【導讀】我不想詳述壓電物理；這是一個廣泛的主題，相關信息部分（上麵）中列出的第二篇文章提供了很好的介紹。歸根結底
，壓電效應是連接機械世界和電氣世界的橋梁。

壓電效應

我不想詳述壓電物理
；這是一個廣泛的主題，相關信息部分（上麵）中列出的第二篇文章提供了很好的介紹。歸根結底
，壓電效應是連接機械世界和電氣世界的橋梁。

您可以對晶體管、LED、電(dian)阻(zu)器(qi)等(deng)施(shi)加(jia)所(suo)有(you)類(lei)型(xing)的(de)物(wu)理(li)力(li)，這(zhe)樣(yang)做(zuo)可(ke)能(neng)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)任(ren)何(he)有(you)用(yong)的(de)功(gong)能(neng)。壓(ya)電(dian)設(she)備(bei)是(shi)個(ge)例(li)外(wai)。它(ta)們(men)的(de)電(dian)行(xing)為(wei)以(yi)一(yi)種(zhong)可(ke)預(yu)測(ce)的(de)方(fang)式(shi)對(dui)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)作(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)，聰(cong)明(ming)的(de)人(ren)已(yi)經(jing)發(fa)現(xian)了(le)多(duo)種(zhong)將(jiang)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)納(na)入(ru)技(ji)術(shu)世(shi)界(jie)的(de)方(fang)法(fa)。

在壓電材料中
，晶體結構的物理變形（如圖所示）會導致材料產生電荷。

壓電換能器

“換能器”一詞通常是指在物理領域和電氣領域之間進行轉換的設備。詞源可能會幫助您記住其含義：在拉丁語中，ducere 的意思是“領導”，而trans 的意思是“跨越、超越
、在另一邊”。因此，換能器是引導信號跨越邊界的東西，例如
，機械變化與電氣變化分開。

換能器不一定是傳感器。嚴格來說，電機或螺線管是傳感器

，因為它將電信號轉換為機械運動。但是，在我看來
，“傳感器”一詞主要用於描述將物理量轉換為電信號的設備
，即傳感器。

當我們考慮壓電效應的性質時，壓電設備可以用作力傳感器就不足為奇了：壓電材料的使用使傳感器能夠以可靠且可預測的方式響應由施加的力引起的機械應力
，或通過壓力或加速度（兩者都與力有關）。

模擬壓電換能器

產生電荷

我們可能認為壓電是一種將機械應力轉化為電壓的效應
，但在我看來更準確的解釋如下：壓電換能器響應機械應力產生電荷。施加在壓電材料上的力與產生的電荷量之間的數學關係由一個係數決定
，該係數用 d 表示
，單位為庫侖每牛頓。（該值的名稱之一是“壓電電荷常數”，但至少使用了三個不同的術語
；我將其稱為“係數”或“壓電係數”。）因此
，如果壓電材料具有係數每牛頓 200 皮庫侖
，它將產生 200 × 10 –12響應 1 牛頓的施加力的庫侖電荷。

標準電路圖不包括“充電源”
；這兩個選項是電壓源和電流源。幸運的是，我們可以根據壓電換能器產生的電荷輕鬆創建電流源。

首先，我們需要記住
，電流（以安培為單位）是每秒流過電路給定部分的電荷量（以庫侖為單位）。如果我們將這個陳述翻譯成數學語言，我們可以說電流是電荷的變化率——即導數：

I=dQdtI=dQdt

其(qi)次(ci)，我(wo)們(men)必(bi)須(xu)認(ren)識(shi)到(dao)壓(ya)電(dian)換(huan)能(neng)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)荷(he)不(bu)是(shi)靜(jing)止(zhi)的(de)。如(ru)果(guo)設(she)備(bei)連(lian)接(jie)到(dao)電(dian)路(lu)，電(dian)荷(he)就(jiu)會(hui)移(yi)動(dong)，從(cong)而(er)變(bian)成(cheng)電(dian)流(liu)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)電(dian)流(liu)源(yuan)為(wei)壓(ya)電(dian)器(qi)件(jian)建(jian)模(mo)

，電(dian)流(liu)值(zhi)等(deng)於(yu)電(dian)荷(he)的(de)導(dao)數(shu)。

加入電容

壓電材料產生的電荷通過兩個電極引入電路。由此產生的物理配置是這樣的：

如您所見，電極形成一個電容器，這個電容成為設備等效電路的組成部分：

如果我們回憶一下電容電路中電壓和電流之間的關係，我們可以計算等效電路的輸出電壓，在圖中標記為 V OUT 。電壓等於電流對時間的積分除以電容：

V = 1攝氏度∫ I d t V=1C∫I dt

由於我們等效電路中的電流源等於電荷對時間的導數，我們有

V O U T = 1 C∫ d Q d t d t = Q CVOUT=1C∫dQdt dt=QC

其中 C 是與電流源並聯的任何電容的值（我們將在下一篇文章中回到這一點）。我們在上麵看到
，壓電設備產生的電荷等於施加的力乘以壓電係數，因此 V OUT與施加的力除以電容成正比。

結合阻力

壓電換能器的電流源加電容模型適用於“動態”傳感應用——換huan句ju話hua說shuo，涉she及ji本ben質zhi上shang瞬shun態tai或huo連lian續xu變bian化hua的de物wu理li條tiao件jian的de應ying用yong。如ru果guo我wo們men希xi望wang模mo型xing更geng準zhun確que地di作zuo為wei壓ya電dian功gong能neng的de一yi般ban表biao示shi
，我wo們men需xu要yao添tian加jia一yi個ge並bing聯lian電dian阻zu：

yadiancailiaohuixiangyingjixieyinglichanshengdianhe，danzhezhongdianhebuhuiyongyuancunzai。xiangfan，cailiaobenshenqidaodaozhidianhezhujianjianshaodexieloulujingdezuoyong。womenkeyitongguozaidengxiaodianluzhongtianjiayigebingliandianzulaijieshizhezhongxingwei。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息
，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片

、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

集成解決方案如何提高電阻式電流檢測的準確性

總結肖特基勢壘二極管對寬帶隙材料的利用

為什麼IGBT是適合斬波應用的器件

模擬軟件是提升物聯網電池性能的關鍵“抓手”

電源中的升壓轉換器波形