压电陶瓷片 是 电子爱好者使用最为普遍的一种能够逆向换能的电声器件,它既可用作发声器(“电一声”转换),又能用作声音检拾器(“声一电”转换),还可作为力敏 传感器等,
结构及特点 压电陶瓷片是用一种叫做锆(gao)钛酸铅或铌(ni)镁酸铅的特殊人工合成陶瓷材料制造的。常见的压电陶瓷片大多做成图23-1所示的很薄的圆片,它的一面烧结在具有良好弹性的圆形薄黄铜(或不锈钢)基片上,另一面镀上一层薄银。金属基片和镀银层即为压电陶瓷片的两个电极。 压电陶瓷片的基本特性是具有“压电效应”,即:压电陶瓷片在受到来自垂直方向的外来压力时,随着片子的弯曲变形(几何形状发生改变),在其两电极面会产生电压,并且电压大小与压力变化成正比。利用这个特性,可以将压电陶瓷片作为压力变化(或振动波)传感器,通过电子电路对某处受力情况的瞬时改变进行监控等,这在实践中是很有用的。相反,如果在压电陶瓷片的两个电极面加上直流电压时,片子就会产生相应的机械变形(即“逆压电效应”)。改变所加电压的极性和大小,片子形变的方向和强度也随之改变。可想而知,如果加在压电陶瓷片上的是交变或脉冲电压,片子就会随之产生振动。当外加电压频率与陶瓷片固有的谐振频率相同时,所产生的振动最为强烈。常见的压电陶瓷片谐振频率为2.2 - 20kHz,在电路中常将它们作为“电一声”换能元件,用于对发音质量要求不是很高的电路中,人们喜爱的音乐贺卡就是用压电陶瓷片发声的。某些谐振频率较高的压电陶瓷片,还可用作超声波换能器等。 大家知道,声音是依靠空气的振动来传播的,当我们对着压电陶瓷片说话时,声波的压力便会为压电陶瓷片所感受,就会被转换为相应的电压变化,以微弱的电能形式输出。这样,我们就可以将压电陶瓷片作为“声一电”换能元件,用在声音检拾、声控等电路中。 压电陶瓷片结构简单,换能效率高,占用空间小,安装使用都很方便。,由于构成压电陶瓷片的陶瓷材料直流电阻非常大,可视为绝缘体,这样陶瓷片两面的银层和金属片无形中便构成了 电容器的两个极板,并且面积越大,电容量也越大。所以,压电陶瓷片呈电容特性,其电容量为4000pF ~ 0.05pF。
外形和种类 常用压电陶瓷片的外形几乎全部是圆薄片形状,其金属基片材料主要有弹性良好的黄铜片和不锈钢片两种,金属基片直径有Φ12mm、Φ16mm、Φ20mm、Φ27mm、Φ30mm、Φ35mm、Φ41mm、Φ50mm、Φ56mm……多种。大多数压电陶瓷片只有图23-2 (a)所示的两个电极(即镀银面和金属基片),但某些压电陶瓷片的镀银面被分割成 图23-2( b)所示的一大一小两部分,形成主电极和副电极(也称反馈极),加上金属基片电极,就成为三电极压电陶瓷片(也称“三端压电陶瓷片”)。这种特殊的三电极压电陶瓷片,是专门配合具有反馈接线的振荡器电路设计生产的,在成品压电陶瓷蜂鸣器中得到广泛应用。
常见的压电陶瓷片厂家大多都配带有简易的塑料或金属助声腔盖(也叫共振腔盖或共鸣腔盖),如图23-2( c)所示,其作用是在压电陶瓷片与助声腔盖之间形成一个共鸣腔,显著增大压电陶瓷片的发声音量或改善检拾声波信号的灵敏度。实际上各种电子产品中使用的压电陶瓷片,大多数都离不开这种简易助声腔盖。
参数与型号 表征压电陶瓷片各项性能指标的参数主要有谐振频率f0、谐振电阻月。、电容量C等,另外还有反映外部尺寸大小的金属片直径D、陶瓷片直径d和总厚度7.等。一般D越大,则压电陶瓷片的低频特性越好。阻抗与d/D的比值有关,该值越小,则阻抗越高。表23-1列出了部分国产压电陶瓷片的主要参数,仅供参考。
材料 谐振频率
fo(kHz) 谐振电阻
Ro(Ω) 电容量C(Pf) 金属片直径
D(mm) 陶瓷片直
