Описание измерительной установки

Свойства сегнетоэлектриков исследуются с помощью установки, принципиальная электрическая схема которой представлена на рис.1.8. Напряжение с сегнетоэлектрического кристалла С_х подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, таким образом, отклонение луча на экране по горизонтальной оси пропорционально величине поля, приложенного к кристаллу.

Рис.1.8. Простейшая электрическая схема для наблюдения зависимости поляризации от электрического поля (схема Сойера – Тауэра)

Линейный конденсатор С₀ имеет емкость значительно большую, чем емкость испытуемого конденсатора с сегнетоэлектриком С_х, и соединен с ним последовательно. Напряжение с конденсатора С₀ подается на вертикально отклоняющие плас-тины осциллографа. В этих условиях луч опишет петлю на экране в координатах заряд напряжение. Схема позволяет не только наблюдать петлю гистерезиса на экране осцилло-графа, но и измерять спонтанную поляризацию Р_сп и коэрцитивное поле Е_к.

В данной работе свойства сегнетоэлектриков исследуются с помощью лабораторной установки, схема которой представлена на рис. 1.9. Установка питается от сети переменного тока с напряжением 220 В. Напряжение на входе измерительной цепи регулируется с помощью автотрансформатора и измеряется вольтметром. Последовательно с испытуемым конденсатором С_х подключатся «линейный» эталонный конденсатор С₀=10 мкФ (С₀ >> С_х). На последовательно соединенные конденсаторы подается переменное напряжение U, практически полностью прикладываемое к исследуемому конденсатору С_х. Отклонение луча по оси Х осциллографа пропорционально напряжению U₁ и полю E = U₁/d (d – толщина образца), амплитуду которого можно менять потенциометром R от нуля до некоторого максимального значения U₁. Так как конденсаторы соединены последовательно, их заряды равны. Напряжение U_Q на конденсаторе С₀ формирует вертикальную развертку изображения. Отклонение по оси Y пропорционально напряжению U_Q на эталонной емкости. Так как C_xU_x = C₀U_Q = Q, то U_Q = C_xU_x/C₀ и оно пропорционально ε_x и, учитывая, что поляризация P = ε_xE, U_Q будет пропорционально P. Таким образом, при периодической развертке на экране будет отображаться зависимость P(E) (либо Q(U)).

Конденсатор С₀₁ (слюдяной, емкостью 2200 пФ) необходим для определения масштабов вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа. Тумблер П4 необходим для включения нагревательного элемента – резистора R_эн.

Порядок выполнения работы

При подготовке к работе необходимо изучить лабораторную установку и инструкции к приборам. Записать технические характеристики используемого оборудования. После собеседования с преподавателем приступить к выполнению лабораторной работы.

1. Определение масштабов вертикального и горизонтального отклонений луча осциллографа

1. Включить осциллограф и прогреть его в течение 10 мин.

2. Переключателем П3 замкнуть накоротко горизонтальный вход осциллографа (положение 1).

3. Переключатель П2 поставить в положение C₀₁.

4. Включив П1, с помощью автотрансформатора установить напряжение на испытуемом конденсаторе 150 В (контроль за напряжением осуществляется СТРОГО по вольтметру!).

5. Масштаб по вертикали q (Кл/дел):

, (1.6)

где U – показания вольтметра при градуировке, В; С₀₁ – величина образцовой емкости, Ф; y – вертикальное отклонение луча осциллографа от центра экрана при градуировке, дел.

6. Переключатель П3 поставить в положение 3, тогда вертикальный вход осциллографа замкнут накоротко.

7. Масштаб по горизонтали u (В/дел) определяется соотношением

, (1.7)

где U – показания вольтметра при градуировке, В; х – горизонтальное отклонение луча от центра экрана, дел. Результаты измерений записать в табл. 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

U, В	x, дел	u, В/дел	у, дел	C0, Ф	C01, Ф	q, Кл/дел