電介質(zhì)材料的介電常數(shù)及損耗的頻率特性

電介質(zhì)材料的介電常數(shù)及損耗的頻率特性 1 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二 實(shí)驗(yàn)儀器 三 實(shí)驗(yàn)原理 四 操作步驟 五 數(shù)據(jù)處理 2 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 熟練掌握MODELTH2816型寬頻LCR數(shù)字電橋的使用 2 測(cè)量幾種介質(zhì)材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切 tan 與頻率的關(guān)系 從而了解它們的 tan 的頻率特性 3 二 實(shí)驗(yàn)儀器 TH2816型寬頻LCR數(shù)字電橋 樣品 4 三 實(shí)驗(yàn)原理 介電常數(shù) 又稱(chēng)電容率 是電位移D與電場(chǎng)強(qiáng)度E之比 D E 其單位為F m 真空的介電常數(shù)F m 而相對(duì)介電常數(shù)為同一尺寸的電容器中充入電介質(zhì)時(shí)的電容和不充入電介質(zhì)時(shí)真空下的電容之比 介電常數(shù)小的電介質(zhì) 其分子為非極性或弱極性結(jié)構(gòu) 介電常數(shù)大的電介質(zhì) 其分子為極性或強(qiáng)極性結(jié)構(gòu) 在交變電場(chǎng)作用下 電介質(zhì)的介電常數(shù)為復(fù)數(shù) 復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部與上述介電常數(shù)的意義是一致的 而虛部表示損耗 介質(zhì)的介電損耗是指由于導(dǎo)電或交變電場(chǎng)中極化弛豫過(guò)程在電介質(zhì)中引起的功率損耗 這一功率損耗是通過(guò)熱耗散把電場(chǎng)的電能消耗掉的結(jié)果 5 電介質(zhì)的介電損耗一般用損耗角正切tan 表示 并定義為 在直流電場(chǎng)下 電介質(zhì)內(nèi)只有泄漏電流所產(chǎn)生的電導(dǎo)損耗 但在交變電場(chǎng)中 除電導(dǎo)損耗外還存在著各種形式的極化所產(chǎn)生的損耗 即松弛極化損耗 此時(shí) 復(fù)介電常數(shù)的虛部與實(shí)部的比值 即為介電損耗值 即 又稱(chēng)介質(zhì)損耗因數(shù) 是電介質(zhì)的電位移D由于極化弛豫而落后電場(chǎng)E的一個(gè)相位角 由于介質(zhì)的各種極化機(jī)構(gòu)在不同的頻率范圍有不同的響應(yīng)和不同頻率下產(chǎn)生不同的電導(dǎo)率 所以介質(zhì)的介電常數(shù)和介電損耗都是隨頻率的變化而變化 如不考慮邊緣效應(yīng) 平板試樣的電容量可用下式表示 1 式中s 電極的面積 米2 d 介質(zhì)的厚度 米 r 介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù) 6 將 0的值代入 1 式 得到 由此得 如果電極呈圓形 當(dāng)其直徑為D米時(shí) 介電常數(shù)的計(jì)算公式如下 其所用單位d 米 pF D 米 7 四 操作步驟 1 接通電源 電橋開(kāi)始自檢 自檢結(jié)束后 面板顯示 顯示A C 電容 顯示B D 即損耗tan 顯示C F 顯示 1 00kHz 速度 慢 40msA D積分時(shí)間 讀數(shù) 直讀等效 串聯(lián)偏置 OFF方式 連續(xù)量程 自動(dòng)打印 OFF 2 使用按鍵 顯示A 顯示B 在LCR上選擇測(cè)試參數(shù) 如果需要測(cè)量的是電容C和損耗tan 則不需要另外選擇 等待儀器穩(wěn)定20分鐘后 對(duì)儀器進(jìn)行清 0 8 3 將被測(cè)圓形陶瓷片接在測(cè)試夾具上 并將樣品由測(cè)試架引出的兩極接入LCR數(shù)字電橋 4 選擇合適的等效方式 按 等效 鍵即可選擇串 并聯(lián)或自動(dòng)等效方式 即將被測(cè)器件看作是串聯(lián)或并聯(lián)的等效方式 當(dāng)選擇 自動(dòng) 時(shí) 儀器將自動(dòng)選擇 5 選擇不同的測(cè)量頻率 測(cè)出不同頻率下的電容C和損耗tg 的值 可設(shè)置的頻率范圍為 20Hz 150kHz 6 再分別將內(nèi)偏調(diào)到5V 10V重復(fù)測(cè)量 9 五 數(shù)據(jù)處理 由測(cè)量數(shù)據(jù) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換 C 用origin軟件繪圖 繪出 f和tg f關(guān)系曲線 對(duì)所得曲