2. Порядок выполнения лабораторной работы

Объект исследования

В лабораторной работе исследуются пьезоэлектрические свойства кварцевых пластин 4-х срезов: XYs/_38,5^o; XYs/_40,5^o; XYs/₅₀^o; XYs/₃₈^o

Схема лабораторной установки

Схема лабораторной установки приведена на рис.4. Схема собрана в корпусе, в верхней части которого размещен кварцедержатель с четырьмя пластинами срезов (XYs/_38,5^o; XYs/_40,5^o; XYs/₅₀^o; XYs/₃₈^o, подключение которых в измерительную схему осуществляется нажатием кнопочных переключателей, расположенных на передней панели корпуса.

Рис. 4. Схема лабораторной установки

Сигнал от генератора стандартных сигналов Г4-42 через переключатель ВКЛ.ВЧ подается на кварцевую пластинку, и напряжение, пропорциональное току через пластину регистрируется ламповым вольтметром В3-3. Одновременно осуществляется измерение частоты сигнала генератора Г4-42 с помощью электронно-счетного частотомера Ч3-32.

Генератор Г4-42 используется для получения гармонических сигналов, в диапазоне частот от 12 кГц до 10 МГц. Для установки необходимой частоты генератора он имеет переключатель поддиапазонов частот и шкалу настройки. При исследовании образцов частота измеряется с помощью частотомера Ч3-32.

Порядок выполнения экспериментальной части работы

В исходном состоянии выключатели электропитания всех измерительных приборов должны находиться в положении ВЫКЛ.

1. Подготовка к работе генератора сигналов Г4-42:

– переключатель вида модуляции поставить в положение ВНЕШН.МОД.;

– тумблер ГЕН. ВЧ поставить в положение ВКЛ;

– тумблер УРОВЕНЬ  К-М % поставить в положение М %;

– переключатель ДИАПАЗОНЫ поставить в положение III (85 – 300  кГц).

2. Подготовка к работе лампового вольтметра В3-3:

– переключатель ПРЕДЕЛЫ поставить в положение 300 мВ;

3. Подготовка к работе частотомера Ч3-32:

– переключатель ВИД РАБОТЫ поставить в положение f_A;

– переключатель ВРЕМЯ СЧЕТА S поставить в положение 1;

– тумблер ГЕНЕРАТОР поставить в положение ВНУТР.;

– тумблер ВРЕМЯ ИНДИКАЦИИ поставить в положение АВТ.

Включите вилки питания всех приборов в розетки и переключатели электропитания всех приборов установите в положение ВКЛ; дайте приборам прогреться 15 – 20 мин.

4. Получите у преподавателя задание для исследований. Необходимо исследовать два образца (табл. 1).

Таблица 1. Варианты заданий

№ задания	1	2	3
№ образцов	3 и 1	3 и 2	3 и 4

5. Измерьте частоты резонанса f_R и антирезонанса f_A

– нажмите на макете клавиши УРОВЕНЬ ВЧ и ВКЛ. ВЧ (клавиши утоплены) и с помощью ручки УСТАНОВКА УРОВНЯ «К» на генераторе Г4-42 установите то вольтметру В3-3 уровень сигнала 200 мВ. При дальнейших измерениях уровень сигнала не изменять. Отожмите клавишу УРОВЕНЬ ВЧ на макете;

– подключите заданный для измерения образец к измерительному прибору нажав клавишу, соответствующую номеру образца;

– установите ручкой f генератора Г4-42 начальную частоту: для образцов 1 и 2 – 200 кГц, для образца 3 – 270 кГц, для образца 4 – 220 кГц. Затем, медленно увеличивая частоту (вращение ручки против часовой стрелки) ручкой ПЛАВНОЙ НАСТРОЙКИ, добейтесь максимального показания вольтметра U_R (при зашкаливании стрелочного прибора необходимо изменить предел измерения);

– отсчитайте по шкале частотомера Ч3-32 значение частоты резонанса f_R, соответствующей максимальному показанию вольтметра; запишите показания частотомера и вольтметра в таблицу (для частоты резонанса);

– продолжая МЕДЛЕННО увеличивать частоту генератора Г4-42 добейтесь минимального показания вольтметра U_A.

– отсчитайте по шкале частотомера Ч3-32 значение частоты антирезонанса f_A, соответствующей минимальному показанию вольтметра; запишите показания частотомера и вольтметра в таблицу (для частоты антирезонанса)

– проделайте аналогичные измерения для второго образца, указанного в задании.

– результаты измерений запишите в таблицу 2.

Таблица 2. Экспериментальные и расчетные характеристики

Номера образцов	, град	Результаты измерений				Результаты вычислений
		fR, кГц	UR, мВ	fA, кГц	UA. мВ	s22, м2/Н	d12, Кл/Н	d11, Кл/Н	d142, , Кл/Н
1	38,5
2	40,5
3	50
4	38

6. Измерьте амплитудно-частотную характеристику:

– для одного из заданных образцов измерьте напряжение выходного сигнала для различных частот входного сигнала: 3 точки до f_R, 2 точки между f_R,, и f_A, и 3 точки после f_A; результаты измерений представьте в виде таблицы и графика.

Обработка результатов измерений

По результатам измерений (табл. 3) с помощью формул (17), (18) и (19) рассчитайте пьезоэлектрические модули кварца. При расчете используйте следующие параметры образцов и значения физических констант: l =1,2410^-2 м – длина образца;  = 2,65510³ кг/м³ – плотность образца;  = 4,65 – относительная диэлектрическая проницаемость кристалла кварца; ₀ = 8,85 10^-12 Ф/м – диэлектрическая постоянная; d₁₁, d₁₄ – определяются из системы уравнений, составленных для двух заданных образцов с различными срезами.