MATERIALE FEROELECTRICE

MATERIALE FEROELECTRICE

I.    Scopul anexei

Scopul acestei lucrari este prezentarea pe larg a elementelor teoretice si a aparatelor utilizate in cadrul lucrarii de determinarea dependentei de frecventa si temperatura a permitivitatii complexe relative si studiul efectului piezoelectric pentru materiale ceramice feroelectrice.

II.    Notiuni teoretice

Permitivitatea

Materialele cu polarizare spontana sunt materiale care se caracterizeaza prin existenta unui moment electric nenul al unitatii de volum in absenta unui camp electric exterior. Celula elementara a unui asemenea material prezinta moment dipolar spontan printr-unul din urmatoarele mecanisme:

polarizarea de deplasare a electronilor atomici;

polarizarea de deplasare a ionilor celulei elementare.

Vectorul polarizatie spontana se caracterizeaza prin simetria limita de tip m care contine urmatoarele elemente de simetrie:

o axa de rotatie de ordinul care contine dreapta suport a vectorului

o infinitate de plane de oglindire care contin aceasta dreapta.

Pentru ca intr-un material sa existe polarizatie spontana este necesar ca simetria structurala a materialului sa constituie, conform principiului lui Neumann, un subgrup al clasei de simetrie limita m; din cele 32 de clase de simetrie cristalina existente in natura, numai 10 indeplinesc aceasta conditie si anume: m mm 3m 4mm 6mm

Starea feroelectrica reprezinta o stare de ordine a materiei, rezultata spontan din tendinta catre stabilitate care corespunde unui minim al energiei libere totale a materialului. Din acest motiv temperatura influenteaza starea de polarizatie spontana prin efectul perturbator. In consecinta exista o temperatura limita, numita temperatura Curie T_C, la care agitatia termica distruge starea de ordine dielectrica, materialul pierzand polarizarea sa spontana.

Dupa modul in care are loc tranzitia de faza la temperatura Curie T_C materialele feroelectrice se impart in doua categorii:

materiale cu tranzitie de faza de ordinul I caracterizate prin anularea cu salt a polarizatiei spontane la T_C (Figura 1a

materiale cu tranzitie de faza de ordinul II caracterizate prin scaderea monotona si continua a polarizatiei spontane la T_C (Figura 1b

Structura materialelor feroelectrice poate fi monocristalina sau policristalina. Indiferent de structura cristalina se constata ca in aceste materiale ordinea dielectrica spontana se caracterizeaza prin formarea de domenii dielectrice in interiorul carora momentele electrice ale celulelor elementare sunt orientate in aceeasi directie si sens, dar diferite domenii pot avea orientari diferite. Drept rezultat polarizatia macroscopica prezentata de material este in general mai mica decat valoarea corespunzatoare orientarii homoparalel a tuturor momentelor dipolare elementare, putand fi si nula.

Figura 1. Materiale feroelectrice de speta I si II.

Principalele caracteristici ale materialelor feroelectrice sunt dependenta de tip histerezis a inductiei electrice de intensitatea campului electric aplicat si dependenta permitivitatii complexe relative de intensitatea campului electric, de frecventa si temperatura.

Piezoelectricitatea

Materialele feroelectrice care prezinta la nivel macroscopic polarizatie remanenta nenula se caracterizeaza prin efect piezoelectric direct si invers, care consta in interactiunea dintre marimile electrice (intensitatea campului electric si inductia electrica ) si marimile mecanice (tensiunea mecanica si deformatia mecanica relativa ). In domeniul liniar, de semnal mic, in regim armonic (cand marimile cauza mecanice si electrice variaza sinusoidal in timp) efectul piezoelectric poate fi descris cantitativ prin urmatorul sistem de ecuatii:

[D]=e e^T][E]+[d][T]    ₍₁₎

[S]=[d_t][E]+[s^E][T]

unde

[E] este reprezentarea in complex simplificat a vectorului camp electric;

[T] - reprezentarea in complex simplificat a tensorului tensiune mecanica;

[D] - reprezentarea in complex simplificat a vectorului inductie electrica;

[S] - reprezentarea in complex simplificat a tensorului deformatie elastica.

