晶體的壓電效應(yīng)學(xué)到了嗎

作者： 揚(yáng)興科技 日期：2022-03-15 瀏覽量：

  1880年皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟發(fā)現(xiàn)電氣石具有壓電效應(yīng)。1881年，他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，并得出了正逆壓電常數(shù)。壓電效應(yīng)的原理是，如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差(稱(chēng)之為正壓電效應(yīng))。

  晶體中某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。(如下圖，只要施加不同的壓力，就能輸出不同的信號(hào))

  有源晶振中使用的晶體就具有上面的特性，這種晶體統(tǒng)稱(chēng)壓電晶體。如果按一定方向?qū)λЬw上切下的薄片施加壓力，那么在此薄片上將會(huì)產(chǎn)生電荷。如果按相反方向拉伸這一薄片，在此薄片上也會(huì)出現(xiàn)電荷，不過(guò)符號(hào)相反。

  有源晶振中配置了穩(wěn)定的內(nèi)置電路，通電后給晶體施加一個(gè)穩(wěn)定的交變電場(chǎng)，有源晶振就會(huì)輸出信號(hào)。而無(wú)源晶振需要外置電路，這就導(dǎo)致了對(duì)晶體的施加的電場(chǎng)不像有源晶振那么穩(wěn)定和匹配。這也就是為什么有源晶振輸出的信號(hào)要比無(wú)源晶振的穩(wěn)定。

  壓電晶體應(yīng)用廣泛，最常應(yīng)用于聲音的再現(xiàn)、記錄和傳送，原因是聲波一碰到壓電薄片，就會(huì)使薄片兩端電極上產(chǎn)生電荷，其大小和符號(hào)隨著聲音的變化而變化.

  逆壓電效應(yīng)是指外界對(duì)晶體施加一種外部壓力就會(huì)形成交變電場(chǎng)，從而引起晶體物理發(fā)生形變的現(xiàn)象。在日常生活中，利用逆壓電效應(yīng)制造產(chǎn)品也比較多。比如變送器就是一種，常用于電聲和超聲工程。壓電晶體元件的因受力方式不同，發(fā)起變形的形狀也會(huì)大不一樣。下面揚(yáng)興科技為大家講解五種基本變形的狀態(tài)有厚度變形型、長(zhǎng)度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型等。當(dāng)然并非所有晶體都能在這五種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。因?yàn)閴弘娋w是各向異性的;例如石英晶體就沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。

  如果對(duì)壓電材料施加外部電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，即電能與機(jī)械能之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。如果壓力是一種高頻震動(dòng)，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)(機(jī)械震動(dòng))，這就是我們平常所說(shuō)的超聲波信號(hào)。

  壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場(chǎng)，也可以因電場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械變形，這種固有的機(jī)-電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，壓電材料已被用來(lái)制作智能結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)除具有自承載能力外，還具有自診斷性、自適應(yīng)性和自修復(fù)性等功能，在未來(lái)的飛行器設(shè)計(jì)中占有重要的地位。

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