第五篇 铁电材料测试.ppt

5-1-2 电滞回线的测定 示波器法(Sawyer—Tower电路法) ，即用示波器直接观察电滞回线，其测量线路原理如图5-5所示。 示波器垂直偏向板上的电压与铁电体样品上的电荷Q(或极化强度P)成正比； 示波器水平偏向板上的电压与加在样品上的电压(或电场强度E)成正比。 5-1-3 电压波的取得 由于铁电体试样的电滞回线的试验电压一般都比较高，所以通常都采用分压电路，把试验电压分出一部分加到示波器X轴偏转板。 常用的分压电路:电容分压器，适用于高频、高压下测量 电阻分压器，适用于低频、低压下测量 消除或减弱相移对QS和UC的测量值的影响: 对漏电导、输入阻抗所造成的相移，通常在分压器上并联一可变电阻或移可变电容所构成的移相电路来补偿。 对示波器X、Y轴放大器所造成的相移，可采用在Y轴放大器的输入端接入一标准无相移比较电路的方法来克服，如图5-10所示。 图5-10 标准无相移比较电路 K R0 C CW Cx R RW A C C C0 R R C X轴 Y轴 1 2 消除衰减寄生振荡所引起的电滞回线畸变的方法: 在变压器次级两端并联一适当容量的电容CW和串联一阻尼电阻RW。 测定强非线性铁电材料的电滞回线时,在回线的饱和支部分常出现一些曲折畸变的毛刺,这种曲折畸变被认为是测试线路存在衰减寄生振荡所引起的。 5-1-4 低频电滞回线测量仪 铁电材料低频电滞回线测量仪是测量铁电材料电滞回线的专门仪器，这种仪器的交叠失真小，频率范围宽，能输出各种波形，因此可用来研究铁电材料的极化与频率和波形的关系，与形变仪配合可测定铁电材料的极化形变或电诱相形变。 该仪器的测量原理也是采用Sawyer-Tower电路，可用超低频示波器进行观察，用X-Y函数记录仪进行记录。 图5-11 低频铁电材料电滞回线测试仪原理框图 栅极 控制电路 栅极 控制电路 直流 高压源 直流 高压源 光路 耦合器 检波 电路 低频信号发生器 灯丝 6C40P R1 R2 C0 样品 X轴 Y轴 灯丝 电滞回线测试装置 TF_DH1铁电体电滞回线测量仪 精密LC材料分析仪 5-1-5 铁电材料参数的测量 利用所测得的电滞回线计算试样的各种参数，需要确定X轴的电压比例系数mu和Y轴的电荷比例系数mq。为此，在测量电滞回线以前，先把示波器Y轴放大器输入短路，使电子束扩展成长度为L(cm)的水平线，这时X轴的电压比例系数 (5-1-16) 式中，U为电源电压(V,有效值）。 这时Y轴的电荷比例系数 (5-1-17) 式中，C0(F)为与试样串联的标准电容值； UC(V ,有效值)为C0上的电压降。 同样，短接示波器X轴放大器的输入，使电子束扩展成长度为H(cm)的垂直线。 电压UC可采用真空管电压表或静电伏特计测量。此时，应在不改变X、Y轴放大器放大倍数的前提下测量电滞回线，如图5-12所示。 图5-12 铁电体电滞回线 一、自发极化强度PS 材料的自发极化强度PS，可由电滞回线饱和段沿切线方向外推与Q轴交于QS点来求得，即取QS的纵坐标长度为Ho (cm )，则 (5-1-18) 式中，S为试样的电极面积；D为电极直径(cm)。 对于单晶型材料，K=1；对于多晶型材料，由于电畴混乱分布，K一般不为1，例如，对于钛酸钡等钙钛矿型多晶试样，换算系数K=1. 28。 二、矫顽场强EC 材料的矫顽场强EC可按电滞回线在横轴上的载距Lo (cm)计算而得，即 式中，UC为与L0相对应的矫顽电压； h为试样厚度(cm) (5-1-19) 三、相对介电系数εr 材料的相对介电系数可按电滞回线的顶点坐标（Hm，Lm)换算而得，即 (5-1-20) 式中，所使用符号和单位与上述各式同。 四、损耗角正切tgδx 试样的损耗角正切tgδx可以从电滞回线的面积S(cm2)计算而得，即 (5-1-21) 式中，Pa为试样的有功功率；Pr为试样的无功功率；f为电场的频率；面积分 表示单位正电荷在电场力作用下从参考点移到另一点所作的功。 5-1-6 C-V(即εr-E)曲线的特征和构成 铁电材料除了具有电滞回线外，还具有电压（介电）非线性，即其极化强度随外加电压呈非线性变化，因而介电系数有随外加电场强度而变化的特性。表现在C-V曲线为蝶形双曲线。利用铁电材料的电压非线性可用于制作移相器、可调滤波器等。 Polarization (μC/cm2) Electric field (kV/cm) A＇ B＇ I＇ H＇ C＇ D＇ V＇ Electric field