Factorii de proportionalitate sunt parametri de material.

Proprietatile elastice ale unui material anizotrop sunt, deci, descrise de un tensor de ordinul doi in spatiul hexadimensional avand 36 de componente:

₍₂₎

Primul indice reprezinta directia deformatiei elastice, iar cel de-al doilea directia deformatiei elastice relative.

Din relatia de definitie a coeficientului de complianta rezulta ca s_ij este in general o marime complexa, dat fiind faptul ca S_n nu este in faza cu T_m :

s_mn = s'_mn - js''_mn (3)

Componenta imaginara s''_mn caracterizeaza pierderile de putere activa de natura elastica datorate frecarilor interne ale materialului. Practic aceste pierderi sunt evaluate cu ajutorul factorului de calitate mecanic Q_m definit de relatia:

(4)

Proprietatile electrice ale materialelor anizotrope sunt caracterizate de coeficientul tensorial de permitivitate dielectrica absoluta care este un tensor de ordinul doi in spatiul tridimensional, avand 9 componente:

(5)

Primul indice reprezinta directia campului electric, iar al doilea indica directia inductiei electrice.

In general coeficientii e_ij sunt marimi complexe, deoarece inductia electrica D_i produsa de campul electric E_j este defazata fata de acesta datorita pierderilor de energie de natura dielectrica:

e_ij e'_ij - je''_ij     (6)

Factorul de calitate electric Q_e care caracterizeaza acest tip de pierderi este definit cu ajutorul urmatoarei formule:

(7)

In sfarsit, coeficientul piezoelectric care caracterizeaza proprietatile piezoelectrice ale materialelor anizotrope contine 18 elemente si are urmatoarea configuratie matriceala:

(8)

Un parametru important care caracterizeaza sintetic materialele din punct de vedere piezoelectric este coeficientul de cuplaj piezoelectric K. Patratul sau reprezinta fractiunea din energia electrica, respectiv mecanica de excitare care se transforma in energie mecanica, respectiv electrica, fiind inmagazinata in traductorul piezoelectric.

Lucrarea de fata isi propune determinarea parametrilor de material caracteristici ceramicelor piezoelectrice de tip PZT care contin titanati si zirconati de plumb in diferite concentratii si se obtin prin sinterizare. Din punct de vedere al proprietatilor electroelastice, ceramicele de tip PZT prezinta o simetrie de tip m, determinata de existenta unei axe polare pe directia x₃, fiind caracterizate de urmatoarele configuratii ale matricilor de material:

⁽⁹⁾

III. Metoda de masura si parametrii determinati

Determinarea dependentei de frecventa a permitivitatii complexe relative

Se utilizeaza plachete din material feroelectric ceramic de tip PZT (solutie

solida de titanat- zirconat de plumb) de lungime l, latime a si grosime b, avand armaturile depuse pe suprafetele mari (a l). Schema electrica echivalenta a probei este compusa dintr-un condensator plan si un rezistor R₀ , in paralel conform Figurii 2:

Figura 2. Schema echivalenta a unei probe de material ceramic de tip PZT.

Valorile condensatorului plan si a rezistorul R₀ se masoara cu ajutorul Analizorului de Retea E 5061A, intr-o gama de frecvente date, la temperatura ambianta, asa cum este prezentat in Capitolul IV.

Schema de masura din Figura 3 evidentiaza ca, proba de material ceramic de tip PZT este un uniport cuplat prinr-un cablu coaxial la "Portul 1" (radiofrecventa) RF al Analizorului de Retea E 5061A.

Figura 3 Schema de masura a a unei probe de material ceramic de tip PZT.

In planul T de referinta al uniportului pentru tensiunea U si curentul I echivalent semnalului RF aplicat, impedanta echivalenta a probei materialului de tip PTZ este data de relatia:

(10)

unde: , iar f este frecventa semnalului (radiofrecventa) RF al

analizorului de retea.

Pentru a determina valoarea capacititii si a rezistor R₀ din schema echivalenta a probei, analizorul de retea determina parametrul S₁₁ care se egal cu factorul de reflexie la sarcina definit de relatia:

(11)

unde:

a este este unda directa a semnalului (radiofrecventa) RF;

b este reflectata a semnalului de (radiofrecventa) RF.

