壓電元件導(dǎo)納圓的測(cè)量(共5頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上清 華 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告系別： 班號(hào)： 姓名： （同組姓名： ）做實(shí)驗(yàn)日期： 2005 年 月 日 教師評(píng)定： 實(shí)驗(yàn)名稱：壓電元件導(dǎo)納圓的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 測(cè)量壓電元件的導(dǎo)納，即測(cè)量阻抗，可提供該元件與所在電路之間的阻抗匹配數(shù)據(jù)；2、 通過測(cè)量壓電元件或壓電換能器的導(dǎo)納圓可以得到其發(fā)射效率；3、 學(xué)習(xí)利用示波器測(cè)量交流阻抗的方法實(shí)驗(yàn)原理一、壓電效應(yīng)和壓電元件對(duì)某些電介質(zhì)晶體施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，晶體因內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生極化，導(dǎo)致晶體兩端面上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與應(yīng)力成正比。這種沒有電場(chǎng)作用，由機(jī)械應(yīng)力的作用而使電介質(zhì)晶體產(chǎn)生極化并形成晶體

2、表面電荷的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)機(jī)械應(yīng)力由壓應(yīng)力變成拉應(yīng)力時(shí)，電荷符號(hào)也改變。與以上情況相反，將具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)晶體置于電場(chǎng)中，電場(chǎng)的作用引起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心產(chǎn)生相對(duì)位移，而這一位移又導(dǎo)致介質(zhì)晶體發(fā)生形變，晶體的這種由外加電場(chǎng)產(chǎn)生形變的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。晶體形變的大小與外加電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，當(dāng)電場(chǎng)反向時(shí)，形變也改變符號(hào)。 凡具有壓電效應(yīng)的晶體成為壓電晶體?，F(xiàn)代技術(shù)中，常用壓電陶瓷制成壓電元件，它具有很強(qiáng)的壓電性能。二、壓電元件的等效電路圖3.14.1所示為壓電元件振動(dòng)時(shí)的等效電路。電路總導(dǎo)納為：（3.14.6）動(dòng)態(tài)導(dǎo)納和總導(dǎo)納Y隨頻率變化情況如下：（3.14.8）取橫座標(biāo)表示電導(dǎo)g，縱

3、坐標(biāo)表示電納jb，則U的頻率改變時(shí)，上式代表一個(gè)圓，稱為導(dǎo)納圓。如圖3.14.2： 此時(shí)有 圖3.14.1即。由導(dǎo)納圓還可得到。 圖3.14.2三、測(cè)量電路及測(cè)量?jī)x器測(cè)量線路如圖3.14.3。E為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，P為被測(cè)壓電元件，R為無感電阻（一般用金屬膜或碳膜電阻），取值盡量小一些。用示波器測(cè)得U，U1，及U與U1之間的相位差，即可求得壓電元件的總阻抗或總導(dǎo)納。總導(dǎo)納總導(dǎo)納Y的?？傠妼?dǎo)總電納 （3.14.13）在壓電元件的某一共振頻率附近改變信號(hào)頻率，測(cè)得若干組g、b，即可得到測(cè)量的導(dǎo)納圓。由于測(cè)量時(shí)，電路中加入了采樣小電阻R，于是圖3.14.1壓電元件的等效電路參量可替換為L(zhǎng)1、C1、（R

4、+R1）和，因此公式（3.14.9）、式（3.14.10）和C0將修正為 （3.14.14） （3.14.15），而C1和Om形式不變。四、補(bǔ)充內(nèi)容：用示波器研究互感耦合電路的特性如圖3.13.1所示的互感電路中，原邊線圈（自感為L(zhǎng)1，線圈電阻為R1）和副邊線圈（自感為L(zhǎng)2）之間通過互感M聯(lián)系在一起組成耦合電路，副邊回路的電阻為R2，它是線圈導(dǎo)線電阻和外接電阻之和。原、副邊回路的微分方程如下： 圖3.13.1 設(shè)原邊電流為，I1m為i1的峰值，i1可由測(cè)R上的電壓得出。從微分方程組求u1的穩(wěn)態(tài)解可得： （3.13.1）式中 （3.13.2）從以上兩式可見，副邊回路對(duì)原邊的影響可等效為原邊電阻增

5、加R1，同時(shí)電感減少L1，原邊等效電路見圖3.13.1。當(dāng)R2=，即副邊開路時(shí)，R1和L1均為0；當(dāng)一定，且R2=L2時(shí)，R1達(dá)極大值（3.13.3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 熟悉函數(shù)信號(hào)發(fā)生器面板上各旋鈕的功能。將信號(hào)輸出直接接至示波器，用示波器觀察不同頻率、不同幅度、不同波形的信號(hào)。2、 在壓電元件的某一共振頻率附近，緩慢改變信號(hào)頻率，定性觀察電壓U、U1的大小及這兩個(gè)電壓的相位差變化情況，做簡(jiǎn)單記錄。3、 測(cè)導(dǎo)納圓。在非共振頻率處，U取峰峰值約10V。在共振最明顯處的一共振頻率附近調(diào)節(jié)頻率，從小于共振頻率調(diào)到大于共振頻率，測(cè)量每一頻率下的f，U、U1、，由此算出g，b，畫導(dǎo)納圓。4、 從g-f圖上查出F1、F2點(diǎn)的頻率f1、f2，算出R1、L1、C1及Qm。5、 研究副邊電阻R2改變時(shí)原邊等效電阻增量R1的變化。按圖3.13.1接線，可由下式求得等效電阻: （3.13.4）由于示波器各通道的輸入端“地”在機(jī)內(nèi)已短接，因此式（3.13.4）變?yōu)?（3.13.5）6、 研究當(dāng)一定時(shí)1隨R2的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、 觀察U、U1的大小及這兩個(gè)電壓的相位差變化。頻率/HzU/VU1/V相位差2、 測(cè)導(dǎo)納圓。f/HzU/VU1/V/s可計(jì)算得，g= b=作出導(dǎo)納圓圖：