Описание лабораторной установки

В состав лабораторной установки входят:

I) цифровой измеритель емкости Е8-4;

2} источник регулируемого постоянного напряжения;

3) вольтметр универсальный В7-26;

4) термостат с термометром;

5) осциллограф;

6) источник регулируемого переменного напряжения;

7) электронный миливольтметр переменного напряжения.

Схема установки приведена на рис. 9 (для удобства она представлена в виде двух частей).

Частота работы цифрового измерителя емкости 1 кГц.

В данной работе для изучения сегнетоэлектриков используется осциллографический метод. На экране осциллографа при использовании схемы приведенной на рис. 9а. Можно получить зависимость поляризованности от напряженности внешнего поля.

Емкость конденсатора () значительно больше емкости и поэтому; можно считать, что переменное напряжение вторичной обмотки; приложено в основном к конденсатору и создает в нем электрическое поле с напряженностью . Мгновенное значение заряда на обкладках конденсатора равно Так как испытуемый конденсатор и эталонный - включены последовательно. то их заряды равны .Таким образом, напряжение на конденсаторе пропорционально заряду на . В свою очередь, заряд на обкладках конденсатора связан с поляризованностью сегнетоэлектрика соотношением

,

где - мгновенное значение поверхностной плотности заряда на обкладках конденсатора;

- площадь обкладок исследуемого конденсатора.

При написании этой формулы учтено, что при электрическая индукция приблизительно равна поляризованности : .

Таким образом, смещение луча по вертикали пропорционально мгновенному значению поляризованности сегнетоэлектрика. На пластинах горизонтального отклонения осциллографа напряжение подается с резистора . Тогда горизонтальное смещение луча пропорционально мгновенному значению напряжения , которое определяет напряженность электрического поля между обкладками исследуемого конденсатора :

.

Таким образом, на экране осциллографа получается петля гистерезиса, которая при увеличении температуры сегнетокерамики постепенно сжимается, становясь при достижении температуры Кюри отрезком прямой линии.

 

а)

 

б)

1 - регулируемый источник переменного напряжения;

2 - термостат с термометром;

3 - осциллограф;

4 - электронный вольтметр переменного напряжения;

5 - электронный миливольтметр;

6 - регулируемый источник постоянного напряжения;

7 - цифровой измеритель емкости;

8 - электронный вольтметр постоянного напряжения.

Рис. 9. Схема установки

 

В схеме, приведенной на рис. 96, играет роль разделительного конденсатора. Резистор имеет большое сопротивление и служит для устранения шунтирования исследуемых конденсаторов источником напряжения. Вследствие большого сопротивления конденсаторов, напряженность электрического поля в сегнетоэлектрике , где - напряжение регулируемого источника постоянного напряжения.

 

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являются пластинки сегнетокерамики с вожженными электродами.

 

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

6.1. Подготовить измерительные приборы я работе.

6.2. Снять зависимость заряда сегнетоэлектрического конденсатора от напряжения. Для этого в качестве исследуемого конденсатора подключить слюдяной конденсатор в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9а. Плавно повышая напряжение на нем от 0 до 100 В (через 10 В), снять зависимость напряжения на эталонном конденсаторе () от полного приложенного напряжения (). Данные занести в табл. 1 (см. приложение). Рассчитать величину заряда и построить график зависимости .

В процессе работы вести наблюдение за экраном осциллографа.

6.3. Снять зависимость заряда сегнетоэлектрического конденсатора от величины приложенного напряжения.

Для этого в качестве исследуемого конденсатора подключить сегнетоэлектрический конденсатор, в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9а. Плавно повышая напряжение от 0 до 100 В (через 5В), снять зависимость от . Рассчитать заряд сегнетоэлектрического конденсатора и диэлектрическую проницаемость. Данные занести в табл. 2. По полученным данным построить графики зависимости и от напряжения для сегнетоэлектрического конденсатора.

В процессе работы вести наблюдения за экраном осциллографа и проследить за изменением петля гистерезиса.

6.4. При максимальной напряженности поля по осциллограмме петли гистерезиса определить отрезки и , отсекаемые петлей на координатной сетке экрана, соответствующие коэрцитивной силе и остаточной поляризованности . Рассчитать значения и .

6.5. В соответствии со схемой, приведенной на рис. 9б, исследовать зависимость реверсивной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от напряженности постоянного электрического поля. Напряжение источника питания регулировать в пределах от 0 до 50 В, снимая показания через 5 В. Данные занести в табл. 3.

Определить коэффициенты перекрытия и реверсивной нелинейности.

6.6. Снять зависимость диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от температуры и определить точку Кюри. Подключить сегнетоэлектрический конденсатор в соответствии со схемой, приведенной на рис. 9а, и поместить его в термостат. Подать на конденсатор напряжение и включить нагрев. Провести измерение (через 5°С) при изменении температуры от комнатной до температуры, превышающей на 40°С температуру, при которой петля гистерезиса на экране осциллографа превращается в прямую линию. Проследить за изменением петли гистерезиса и объяснить все замешанные эффекты. Данные занести в табл. 4. Рассчитать , построить график зависимости и определить точку Кюри. Определить температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в диапазоне температур 20-70°С.

6.7. В соответствии со схемой, приведенной на рис. 9б, исследовать зависимость реверсивной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры. Результаты занести в табл. 5.

6.8. Построить график зависимости от температуры в области температур . По угловому коэффициенту наклона прямой найти значение константы в законе Кюри-Вейсса, а по точке пересечения прямой с осью Т определить температуру . По порядку величины и по соотношении между и сделать вывод о типе сегнетоэлектрика, из которого изготовлен исследуемый конденсатор.