Tham số Giá trị Đơn vị Định nghĩa
R1
+ R 1.6 x 104 Ω – cm2 Trở kháng tuyến tính với điện áp dương
- R 2.1 x 104 Ω – cm2 Trở kháng tuyến tính với điện áp âm
C0
C tuyến
tính 3.5 x 10
-1 µF/cm2 Điện dung tuyến tính của mẫu
C1
Pmax 2.0 x 100 µC/cm2 Phân cực bảo hoà của điện dung ký sinh
Sigma 2.0 x 100 volts Độ lệch chuẩn của điện dung ký sinh
C2
Pmax 1.0 x 101µC/cm2 Phân cực bão hoà của dung kháng không dư
+ Vc 2.0 x 100 vôn Điện kháng của dung kháng không dư khi điện thế là dương
không dư khi điện thế là dương - Vc -2.0 x 100 vôn Điện kháng của dung kháng không
dư khi điện kthế là âm
- Sigma 2.3 x 10 0 volts Độ lệch chuẩn của dung kháng không dư khi điện thế là âm
C3
PR 8.0 x 101 µC/cm2 Độ bảo hoà phân cực dư
+ Vc 1.3 x 100 vôn Điện kháng của dung kháng dư khi thế là dương
+ Sigma 0.5 x 10-1 vôn Độ lẹch chuẩn của dung kháng dư khi thế là dương
- Vc -1.3 x100 vôn Điện kháng của dung kháng dư khi thế là âm
Pr -8.0 x 101µC/cm2 Độ phân cực dư dương Vth -7.0 x 101 vôn Ngưỡng chuyển đổi cục bộ
CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN HỆ ĐO ĐƯỜNG TRỄ ĐIỆN MÔI DỰA TRÊN CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ RT66A. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN
3.1. Nguyên lý mạch “đất ảo”
Thiết bị RT66A tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật lý Chất rắn, Khoa Vật lý mặc dù có nhiều chức năng và đang trong quá trình phục vụ cho các nghiên cứu về vật liệu, tuy nhiên phiên bản hiện nay là phiên bản năm 1995 được trang bị vào năm 2001. Đến thời điểm này, hãng Radiant Technologies cũng đã phát triển nhiều phiên bản mới và các phiên bản mới này cũng đã và đang được các phòng thí nghiệm khoa học vật liệu trong nước và trên thế giới sử dụng. Tuy nhiên, do hạn chế về kinh phí nên việc cập nhật trang thiết bị cũng như chương trình hết sức khó khăn vì không có mã nguồn điều khiển, không thể can thiệp sâu trong mạch điện tử của các hệ thiết bị. Chính vì vậy, để chủ động và phát triển các phương pháp đo cho vật liệu, nhóm tác giả tiếp tục kế thừa các tác giả đi trước để phát triển đề tài tự động hóa hệ đo đường trễ điện môi bằng phương pháp “đất ảo”, ứng dụng trong nghiên cứu tính chất vật liệu sắt điện.
Bên cạnh đó, như đã trình bày ở chương một, mạch Sawyer-Tower được sử dụng khá rộng rãi trong việc nghiên cứu đường trễ sắt điện, tuy nhiên một hạn chế trong mạch Sawyer-Tower là các tín hiệu thu nhận không phải trực tiếp trên mẫu đo (bảng 3.1). Nguyên lý mạch “đất ảo” đã khắc phục được nhược điểm này [9, 17, 18]. Hình 3.1 trình bày nguyên lý đo của mạch này. Trong hệ đo mạch “đất ảo”, tụ CS nối tiếp với mẫu được thay thế bằng mạch tích hợp chuyển dòng qua thế (Current to Voltage Convert). Trong mạch tích hợp này, bộ khuếch đại thuật toán duy trì hồi tiếp chính xác ở mức 0V trên giá trị ‘mass’ (chế độ “đất ảo”). Ưu điểm của phương pháp này là đo điện tích xuất hiện trên mẫu sắt điện nhưng bằng cách tích phân dòng đòi hỏi để luôn giữ một đầu của mẫu có thế bằng 0 V. Do loại bỏ hoàn toàn vai trò của tụ nối tiếp C0 nên phương phâp này giảm được cực tiểu các ảnh hưởng của các phần tử ký sinh và nó cho phép chuẩn hoá và so sánh các kết quả từ các phép đo khác nhau. Tất cả các dòng điện tích chảy qua mẫu tỷ lệ với kết quả của điện thế áp đặt được thu nhận bởi mạch tích hợp. Điện áp đầu ra của mạch tích hợp sẽ được đo, xử lý và hiển thị bằng các phần mềm trên máy tính. Ngoài ra, hiện nay, một hệ đo sử dụng nguyên lý mạch “đất ảo”này (Radiant Technologies RT66A unit) cũng đã được
ghép nối và vận hành tại Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học (hình 2.2).
Hình 3.1: Nguyên lý của mạch “đất ảo”.
Điểm chú ý của phương pháp “đất ảo” sử dụng dòng điện chuyển đổi thành điện áp, cái mà dựa trên việc đo dòng điện bằng cách sử dụng điện trở hồi tiếp thông qua bộ khuếch đại thuật toán. Ngõ ra của dòng điện chuyển đổi thành điện áp được nối đến cổng vào đảo của bộ khuyếch đại thuật toán thông qua trở kháng hồi tiếp, cổng vào không đảo được nối xuống đất (mass). Điện áp khác biệt giữa hai cổng vào lý tưởng là 0 vôn (0 V), trong thực tế là khoản vài micro vôn (uV). Như thế, cổng vào đảo là ảo trên mức đất (mass). Đây là điều hữu ích cho việc đo, đặc biệt là tụ nhỏ như là dung kháng dây (về mặt vật lý) tại chổ nhưng không tác dụng điện, bởi vì cả hai điện cực của tụ được lưu giữ trên cùng tiềm năng. Như thế mẫu luôn được áp đặt hoàn toàn điện áp kích thích, từ đó không có điện áp ngược. Để tốc độ đo cao, các xung điện áp, điện cảm của việc thiết lập và không phù hợp trở kháng gây ra bởi mẫu và buồng chứa mẫu sẽ dẫn đến việc phản xạ trên dây dẫn, do đó việc đo đạt thay đổi kết quả đo liên quan đến thiết lập hệ đo. Sự ổn định, dãi băng thông và độ chuyển pha của bộ khuyếch đại thuật toán phải được tính đến. Nhưng nói chung phương pháp đo “đất ảo” cho kết quả có độ chính xác cao nhất trên các phép đo sắt điện.