Dupa determinarea factorului de reflexie, avand in vedere legatura dintre acest factor si impedanta echivalenta a probei materialului de tip PTZ data de relatia:

(12)

unde: Z₀ = 50Ω este impedanta caracteristica a cablului coaxial de

legatura si a conectorul (radiofrecventa) RF al analizorului de retea,

este impedanta normalizata a impedantei echivalente a

probei materialului de tip PTZ,

cu ajutorul diagramei Smith, din Figura 4, determinam valoarile condensatorului plan si a rezistorului R₀.

Figura 4 Diagrama Smith

Diagrama Smith, pe baza relatiei 12, prezinta legatura dintre factorul de reflexie G_S cu impedanta de sarcina normalizata a analizorului de retea. Impedanta normalizata este determinata cu ajutorul cercurilor R constant si a liniilor curbe X constant . In semicercul superior al diagramei Smith, liniile X constant au un caracter inductiv si in semicercul inferior al diagramei, liniile X constant au un caracter capacitiv .

Diametrul diagramei Smith este strabatut doar de cercurile R constant , iar liniile X constant sunt tangente la acest diametru. Aceasta arata ca impedanta cu valorile pe acest diametru are un caracter rezistiv in urmatoarele limite:

(13)

Pe baza datelor obtinute pentru impedanta normalizata cu ajutorul diagramei Smith analizorul va afisa pe ecran valorile condensatorului plan si a rezistorului R₀.

Se determina permitivitatea relativa reala e', permitivitatea relativa imaginara e'' si tangenta unghiului de pierderi tgd_e cu relatiile:

(14)

unde e este permitivitatea electrica absoluta a vidului:e 10^-12 F/m

3.2 Determinarea dependentei de temperatura a permitivitatii complexe relative

Se determina variatia cu temperatura a capacitatii si a conductantei G₀ = 1/R₀ cu ajutorul montajului din Figura 5.

Figura 5. Montajul folosit pentru determinarea dependentei de temperatura a permitivitatii.

Cuptorul (1) este incalzit cu o rezistenta (3) aflata in peretii cuptorului. Rezistenta de incalzire este alimentata de la retea prin intermediul unui autotransformator (4). Temperatura din interiorul cuptorului se determina cu ajutorul termometru (5). Cuptorul gliseaza pe sina astfel incat sa poata fi introdusa proba (2) care este fixata cu ajutorul a doua tije de ceramica refractara care apasa elastic asupra probei. Prin aceste tije trec doua fire de conexiune, fiecare fiind in contact cu cate o armatura a probei. Cele doua fire sunt conectate la o punte RLC ( 6) care masoara elementele si G₀ ale probei.

Se determina variatia lui si G₀ in intervalul de temperaturi 20 C.

Se calculeaza parametrii de material cu urmatoarele relatii:

(15)

unde w este frecventa unghiulara a semnalului de lucru al puntii: w =10⁴ rad/s.

Temperatura Curie corespunde maximului curbei e'(T), reprezentand temperatura la care dispare ordinea dielectrica in material.

Conform teoriei fenomenologice a feroelectricitatii pentru materialele feroelectrice cu tranzitie de faza de ordinul II dependenta permitivitatii relative reale de temperatura este de tipul:

pentru T<T_C (16)

si

pentru T>T_C (17)

unde A₀ este o constanta fenomenologica.

Conform acestei teorii graficul arata ca in Figura 6, pantele celor doua drepte ale lui pentru T<T_C si T>T_C avand raportul:

(18)

Figura 6. Dependenta pentru materiale feroelectrice.

3.3 Determinarea parametrilor de material elastici si piezoelectrici

Metoda de determinare a proprietatilor materialelor piezoelectrice este o metoda dinamica de rezonanta. Ea se bazeaza pe faptul ca prin aplicarea unui camp electric sinusoidal de frecventa f punctele materiale ale unei probe piezoelectrice vor oscila elastic fortat cu aceeasi frecventa f. Amplitudinea oscilatiilor elastice este maxima daca nu exista forte elastice externe care sa le atenueze. Unda elastica determinata de oscilatiile elastice se propaga fie pe o directie paralela cu directia de oscilatie, in acest caz unda elastica numindu-se unda longitudinala, fie pe o directie perpendiculara, corespunzator obtinandu-se o unda elastica transversala.

