Analyse du spectre d'émission d'un diélectrique polaire

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Submitted on 1 Jan 1967

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Analyse du spectre d’émission d’un diélectrique polaire

J. Le Bot, E. Riaux, G. Grosvald, R. Ollivier

To cite this version:

J. Le Bot, E. Riaux, G. Grosvald, R. Ollivier. Analyse du spectre d’émission d’un diélectrique polaire.

Journal de Physique, 1967, 28 (1), pp.47-50. �10.1051/jphys:0196700280104700�. �jpa-00206485�

ANALYSE DU SPECTRE

D’ÉMISSION

^D’UN

DIÉLECTRIQUE ^POLAIRE

Par

J.

^LE

BOT,

^E.

RIAUX,

G. GROSVALD et R.

OLLIVIER,

Laboratoire

d’Électronique

^{et de} Spectroscopie hertzienne, Faculté des Sciences, 1, quai Dujardin, ^Rennes.

Résumé. 2014 Dans une note antérieure l’existence du

spectre

d’émission d’un

diélectrique polaire

^{a été mise en évidence, on}

présente

^{ici une méthode}

d’analyse

^{de ce}

spectre ;

^{on donne}

un

exemple d’application

^{de cette méthode et} l’on décrit

l’appareillage

^utilisé.

Abstract. ²⁰¹⁴ In a

recently

issued paper, the authors have shown that

polar

dielectrics can

exhibit an émission

spectrum.

^Here

they

^{describe a} method for

analysing

^this

spectrum.

An

example

^is

given

^{with some} details and the

expérimental set-up

is described.

I. Introduction. ^- Nous _avons, dans une

premiere

etude

expérimentale [1],

^{mis en} evidence 1’existence dans un

dielectrique polaire

^d’un

spectre

^{d’émission} conforme aux

previsions th6oriques

^{de L. Davis}

[2].

L’objet

^du

present

^{article est de montrer l’int6r6t}

qu’offre

1’6tude de ce

spectre

^{et de}

presenter

^la

methode

experimentale

que nous avons utilis6e.

II.

Analyse

^du

spectre

dldmission d’un

diélectrique polaire.

^- Un condensateur de

capacit6

^{a vide}

Co, empli

^d’un

di6lectrique polaire

^{de constante di6-}

lectrique

presente,

^{a ses}

^bornes,

^une tension de fluctuations dont la densite

spectrale

^a pour

expression :

Cette

expression

de la tension de fluctuations

peut

se deduire du th6or6me de

Nyquist

^si l’on admet _que le condensateur

poss6de

^{une «} resistance serie

6qui-

valente de bruit » :

En fonction de la

frequence

^{et a}

temperature fixe,

cette resistance de bruit a une variation

qui

^est

repre-

sent6e par la courbe ci-contre

(fig. ^1).

On ^constate sur cette courbe 1’existence :

10 d’un

palier pratiquement

horizontal d’ordonn6e

FIG. 1

Resistance

6quivalente

de bruit d’un

di6lectrique polaire.

20 d’un

point

d’inflexion d’ordonn6e

R0/2 et

d’abscisse

Es/Eoo ’"t’.

Des

lors,

^{si l’on connait} les valeurs de _Sg ^et de Eoo,

on

peut

deduire de

Ro

la valeur du

temps

^{de re-} laxation T. En l’absence de

renseignements

^{sur les}

FIG. 2.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:0196700280104700

48

FIG. 3.

valeurs

exp6rimentales

^de e. ^et de _Eoo, une mesure

de la valeur de la

capacite Cb jointe

^a la valeur de

Rb permet

de determiner le temps de relaxation. La determination de

Cb peut egalement

r6sulter de me- sures de

bruit,

^{comme on le verra}

plus

^loin.

Enfin,

^si la variation de T avec la

temperature

^est

de la forme

le trace de la courbe

log r = f(l jT) permet

^{la deter-} mination de

1’energie

d’activation U

( fig. 2).

III. Ndthode de mesure. ^- 1. PRINCIPE. ^- La m6thode de mesure consiste a

amplifier

^le

spectre

^de bruit

puis

a y

decouper

^{une bande de}

largeur

^dv

autour de la

fréquence ’J,

^une

integration quadratique

donne alors le carr6 moyen de la tension de bruit.

Le schema de

principe

^est celui de la

figure

^3.

La resistance r est une resistance

d’injection toujours

tres inferieure a

Rb*

On notera la

presence

^du commutateur a trois

positions

^I

qui permet :

- en

position 1,

^{la mesure} du niveau de bruit propre ^a

l’appareilIage;

- en

position 2,

^la mesure, par la methode clas-

sique

^du

g6n6rateur etalon,

du niveau de bruit de la cellule de _mesure;

- en

position 3,

^la mesure, par ^une methode de

comparaison,

^{de la}

capacite

du condensateur.

