Получить и наблюдать петлю диэлектрического гистерезиса можно с помощью электрической схемы, приведенной на рис. 15.4. Два конденсатора С1 и С2 соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику переменного напряжения. Конденсатор С2 заполнен обычным «линейным» диэлектриком с постоянной диэлектрической проницаемостью, а конденсатор С1 – сегнетоэлектриком. Параллельно этой цепочке конденсаторов включены два резистора. Резистор R1 обладает эквивалентным омическим сопротивлением исследуемого сегнетоэлектрика, а резистор R2. служит для подбора равенства фаз напряжений, подаваемых на вход осциллографа (ЭО).
Рис. 15.4. Электрическая схема:
ИРПР – источник регулируемого переменного напряжения, R1, R2 – резисторы, С1 – конденсатор с изолятором из сегнетоэлектрика, С2 – конденсатор с изолятором из обычного диэлектрика, V1 и V2 – вольтметры, ЭО – осциллограф
Ёмкость конденсатора С1 и напряжённость электрического поля Е внутри сегнетоэлектрика рассчитываются по формулам
, (15.3)
, (15.4)
где e – диэлектрическая проницаемость, S – площадь обкладок, d – расстояние между ними, 
– напряжение между обкладками. Так как конденсаторы соединены между собой последовательно, то заряды на их обкладках будут одинаковыми
. (15.5)
Отсюда
, (15.6)
или, учитывая (15.3), получаем
. (15.7)
Подставим (15.7) в (15.4), получим
. (15.8)
Из соотношения (15.2) с учетом того, что для сегнетоэлектрика e >> 1, следует
. (15.9)
Тогда уравнение (15.8) примет вид
, (15.10)
откуда следует, что
, (15.11)
то есть напряжение на конденсаторе C2 пропорционально поляризованности сегнетоэлектрика. Это напряжение подают на вход Y осциллографа.
Найдём напряжение U R2 на резисторе R2. Ток, текущий через этот резистор, по закону Ома равен
. (15.12)
Такой же ток протекает и по участку цепи с сопротивлением (R 1 + R 2)
, (15.13)
где U R1 – падение напряжения на резисторе R1. Из сравнения уравнений (15.12) и (15.13) получим
, (15.14)
где 
– напряжение, подаваемое на вход схемы (рис. 15.3). Полагаем, что 
. Тогда из (15.6) следует, что 
, и 
. Полагаем также, что 
. Тогда из (15.14) следует
, (15.15)
откуда с учётом равенства (15.4), получаем уравнение
, (15.16)
то есть напряжение на резисторе R2 пропорционально напряжённости внешнего электрического поля. Это напряжение подают на вход X осциллографа.
Таким образом, из уравнений (15.11) и (15.16) видно, что если напряжение 
подать на вход вертикальной развёртки осциллографа (Y), а напряжение 
– на вход горизонтальной развертки (X), то электронный луч в направлении оси Y будет отклоняться пропорционально поляризованности Р сегнетоэлектрика, а в направлении оси x – пропорционально напряжённости внешнего электрического поля E. За один период синусоидального изменения напряжения электронный луч на экране опишет полную петлю гистерезиса, и за каждый последующий период в точности повторит её. Поэтому на экране будет наблюдаться неподвижная петля.
Описание установки
Оборудование: генератор сигналов специальной формы (ГССФ), мини-блок «Сегнетоэлектрик», два мультиметра, осциллограф.
Установка для исследования свойств сегнетоэлектриков состоит из ГССФ, миниблока «Сегнетоэлектрик» (рис. 15.5), двух вольтметров и осциллографа. В качестве исследуемого образца используется изолятор многослойного конденсатора С1, который изготовлен из керамики ВаТiО3 с добавкой олова и стронция. Электрическая и монтажная схемы установки приведены на рис. 15.4 и 15.6.
