Чем больше частота приложенного напряжения отличается от собственной пьезоэлмента, тем меньше амплитуда его колебаний и больше сдвиг фаз между электрическими и механическими колебаниями. При частоте, называемой антирезонансной, сдвиг фаз колебаний достигает 1800 (колебания в противофазе), а амплитуда колебаний – своего минимального значения (и соответственно минимального значения напряжения на обкладках пьезоэлемента).
По значениям резонансной fР и антирезонансной f0 частот можно найти пьезомодуль для пьезоэлемента (изготовленного в форме диска) поляризованного по толщине, воспользовавшись формулой
d = 3×10-5 [Df × e / [(1+2,53 × Df / fP) × fP3 × R2 × r]]1 / 2 (4.2)
где Df = fa – fP;
R – радиус пьезоэлемента (см);
r - плотность пьезоэлектрика (г / см3);
17
e - диэлектрическая проницаемость пьезоэлектрика, определяемая по формуле
e = 14,4 × СХ × t / D2 , (4.3)
где СХ – емкость образца (пФ);
t – толщина образца (см);
D – диаметр образца (см).
Если пьезоэлектрик используется в качестве преобразователя электрических колебаний в акустические, то очень важное значение имеет коэффициент электромеханической связи К, который показывает, какая часть электрической энергии, подаваемой на пьезоэлектрик, преобразуется в механическую.
Величину К можно вычислить по формуле
К = 1 / (1+0,4 × fP / Df) . (4.4)
3. ВОПРОСЫ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ
1. Какие материалы называют сегнетоэлектриками?
2. Как зависит поляризация сегнетоэлектриков от напряженности электрического поля и температуры?
3. Что такое пьезодиэлектрики и какими свойствами они обладают?
4. В чем заключается различие между сегнето- и пьезоэлектриками?
5. Что называется сегнетоэлектрической областью температуры?
6. Почему сегнетоэлектрики называются “нелинейными” диэлектриками?
7. В чем заключается явление прямого и обратного пьезоэффекта и какие материалы обладают пьезоэффектом?
8. Привести конкретные примеры использования сегнетоэлектриков в радиотехнике.
18
4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
4.1. Задание № 1
Определить диэлектрическую проницаемость сегнетокерамики (пьезоэлектрика) при комнатной температуре.
Методические указания по выполнению первого задания
Прежде чем выполнить первое задание, ознакомьтесь с лабораторной установкой (рис. 4.1), техническим описанием и инструкцией по эксплуатации измерителя добротности.
 |
Рис. 4.1. Схема лабораторной установки
Установка состоит из высокочастотного генератора синусоидальных колебаний Г, служащего для возбуждения пьезопреобразователя СХ; вольтметра В, для измерения амплитуды напряжения на пьезоэлектрике при различных частотах.
Для определения диэлектрической проницаемости сегнетокерамики (пьезоэлектрика) следует начинать с установления типа материала и его данных: t, D, r (основные характеристики узнать у преподавателя или лаборанта). Затем проводят измерения емкости СХ на измерителе добротности согласно его инструкции по эксплуатации. Величину диэлектрической про-
19
ницаемости образцов пьезоэлектриков вычисляют по формуле (4.3).
4.2. Задание № 2
Исследовать амплитудно-частотную характеристику пьезоэлектрика и построить график зависимости U (f). Вычислить пьезомодуль d и коэффициент электромеханической связи К.
Методические указания по выполнению второго задания
Перед выполнением второго задания ознакомьтесь с техническим описанием и конструкциями по эксплуатации генератора и вольтметра.
После подготовки приборов к работе установить на вольтметре предел измерения 100 – 200 (300) мВ и на генераторе диапазон частот 0,1 – 1 МГц. Увеличением частоты шагом 10 – 20 кГц, начиная со 100 кГц, добиться наибольшего отклонения стрелки вольтметра, что будет соответствовать резонансной частоте fP; дальнейшим увеличением частоты добиться наименьшего отклонения стрелки вольтметра, соответствующего антирезонансной частоте fa. При подходе к fP и fa частоту генератора следует изменять плавно. Расчеты d и K проводить по формулам (4.2) и (4.4). Полученные данные измерений и результаты расчетов занести в табл.4.1.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.