Файл: 1. исследование электрических свойств проводниковых материалов.doc

Таблица 6.1

Температурная зависимость емкости и tgδ исследуемых конденсаторов

t, 0С	Образцы
	1		2		3		4		5
	С1, пФ	tgδ	С2, пФ	tgδ	С3, пФ	tgδ	С4, пФ	tgδ	С5, пФ	tgδ

6.3.3.Определение температурных зависимостей емкости и tgδ.
Поставить регулятор УСТАНОВКА ТЕМПЕРАТУРЫ в крайнее левое положение. Включить на пульте тумблер НАГРЕВ. После прекращения роста температуры (через 2-3 мин) отметить значение установившейся температуры и произвести измерения емкости и tgδ всех образцов.

Результаты измерений занести в табл. 6.1.

С помощью регулятора температур ступенчато увеличивать температуру в термостате, повторяя измерения при других установившихся температурах (вплоть до его крайнего положения).

После окончания измерений вернуть регулятор температуры в крайнее левое положение, выключить измеритель емкости и тумблеры НАГРЕВ и СЕТЬ.

---

6.4. Обработка результатов

1. По полученным экспериментальным данным построить зависимости емкости всех образцов от температуры, откладывая по оси абсцисс температуру в градусах Цельсия, а по оси ординат - емкость образца в пикофарадах. Масштаб и начало отсчета по оси ординат выбирать такими, чтобы получить на графиках заметное изменение емкости для всех образцов.

2. По полученным экспериментальным данным построить температурную зависимость tgδ всех образцов.

3. Рассчитать температурный коэффициент емкости α_С для исследованных образцов, пользуясь выражением (6.2). Значение производной dC/dt найти путем графического дифференцирования кривой С(t). Для этого при выбранных температурах провести касательные к кривой С(t) и построить на них прямоугольные треугольники произвольных размеров. Искомую величину определить в виде соотношения ΔC/Δt.

Для материалов, имеющих близкую к линейной зависимость емкости от температуры, достаточно определить 4-5 значений α_С. Для материалов, имеющих сложную нелинейную зависимость от температуры, следует вычислить 7-8 значений. При этом обязательно нужно отметить α_С для характерных точек (минимумы, максимумы, перегибы). Результаты расчета занести в табл. 6.2.

4. По полученным данным, пользуясь формулой (6.4) рассчитать температурный коэффициент диэлектрической проницаемости α_ε для всех исследованных материалов. Результаты занести в табл. 6.2.

5. По данным табл. 6.2. построить зависимости температурного коэффициента диэлектрической проницаемости α_ε от температуры для всех исследованных материалов.

Таблица 6.2

t, 0С	Материалы
	1 αД=		2 αД=		3 αД=		4 αД=		5 αД=
	αС, К -1	αε, К -1	αС, К -1	αε, К -1	αС, К -1	αε, К -1	αС, К -1	αε, К -1	αС, К -1	αε, К -1

---

6.5. Контрольные вопросы

1. Какие факторы влияют на значение емкости конденсаторов с различными диэлектриками?

2. Дайте определение температурным коэффициентам емкости и диэлектрической проницаемости; чем они отличаются друг от друга? Какой из исследованных конденсаторов обладает наилучшей температурной стабильностью?

3. Чем объясняется наличие максимума в зависимости для сегнетоэлектрического конденсатора?

4. Почему емкость конденсатора, изготовленного из слюды, с увеличением температуры возрастает, а у конденсатора из полипропилена (неполярный органический диэлектрик) емкость с повышением температуры уменьшается?

5. Из чего изготовлены и где применяются материалы, исследованные в работе; каковы их электрические и физико-механические свойства по данным литературы?

6. Можно ли по результатам проведенных испытаний определить пригодность исследованных материалов для использования на высоких частотах?

7. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
7.1. Основные понятия и определения
Сегнетоэлектрическими называют материалы, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Спонтанная (самопроизвольная) поляризация наблюдается в диэлектриках, имеющих доменную структуру. Домены представляют собой макроскопические области, которые обладают электрическим моментом в отсутствии электрического поля. При этом направления электрических моментов у разных доменов различны. Наложение внешнего электрического поля способствует преимущественной ориентации электрических моментов в направлении поля, что создает эффект поляризации. Этим объясняются свойственные сегнетоэлектрикам высокие значения диэлектрической проницаемости.

Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических, только им присущих свойств. Важнейшим из них является нелинейная зависимость их электрической индукции D от напряженности электрического поля E. Эту зависимость называют основной кривой поляризации сегнетоэлектрика (кривой заряда сегнетоэлектрического конденсатора). В

---

слабом электрическом поле, когда преобладают процессы обратимого смещения доменных границ, связь между D и E носит приблизительно линейный характер. В области более сильных полей смещение доменных границ становится необратимым. При этом разрастаются домены, у которых вектор спонтанной поляризации образует наименьший угол с направлением поля. Здесь кривая поляризации имеет наибольшую крутизну. По мере дальнейшего увеличения напряженности поля все домены оказываются ориентированными по полю, и наступает состояние технического насыщения.

Переполяризация сегнетоэлектрика в переменных полях сопровождается диэлектрическим гистерезисом. Диэлектрический гистерезис обусловлен необратимым смещением доменных границ и свидетельствует о дополнительном механизме диэлектрических потерь, связанных с затратами энергии на ориентацию доменов. Площадь гистерезисной петли пропорциональна энергии, рассеиваемой в диэлектрике за один период. Совокупность вершин гистерезисных петель, полученных при различных значениях амплитуды переменного поля, образует основную кривую поляризации сегнетоэлектрика.

Нелинейность поляризации по отношению к электрическому полю и наличие гистерезиса обусловливают зависимость диэлектрической проницаемости и емкости сегнетоэлектрического конденсатора от режима работы и, в первую очередь, от напряженности поля. Для характеристики свойств материала в различных условиях его работы используют понятия статической, реверсивной, начальной и других диэлектрических проницаемостей. Статическая диэлектрическая проницаемость ε_СТ определяется по основной кривой поляризации:
ε_СТ = D / (ε₀E)
Реверсивная диэлектрическая проницаемость ε_Р характеризует изменение поляризации сегнетоэлектрика в переменном электрическом поле при одновременном воздействии постоянного поля.

Начальной называют диэлектрическую проницаемость, измеренную в очень слабых электрических полях.

Специфические свойства сегнетоэлектриков проявляются лишь в определенном диапазоне температур. В процессе нагревания наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости, пропорционально увеличивается и емкость сегнетоэлектрического конденсатора. Выше некоторой температуры спонтанная поляризация исчезает. Происходит распад доменов и изменение структуры материала. Температуру θ

---

_К такого фазового перехода называют сегнетоэлектрической точкой Кюри. В точке Кюри диэлектрическая проницаемость достигает своего максимального значения.

Обладая резко выраженными нелинейными свойствами, сегнетоэлектрики проявляют высокую чувствительность к внешним энергетическим воздействиям и, следовательно, могут выполнять функции управляющих или преобразующих элементов.

Как активные диэлектрики сегнетоэлектрические материалы применяются в нелинейных конденсаторах (варикондах), в запоминающих устройствах, в электрооптических модуляторах и т.д.

В настоящей работе исследование свойств сегнетоэлектричес-ких материалов проводится на примере вариконда с сегнетокерамикой на основе титаната бария.

---