Рис. 15.5. Миниблок «Сегнетоэлектрик»
– регулируемое напряжение, R1, R2 – резисторы, C1, C2 – конденсаторы, Х, Y – выходы напряжений U x, и U y на измерительные приборы и осциллограф, * – конденсатор с сегнетоэлектриком
Рис. 15.6. Монтажная схема установки:
Миниблок «Сегнетоэлектрик», V1, V2 – мультиметры, ЭО – осциллограф
Выполнение работы
1. Заполнить табл. 15.1 (см. бланк отчёта).
2. Переключатели рода работ обоих мультиметров перевести в положение «V~ » и установить предел измерения «20 В ».
3. Собрать электрическую цепь по монтажной схеме, приведённой на рис. 15.6. Коаксиальный кабель подключить к входу осциллографа «СН2 (Y)», красный штекер кабеля соединить через наборное поле с выходом Y миниблока «Сегнетоэлектрик», а синий – через наборное поле с гнездом «– U вых» генератора сигналов специальной формы. Второй кабель подключить к входу «СН1 (Х)» осциллографа, красный штекер кабеля соединить с выходом X миниблока «Cегнетоэлектрик»
а синий – через наборное поле с гнездом «– U вых» генератора сигналов специальной формы.
4. Установить переключатели и регуляторы, расположенные на лицевой панели осциллографа, в положения, указанные в табл. 15.4 на рис. 15.8, если используется осциллограф «MOS-620», или в табл. 15.5 на рис. 15.9, если используется осциллограф «GOS-625».
5. Записать параметры установки в табл. 15.2.
6. Кнопками «СЕТЬ» включить питание блоков генераторов напряжений и мультиметров. Нажать кнопку «Исходная установка». Кнопками «Установка частоты 0,2 – 20 кГц» установить частоту50 Гц.
7. Включить кнопку «POWER» («СЕТЬ»), расположенную на панели осциллографа под экраном, при этом должен зажечься светодиодный индикатор. При помощи регуляторов «INTEN» и «FOCUS», расположенных там же, установить соответственно оптимальную яркость и фокусировку луча.
Внимание! Для предотвращения повреждения люминофора электронно-лучевой трубки не устанавливайте чрезмерную яркость луча и не оставляйте без необходимости длительное время неподвижное пятно на экране.
С помощью регуляторов «
POSITION 
» и «POSITION 
» вывести электронный луч в центр координатной сетки экрана.
8. Кнопкой 
«Установка уровня выхода 0 … 15 В» увеличивая напряжение U y примерно до 4 В, получить изображение петли гистерезиса при насыщении сегнетоэлектрика. Признаком насыщения являются «усы» на петле и её площадь при росте напряжения не увеличивается. Измерить мультиметрами действующие напряжения 
и 
Результаты записать в табл. 15.2.
9. Плавно вращая по часовой стрелке регулятор 15 «VOLTS/DIV» (MOS-620) или 11 «VAR» (GOS-625) на панели осциллографа, увеличить вертикальный размер петли примерно до 8 больших делений масштабной сетки экрана.
10. Плавно вращая по часовой стрелке регулятор 6 «VOLTS/DIV» (MOS-620) или 7 «VAR» (GOS-625) на панели осциллографа, увеличить горизонтальный размер петли примерно до 10 больших делений масштабной сетки экрана.
11. Регуляторами осциллографа « POSITION » и «POSITION » установить петлю симметрично относительно центра координатных осей Х-Y.
12. Измерить по масштабной сетке экрана осциллографа координаты пяти характерных точек петли: x к, x нас, y ост, y s, y нас (рис. 15.7). Результаты измерений занести в табл. 15.2. Петлю гистерезиса зарисовать или сфотографировать.
13. Деполяризовать образец. Для этого, постепенно уменьшая напряжение 
довести его до нуля. При этом площадь петли уменьшится до размеров точки.
14. Устанавливая последовательно значения от 0 до с шагом примерно 0,4 В, измерить соответствующие значения напряжения 
. Результаты измерений занести в табл. 15.3.
14. Нажать кнопку «Исходная установка» и кнопками «СЕТЬ» и «POWER» выключить питание генераторов напряжения, мультиметров и осциллографа. Разобрать электрическую цепь установки.