 |
|
ИССЛЕДОВАНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ
Лабораторная работа № 4 по учебной дисциплине
“Материалы и элементы электронной техники”
по направлению 550700 «Электроника и микроэлектроника»
Отчёт
Преподаватель
___________ Г.М.Емельянова
«____»______________2005 г.
Студент группы 4032
___________ А.В.Котляров
«____»______________2005 г.
Цель работы:
Исследование основных свойств сегнетоэлектриков.
1 Описание установки
В настоящей работе свойства сегнетоэлектриков исследуются осциллографическим и другими методами на промышленной частоте. Схема установки приведена на рисунке 1, где использованы следующие обозначения:
G1 - регулируемый генератор переменного напряжения;
PV1 - вольтметр для измерения входного напряжения;
R1, R2 - делитель напряжения;
C 
- образцовый конденсатор для градуировки осциллографа;
C 
- базовый конденсатор большой ёмкости;
PV3 - ламповый милливольтметр для измерения падения напряжения на С ;
N - осциллограф;
C 
- испытуемый сегнетоэлектрический конденсатор;
PV2 
- вольтметр для измерения постоянного напряжения смещения.
Рисунок 1 Схема установки для исследования сегнетоэлектриков
2 Результаты измерений и вычислений
Объектом исследования является варикондовая сегнетокерамика на основе титаната бария.
Рисунок 2 Зависимость заряда конденсатора 
от приложенного напряжения. 
В.
Рисунок 3 Сегнетоэлектрический конденсатор 
, 
В
Таблица 2.1 Получение зависимости статической диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля
| X, дел. | U1 max, В | E1 max, В/м | Y, дел. | Qx, Кл | Cст, Ф | εст |
| 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 | 17,7 35,4 53,0 70,1 88,3 99,0 120,0 131,0 | 0,1 0,5 1,3 1,8 2,0 2,5 3,0 3,2 | 
0,110
0,140
0,268
0,270
0,260
0,262
0,230
0,221
|
|
Вычисление масштаба горизонтальной и вертикальной осей
где U1max – амплитудное значение приложенного напряжения;
U1 – действующее значение напряжения, установленное по вольтметру PV1;
x – отклонение по горизонтальной оси.
где Q – заряд на обкладках конденсатора c02;
– напряжение на конденсаторе c02;
y – отклонение по вертикальной оси;
c01 = 0,01 мкФ; c02 =1,0 мкФ.
Толщина сегнетоэлектрика h = 0,51мм.
Площадь электродов сегнетоэлектрического конденсатора 
.
Пример расчета:
U=131/ (10–6 / 10–7 +1) =11,9В
Q=4*10–6*3,2=12,8*10–6Кл
Cст=13,4*10–6/185=0,07мкФ
εст=(0,07*0,51*10–3*10–6)/(8,85*10–12*78,5*10–6)=66*104
Вычислим масштаб вертикальных и горизонтальных осей
Рисунок 4 Зависимость 
Рисунок 5 Зависимость
Определение диэлектрических потерь сегнетоэлектриков при комнатной температуре
f = 50 Гц
Таблица 2.2 Снятие температурной зависимости диэлектрической проницаемости снятой при U1=5в.
| U1, B | T, ºC | U3, мВ | Сэф, Ф 
| εнач |
| 9,6 12,8 12,0 13,6 20,4 36,0 26,4 |
Рисунок 6 Температурная зависимость диэлектрической проницаемости
Таблица 2.3 Получение зависимости эффективной диэлектрической проницаемости от напряженности переменного электрического поля
| U1, В | Е1, В/м | U3, мВ | Cэфф,
Ф 
| εэфф |
| 2,0 3,4 22,3 20,4 19,0 7,1 7,3 8,0 7,8 7,6 7,6 7,8 7,7 7,7 7,9 |
Рисунок 7 Зависимость 
Таблица 2.4 Исследование реверсивной диэлектрической проницаемости
сегнетоэлектриков
| U2, B | E2, В/м |  = 10 B
 =  В/м
|  = 25 B
 =  В/м
| ||||
 , мВ
|  , Ф
| 
|  , В
|  , Ф
| 
| ||
| 1,50 1,38 1,26 1,08 0,96 0,84 | 1,50 0,48 0,34 0,29 0,25 0,23 | 6,00 1,92 1,36 1,16 1,00 0,92 |
Рисунок 8 Зависимость
Рисунок 9 Зависимость
Вывод:
Полученные значения диэлектрических проницаемостей (статической, эффективной, реверсивной) совпадают с теоретическими.
4.4.2. Построение основной кривой заряда сегнетоэлектрического конденсатора от амплитуды приложенного поля
где h – толщина сегнетоэлектрика и
4.4.3. Построение зависимости статической диэлектрической проницаемости от напряжённости электрического поля
где ε0 = 8,85·10–12 Ф/м – электрическая постоянная.
4.4.5. Построение зависимости эффективной диэлектрической проницаемости от напряжения переменного электрического поля
4.4.6. Построение зависимости реверсивной диэлектрической проницаемости от смещающего постоянного поля
4.4.7. Построение температурной зависимости начальной диэлектрической проницаемости, снятой при U1 = 5 В
б) определить начальную диэлектрическую проницаемость при различных температурах по формуле:
где h и Sэ – размеры исследуемого конденсатора.