Lungimea de unda l care caracterizeaza propagarea undei elastice este data de relatia:

(19)

unde: v_f este viteza de propagare a undei elastice in materialul piezoelectric, iar f frecventa oscilatiei elastice.

In cazul cand dimensiunea probei pe directia de propagare a undei elastice este un multiplu al jumatatii lungimii de unda, in proba piezoelectrica se stabileste un regim de unda elastica stationara, determinand fenomenul de rezonanta elastica. In acest caz oscilatiile sunt maxime, singurul fenomen care limiteaza amplitudinea lor fiind frecarea interna. Deci, rezonatorul piezoelectric este un dispozitiv electronic care functioneaza la frecventa electrica corespunzatoare regimului de unda stationara. El este construit dintr-o structura de forma si dimensiuni oarecare, confectionata din material piezoelectric si doua armaturi metalice pe care aplicand o tensiune electrica de frecventa dorita se induce in structura un camp electric corespunzator de comanda care va genera oscilatii si unde elastice. Modul fundamental de vibratie la rezonanta este caracterizat de frecventa f_s data de urmatoarea relatie:

(20)

Indiferent de forma constructiva si tipul de material piezoelectric, schema electrica echivalenta, general valabila, a unui rezonator piezoelectric in regiunea rezonantei fundamentale este prezentata in Figura 7.

Figura 7. Schema echivalenta a unui rezonator piezoelectric.

Elementele din schema echivalenta au urmatoarele semnificatii:

este capacitatea electrica prezentata de rezonator daca se impiedica, printr-o metoda oarecare (de exemplu incastrare), oscilatia elastica;

R₀ este rezistenta echivalenta a pierderilor de putere activa de natura dielectrica;

reactanta L-C modeleaza electric rezonanta elastica; inductanta L este determinata de masa rezonatorului, iar C de coeficientul de elasticitate;

R este o rezistenta care atenueaza oscilatia electrica a circuitului serie L-C, fiind determinata de pierderile de putere activa de natura elastica, datorate vascozitatii interne a materialului piezoelectric.

Circuitul serie R-L-C este activ numai in apropierea rezonantei elastice, in orice alt domeniu de frecventa el fiind pasiv, prezentand o impedanta mult mai mare decat circuitul derivatie -R₀: pentru frecvente mult mai mici decat f_s impedanta mare este determinata de C, iar pentru frecvente superioare lui f_s impedanta mare este determinata de L. Dependenta admitantei de intrare a unui rezonator piezoelectric de frecventa electrica este caracterizata de un grup de sase frecvente cu urmatoarele semnificatii:

f_s - frecventa de rezonanta serie a circuitului L-C;

f_p - frecventa de rezonanta derivatie a circuitului (L-C)-;

f_m - frecventa la care modulul admitantei este maxim;

f_n - frecventa la care modulul admitantei este minim;

f_r si f_a - frecventele la care susceptanta este nula.

In cazul rezonatoarelor piezoelectrice cu pierderi de natura dielectrica si elastica neglijabile cele trei perechi de frecvente coincid:

f_m = f_n = f_s

f_r = f_a = f_p

La rezonatoarele piezoelectrice realizate din materiale ceramice piezoelectrice cu coeficient de cuplaj piezoelectric mare si cu factori de calitate electrici si elastici de valori medii, desi aceste frecvente sunt foarte apropiate, nu mai pot fi neglijate pierderile elastice care separa frecventele f_s si f_p de f_n si f_m astfel:

(21)

unde Q_m     este factorul de calitate elastic.

Diferenta intre aceste doua frecvente este mai mica de 1% daca este indeplinita conditia urmatoare:

(22)

Caracteristica de frecventa a modulului admitantei de intrare a unui rezonator piezoelectric ceramic este prezentata in Figura 8.

