應用案例

【概述】

某研究團隊使用ATA-3080C功率放大器，搭建壓電材料大功率測試平臺。

實驗名稱：基于恒壓法的壓電材料大功率測試平臺

研究方向：聚焦于壓電材料領域，核心研究方向是探究PT含量對PMN-PT單晶在大功率應用場景下性能的影響機制，并搭建相應測試平臺獲取關鍵數據，為相關器件設計提供支撐。壓電材料能夠實現機械能和電能的相互轉換，這一特性使其在傳感器、執行器以及高精度定位系統等眾多領域都有著舉足輕重的作用。PMN-PT（鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛）單晶作為一種新型壓電材料，與傳統的多晶壓電材料相比，具有更高的壓電系數、機電耦合系數以及機械品質因數，因此在研究和工業應用中的使用越來越廣泛。

實驗目的：研究不同PT含量的PMN-PT單晶在大功率電壓激勵下的性能變化

測試設備：信號發生器、ATA-3080功率放大器、溫度監測設備、材料參數測量設備（阻抗分析儀和測量儀）等。

實驗過程：目前，大功率測試系統主要有恒壓法、恒流法和瞬態脈沖法三種。本研究采用基于改進恒壓法的測試方法。通過改進觸發機制，壓電單晶無需長時間在高電場激勵下工作，減少了自熱現象，防止壓電材料退極化。圖1展示了基于改進恒壓法的測試系統流程圖。如圖1所示，信號發生器產生掃頻信號，經高壓放大器（西安安泰ATA-3080）放大后輸入壓電材料。壓電材料在中心點被夾持，周圍保持自由狀態。示波器連接電壓和電流探頭，用于監測電路的電壓和電流，收集的數據輸出到計算機進行分析。掃頻法記錄壓電換能器兩端的電流和電壓。由于材料的阻抗特性，阻抗與電流值成比例關系。因此，相應的電流曲線可用于繪制阻抗曲線，進而確定材料的諧振和反諧振頻率。這些頻率對于進一步計算材料參數至關重要。

圖1恒壓法測試系統

實驗結果：結果表明，PT含量的增加顯著改變了壓電材料的性能，導致相變。PT含量為26%的PMN-PT單晶在8W功率激勵下，壓電系數增加25%，柔順系數增加12%，機電耦合系數增加17%，機械品質因數降低73%。PT含量為29%的PMN-PT單晶在4.49W功率激勵下，壓電系數增加33%，柔順系數增加20%，機電耦合系數增加21%，機械品質因數降低78%。PT含量為33%的PMN-PT單晶在1.24W功率激勵下，壓電系數增加20%，柔順系數增加30%，機電耦合系數增加20%，機械品質因數降低55%。這些結果表明，較高的PT含量使PMN-PT單晶在大功率應用中對溫度效應更敏感，從而降低了功率耐受性，增加了退極化的風險。本研究首次詳細闡述了不同PT含量的PMN-PT單晶在大功率應用中的性能，與以往研究有顯著差異，填補了文獻中的空白。

圖2不同PT含量的PMN-PT單晶的彈性柔順系數，壓電系數，機電耦合系數以及機械品質因數

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

一、大功率輸出能力——驅動PMN-PT單晶進入大功率工作區，誘發可測量的非線性性能變化

二、寬頻帶與高壓擺率——精準匹配PMN-PT單晶諧振掃頻，保障阻抗曲線精確測量

三、低失真與高輸出穩定性——保障改進恒壓法觸發機制的有效性，減少自熱與退極化現象

【推薦產品】：ATA-3080C功率放大器

圖：ATA-3080C功率放大器指標參數

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