壓電效應概要

壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其内部會産生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後，它又會恢複到不帶電的狀态，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也随之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉後，電介質的變形随之消失，這種現象稱為逆壓電效應。依據電介質壓電效應研制的一類傳感器稱為壓電傳感器。

壓電效應原理

壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會産生電位差（稱之為正壓電效應），反之施加電壓，則産生機械應力（稱為逆壓電效應）。如果壓力是一種高頻震動，則産生的就是高頻電流。而高頻電信号加在壓電陶瓷上時，則産生高頻聲信号（機械震動），這就是我們平常所說的超聲波信号。也就是說，壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，這種相互對應的關系确實非常有意思。

壓電效應分類

正壓電

是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時，内部就産生電極化現象，同時在某兩個表面上産生符号相反的電荷；當外力撤去後，晶體又恢複到不帶電的狀态；當外力作用方向改變時，電荷的極性也随之改變；晶體受力所産生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應制成的。

逆壓電

是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用逆壓電效應制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這5種狀态下産生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。

壓電效應的應用

人們把根據壓電效應制作出的材料叫壓電陶瓷，利用它可以制作石英諧振器、陶瓷濾波器、陷波器、鑒頻器、拾音器、發聲器、超聲波發聲器等器件，還可以作為電子打火機、煤氣點火栓的電源。下面着重介紹家用電器中常用的幾種壓電器件。

1、家用電器中常用的壓電器件

石英晶體諧振器

在石英晶體上加一交變電壓，就會産生機械變形振動，同時機械變形振動又會産生交變的電場，由于石英晶片具有固有的振動頻率（稱為石英晶體的諧振頻率），因此，當外加交變電壓的頻率等于石英晶片的諧振頻率時，這種振動就會突然增加，而在電路中反映出諧振特性，這種現象稱為壓電諧振效應。根據壓電諧振效應可以制作出石英諧振器，這種諧振器因具有極高的品質因數和極高的穩定性，已經被應用于對講機（型号有JA44等）、電子手表（型号有JU1等）、電視機（型号有JA22等）、電子儀器等産品中作壓控振蕩器使用。用石英諧振器來控制振蕩頻率的振蕩器稱為晶體振蕩器，這種振蕩器的頻率穩定度可達到10-6數量級。

陶瓷濾波器、陷波器

陶瓷濾波器、陷波器一般由一個或多個壓電陶瓷振子為主而組成，而壓電振子實際上就是一塊夾在兩個電極之間的壓電晶片。陶瓷濾波器、陷波器是對頻率非常敏感的電路元件。它們的特點是：體積小、成本低、無調整和可靠性高等。

陶瓷濾波器、陷波器已應用于收錄機（型号有465K系列、LT2W22—10.7MHz等）、電視機（型号有LTB615MHz濾波器、XT4.43M陷波器、聲表面波濾波器等）等家電産品中

壓電晶體拾音、發聲器件

晶體話筒、電唱頭等是拾音器件，它們是利用晶體的壓電效應制作出來的。對于話筒，聲波使話筒内的壓電晶體振動，由于壓電效應，表面上的兩個電極便出現微弱的音頻電壓。對于晶體電唱頭（又稱晶體拾音器），當唱片轉動時，唱片中的音紋起伏通過唱針傳到唱頭中的壓電晶體，其電極便出現音頻電壓。即利用晶體的壓電效應可以把音頻信号變成音頻電信号。

而晶體揚聲器（晶體喇叭）和晶體耳機則是壓電發聲器件。它們是利用壓電晶體的逆效應制作出來的，即把變化的電信号還原為晶體的機械振動，晶體再把這種振動傳給一塊金屬薄片，發出聲音。

2、常用壓電器件的檢測

蜂鳴片的檢測

蜂鳴片是壓電陶瓷片應用的一種器件。比較常見的是用锆、钛、鉛的氧化物配制後燒結制成的壓電陶瓷片（PZT），由于人耳對3kHz的音頻信号最為敏感，所以生産時通常将蜂鳴片的諧振頻率設計在3kHz左右。為了改善低頻響應，一般采用雙膜片結構。

用機械萬用表檢測壓電陶瓷蜂鳴片好壞的方法是：将萬用表撥至2.5V檔，左手拇指與食指輕輕捏住蜂鳴片的兩面，右手持兩支表筆，紅表筆接金屬片，黑表筆橫放在蜂鳴片的表面，然後左手拇指與食指稍用力壓緊一下，随即放松，蜂鳴片上就先後産生兩個極性相反的電壓信号，使指針向右擺→回零→向左擺→回零，擺幅約0.1V0.15V.若交換表筆位置後重新實驗，指針擺動的順序為：向左擺→回零→向右擺→回零。在壓力相同的情況下，指針擺幅愈大，蜂鳴片的靈敏度愈高。若指針不動，說明蜂鳴片内部漏電或破損。

用數字電容表可以直接測量蜂鳴片的電容量，其電容量應在0.005μF0.02μF範圍内

駐極體話筒的檢測

駐極體話筒是常見電—聲轉換器件，它屬于電容式話筒的一種。

用機械萬用表檢測駐極體話筒，選擇R×100檔，将黑表筆接話筒的正極，紅表筆接負極，然後正對着話筒吹一口氣，指針應作大幅度擺動。假如指針不動，可交換表筆重新試驗。兩種情況下，指針都不動，說明話筒已經損壞;若指針擺幅很小，說明話筒的靈敏度低。對于三端引線的話筒，應将黑表筆接正電源端，紅表筆接輸出端，地端可以懸空。

石英晶體的檢測

對于石英晶體，分玻殼與金屬殼兩種封裝形式。檢查它的方法是：首先從外觀看它有無斷線或裂紋故障。若外觀正常，則可用萬用表R×1k檔測量其引出端的電阻，正常情況下電阻為無窮大，否則說明石英晶體内部存在漏電或短路。也可以用數字萬用表的電容檔或數字電容表測其電容，正常情況下石英晶體應有一定的電容值。如電視機遙控器中石英晶體的電容為102pF數量級

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