 К все атомы цинка полностью ионизированы.

Задача No 3.2.9
Каким типом электропроводности обладают полупроводники типа АIIIВV, легированные атомами элементов IV группы Периодической таблицы элементов?

Задача No 3.2.10
По истечении времени t1=10-4 c после прекращения генерации электронно-дырочных пар, равномерной по объему полупроводника, избыточная концентрация носителей заряда оказалась в 10 раз больше, чем в момент t2=10-3 с. Определить время жизни неравновесных носителей заряда, считая его постоянным, не зависимым от интенсивности возбуждения.

Задача No 3.2.12
Объясните, почему при одинаковом содержании легирующих примесей поликристаллический кремний обладает гораздо более высоким удельным сопротивлением, чем монокристаллический материал.


Задача No 3.3.1
В чем различие между ионной и ионно-релаксационной поляризацией? Что характеризует время релаксации и от каких факторов оно зависит?

Задача No 3.3.2
Капельки воды находятся во взвешенном состоянии в трансформаторном масле. Что с ними произойдет, если масло поместить в постоянное электрическое поле?

Задача No 3.3.3
При напряжении 2 кВ плоский конденсатор, изготовленный из высокочастотного диэлектрика, имеет заряд 3,5×10-8 Кл. При этом же напряжении и при повышении температуры на 100 К заряд возрастает на 1%. Определить диэлектрическую проницаемость материала и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, если толщина диэлектрика между пластинами конденсатора h=2 мм, а площадь каждой пластины S= 5 см2. Какой вывод можно сделать о наиболее вероятном механизме поляризации данного диэлектрика?

Задача No 3.3.4
Что делают с обкладками высоковольтного конденсатора после включения приложенного к нему напряжения во избежание опасности для человека? Объясните, какие процессы в диэлектрике создают эту опасность?

Задача No 3.3.6
При каких условиях для электроизоляционных материалов соблюдается закон Ома?

Задача No 3.3.7
Для определения природы носителей заряда в ионном диэлектрике был использован метод Тубандта. При этом были изготовлены три таблетки исследуемого диэлектрика, на две из которых с одной стороны были нанесены электроды. Каждая таблетка была тщательно взвешена, затем все таблетки были сложены, и через них в течение длительного времени пропускали постоянный ток. При полярности приложенного напряжения, указанной на рис.2, масса второй таблетки осталась неизменной, масса первой таблетки увеличилась, а масса третьей уменьшилась. Определить вид электропроводности данного диэлектрика и знак носителей заряда.

Задача No 3.3.8
В каком случае массы всех трех таблеток в опыте Тубандта (см.предыдущую задачу) останутся неизменными?

Задача No 3.3.9
Почему диэлектрические свойства газа не характеризуют значением удельного электрического сопротивления?

Задача No 3.3.11
Как влияет температура на положение частотного максимума тангенса угла релаксационных потерь?

Задача No 3.3.12
Почему электрическая прочность твердых диэлектриков больше, чем жидких, а жидких - больше, чем газообразных?

Задача No 3.3.13
Электрическая проницаемость непропитанной конденсаторной бумаги и конденсаторного масла соответственно равна 35 и 20 кВ/мм. После пропитки бумаги конденсаторным маслом ее электрическая прочность возросла до 50 кВ/мм. Почему электрическая прочность пропитанной бумаги больше, чем электрические прочности непропитанной бумаги и пропитывающего диэлектрика?

Задача No 3.3.14
Одинаково ли будет изменяться пробивное напряжение воздуха, если производить его нагревание: а) при постоянном давлении; б) при постоянном объеме.

Задача No 3.3.15
Чем отличается пробой газа в однородном и неоднородном электрических полях? Каким образом в газе можно создать однородное поле? Почему при увеличении расстояния между электродами пробивное напряжение газа в однородном поле возрастает?

Задача No 3.3.16
Почему более толстые слои диэлектриков, как правило, имеют меньшую электрическую прочность?

Задача No 3.3.17
Для трех диэлектрических материалов при испытаниях в однородном электрическом поле получены приведенные на рисунке 3 зависимости пробивного напряжения от толщины. Построить (качественно) в одной системе координат зависимости электрической прочности этих материалов от толщины.

