壓電效應(yīng)解析:電磁波怎么變成為聲波的?
發(fā)布時(shí)間:2021-05-08 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】大家應(yīng)該都了解過關(guān)于聲波濾波器的知識(shí),從什么是聲波,到聲表面波,再到聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu),當(dāng)然這里面也介紹了一些體聲波濾波器。當(dāng)然都是泛泛之談,我們期望從器件的根源著手,詳細(xì)去分析講解。當(dāng)然這里面也遺漏了一個(gè)重要的原理:壓電效應(yīng)和壓電陶瓷,這個(gè)就是電磁波怎么變成為聲波的原理。今天我們嘗試著去解開壓電效應(yīng)的奧秘。
大家應(yīng)該都了解過關(guān)于聲波濾波器的知識(shí),從什么是聲波,到聲表面波,再到聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu),當(dāng)然這里面也介紹了一些體聲波濾波器。當(dāng)然都是泛泛之談,我們期望從器件的根源著手,詳細(xì)去分析講解。當(dāng)然這里面也遺漏了一個(gè)重要的原理:壓電效應(yīng)和壓電陶瓷,這個(gè)就是電磁波怎么變成為聲波的原理。今天我們嘗試著去解開壓電效應(yīng)的奧秘。
壓電效應(yīng)有個(gè)比較拗口的英文名字:Piezoelectric(pa?,izo?'lektr?k),這個(gè)單詞我現(xiàn)在還不會(huì)讀。還好國(guó)人給了它一個(gè)形象的名字:壓電,這里面包含了壓力和電,這也就形象的描述了這個(gè)特性,受到壓力產(chǎn)生電流,如下圖所示:
也足以看到中國(guó)文字的博大精深,什么Piezo,源自希臘又怎么樣,你要標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的來自英國(guó)就應(yīng)該叫做:Press-electric,這不就明白了嗎?簡(jiǎn)而言之:壓電效應(yīng)就是當(dāng)晶體受到擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流,反過來,當(dāng)向晶體施加電流時(shí),晶體形狀也會(huì)發(fā)生變化。
神奇不?這么神奇的東西哪里有呢?其實(shí)壓電晶體就在我們的身邊,我們?nèi)粘S玫氖⒈?,揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)都含有壓電晶體,還有一個(gè)就是我們生活中最常用的電子打火機(jī),就用到了壓電晶體。
你可能會(huì)有所懷疑,這么神奇的東西居然這么普遍?是的,打火機(jī)的工作原理是什么呢?請(qǐng)看下圖:你手一按,產(chǎn)生壓力,然后壓電晶體產(chǎn)生電流,在開路處產(chǎn)生電火花,打火機(jī)就打著了。
小時(shí)候,肯定有不少男生拿著這個(gè)欺負(fù)小女生。被這個(gè)電一下確實(shí)蠻疼的。
我們簡(jiǎn)單了解了壓電效應(yīng)之后,那么壓電晶體到底是個(gè)什么玩意呢?顧名思義,壓電晶體,就是具有壓電效應(yīng)的晶體。這里要從晶體的構(gòu)造說起。規(guī)則晶體由通過鍵結(jié)合在一起的原子的組織和重復(fù)結(jié)構(gòu)定義,這稱為晶胞。大多數(shù)晶體(例如鐵)具有對(duì)稱的晶胞,這使其無法用于壓電目的。如下圖所示:
但是壓電晶體卻比較特殊,它的晶胞是不對(duì)稱的。但是它仍然可以以電中性平衡存在。但是呢,當(dāng)你在晶體表面施加壓力時(shí),晶體結(jié)構(gòu)變形,原子就會(huì)互相推擠,就可以產(chǎn)生電流,這就完成了機(jī)械力到電的轉(zhuǎn)變。當(dāng)你對(duì)壓電晶體施加電流時(shí),晶體就會(huì)膨脹和收縮,就可以實(shí)現(xiàn)電流到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。
這種壓電材料有很多種,我們?cè)陔娮釉O(shè)計(jì)中最常用的是石英晶體,還有一些天然的壓電材料包括蔗糖,羅謝爾鹽,黃玉,電氣石,甚至骨骼。
但是天然材料很多應(yīng)用比較受限,所以人們有制造了很多人造壓電材料,比如PZT由鋯鈦酸鉛制成,在相同的機(jī)械壓力下可以產(chǎn)生比石英更高的電壓,下圖就是在超聲波中使用的PTZ壓電材料。
鈦酸鋇是一種陶瓷壓電材料,在第二次世界大戰(zhàn)期間被發(fā)現(xiàn),并以其持久的耐用性而聞名。
鈮酸鋰是將氧,鋰和lithium結(jié)合在一起的陶瓷材料,其性能與鈦酸鋇相似。
正因?yàn)橛辛诉@些壓電材料,我們才能將壓電效應(yīng)發(fā)揮的極致,制做揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)。
當(dāng)然還有醫(yī)院的B超。
當(dāng)然也構(gòu)成各種聲波濾波器的物理基礎(chǔ)
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