Figura 8. Caracteristica de frecventa a modulului admitantei de intrare a unui rezonator piezoelectric ceramic

Pentru determinarea caracteristicii de frecventa a rezonatorului piezoelectric ceramic vom utiliza Analizorul de Retea E 5061A. Schema de legatura simplificata a rezonatorului la analizor este prezentata in Figura 9.

Figura 9 Schema de legatura a a rezonatorului piezoelectric ceramic cu

Analizorul de Retea E 5061A

Analizorul de retea determina caracteristica de frecventa pornind de la masurarea termenului S₁₁, care este factorul de reflexie la intrarea rezonatorului la portul 1 si a termenului S₂₁ ,care este coeficientul de transfer al semnalului transmis de rezonator de la portul 1 la portul 2. Termenii S₁₁ si S₂₁ apartin matricei de repartitie [S] a diportului echivalent rezonatorului piezoelectric ceramic ( figura 9) si se determina cu relatia:

din aceasta relatie rezulta :

unde :    S₁₁ este factorul de reflexie la intrare, cand la iesire exista sarcina

de adaptare ;

S₁₂ este coeficientul de transfer al semnalului transmis de

rezonator de la portul 1 la portul 2, cand la intrare exista adaptare;

a₁ si a₂ reprezinta unda incidenta a semnalului analizorului;

b₁ si b₂ reprezinta unda reflectata de rezonator a semnalului

analizorului;

Similar se definesc si parametri S₂₁ si S₂₂ respectiv:

(25)

unde :    S₂₂ este factorul de reflexie la iesire, cand la intrare este adaptare ;

S₂₁ este coeficientul de transfer al semnalului transmis de

Rezonatorul piezoelectric ceramic este un diport echivalent reciproc si in acest caz:

(26)

Analizorul masoara termenii S ai elementului masurat si calculeaza parametri matricei de impedanta [Z] si de admitanta [Y]. In acest fel, se determina capacitatea electrica prezentata de rezonatorul piezoelectric la frecventa f<<f_s este , inductanta L contribuind cu o reactanta neglijabila.

Capacitatea electrica prezentata de rezonator la frecventa f>>f_s este. Indicele superior T exprima faptul ca la f<<f_s exista oscilatii elastice, iar tensiunile elastice sunt nule (T = 0), iar S exprima faptul ca la f>>f_s oscilatiile elastice sunt complet suprimate (S = 0), avand o situatie echivalenta cu incastrarea completa a rezonatorului. Acest fapt se explica prin inertia materialului datorita careia punctele materiale nu mai pot urmari comanda electrica la aceste frecvente.

Tinand seama de faptul ca rezonatoarele au o forma de disc cu raza a si grosimea b, conform Figurii 10, rezulta pentru coeficientii de permitivitate dielectrica absoluta si relativa urmatoarele expresii:

; ; (27)

; ; (28)

unde e este permitivitatea absoluta a vidului.

Elementele schemei echivalente se pot determina folosind urmatoarele relatii:

; ; (29)

unde Q_e este factorul de calitate electric al rezonatorului determinat la o frecventa f₀<<f_m.

Rezonatoarele piezoelectrice ceramice sub forma de disc vibreaza sub actiunea unei tensiuni electrice aplicate pe armaturi (care genereaza campul electric E₃) pe cele doua directii principale ale sale:

de-a lungul razei discului, deci perpendicular pe axa x₃ si cu simetrie cilindrica;

de-a lungul axei x₃ (modul longitudinal).

Ambele moduri sunt caracterizate de un fenomen de rezonanta elastica, conform Figurii 8.

Fie si frecventele caracteristice modului de vibratie radial si modulul impedantei de intrare a rezonatorului la frecventa .

Coeficientul de cuplaj piezoelectric planar caracteristic modului de vibratie radial K_P poate fi determinat din urmatoarea relatie:

(30)

Coeficientul de cuplaj transversal K₃₁ se obtine astfel:

(31)

unde s^E este coeficientul Poisson la camp electric constant.

IV Scurta prezentare a aparatelor de masurare

4.1 Analizorul de retea E 5061A

Pentru executarea masuratorilor cu analizorul de retea E 5061A se procedeaza asa cum este prezentat in schema logica din Figura 11.