Задача No 3.3.18
Известно, что при тепловом пробое диэлектрик толщиной 4 мм пробивается при напряжении 15 кВ на частоте 100 Гц. При каком напряжении промышленной частоты пробьется такой же диэлектрик толщиной 2 мм?

Задача No 3.3.20
Как и почему изменится пробивное напряжение воздуха при нормальном атмосферном давлении, если температуру повысить от 20 до 100°С?

Задача No 3.3.21
Что является количественной мерой диэлектрической анизотропии нематических жидких кристаллов? В каких веществах она положительна, а в каких отрицательна?

Задача No 3.3.22
Изобразите и поясните зависимость светопропускания жидкокристаллической электрооптической ячейки, обладающей «твист»- эффектом, от напряжения для случая, когда она заключена между двумя скрещенными поляроидами.

Задача No 3.3.23
В каких материалах и в каких условиях проявляются нелинейные оптические эффекты? Приведите примеры практического использования нелинейности оптических свойств кристаллических диэлектриков.

Задача No 3.3.24
Почему ситаллы и силикатные стекла одинакового химического состава обладают разными электрическими, механическими и теплофизическими свойствами?

Задача No 3.3.25
Почему для изоляции обмоточных проводов трансформаторов и электродвигателей используют термореактивные, а не термопластичные лаки?

Задача No 3.3.26
Что понимают под линейными и нелинейными, полярными и неполярными диэлектриками? Какие из перечисленных видов диэлектриков могут быть использованы на высоких частотах?

Задача No 3.3.27
На каких принципах основано создание термостабильной конденсаторной керамики?

Задача No 3.3.28
Керамический конденсатор емкостью 1,5 нФ при комнатной температуре имеет температурный коэффициент емкости ɑс= -750·10-6К-1. Изобразите (качественно) температурные зависимости емкости и ɑс этого конденсатора. Чему будет равна его емкость при температуре T= -40°С?


Задача No 3.4.1
Почему диамагнетики намагничиваются противоположно направлению вектора напряженности внешнего магнитного поля? Как влияет температура на диамагнитную восприимчивость?

Задача No 3.4.2
К какому классу веществ по магнитным свойствам относятся полупроводники кремний и германий, химические соединения АIIIВV?

Задача No 3.4.3
Назовите основные механизмы намагничивания ферромагнетика, приводящие к нелинейной зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля.

Задача No 3.4.4
Могут ли обладать ферримагнитными свойствами сплавы, состоящие из неферромагнитных элементов?

Задача No 3.4.5
Чем отличается спиновое обменное взаимодействие в ферро- и антиферромагнетиках?

Задача No 3.4.6
Укажите, следствием какого универсального закона являются диамагнитные свойства вещества. Почему парамагнетизм, в отличие от диамагнетизма, не универсален? Как зависит диамагнитная восприимчивость химического элемента от его места в Периодической системе элементов?

Задача No 3.4.7
Какими причинами обусловлен различный характер температурных зависимостей магнитной проницаемости магнитомягкого материала, измеряемой в слабом и сильном магнитных полях?

Задача No 3.4.8
Найти индуктивность соленоида, имеющего 200 витков, намотанных на диэлектрическое основание, длиной l=50 мм. Площадь поперечного сечения основания S= 50 мм2. Как изменится индуктивность катушки, если в нее введен цилиндрический ферритовый сердечник, имеющий магнитную проницаемость μ=400, определенную с учетом размагничивающего действия воздушного зазора?

Задача No 3.4.9
Определить магнитную индукцию ферримагнитного сердечника, помещенного внутрь соленоида длиной l=20 см с числом витков n=800, если по обмотке проходит ток 0,2 А, а эффективная магнитная проницаемость сердечника μ=200.

Задача No 3.4.10
Определить, сколько витков необходимо намотать на магнитный сердечник длиной 100 мм и диаметром 8 мм, чтобы получить индуктивность катушки L=10 мГн. Магнитную проницаемость сердечника считать равной 500.