關(guān)于壓電陶瓷的研究與想法

如今，壓電在日常電子設(shè)備中的應(yīng)用正以令人興奮的速度增長(zhǎng)。壓電一詞可以追溯到古希臘語(yǔ)，其含義是指按壓、推動(dòng)和擠壓的活動(dòng)。追溯到 1880 年，皮埃爾和雅克居里兄弟的創(chuàng)新工作，壓電效應(yīng)是指特定材料在受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生電荷的能力。所以請(qǐng)注意，壓電效應(yīng)一詞與機(jī)械壓力作用于某些晶體（特別是石英或羅謝爾鹽）所產(chǎn)生的電有關(guān)。現(xiàn)在我們也知道靜電應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致晶體的線性尺寸發(fā)生變化。在這里，我的拙劣意圖是提供一些與常見(jiàn)壓電陶瓷盤相關(guān)的實(shí)用提示。首先，得益于人造壓電材料——尤其是壓電陶瓷的發(fā)展！

壓電陶瓷圓盤/壓電揚(yáng)聲器/無(wú)源壓電蜂鳴器…

壓電效應(yīng)是雙向的——如果你施加電壓，壓電就會(huì)伸展，如果它伸展，就會(huì)產(chǎn)生電壓。因此，壓電既可用于播放音調(diào)，也可用于檢測(cè)音調(diào)。

接下來(lái)是從官方數(shù)據(jù)表中快速剪下的帶有空腔外殼的 27mm ? 壓電陶瓷盤。實(shí)際上，與沒(méi)有外殼的普通陶瓷盤/元件相比，帶有空腔外殼的壓電陶瓷盤/元件將產(chǎn)生更高的聲輸出。

據(jù)中國(guó)網(wǎng)絡(luò)資料顯示，壓電陶瓷圓盤也被稱為“蜂鳴片”，是使用最廣泛的壓電陶瓷之一。它是音樂(lè)賀卡、會(huì)說(shuō)話的鑰匙鏈、電子玩具和禮品中常用的壓電“揚(yáng)聲器”的關(guān)鍵部件。是的，現(xiàn)在我可以回憶起很久以前（在我的學(xué)生時(shí)代），有一些有趣的電子生日賀卡和相冊(cè)在打開(kāi)時(shí)通過(guò)一個(gè)薄壓電揚(yáng)聲器開(kāi)始播放小旋律。我相信今天你可以很容易地從你最喜歡的在線零售商那里買到它們。

壓電陶瓷圓盤幾乎適用于所有需要從小型電子電路有效產(chǎn)生聲音的應(yīng)用。除了技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用之外，這些類型的輕量級(jí)和薄型電聲換能器現(xiàn)在被電子愛(ài)好者和制造商廣泛使用，甚至在他們基于微控制器的項(xiàng)目中也是如此。如果您是 Arduino 的狂熱愛(ài)好者，那么您可以在 Arduino 世界（也在本網(wǎng)站上）看到無(wú)數(shù)帶有壓電換能器 (PZT) 的音樂(lè)電子項(xiàng)目，因?yàn)槭褂帽。ê头谴判裕弘娡ǔ８鼘?shí)用陶瓷碟片，而不是用笨重（和磁性）的傳統(tǒng)揚(yáng)聲器播放。

不厭其煩地學(xué)點(diǎn)東西……

您也可以使用 Arduino Uno(R3) 微控制器和普通的 35mm 壓電陶瓷盤來(lái)構(gòu)建一個(gè)小旋律發(fā)生器。只需按此處所示連接壓電陶瓷盤，上傳給定的 Arduino Sketch（代碼），然后開(kāi)始播放。

如果你做到了，恭喜，但你不可能得到有效的結(jié)果——我想，你能聽(tīng)到的只是微弱的聲音。坦率地說(shuō)，我以前也嘗試過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，運(yùn)氣為零！

自然，那一刻我感到很沮喪，但我確實(shí)在搜索過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雖然有些壓電材料產(chǎn)生的輸出比其他材料多，但它們都相對(duì)較低。 是的，為了優(yōu)化它們的使用，通常需要外部電路。 以下是我后來(lái)從中文數(shù)據(jù)表中獲得的更好的壓電驅(qū)動(dòng)電路（我注釋只是為了節(jié)省您很多時(shí)間）。

看起來(lái)您會(huì)通過(guò)這種修改獲得豐富的聲學(xué)輸出，但我對(duì)實(shí)際結(jié)果感到擔(dān)憂。 事實(shí)上，我得到的只是更高的輸出，即使是 9V，也不足以解渴。 盡管如此，我非常古老的中國(guó)磁性門窗報(bào)警器通過(guò)類似的壓電陶瓷盤返回其刺耳 (90-110db) 輸出！ 背后究竟發(fā)生了什么？

