电介质陶瓷介电性能测试.pdf

实验十二 陶瓷介电常数的测量 (LCR表的使用) 林国淙 一、实验目的 熟悉Agilent 4284A精密LCR测试仪的使 用。 使用Agilent 4284A精密LCR测试仪测量 升温过程中BaTiO3介电常数及损耗随温 度和频率的变化。 二、实验原理 1, 阻抗参数测量 阻抗参数 串联和并联等效方式 实际电容、电感和电阻都不是理想的纯电阻或 纯电抗元件，一般电阻和电抗成份同时存在， 一个实际的阻抗元件均可用理想的电阻器和电 抗器(理想电感或理想电容) 的串联或并联形式 来模拟。 仪器检测出一个阻抗元件以串联或并联形式组 成的电阻成分和电抗成分，而串联和并联形式 两者之间是可以从数学上相互转换的，但两者 的结果是不同的，取决于元件品质因数Q(或 损耗因子D) 。 串联和并联等效方式 串联和并联等效方式 有几个电容器，其串联等效电容均为Cs=0.1μF ， 而损耗分别为D1=0.0100 ，D2=0.1000 ， D3=1.0000 ，根据上表中公式，并联等效电容 应为： Cpl=0.09999μF Cp2=0.09901μF Cp3=0.05μF 由此可见，当D小于0.0 l时，Cs与Cp基本相同， 而大于0.0 l时，将有明显的区别，如D=0.1 时， 两者相差l ％，而D=1 时，两者差了一倍。 串联和并联等效方式选择 1，被测电容器的实际等效电路首先可以生产厂 的技术规定或某些标准的规定得到； 2 ，如果无法得到规定或标准，可以两个不同的 测试频率下损耗因子的变化性来决定：若频率 升高而损耗增加，则应选用串联等效电路(上 表公式中， 串联方式D与频率成正比) ；若频 率升高而损耗减小，则应选用并联等效电路 (并联方式D与频率成反比) 。对于电感来说， 情况正好与电容相反。 串联和并联等效方式选择 3，实际器件的D不可能与频率完全成正比或反比 关系，其可能有并联成分，也可能有串联成分， 应看何种成分占主导。 4 ，根据元件的最终使用情况来判定。如用于信 号耦合电容，则最好选择串联方式，LC谐振 则使用并联等效电路。 5，若没有更合适的信息，则可根据以下信息决 定：低阻抗元件(10Ω，较大电容或较小电感) 使用串联形式；高阻抗元件(10kΩ较小电容 或较大电感)使用并联形式；其它按以上讨论。 串联和并联等效方式选择 串联和并联等效方式选择 阻抗参数与频率关系 阻抗参数与频率关系 阻抗参数与电压电流关系 2, BaTiO 铁电材料简介 3 o 在温度不太高(低于120 C)时，BaTiO 具 3 o 有显著的铁电性质，在室温附近(20 C左 右) ，它的介质常数可达4000 ，单晶的电 滞回线近于方形。 o 在温度高于120 C时，BaTiO 的结构具有 3 立方对称，此时并无铁电性，当温度降 oC时，其结构变为正方晶系的对称 至120 性，c/a=1.01 ，此时它具有沿c轴自发极 化的显著铁电性质。 BaTiO 介电常数及损耗曲线 3 BaTiO 铁电材料 3 通过对粒径均匀分布的细晶粒纯BaTiO3 陶瓷介电性能研究发现，陶瓷的介电常 数和介电损耗随晶粒粒度发生明显变化。 随晶粒的减小