FIG. 4.

FIG. 5.

2. APPAREILLAGE. ^-

L’analyse

^{fine du}

spectre

^de bruit

implique

l’utilisation d’une bande

passante

^tr6s 6troite de telle sorte que la tension de fluctuations recueillie dans cette bande ^est en

general

^{tres faible.}

Ainsi,

pour ^une resistance de bruit voisine de 100 Q

et une bande

passante

^{de 100}

Hz,

^{cette tension ne}

sera que de 10 nanovolts.

Il

importe

^donc de reduire le

plus possible

^{le niveau}

de bruit du

préamplificateur

^{a la fois par} le choix du circuit d’entree et par l’utilisation de tubes

sp6ciaux.

D’autre

part,

la resistance de fuite de

grille Rg

^du

tube d’entr6e du

préamplificateur

^{provoque un bruit}

supplementaire;

celui-ci d6croit en

1 w2

^{a cause de la}

capacite parall6le

^C

(somme

^{de la}

capacite

de 1’echan- tillon et de la

capacite d’entree)

^des que la

frequence prend

^{une valeur}

superieure

^à

Pour reculer ^vers les basses

frequences

le domaine ou ce bruit

parasite

^est

genant,

^il y ^a donc int6r6t a

augmenter

la resistance de fuite de

grille.

Nous avons retenu le

principe

^du

montage

^{« double} cascode » dont certains auteurs ont montre F interet

[3]

et nous avons choisi le tube semi-électromètre EC 1000.

Ce tube

ayant

^un bruit propre ^tres faible et un courant de

grille

^{inferieur a 10-9} A convient tout

particulierement

^a l’utilisation

envisagee.

La realisation du

préamplificateur

^{est conforme au}

schema de la

figure

^4.

Les

caracteristiques

^{mesur6es sont} les suivantes :

gain

^{150 - bande}

passante

^{a 3 db :} 100 Hz -15 MHz

- resistance

6quivalente

de bruit 160 Q -

impedance

d’entr6e 18 MQ en

parall6le

^{sur 20}

pF.

IV.

Exemple d’application

^de la mdthode. ^- 1. SPECTRE D’ÉMISSION. ^- Nous avons mesure la resistance

equivalente

de bruit du

pentachlorodiphényl

dans le domaine de

frequences

s’6tendant de 10 kHz a 7 MHz et a

cinq temperatures

6chelonn6es entre

15 oC et 25 OC. Les resultats sont illustr6s _par la

figure

^ci-dessus

(fig. 5).

D’autre

part,

^{les mesures de la}

capacite,

^effectuées

selon le processus

indique,

conduisent a des valeurs de la constante

di6lectrique

^{e’ en} excellent accord

avec celles obtenues par

absorption [4].

2.

ENERGIE

D’ACTIVATION. ^- Les spectres ^ainsi obtenus nous ont

permis

de determiner le

temps

^de relaxation aux différentes

temperatures

consid6r6es.

La

figure ci-apr6s represente

les variations du

loga-

rithme du

temps

de relaxation en fonction de l’inverse de la

température

^absolue.

La

pente

de la droite obtenue donne pour

1’energie

d’activation

U = 1,65 eV

50

FIG. 6.

Cette valeur est en excellente concordance avec

celle

qui

^{avait ete}

indiquee

dans le travail

pr6c6dem-

ment cite

[4], malgre

la faible excursion de

temp6-

rature utilisee ici.

V. Conclusion. ^-

Signalons

pour conclure _{que le}

di6lectrique

utilise dans notre

exemple pr6sente

^un

phénomène

^de relaxation

qui

^avait

deja

^ete

signale

comme satisfaisant

particulierement

^{bien aux}

6qua-

tions de

Debye [5].

^{Pour la}

grande majorite

^{des di6-}

lectriques polaires,

1’existence d’une distribution des

temps

de relaxation

implique

^{un certain d6saccord}

avec ces

equations.

Nous ^nous proposons, dans ^un travail

ulterieur,

^de

montrer que la determination de

l’histogramme

^de

bruit,

^a 1’aide d’une m6thode

d’échantillonnage,

per- met la connaissance du coefficient de distribution des

temps

de relaxation.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

^{LE BOT}

(J.),

^RIAUX

(E.),

^GROSVALD

(G.)

^{et OLLI-}

VIER

(R.),

C.R. Acad. Sc., 1966, 262, ^822.

[2]

^DAVIS

(L.), J. Appl. Physics,

^{1964, 35, 2004.}

[3]

^GOUSKOV

(L.),

^LOPEZ

(J. C.)

^{et SAVELLI}

(M.), J.

Phy-

sique,

1965, 26, 247 ^A.

[4]

^RIAUX

(B.),

^Thèse, Rennes, ^1965.

[5]

^VON HIPPEL, Dielectrics and Waves, ^New York,

J. Wiley,

^1954.