Figura 11 Schema logica de masura cu analizorul de retea E 5061A

4.1.1 Cuplarea si deculparea Analizorului de retea E5061A/E5062A.

Comutatorul Standby Switch este folosit pentru cuplarea alimentarii ( | ) si pentru starea standby () a analizorului de retea E 5061A .

Decuplarea alimentarii pentru analizorul E5061A, se fac urmatorii pasi:

1. Se apasa comutatorul "standby switch", sau se trimite comanda de inchidere de la controllerul extern, care activeaza procesul de inchidere ( proces de inchidere necesar atat hardware cat si software ). Acesta pune analizorul E5061A in starea standby.

2. Daca este necesar, pentru decuplarea totala a tensiunii, de la panoul din spate se decupleaza comutatorul "2. Power Cable Receptacle (to LINE)".

Pentru functionare corecta niciodata nu se intrerupe tensiunea de alimentare de la acest comutator, deoarece poate produce defectarea aparatului hardware si software.

4.1.2 Initializarea software a aparatului. Analizorul are implementat software "Windows 2000 Professional" si pentru initializarea software se apasa tasta "Next" succesiv pana la fereastra finala unde se apasa pe "Finish", Figura 12.

Figura 12

Pe durata acestei initializari va apare o fereastra de dialog, in care trebuie sa introducem datele secificate in Figura 13.

Figura 13

4.1.3 Executarea Pasului 1. Determinarea conditiilor de masura

a) Initializarea E5061A. [Preset] - OK

b) Stabilirea parametrului S pe S₂₁. [Meas] - S21

c) Alegem formatul datelor logaritmic.

. [Format] - Log Mag

d) Stabilim frecventa centrala a desfasurari pe frecventa centrala a filtrului, dupa care stabilim gama de frecventa. De exemplu frecventa centrala a filtrului trece banda 947,5 MHz si gama de frecventa 200 MHz.

. [Center] - [9] [4] [7] [.] [5] [M/]

. [Span] - [2] [0] [0] [M/]

NOTA Cand introducem unitatile de masura vom tasta: 'G' pentru GHz, 'M' pentru MHz, si 'k' pentru kHz.

e) Specificarea numarului de puncte de masura. De exemplu 401 puncte.

. [Sweep Setup] - Points - [4] [0] [1] [x 1]

f) Specificarea nivelului puteri sursei de semnal. Exemplu -5 dBm.

. [Sweep Setup] - Power - Power Ranges - -5 la 10

. [Sweep Setup] - Power - [+/-] [5] [x 1]

g) Specificarea bandei IF a receptorului. Exemplu 10 kHz deoarece avem nevoie de un nivel redus al zgomotului

. [Avg] - IF Bandwidth - [1] [0] [k]

. Quick Start Guide

4.1.4 Executarea pasului 2. Calibrarea

Vom parcurge urmatoarele :

a) Selectam kitul de calibrare: Kit 85032F.

. [Cal] - Cal Kit - 85032F

b) Selectam tipul de calibrare.

. [Cal] - Calibration - 2-Port Cal

c) Masurarea datelor de calibrare. Conectam sarcina in gol ( OPEN standard) la portul de test 1 asa cum este aratat in Figura 14 si executam calibrarea in gol care se termina cand apare bifa √ in stanga butonului "Port 1 Open".

Figura 14

In acelasi fel cand se va face calibrarea cu sarcina in scurtcircuit si de 50 Ω . respectiv SHORT/LOAD standard la portul 1 de test.

In acelasi fel se va face calibrarea si la portul de test 2 pentru OPEN/ SHORT/

LOAD standard.

3. Quick Start Guide

4.1.5 Executarea pasului 3. Conectarea probei de masura (Device Under Test -DUT)

In cazul nostru filtru trece banda.

a) Conectarea DUT la E5061A/E5062A, Figura 15

Figura 15

NOTA Aplicand semnale mai mari (-5 dBm) de la sursa de semnal putem distruge unele probe de masura.

a)      Ajustarea scalei de masura. Alegem cea mai apropiata scala de masura prin autoscalare, Figura 16.

