Исследование зависимости удельных объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков от температуры и влажности. Исследование свойств пьезоэлектриков. Исследование магнитных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков, страница 6

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.