Основная кривая поляризации сегнетоэлектрика

Для характеристики свойств сегнетоэлектрика используют понятия статической.

и дифференциальной.

диэлектрической проницаемости. Из основной кривой поляризации видно, что как, так и _д не являются постоянными. Можно определить статическую начальную _н и максимальную _max диэлектрические проницаемости, а также коэффициент нелинейности.

.

Наличие нелинейности в сегнетоэлектрике используется для управления емкостью в специальных конденсаторах — варикондах. Нелинейные свойства являются основой для использования сегнетоэлектрика в параметрических усилителях, фазовращателях, умножителях частоты и др. Важнейшим применением сегнетоэлектриков остается использование их в малогабаритных низкочастотных конденсаторах большой удельной емкости.

Методика проведения эксперимента

В работе использован уникальный способ наблюдения кривой поляризации статическим методом. Последовательно с исследуемым конденсатором Сх подключается «линейный» конденсатор Со, емкость которого Со>>Сх. Последовательное соединение конденсаторов реализуется, если оба переключателя П1 и П2 находятся в положении 1. На последовательно соединенные конденсаторы подается постоянное напряжение U1, которое можно менять потенциометром R1 от нуля до некоторого максимального значения U1_max. Так как конденсаторы соединены последовательно, их заряды равны, а напряжение.

.

т. е. практически все напряжение U1 приложено к конденсатору Сх. При известном U1 легко найти напряженность поля в конденсаторе Сх.

.

где d — расстояние между обкладками конденсатора Сх (указано на панели установки). Учитывая, что D = ?, где ??- поверхностная плотность свободных зарядов, можно, измерив заряд на конденсаторе Со (следовательно на Сх), вычислить значение D для данного значения Е.

.

где С — емкость конденсатора в цепи обратной связи ОУ, S — площадь пластин конденсатора Сх (указаны на панели установки), U — напряжение на выходе ОУ.

Измерение D сследует проводить на деполяризованном диэлектрике конденсатора Сх. Деполяризация проводится следующим образом. Переключатель П2 переводится в положение 2. При этом на конденсатор Сх с потенциометра R2 подается переменное напряжение, величина которого может меняться от U2_max до нуля. Установив с помощью потенциометра R2 максимальное значение U2 (при этом индикатор горит наиболее ярко), плавно уменьшают это напряжение до нуля.

Далее, с помощью потенциометра R1 устанавливают U1 = 0 и только после этого переключатели П1 и П2 устанавливают в положение 1. Полученное состояние сегнетоэлектрика и конденсатора Сх будет характеризоваться значениями D = 0; E = 0; ???Следующую точку снимают при возможно более низком значении напряжения U1 (не более 5 В). Затем последовательно увеличивают напряжение U1 (через 5 — 10 В) до значения, которое соответствует состоянию насыщения.

Заметим, что кривая поляризации должна сниматься при последовательном изменении напряжения U1 в одном направлении. Попытка скорректировать какое-либо значение U1 в противоположном направлении исказит весь ход кривой и потребует повторения деполяризации.

Задание по подготовке к работе: при подготовке к работе учащийся должен.

• 1) изучить описание работы и продумать ответы на контрольные вопросы;
• 2) подготовить общую часть отчета по лабораторной работе, содержащую титульный лист, краткое описание исследуемых закономерностей, задачи эксперимента, описание (схема или эскиз) лабораторной установки и методики проведения эксперимента;
• 3) подготовить протокол наблюдений с соответствующими таблицами.

Указания по проведению наблюдений.

• 1. Включить измерительную установку.
• 2. Переключатели П1 и П2 перевести в положение 2.
• 3. Нажатием кнопки К разрядить конденсатор С, установив тем самым «0» на выходе ОУ
• 4. Деполяризовать сегнетоэлектрик конденсатора Сх, для чего установить потенциометром R2 максимально напряжение U2 и, плавно уменьшая, довести его до нуля, ориентируясь на яркость свечения индикатора.
• 5. Установить переключатели П1 и П2 в положение 1, зарядив теме самым конденсаторы Сх и Со.
• 6. Нажатием кнопки К проверить наличие нуля на выходе ОУ.
• 7. Переключатель П1 перевести в положение 2, что соответствует измерению заряда на конденсаторе Со (Сх) и записать максимальное значение (U_i) изменения выходного напряжения ОУ.
• 8. Наблюдения по п. 3, 4, 5, 6, и 7 выполнить, плавно увеличивая напряжение U1 через 5 — 10 В до состояния насыщения сегнетоэлектрика.