大多數現代設備使用壓電作為其印刷電路板 (PCB) 的一個組成部分。例如，您的石英表需要壓電來調節時間。此外，麥克風甚至您心愛的 Siri 也需要它來進行語音識別。但是壓電是如何工作的呢？所有壓電材料都具有獨特的特性。這些特性使它們能夠與大多數現代技術無縫集成，以提供完美的融合。在本文中，我們將為您提供有關壓電如何在日常使用中發揮作用的完整指南。

壓電是如何工作的

壓電力學插圖。 

壓電是由兩位法國科學家的兄弟雅克和皮埃爾·居里創造的術語。在發現對兩個石英（或某些晶體）施加壓力會產生電荷后。

Piezo 來自希臘語“ piece in ”，意思是擠壓或按壓。因此，壓電意味著“擠壓電”。即壓兩個晶體產生電能。壓電晶體有助于將機械（聲能）轉換為電子設備可以解釋的電信號。 

該技術目前正在快速發展中。許多公司目前正在使用這種現象作為更先進技術的基礎。例如，新型陶瓷音頻音調換能器是壓電技術的結晶。 

什么是壓電效應？

壓電效應圖示。  

壓電效應是將兩種特定材料擠壓在一起以產生電流的能力。對這些材料施加機械應力有助于在材料上產生交替的負電荷和正電荷，從而產生活躍的電場。 

然而，這種獨特的壓電特性也是可逆的。呈現直接壓電效應的材料也可以呈現逆壓電效應。 

逆壓電效應在許多涉及聲音的產生、檢測和分配的領域中都有幫助。此外，它還包括微量天平、點火源力學、電子頻率生成、高壓產生等。

直接壓電效應

壓電和逆壓電的圖示。

如前所述，擠壓壓電晶體會產生壓電性。 

在插圖中，當您在兩個金屬板之間放置非導電壓電材料并將它們擠壓或壓縮在一起時，它們會產生電流。金屬板充當該電流的發射器。 

產生的電流會產生電流——稱為壓電效應。

逆壓電效應

當您施加直流電壓使壓電材料膨脹或收縮時，就會產生反向壓電。因此，這會產生逆壓電效應——將電能轉化為機械能。

利用這種方法有助于制造產生聲學聲音的設備，例如壓電揚聲器和壓電麥克風。這種壓電設備非常實用，因為它們很薄，可以安裝到各種小家電中。同樣，同樣的原理也適用于聲納換能器和醫學超聲波等設備。

壓電材料

各種天然和人造材料都表現出壓電效應。當您施加壓力（機械應力）并施加高壓變形時，它們會產生電。 

通常，這些材料是不導電的。這是壓電效應發生的唯一途徑。 

壓電材料主要分為兩大類： 

• 壓電晶體

• 壓電陶瓷

天然壓電材料的例子是柏林石、石英、羅謝爾鹽、電氣石等。人造壓電材料的例子包括鋯鈦酸鉛 (PZT)、鈦酸鋇、蔗糖和鈮酸鋰。 

與生物材料相比，人造材料更有效，材料利用率更高。例如，當您施加相同的壓力時，鋯鈦酸鉛會產生比石英更高的電壓，當您對這兩種材料施加高壓電流時也是如此。

壓電材料

應用

燃氣灶燃燒器上的壓電火花發生器燃燒器

今天，壓電換能器和傳感器應用無處不在。今天市場上的每個設備中可能都有一些壓電材料。

以東京的地鐵為例。它使用該原理作為替代能源。

以下是壓電原理的一些典型日常應用。

壓電傳感器 

壓電傳感器將物理尺寸轉換為作用在傳感元件兩個相對面上的力。簡單來說，傳感器檢測聲音帶來的壓力變化。 

它們不需要外部電壓源，并且可以通過施加的壓力產生結果。 

壓電傳感器很容易受到影響，因此非常適合用于醫療成像和工業機器監控的超聲波換能器等高頻聲音設備。 

壓電傳感器具有以下主要特點；

• 一、強度高、體積薄

• 二、機械強度高

• 然后，高穩定性和彈性柔順性

• 此外，寬頻率范圍

• 此外，抗沖擊性 

• 最后，高壓輸出

高壓和電源

使用壓電原理的點煙器

這是壓電原理最流行的實際應用。最好的例子是燃氣烤架和電動打火機。此外，您只需按下一個按鈕，彈簧錘就會撞擊壓電晶體。然后產生足夠的火花，導致電荷點燃氣體。 

馬達

壓電效應的主要優點是對應于高壓應用的微小變化 - 使其非常適合定位精度極高的應用。

這就是壓電電機與傳統電磁發動機相比具有許多優勢的原因。此外，盡管它們通常更小和更緊湊，但它們提供了更大的力和扭矩。 

此外，電磁場不會影響壓電器件的性能，這使得它們更適合快速啟動和停止。 

壓電執行器

壓電執行器圖示。 

致動器利用逆壓電效應為盲文和針織機等設備供電。在致動器系統內部，壓電材料位于金屬板和致動器裝置之間。 

向該系統施加高壓電流會導致壓電材料不時地膨脹和收縮，從而使執行器有節奏地移動。 

這些執行器是有益的，尤其是在需要精確定位的設備中，例如衛星中的鏡子。此外，由于其簡單的設計和最少的移動部件，它們非常適用于小型化設備，如攝像機和移動電話。 

壓電的優缺點

盡管贊不絕口，壓電性也有一些局限性。以下是壓電的一些主要優點和缺點。 

壓電發電機 

壓電發電機（也稱為 PEG）利用壓電傳感器將機械能轉換為電能，無需任何物理旋轉——通常在傳統發電機中找到。因此，壓電發電機具有小巧、緊湊且易于管理的尺寸。 

在這一代中，壓電發電機是發電領域非常受歡迎的突破。雖然尚未實現，但它們有能力將自供電無線電子設備的夢想變為現實。 

要實現這個夢想，可能還有很長的路要走；然而，壓電發電機已被證明是可靠、穩定和高度耐用的電源。專家認為，不久之后壓電發電機就能取代我們的大部分電力需求。 

壓電發電機——優點和局限性 

好處

• 第一，尺寸多樣。由于其獨特的特性，壓電元件具有高度靈活的尺寸和設計。它們可以像您需要的那樣扁平，以適合任何微型設備。 

其次，壓電元件收集原本會被浪費掉的能量。例如，連接到人行天橋的壓電電機收集來自步法的振動并將其轉換為電能。這是一種替代能源和減少環境噪音的方法。 

限制

• 它們的功率輸出有限。壓電發電機需要不斷的振動才能產生恒定的功率。因此，產生的功率與施加的應力成正比。您可以通過將多個壓電元件堆疊在一起來增加輸出。然而，在某一點之后，收益遞減，因為它需要更大的壓力來運行系統。 

結論

那么，壓電是如何工作的呢？綜上所述，壓電材料可以方便地將機械能轉化為電能。這些材料的獨特特性使其在許多技術領域非常有用。尤其是需要精確定位的區域。 

壓電技術的應用是無限的，有很多可能性可以探索。潤澤五洲PCB等技術制造商處于將這項技術集成到日常使用中的前沿。