Определение электрических параметров

Сегнетоэлектриков

Цель работы: определить диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрика, остаточную индукцию, коэрцитивную силу и тангенс угла диэлектрических потерь.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-02/07, источник питания, вольтметр цифровой В7-27А, осциллограф C1-72.

Описание установки

Кассета ФПЭ-02/07 содержит исследуемый диэлектрик – сегнетокристалл ТТСе (конденсатор C₁, схема на рисунке 2.5).

Принцип работы установки основан на поляризации сегнетоэлектрика в зависимости от напряженности электрического поля, подаваемого на образец.

Кассета соединяется кабелем с источником питания, к гнездам PV подключается вольтметр, а к гнездам Y и X – осциллограф. Потенциометром R₃ на лицевой панели ФПЭ-02/07 можно изменять напряжение, а, следовательно, и напряженность поля . При этом напряженность внешнего поля в обоих конденсаторах будет пропорциональна общему напряжению U. В свою очередь, заряд Q пропорционален вектору электрической индукции в исследуемом образце (D ~ P).

Итак, на горизонтальный вход X осциллографа подается общее напряжение, т. е. величина, пропорциональная , а на вертикальный Y – напряжение, пропорциональное заряду Q и, следовательно, вектору электрической индукции .

Ход работы

1 Включив осциллограф, выключите генератор развертки. На экране отыщите луч в виде точки и поместите его в центре экрана осциллографа. Прокалибруйте X-вход осциллографа. Для этого на X-вход от этого же осциллографа подайте калибровочное напряжение (разъемы на левой панели) и сопоставьте калибровочное напряжение с масштабной сеткой осциллографа.

2 Подключите через кабель к кассете ФПЭ-02/07 источник питания, предварительно выведя все потенциометры источника питания в крайнее левое положение. При этом ручка потенциометра «Peг U» на кассете устанавливается в среднем положении. К соответствующим гнездам кассеты подключите вольтметр и осциллограф.

3 Получите на экране осциллографа петлю гистерезиса. Добейтесь путем изменения сопротивления потенциометра R₃ , чтобы петля гистерезиса занимала весь экран. Перерисуйте её на миллиметровку в осях D и E, используя формулы 2.3, 2.4. Уменьшая напряжение на сегнетоэлектрике потенциометром «Peг U», зарисуйте на этом же рисунке еще две других петли гистерезиса.

4 Используя рисунок на миллиметровке и формулу 2.5, рассчитайте относительную диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрика для различных напряженностей электрического поля E и сделайте соответствующие выводы.

5 Определите для всех петель гистерезиса величину полной поляризации Р и соответствующую ей напряженность E, а также остаточную индукцию D_ост и коэрцитивную силу E (отрезки ОР_r и ОE_С, рисунок 2.4).

6 Определите величину максимального напряжения, подаваемого на сегнетоэлектрик, при котором еще не наблюдается петля гистерезиса, т. е. когда Р ~ E, и соответствующую ему напряженность поля E.

7 Определите тангенс угла диэлектрических потерь по формуле (2.6)

, (2.6)

где S_n – площадь петли гистерезиса, выраженная в единицах деления шкалы осциллографа, x₁, y₁ – координаты вершины петли гистерезиса на экране осциллографа.

Примечание – Для получения симметричной петли гистерезиса в исследуемую электрическую цепь можно подавать через разъём постоянную составляющую напряжения, которая регулируется потенциометром «12-120 В» на лицевой панели источника питания. Помните, что это напряжение должно быть не более 40 В.

Используемые данные:

R₁ = 1 МОм, R₂ = 56 кОм, R₃ = 4,7 кОм, С₂ = 156 нФ. Значения d и S уточните у преподавателя.

Тема 3