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〈一〉实验目的
〈二〉实验仪器
〈三〉实验原理
〈四〉操作步骤
〈五〉数据处理
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〈一〉实验目的
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和介质损耗角正切(tan)与频率的关系,从而了解它们的、tan的频率特性。
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〈三〉实验原理
介电常数,又称电容率,是电位移D与电场强度E之比=D/E,其单位为F/m,真空的介电常数F/m,而相对介电常数为同一尺寸的电容器中充入电介质时的电容和不充入电介质时真空下的电容之比。介电常数小的电介质,其分子为非极性或弱极性结构,介电常数大的电介质,其分子为极性或强极性结构。在交变电场作用下,电介质的介电常数为复数,复介电常数的实部与上述介电常数的意义是一致的,而虚部表示损耗。介质的介电损耗是指由于导电或交变电场中极化弛豫过程在电介质中引起的功率损耗。这一功率损耗是通过热耗散把电场的电能消耗掉的结果。
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将ε0的值代入(1)式,得到:
由此得
如果电极呈圆形,当其直径为D米时,介电常数的计算公式如下:
其所用单位d——米,C—pF,D——米。
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(3)将被测圆形陶瓷片接在测试夹具上,并将样品由测试架引出的两极接入LCR数字电桥。
(4)选择合适的等效方式:按“等效”键即可选择串、并联或自动等效方式(即将被测器件看作是串联或并联的等效方式),当选择“自动”时,仪器将自动选择。
(5)选择不同的测量频率,测出不同频率下的电容C和损耗tgδ的值。(可设置的频率范围为:20Hz—150kHz)
(6)再分别将内偏调到5V,10V重复测量。
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〈二〉实验仪器
TH2816型宽频LCR数字电桥、样品
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电介质的介电损耗一般用损耗角正切tan表示,并定义为: 。在直流电场下,电介质内只有泄漏电流所产生的电导损耗;但在交变电场中,除电导损耗外还存在着各种形式的极化所产生的损耗,即松弛极化损耗。此时,复介电常数的虚部与实部的比值,即为介电损耗值,即 ,又称介质损耗因数。δ是电介质的电位移D由于极化弛豫而落后电场E的一个相位角。由于介质的各种极化机构在不同的频率范围有不同的响应和不同频率下产生不同的电导率,所以介质的介电常数和介电损耗都是随频率的变化而变化。如不考虑边缘效应,平板试样的电容量可用下式表示:
(1)
式中s——电极的面积,米2;d——介质的厚度,米;εr——介质材料的相对介电常数。
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〈四〉操作步骤
(1)接通电源,电桥开始自检。自检结束后,面板显示:
显示A:C(电容)显示B:D(即损耗tan)显示C:F(显示:)
速度:慢(40msA/D积分时间)读数:直读等效:串联偏置:OFF
方式:连续量程:自动打印:OFF
(2)使用按键[显示A]、[显示B]在LCR上选择测试参数;如果需要测量的是电容C和损耗tan,则不需要另外选择。等待仪器稳定20分钟后,对仪器进行清“0”;
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〈五〉数据处理
由测量数据,进行转换:C→ε';
用origin软件绘图,绘出ε'~f和tgδ~f关系曲线;
对所得曲线进行分析:分析,tan与频率变化的原因,并分析产生误差的可能性;
比较不同偏压下的ε,tgδ与频率关系曲线的异同,并分析原因。
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