. [Scale] - Auto Scale

Figura 16

De asemenea, putem ajusta scala analizorului cu valorile necesare executarii masuratorilor cu precizie folosind butoanele "Scale/Div", "Reference Position" si "Reference Value".

4.1.6 Executarea pasului 4. Analiza rezultatelor masuratorilor

Aceasta sectiune descrie cum putem folosii functia markerului de a citi parametri importanti im urma masurarii transmisiei filtrului RF trece banda (la -3 dB).

4.1.6.1 Masurarea frecventelor

Dupa stabilirea formei de desfasurare a scalei de frecventa

a) Activam pe display un marker, prin [Marker] - Marker 1

b) Folosim una din cele doua metode, pentru a deplasa markerul pe centrul frecventei filtrului:

. In bara datelor de intrare, tastam [5] [.] [0][2] [M].

c) Citim valoarea afisata a frecventei markerului si valoarea castigului sau a pierderilor de insertie ale rezonatorului sau a filtrului.

Figura 17

4.1.6.2 Determinarea impedantei: Z= R+jX

a) Se activeaza din meniul "Response" casuta "Format" .

b) In casuta "Format" se activeaza "Smith Diagram" si "R +jX".

c) Se activeaza din meniul "Mkr/Analysis" markerii " Marker 1, 2,", "More Markers" si " Marker 3, 4,". Pe display vor apare markerii si in dreptul lor, frecventa, valoarea rezistentei R, valoarea reactantei X si valoarea capacitatii sau a inductantei.

d) Pentru cresterea preciziei de determinare a valorilor, se activeaza in meniul

"Response" casuta "Avg" si in " IF Bandwidth" se modifica valoarea benzii de determinare a impedantei de la 30kHz pana la 10Hz.

e) pentru dezactivarea markerilor se utilizeaza din meniul "Mkr/Analysis" casutele " Clear Marker Menu" si " All Markers"

4.1.6.3 Masurarea valorilor maxime si minime ale caracteristicii de frecventa

a) Activam pe Display un marker:

. [Marker] - Marker 1

b) Folosim una din cele doua metode, pentru a deplasa markerul pe frecventa centrala a filtrului:

. In bara datelor de intrare, tastam [3] [0] [.] [5] [M].

. Rotim codificatorul rotativ pana cand apare frecventa centrala (30.5 MHz).

c) Activam [Marker Search] - Min, Max sau Peak Value si citim valorile- valoarea castigului sau a pierderilor de insertie ale rezonatorului sau a filtrului, pentru valorile minime, maxime sau de varf .

Quick Start Guide

4.1.7 Executarea pasului 5. Extragerea rezultatelor masuratorilor (Save)

Putem salva datele masuratorilor si pe hard disk-ul analizorului si pe floppy disk.

4.1.7.1 Salvarea datelor desfasurarii - Trace Data(in CSV format)

In formatul CSV (extension: .csv), daca salvam datele sub forma de text le putem interpreta in Microsoft Excel.

a) Folosim una din metode:

. [Save/Recall] - Save Trace Data

4.1.7.2 Salvarea imaginii de pe ecran

Putem salva imaginea ecranului in format: Windows bitmap file (extension: .bmp), Portable Network Graphics format (extension: .png).

Step 1. Prodedam in felul urmator:

. [System] - Dump Screen Image

NOTA Imaginea de pe LCD display se memoreaza in memoria volatila (clipboard).Imaginea de pe LCD display se salveaza cand se apasa tastele

4.2 Puntea RLC de precizie E 4980A

Pentru executarea masuratorilor cu puntea RLC de precizie E 4980A se procedeaza asa cum este prezentat in schema logica din Figura 18.

Figura 18

4.2.1 Setarea conditiilor de masura

Pentru inceput se vor determina parametrii de impedanta, circuitul echivalent de masura si nivelul semnalului. Astfel, masurarea R, L, C are doua moduri de masura cu circuit echivalent paralel si serie . In acest scop se apasa tasta FUNC (Cp, Cs, Lp, sau Ls) din pagina MEAS SETUP .