径d(mm) 总厚度T(mm) FT-10-20AT 20土1.5 ≤500 1000土20yo 10土0.3 7土0.3 0.25士 0.08 黄铜 FT-16-10AT 10土1.2 ≤500 4000土20% 16土0.3 12土0.3 0.25 士0.08 黄铜 FT-20-6.6AT 6.6土1.0 ≤200 10000土30% 20土0.3 14.7土0.3 0.45 士 0.12 黄铜 FT-20-6.6BT 6.6土1.0 ≤200 8000土30% 20土0.3 14.7土0.3 0.45 士 0.12 黄铜 FT-27-4.OAT 4.0土0.6 ≤150 20000土30% 27土0.3 20.1 土0.3 0.54 士 0.12 黄铜 FT-27-4. 1 BT 4.1 土 0.7 ≤200 14000土30% 27土0.3 20.1 土0.3 0.54 士 0.12 黄铜 FT-35-2.6AT 2.6土0.5 ≤150 30000土30% 35土0.3 24.8 土 0.4 0.54士0.12 黄铜 FT-35-2.6BT 2.6土 0.5 ≤200 30000土30% 35土0.3 24.8 土 0.4 0.54 士 0.12 黄铜 FT-41 -2.2AT 2.2土0.4 ≤200 50000土30% 41土0.3 35土0.4 0.54士0.12 黄铜 FT-10-21AG 21土1 .5 ≤500 1000土20% 10土0.3 7土0.3 0.25 士 0.08 不锈钢 FT-20-7.OAG 7土1.0 ≤200 10000土30% 20土0.3 14.7土0.3 0.45士0.12 不锈钢 FT-20-7.OBG 7土1.0 ≤200 8000土30% 20土0.3 14.7土0.3 0.45士0.12 不锈钢 FT-27-4.3AG 4.3土0.6 ≤150 20000土30% 27土0.3 20.1 土 0.3 0.45士0.12 不锈钢 FT-27-4.1BG 4.1土 0.7 ≤200 14000土30% 27土0.3 20.1 土0.3 0.45 士 0.12 不锈钢 FT-32-4.5AG 4.5土0.6 ≤200 20000土30% 32土0.3 20.1 土0.2 1.2 士 0.12 不锈钢 FT-35-2.9AG 2.9土0.5 ≤150 30000土30% 35土0.3 24.8土0.4 0.45 士 0.12 不锈钢 FT-35-2.9BG 2.9土 0.5 ≤200 30000土30% 35土0.3 24.8土0.4 0.45 士 0.12 不锈钢 HTD20A-1 6 ≤150 <20000 20 14 0.4 黄铜 HTD27A-1 4.5 ≤150 <30000 27 20 0.55 黄铜 HTD35A-1 2.9 ≤150 <40000 35 25 0.55 黄铜 国产FT系列压电陶瓷片的型号命名格式和含义如图23—3所示。其字母“FT”表示压电陶瓷片,后面的第一个空格位置是一组数字,表示压电陶瓷片的直径,单位是mm;第二个空格位置也是一组数字,表示压电陶瓷片的谐振频率 fo,单位是kHz;第三个空格位置是字母“A”或“B”,主要区分同一型号中谐振电阻 Ro或电容量 C等参数的不同;最后面的空格位置用字母区别压电陶瓷片金属基片材料,其中“T”代表黄铜片, “G”代表不锈钢片。显然,使用者通过型号就能够直接掌握到压电陶瓷片的直径大小、谐振频率、基板材料等主要特征参数。但许多场合往往省略掉型号格式后面3个空格位置的内容,将型号简化为“FT-口”格式,如FT-27、FT-35等。这时,通过型号就仅能获知压电陶瓷片的直径大小这一项参数了。 另外,早期国产的压电陶瓷片还采用了“HTD口口一口”格式命名型号,常见型号有HTD20A-1、HTD27A-1、HTD35A-1等,其中的字母“HTD”表示“压电陶瓷片”,数字“20”、“27”和“35”分别表示压电陶瓷片的直径,单位是mm。
电路符号 普通压电陶瓷片在 电路图中的表示符号见图23-4左边,即在一个方形线框(表示陶瓷片)的对应两侧画出两条平行线,表示呈现电容特性的两个电极;在平行线的中点位置各画出两根垂直线,作为元件的电极引线。如果是三电极的压电陶瓷片,其图形符号如法炮制,采用图23-4右边所示的符号表示。注意表示压电陶瓷片镀银层的主、副电极画在同一侧,并且主电极较长、副电极稍短。 图形符号的旁边注明文字符号“B”(或BC)以及元件的型号。若电路图中有多个相同的文字符号出现时,按常规就在文字符号后面或右下角标出自然数字,以示区别,如B1、B2.....