Радиолюбители и охотники за металлами знают, что многие компоненты радиоэлектроники содержат драгметаллы – золото, серебро, а иногда платину, родий и ещё более редкие.
Например, ножки в этой микросхеме (когда-то она довольно широко применялась) позолоченные:
Почему в радиодеталях применяются эти металлы? Более того, до сих пор выпускаются посеребрённые провода. Раньше, когда в радиотехнике намоточных изделий было много, их популярность была гораздо выше.
Какие преимущества даёт серебрение проводников? Рассмотрим этот вопрос.
Преимущества драгметаллов
Применение драгметаллов в радиотехнике определяется физико-химическими особенностями этих веществ.
В первую очередь, конечно, принимается во внимание заметно более высокая устойчивость драгметаллов к окислению. Изделия получаются дороже, однако, значительно более надёжными и долговечными.
Еще одним важным преимуществом драгметаллов является такая величина, как удельное сопротивление:
Удельное сопротивление серебра и золота меньше, чем удельное сопротивление алюминия, а удельное сопротивление серебра даже меньше, чем у меди. Правда, разница невелика – 5%. Однако, в критических областях и на больших масштабах она уже играет роль.
Другой важный параметр - работа выхода электронов в результате фотоэффекта или термоэмиссии.
Эта величина у золота или у платины ощутимо выше, чем у других металлов. В результате в некоторых вакуумных лампах управляющая сетка покрывалась золотом или платиной в целях уменьшения вторичной эмиссии. Нагретая сетка, покрытая драгметаллом, была менее склонна к испусканию электронов, что улучшало шумовые характеристики лампы.
Но чем объясняется популярность посеребрённых проводов для ВЧ и СВЧ-аппаратуры? Казалось бы, разница в сопротивлении меди и серебра некритична, работа выхода для проводов не имеет значения, а стоимость изготовления посеребрённого провода заметно выше.
Но, есть ещё одна довольно интересная причина.
Основное преимущество серебрения на ВЧ и СВЧ
Действительно, удельное сопротивление серебра немного меньше, чем сопротивление меди. А учитывая скин-эффект, который приводит к тому, что ВЧ-колебания распространяются по проводникам и волноводам лишь по тонкому поверхностному слою проводника, есть некоторый смысл этот слой выполнять из серебра.
Но, для ВЧ и СВЧ-аппаратуры меньшее удельное сопротивление не является ведущей причиной. Гораздо важнее оказывается более высокая устойчивость серебра к окислению.
Проблема в том, что медные проводники на воздухе покрываются оксидной плёнкой. И если для постоянного тока это маловажно, то для ВЧ, и особенно, для СВЧ – это крайне неприятно.
Главная проблема тут – закись меди, или оксид меди (I), Cu2O. Данное соединение, одно из многих, появляющихся на поверхности медного проводника в результате окисления, является полупроводником. А скин-эффект, наиболее ярко выраженный на СВЧ, приводит к тому, что переменные ВЧ-колебания проходят именно по слою, содержащему кристаллы этого вещества, и детектируются на них. Вместо полного ВЧ-сигнала после детектирования мы имеем искаженную, "половинную" его форму, с большими искажениями:
Конечно, детектирование происходит лишь на отдельных кристаллах и в тонком поверхностном слое, однако, во многих случаях это критично. Вместо чистого сигнала, на выходе проводника появляется искажённый результат со множеством гармоник. А нередко задача заключается в выделении именно слабых составляющих сигнала (например, эхо-ответ), которые, получаются, сильно зашумленными.
На СВЧ дополнительно играют роль геометрические искажения поверхности волновода в результате появления окислов. Серебрение волноводов позволяет сохранять гладкую поверхность.
Заключение
Таким образом, главное назначение серебрения проводов - это улучшение шумовых характеристик проводника или волновода. Уменьшение омических потерь здесь лишь приятное дополнение, но основным фактором не является. Особенно заметно улучшение проявляется на высоких частотах, где скин-эффект проявляется наиболее сильно.