1、實驗三電滯回線測量碩827 展學磊 3108030004一、實驗目的1、學習電滯回線測量的方法和基本原理；2、熟悉電滯回線測量系統的使用方法；3、掌握測量數據分析方法。二、實驗原理 鐵電體的自發(fā)極化在外電場作用下的重新定向并不是連續(xù)發(fā)生 的，而是在外電場超過某一臨界場強時發(fā)生的。這就使得極化強度P滯后于外電場E。當電場發(fā)生周期性變化時，P和E之間便形成電 滯回線關系。 b5E2RGbCAP測量鐵電體材料電滯回線的方法通常有兩種：沖擊檢流計描點法和示波器圖示法vSawyer-Tower電路法）。piEanqFDPw 沖擊檢流計描點法 采用沖擊檢流計描點法測量電滯回線的裝置有電源、極性轉換 開關、

2、沖擊檢流計等組成，如圖所示：沖擊檢流計法測量電滯回線的電路圖在由鐵電材料做成的樣品 Cx上，一次一次地逐漸增加電壓，并 且每次都向沖擊檢流計放電，每次測量后都記下各次的電壓以及與 之對應的光標檢流計的格數 電量值）值。當前加正極性電壓，而對 應的沖擊檢流計的刻度 電量值）卻不再增加時，這時，便達到飽和 值，記下此時的電壓為 Um與之對應的沖擊檢流計的刻度讀數 電 荷值）為Qm然后逐漸一次一次地減小電壓，并記下各次的電壓以 及相應的沖擊檢流計的刻度格數 電量值），直到電壓降為零伏而沖 擊檢流計仍有讀數，記下此時的沖擊檢流計的讀數為Qr。然后轉換電源的極性，重復上述實驗。讀取并記下各次的電壓以及對

3、應的沖 擊檢流計的刻度值 電量值）。關于電壓從 0宀Unr0宀-Um0宀Um 過程中記錄電壓值以及與之對應的沖擊檢流計讀數。DXDiTa9E3d設沖擊檢流計的動態(tài)常數為CgvC/mm，將測得的沖擊檢流計讀數a乘以動態(tài)常數 Cg便得到電荷量QQ=aX Cg）,故可以通過 計算U及對應的Q按比例逐點描在坐標紙上便可得 Q-U電滯回線。RTCrpUDGiT設樣品的厚度為d,被銀電極有效面積為 A,根據：£ = Z)=dA在實用單位制中，有：D = ££諾(C/m ' 4Trx9xl09jF/）,戸為極化強度亦）。將電場強度E和對應的極化強度 P或電位移D）的數值

4、逐點描 繪在坐標紙上便可得到 P-E或D-E）的電滯回線。jLBHrnAlLg測量時應該注意以下幾個問題：首先，由于鐵電電介質的極化 過程具有很大的不可逆性，因此在測量時必須同向加高電壓，但電壓不能增加過頭；不能再反向退回一點進行測量讀取沖擊檢流計的 讀數 電量值）。其次，每一次測量完后必須完全放電。最后，由于 漏導存在，漏電流使起始光點不在零位上，故要設法消除漏電流對 沖擊檢流讀數的影響。補償辦法是：把開關 K放置在2的位置上, 調整高阻電位器 W使光點達到零位。當使用補償電路后，沖擊檢 )P = (r-1)£ (C/m2)對于壓電陶瓷材料，£ r1，故可以認為:式中D為

5、電位移C/m）, E為電場強度V/mf）,£ r為相對介電常數e為介電常數F/m）£ 0為真空介電常數5PCzVD7HxA流計的度盤必須另作刻度 <或對讀數加以修正）。轉換電流的方向是靠電磁繼電器來實現的，其轉向時間約為2X 10-3秒。XHAQX74J0X示波器圖示法vSawyer-tower電路法）采用示波器圖示法測量電滯回線，手續(xù)簡便迅速，故人們常采用這種方法。用示波器測量電滯回線的電路見下圖所示。LDAYtRyKfE測量鐵電體的電滯回線采用Sawyer-Tower電路，在被測樣品Cx上串聯一個電容量很大的電容器C,為了消除U1和U2之間的相位差，在電容C上并聯

6、了一個電阻R,調整R的大小便可使U1和U2 之間的相位相同。因為 Cx和C是串聯的，故兩個電容器上的電荷是 一樣多的，QX =QC=Q 即：Zzz6ZB2Ltkcp嚴 CU、Ur =cp Q 一示波器圖示法測量電滯回線原理圖因為樣品的有效面積 A和電容C是已知的，A/C為常數，故U2與電位移D成正比。對于壓電陶瓷，£ r>>1，故D幻P,因此U與P 成正比，電容器上的電壓 U2 接到示波器的垂直致偏電極上，垂直幅度Uy與電壓U2成正比，也就是說，示波器垂直幅度與電位移。<或極化強度P）成正比。水平致偏電極則接到電位器W的滑動接點上，由于C>>Cx故U&g

7、t;>U,因此水平致偏電極之間的水平幅度電壓 Ux正比于試樣兩端的電壓 U,而試樣兩端的電場強度 E二U/d，因此 在示波器上可以觀察到 P-EV或D-E）曲線，即電滯回線。dvzfvkwMIl三、實驗步驟1. 檢查儀器連線、檔位是否正確，準確無誤后按順序打開儀器。2. 選擇合適尺寸的測試樣品，放入試樣盒。3. 打開測試軟件，選擇恰當的設置開始測量。4. 記錄實驗條件，保存測量數據。四、數據處理與結果分析1、在測試系統中選擇1Hz、正弦波，輸入不同的電壓 V1000V1500V 1800V、2000V）對樣品進行極化，觀察電滯回線的變化，其 結果圖形如下： rqyn14ZNXI從樣品的飽

8、和極化強度的斜率大小中可以看出，隨著電壓的增加，樣品的極化強度趨于飽和，為了更有效地進行測量，在樣品的 擊穿電壓的范圍內，我們盡量采用較大的電壓，這里我們取 2000乂 EmxvxOtOco2、在測試系統中，我們選擇2000V正弦波，調整輸入波形頻率的大小 <0.5HZ、1HZ、2HZ、5HZ），觀察結果如下：SixE2yXPq53020-10 -20-30 -1000 2000-40 1I1I1I-2000 -1000 0隨著輸入頻率的增加，電流的大小逐漸變大；當頻率達到一定 得程度的時候，電流大小保持不變；而不同頻率時刻所得到的電滯 回線的曲線基本相同，這是因為盡管輸入頻率不同，但是只要輸入 的電壓足以使得樣品達到飽和極化，最終所得到的電滯回線曲線保 持不變。6ewMyirQFL3、標定試樣的矯頑電場強度、剩余極化強度、飽和極化強度通過對不同電壓、不同頻率、不同波形各種情形的討論，最終 選定頻率為1Hz電壓大小為2000V的正弦波作為我們的輸入，最終 得到試樣的各種參數。kavU42VRUs1HZ-2000VPr+= 28