4.2.2 Conectarea capului de masura.

Cele patru cabluri coaxiale ale capului de masura sunt :

. HCUR: High current

. HPOT: High potential

. LPOT: Low potential

. LCUR: Low current

Acest mod de masura asigura o precizie ridicata pentru determinarea parametrilor componentelor. De asemenea, punand la masa tresa cablurilor se obtine o valoare scazuta a capacitatilor parazite. Capul de masura este Agilent, model 16089A pentru frecvente : 5Hz 100kHz sau Agilent 16334A pentru frecvente pana la 15MHz

4.2.3 Setarea functiilor de corectie

Functiile de corectie se aplica in conditiile in care sarcina este in scurt, in gol si sarcina reaspectiv (OPEN, SHORT, si LOAD).

4.2.4 Conectarea componentelor R, L, C pentru masura trebuie sa se faca in asa fel incat valorile cuplajelor parazite determinate de terminalele de legatura

4.2.5 Masurarea componentelor

4. 2.5.1 Masurarea capacitatii

In cazul unui condensator ceramic masuram capacitatea in urmatoarele conditii:

. Functia: Cp-D;

. frecventa de test: 1 MHz;

. Nivelul semnalului de test: 1.5 V;

a) Pas 1. Cuplam puntea E4980A ON.

b) Pas 2. Setam conditiile de masura folosind campurile pagini soft "MEAS

DISPLAY"

1. Mutam pe "FREQ" folosind tastele cursorului pe 1 MHz.

2. Punem pe "LEVEL" folosind tastele cursorului tensiunea de intrare de 1.5 V.

c) Pas 3. Conectam capul de masura la punte.

d) Pas 4. Facem corectiile OPEN/SHORT cerute.

e) Pas 5. Conectam condensatorul

f) Pas 6 . Se apasa tasta [Meas Setup] si masuratoarea se executa determinand valorile Cp si D.

4.2.5.2 Masurarea inductantei

In cazul unei bobine masuram inductanta in urmatoarele conditii:

. Functia: Ls-Rdc;

. Frecventa de test: 100 kHz;

. Nivelul semnalului de test: 100 mA (constant);

a) Pas 1. Cuplam puntea E4980A ON.

b) Pas 2. Setam conditiile de masura folosind campurile pagini soft "MEAS

DISPLAY"

1. Mutam pe campul "FUNC" cu tastele cursorului selectam Ls-Rdc.

2. Mutam pe campul "FREQ" cu tastele cursorului introducem frecventa de

100 kHz.

3. Se stabileste in campul "LEVEL" cu tastele cursorului nivelul la intrare 100 mA.

c) Pas 3. Se apasa tasta [Meas Setup] key din pagina soft "MEAS DISPLAY".

1. Se misca in campul ALC cu tastele cursorului apasam pe ON. In aceste conditii nivelul semnalului sursei este constant si setat in campul "LEVEL".

d) Pas 4. Conectarea capului de masura la puntea R, L, C, E4980A.

e) Pas 5. Se executa corectia si compensarea valorilor reziduale, pentru OPEN/SHORT.

f) Pas 6. Se conecteaza bobina la capul de masura.

g) Pas 7. Se apasa tasta [Meas Setup] pentru masurarea valorilor Ls si Rdc ale bobinei, iar valorile masurate apar pe display.

Bibliografie

O. Iancu- Materiale si componente electronice, Ed. UPB, Bucuresti, 1988

P. Schiopu, S. Vasilescu - Teoria si proiecterea componentelor pasive, Ed. UPB, Bucuresti, 1976

I. S. Jeludev - Cristale electrice, Bucuresti, Editura Tehnica, 1973

O. Iancu, P. Schiopu, S. Vasilescu - Dispozitive dielectrice si magnetice, Editura UPB, Bucuresti, 1976

G. Rulea - Bazele teoretice si experimentale ale tehnicii microundelor, Bucuresti, Editura Stiintifica si Enciclopedica, 1989

6. *** - Agilent E5061A/E5062A ENA Series RF Network Analyzers

User's Guide, Third Edition, Firmware revisions, Agilent Technologies,

June 2006

7. *** - Agilent E4980A Precision LCR Meter, User's Guide, Third Edition, Firmware Revisions, Agilent Technologies, November 2006