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      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?

      發布時間:2021-05-08 責任編輯:lina

      【導讀】大家應該都了解過關于聲波濾波器的知識,從什么是聲波,到聲表面波,再到聲表面波濾波器的結構,當然這里面也介紹了一些體聲波濾波器。當然都是泛泛之談,我們期望從器件的根源著手,詳細去分析講解。當然這里面也遺漏了一個重要的原理:壓電效應和壓電陶瓷,這個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的奧秘。
        
      大家應該都了解過關于聲波濾波器的知識,從什么是聲波,到聲表面波,再到聲表面波濾波器的結構,當然這里面也介紹了一些體聲波濾波器。當然都是泛泛之談,我們期望從器件的根源著手,詳細去分析講解。當然這里面也遺漏了一個重要的原理:壓電效應和壓電陶瓷,這個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的奧秘。
       
      壓電效應有個比較拗口的英文名字:Piezoelectric(pa?,izo?'lektr?k),這個單詞我現在還不會讀。還好國人給了它一個形象的名字:壓電,這里面包含了壓力和電,這也就形象的描述了這個特性,受到壓力產生電流,如下圖所示:
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      也足以看到中國文字的博大精深,什么Piezo,源自希臘又怎么樣,你要標標準準的來自英國就應該叫做:Press-electric,這不就明白了嗎?簡而言之:壓電效應就是當晶體受到擠壓時會產生電流,反過來,當向晶體施加電流時,晶體形狀也會發生變化。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      神奇不?這么神奇的東西哪里有呢?其實壓電晶體就在我們的身邊,我們日常用的石英表,揚聲器、麥克風都含有壓電晶體,還有一個就是我們生活中最常用的電子打火機,就用到了壓電晶體。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      你可能會有所懷疑,這么神奇的東西居然這么普遍?是的,打火機的工作原理是什么呢?請看下圖:你手一按,產生壓力,然后壓電晶體產生電流,在開路處產生電火花,打火機就打著了。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      小時候,肯定有不少男生拿著這個欺負小女生。被這個電一下確實蠻疼的。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      我們簡單了解了壓電效應之后,那么壓電晶體到底是個什么玩意呢?顧名思義,壓電晶體,就是具有壓電效應的晶體。這里要從晶體的構造說起。規則晶體由通過鍵結合在一起的原子的組織和重復結構定義,這稱為晶胞。大多數晶體(例如鐵)具有對稱的晶胞,這使其無法用于壓電目的。如下圖所示:
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      但是壓電晶體卻比較特殊,它的晶胞是不對稱的。但是它仍然可以以電中性平衡存在。但是呢,當你在晶體表面施加壓力時,晶體結構變形,原子就會互相推擠,就可以產生電流,這就完成了機械力到電的轉變。當你對壓電晶體施加電流時,晶體就會膨脹和收縮,就可以實現電流到機械能的轉變。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      這種壓電材料有很多種,我們在電子設計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,在相同的機械壓力下可以產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,在第二次世界大戰期間被發現,并以其持久的耐用性而聞名。
       
      鈮酸鋰是將氧,鋰和lithium結合在一起的陶瓷材料,其性能與鈦酸鋇相似。
       
      正因為有了這些壓電材料,我們才能將壓電效應發揮的極致,制做揚聲器、麥克風。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      當然還有醫院的B超。
       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
      當然也構成各種聲波濾波器的物理基礎

       
      壓電效應解析:電磁波怎么變成為聲波的?
       
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