最后，我拆解了我的中文鬧鐘，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)特殊的 3 針電感用于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷盤（如下所示）。 經(jīng)過(guò)一番谷歌搜索后，我發(fā)現(xiàn) 3 引腳電感器通常被稱為“3 引腳警報(bào)升壓電感器”——實(shí)際上是一個(gè)額定總電感接近 100mH 的小型“自耦變壓器”。

由于警報(bào)升壓電感器目前不是我觸手可及的組件，因此我擴(kuò)展了我的谷歌搜索以找到一種替代方法來(lái)大聲驅(qū)動(dòng)壓電，并最終帶來(lái)了另一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技巧（這對(duì)我來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)和樂(lè)趣） 為我的實(shí)驗(yàn)尋找最便宜和最簡(jiǎn)單的零件）。 增強(qiáng)的想法不過(guò)是用一個(gè)合適的鼓芯功率電感器代替之前電路中的電阻器（跨壓電）。

通常選擇電感器的值以與壓電陶瓷盤在其聲共振時(shí)的電容發(fā)生電共振（10-50mH 似乎對(duì)大多數(shù)壓電陶瓷盤給出最佳結(jié)果）。 這種方法可以提供比電阻技巧更多的聲學(xué)輸出，但是，壓電陶瓷盤上的峰峰值電壓可能會(huì)增加很多倍——40 到 80Vp-p 是 5VDC 電源的更典型值。 因此，請(qǐng)確保驅(qū)動(dòng)器晶體管的集電極-****極擊穿電壓 - Vce(breakdown) - 足夠高以支持。

我確信有大量合適的 BJT 可用于此應(yīng)用程序。 幸運(yùn)的是，我有幾個(gè)舊的 MPSA42 晶體管（見(jiàn)下文）來(lái)嘗試新的改進(jìn)以及 47mH 的“搶救”鼓芯電感器。 相信我，“外露”的 35 毫米壓電陶瓷圓盤是一種令人耳目一新的體驗(yàn)！ 現(xiàn)在可以肯定的是，通過(guò)采用這種簡(jiǎn)單的方法，我們可以輕松地以最少的時(shí)間和精力最大化壓電陶瓷盤的輸出。 驚人的！

腔體魔術(shù)！

如果您聆聽(tīng)桌面鬧鐘、計(jì)算機(jī)主板等中通常使用的小型壓電揚(yáng)聲器/蜂鳴器，您肯定會(huì)從按鈕大小的無(wú)源換能器中感受到非常響亮的聲功率。 它的秘密是什么？ 沒(méi)什么，它們通常具有放大聲音的諧振腔 - 是的，外殼對(duì)于最佳輸出很重要。 簡(jiǎn)而言之，壓電陶瓷盤應(yīng)安裝在腔體中以產(chǎn)生高聲壓級(jí)（SPL）。

多層壓電揚(yáng)聲器？

多層壓電揚(yáng)聲器具有多個(gè)振動(dòng)壓電元件。 振動(dòng)元件設(shè)計(jì)為具有不同的諧振頻率，因此與傳統(tǒng)壓電揚(yáng)聲器相比，這種組合將確保在可聽(tīng)范圍內(nèi)具有更平坦的頻率響應(yīng)。 多層壓電揚(yáng)聲器的有效帶寬通常在200-500Hz和20kHz之間。 正因?yàn)槿绱?，多層壓電揚(yáng)聲器能夠比傳統(tǒng)壓電揚(yáng)聲器更好地再現(xiàn)音樂(lè)和聲音，傳統(tǒng)壓電揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)通常被縮減到 3-4kHz 范圍內(nèi)諧振頻率兩側(cè)的幾百赫茲。

這篇文章不一定是關(guān)于壓電陶瓷盤的詳盡論文。 相反，它分享了一些想法，通過(guò)這些想法可以輕松地將普通壓電陶瓷盤驅(qū)動(dòng)到高聲輸出。 我當(dāng)然會(huì)準(zhǔn)備這篇文章的續(xù)集，也許會(huì)包含更多關(guān)于腔體、調(diào)諧管和驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)的想法。 最后，我希望你喜歡這篇小文章（如果你遵循正確的話）。 如果您有任何建議，或者如果您對(duì)這個(gè)主題感到困惑，請(qǐng)?jiān)谙旅姘l(fā)表評(píng)論！

壓電陶瓷產(chǎn)品性能瀏覽我們的官司“東莞市諾維斯電子有限公司”

https://www.piezoceramics.cn